煤制油项目火炬气分类及压降措施

煤制油项目火炬气分类及压降措施

由于中国资源丰富，石油和天然气资源相对匮乏，国家非常重视相对丰富的煤炭资源的液化和勘探，这是解决中国石油资源短缺的重要补充手段之一。煤制油项目主要生产工艺装置包括煤气化装置、一氧化碳变换装置、合成气净化装置、油品合成、油品加工装置和甲醇装置。这些工艺装置在开停车、正常运行或者停电、停水、火灾等事故时会排放出大量成分比较复杂的易燃、易爆以及具有毒性和腐蚀性的气体。火炬系统作为煤制油重要的安全、环保配套设施,负责燃烧各装置不同工况下放空的火炬气。这使得合理的火炬总图布置,处理工艺流程和火炬的管道布置就显得尤为重要。1火炬气排放量煤制油项目为大型煤化工项目,全厂火炬气特点如下:(1)各装置火炬气排放量大。煤制油装置规模大,系列数多。(2)各装置排放的火炬气成分复杂,既有主要成分CO、CO(3)全厂各装置之间存在上下游关系,事故状态下各装置火炬气排放量不能简单叠加。2火炬气的分类处理煤制油项目产生的火炬气成分复杂,为了火炬系统的安全、可靠并且经济,采取的措施是将火炬气分类处理,从而保证其既能够充分燃烧,满足环保要求,又能够顺利排放,不会因相互影响发生憋压而导致安全事故,且具有较好的经济性。2.1火和气体的分类煤制油项目排放的火炬气根据其主要组成分为以CO+H2.1.1co-h以CO和H2.1.2喷射蒸汽,减少析碳C处理此类火炬气时,需要在火炬头增加蒸汽消烟装置。当高热值火炬气燃烧时,火炬头处的蒸汽喷射装置向火焰中心区域喷射蒸汽,一方面卷入更多的空气,使火炬气和更多的氧气进行接触,燃烧更充分,减少析碳。另一方面,高温下的水蒸气和析出的炭黑发生水煤气反应,从而消除产生的黑烟,满足环保要求。在无法提供蒸汽的场合,也可以在地面设置鼓风机,通过垂直管道强制将空气送至火炬头,为燃烧提供足够的空气,从而达到抑制黑烟的目的。2.1.3H硫化氢的热值为5581kcal/Nm2.1.4NH氨气的热值大约为3862kcal/Nm2.2火炬总管压力煤制油项目不仅排放的火炬气成分较为复杂,而且火炬气正常排放时的压力也有很大差别。当火炬气正常操作压力有较大差别时,可设置高、低压两套不同压力的火炬总管。高压火炬总管因其背压较高,火炬气沿程允许有较大的压降,可以有效缩小火炬总管管径,节省材料,减少投资。低压火炬系统背压较低,火炬气沿程压力降小,便于安全阀选型。2.3火炬系统分类综上所述,考虑火炬气热值成分不同和排放系统的压力不同,现将煤制油项目火炬系统分为以下5大类:2.3.1高操作压力、低热值合成气排放高压低热值火炬系统主要用来处理来自煤气化装置、一氧化碳变换装置,合成气净化装置、油品合成装置、油品加工装置、尾气处理装置和甲醇合成装置、丙烯制冷单元等的高操作压力、低热值合成气排放。2.3.2内部氨火气系统含氨火炬系统主要用来处理装置区在停电状况下,酸水汽提装置和煤气化装置区含有NH2.3.3酸性气的排放酸性火炬气处理系统主要用来处理来自煤气化装置、合成气净化装置、硫回收装置的酸性气排放。酸性火炬气的排放,往往伴随着大量二氧化碳的排放,这会降低酸性火炬气的热值。为了达到酸性火炬气的充分燃烧,火炬系统同样需要配备燃料气伴烧燃烧器的蓄热式火炬头。2.3.4高压高热值燃烧系统高压高热值火炬系统主要用来处理油品合成装置和油品加工装置高操作压力、高热值的重组分烃类排放气的处理。