燃煤锅炉掺烧干气工艺分析

　　摘要：探讨了延安炼油厂干气的产生、特点、危害性以及现阶段利用方法，以其车间75t/h循环流化床锅炉运行为实例详尽分析了干气利用和燃煤锅炉掺烧的优缺点及其环境效益、经济效益。

　　关键词：干气；干气掺烧；节能减排

　　中图分类号：TK227文献标识码：A文章编号：16749944（2013）12017305

　　1干气分析

　　1.1延安炼油厂干气的产生

　　油田的伴生天然气，经过脱水、净化和轻烃回收工艺，提取出液化气和轻质油以后，主要成分是甲烷的处理天然气叫干气。一般来说，天然气中甲烷含量在90%以上的叫干气，甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烷烃的含量在10%以上的叫湿气[1]。

　　原油在常减压蒸馏、催化裂化、催化重整、加氢裂化及延迟焦化等工艺装置加工处理过程中都会产生烃类气体，这些气体经吸收稳定工序后，在一定压力下分离出干气与富气[2]。

　　1.2延安炼油厂干气的性质

　　干气易燃，且不溶于水，溶于多数有机溶剂。其主要成分和特性如表1和表2所示。

　　1.3干气的危害

　　干气具有易燃的特性，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险，能与二氧化氮、四氧化二氮、氧化二氮等激烈化合，与其他氧化剂接触剧烈反应。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。如果人吸入高浓度的干气，会由于窒息和麻醉作用引起人在短时间内死亡，死亡多为心脏停搏或呼吸麻痹，长期接触会引起神经系统功能障碍，尤其是植物神经系统功能障碍。

　　炼厂干气是石油化工的一种重要资源，它的综合利用日益受到重视。

　　1.4干气的利用方向

　　1.4.1干气各组分的分离回收

　　随着含硫原油和重质原油加工比例的增大，加氢工艺越来越被重视，氢气需求量在大大增加，在加氢装置

　　加工成本中，氢气成本约占50%。干气制氢技术已经非常成熟，并且工艺方法多样，其中较为常用的工艺有ARS和中冷油吸收技术及深冷分离工艺，此两种工艺可以回收炼厂干气中的烯烃，经济效益显著[3]。

　　1.4.2干气中各组分的化工利用

　　1.4.2.1干气制乙苯

　　经过大量的数据统计，用干气制乙苯比用聚合级乙烯制乙苯工艺的成本约可降低6.2%。目前，在抚顺石油二厂、林源炼厂、大连石化公司都建有工业化装置。大连化物所现在已开发出了由“低温液相催化蒸馏烷基化和低温液相反烃化结合”的第四代技术，进一步降低了能耗和成本，降低产品中二甲苯的含量，提高了乙苯纯度。

　　1.4.2.2干气制对甲基乙苯

　　通常采用纯乙烯与甲苯烷基化来生产对甲基乙苯。对甲基乙苯经脱氢聚合后可生产聚对甲基苯乙烯新型塑料，该聚合物在密度、耐热性、透明度和收缩率等方面均优于现有聚苯乙烯塑料。此外，对甲基乙苯还可与其他单体共聚，从而提高这些聚合物的耐热性和阻燃性。但是因其材料来源以及工艺方法，对甲基乙苯价格高昂，如能利用干气与甲苯合成对甲基乙苯，则具有很高的经济效益。

　　1.4.2.3干气制环氧乙烷

　　以催化裂化干气为原料生产环氧乙烷的工艺技术，目前普遍采用的是氯醇法工艺路线，用该法生产的环氧乙烷产品还可以进一步生产乙二醇、乙醇胺、乙二醇醚等产品。氯醇法制造环氧乙烷包括两步反应：第一步是乙烯和次氯酸水溶液反应，在20～50℃及0.2～0.3MPa条件下生成氯乙醇；第二步是氯乙醇和10%～20%（质量分数）的碱（如Ca（OH）2）反应，在100℃的条件下生成环氧乙烷。

　　1.4.2.4干气制二氯乙烷

　　以催化裂化干气中的乙烯为原料，在净化器中将干气脱水、脱H2S后，在装有液态二氯乙烷反应器中与氯气混合，在-10～250℃，0～3MPa条件下反应。反应后的气体经过冷却，将其中的二氯乙烷凝结成液体，以使之与未反应的惰性气体分离，再与反应器中液体混合，混合物在蒸馏塔中经精馏后得到产品二氯乙烷。

　　1.4.2.5干气制氨肥

　　干气中H2和N2是合成氨的良好材料，国外以炼厂干气为原料，采用炼厂干气加氢技术，利用蒸汽转化工艺制氢制氨的装置为数不少[4]。20世纪70年代初，我国开发成功利用炼厂干气制合成氨的新工艺，用催化裂化干气替代部分或全部石脑油作为生产氮肥的原料。由于受蒸汽转化炉操作条件的限制，一般需对催化裂化干气进行预处理，才能满足制氮肥的要求。首先是干气中烯烃发生“自氢”加氢饱和反应，主要条件为氢/烯体积比大于1.35，反应温度240～400℃，气体体积空速1000～3000h-1，将干气中烯烃体积分数降至0.5%以下。再经过脱硫，作为合成氨一段炉进料，每吨催化裂化干气可代替0.889t石脑油。

　　1.4.2.6干气制丙醛

　　丙醛是有机合成中的重要原料，主要用于生产丙酸、丙醇、三烃基甲基乙烷等中间体。利用催化裂化干气和焦化（或重整）干气制备乙烯和合成气（CO与H2体积比为1∶1），以乙烯和合成气为原料，采用低压羰基合成技术，用铑瞵络合物为催化剂，在85～110℃、137～160N/cm2下合成丙醛。目前国内尚没有工业装置。

　　1.4.2.7干气制甲醇

　　甲醇是最基本的有机化工原料之一。许多原料可以用于生产甲醇，主要有煤、石油和天然气等。据了解，目前国内尚无利用炼厂干气生产甲醇的装置。利用干气生产甲醇成本低，如能建成干气制甲醇装置，可为炼厂甲基叔丁基醚（MTBE）装置提供原料，还能达到对干气一定程度回收利用[5]。

　　1.4.2.8联醇工艺

　　氨和甲醇均为干燥气体，是目前发展的一个重要方向，我国有超过80家的工厂致力于氨气生产过程中，使用的进料气的一氧化碳和氢在甲醇反应器合成。和未反应的甲醇合成气流，在低温下在送入CO转化工艺工段前，从第二工段的烃—蒸汽与空气进行间接热交换，加热的水溶液流已经达到饱和。这不仅降低了生产的粗氨合成气的纯化步骤中的负荷，大大提高了气体的有效利用率，并且能生产具更高经济效益的甲醇。

　　2延安炼油厂锅炉掺烧干气实例

　　干气是在炼油工艺过程中副产的一种混合气体，其主要成分为氢气、C1、C2等，具有较高的发热值，是一种理想的气体燃料[6]。由于干气排放量不稳定、低压缩性等方面的原因，传统的方法是通过火炬燃烧后排入大气，但这种方法不适合回收干气，对于燃料型炼厂，是一种很大的浪费。但是循环流化床锅炉掺烧干气，在国内没有成熟的技术经验可以借鉴。延安炼油厂（图1）为实现