2.3.5火炬系统的设计依据低压高热值火炬系统主要用来处理来自油品合成装置、油品加工装置、尾气处理装置和甲醇合成装置的低操作压力净化合成气和高热值的重组分烃类和甲醇的排放。火炬气的热值较高,防止黑烟的产生,此火炬系统需要配备蒸汽消烟装置。火炬气由火炬总管先后经过分液罐、水封罐后进入到火炬头燃烧。由于氨气会大量易溶于水,所以含氨火炬气系统不宜设置水封罐,只设置分液罐。对于低温火炬气和酸性火炬气,在封闭式火炬系统中,不使用水封罐,避免了密封水结冰阻塞火炬管道和酸性气遇水后腐蚀问题的发生。所以,酸性火炬气系统只设置分液罐,不设置水封罐。某煤制油项目火炬系统示意图见图1。3火炬系统的配置3.1火炬高度设计原则(1)高架火炬高度的选择要根据必要的热防辐射间距。(2)高架火炬与各装置的防火间距为60~90m,允许的热辐射强度要小于等于3.2kW/m(3)火炬装置应避免设置在低洼地带,防止不利于排放物的扩散。(4)在保证人身与生产安全的前提下,火炬装置宜靠近主要排放装置。合理布置总图减少火炬气管线长度,减小火炬气管廊和管线的投资费用,同时对需要伴热的火炬管线,减少蒸汽运行的费用。(5)火炬高度除要满足热辐射强度外,还要满足环境保护排放的标准和防空标志等规范要求。(6)火炬设施的分液罐、水封罐、泵等布置区域热辐射强度允许小于等于9.2kW/m3.2火炬系统规划应是分段分煤制油项目占地面积较大,火炬管线的总管会很长,经过长距离的火炬管线,在火炬总管内会产生凝液,这就要求各装置产生的火炬气在出装置时,在各装置内设置火炬气分液罐,防止大量火炬凝液进入火炬总管而影响火炬气的排放。煤制油项目不仅厂区面积大,而且装置比较多,气化、净化装置还有很多系列,这就导致火炬气收集总管比较分散。为了满足火炬系统总图布置第4条,火炬装置宜靠近主要排放装置的原则,现将煤制油项目火炬系统分为上游火炬系统和下游火炬系统。上游火炬系统由高压低热值火炬气系统、含氨火炬气系统、酸性火炬气系统组成,主要是用来处理煤气化装置、一氧化碳变换装置、净化装置产生的火炬气。上游火炬设施设备布置见图2。下游火炬系统由高压高热值火炬气系统、低压高热值火炬气系统组成,主要是用来处理油品合成和油品加氢裂化产生的火炬气。下游火炬设施设备布置图见图3。3.3火炬系统总管的设计(1)全厂所有的火炬支管及总管按0.2%的坡度设计,确保火炬管网中无“袋形”,所有的支管应坡向总管,而总管应按坡向分液罐敷设,确保在火炬管线内不形成柱塞流影响火炬气排放。(2)为减少压力降和反作用力,火炬支管线顺流向从上方与火炬系统总管成45°连接。(3)火炬气管网的冷热补偿一般尽可能利用管道自然补偿予以解决,当自然补偿满足不了要求时,要选用合适的补偿器。管道轴向的补偿采用直管压力平衡型膨胀节,管道横向的位移采用复式拉杆型膨胀节。(4)为了保证工厂各种工况下,火炬系统能够正常运行,在各装置火炬气进入火炬管网主管前设置切断阀,并且在靠近装置侧管道设置盲板。(5)火炬气管道弯头尽量选用弯曲半径大的弯头,在设计中弯曲半径大于或是等于管道直径的2~3倍,以减少局部阻力损失。(6)对大量含有水蒸汽的富氢低热值火炬气进行保温、伴热设计,防止管道内凝液水击现象的产生。(7)为了保证火炬气管网的安全运行,火炬气总管的上游最远端设有固定的吹扫设施。并且所有的火炬设施都应该设置吹扫用软管接口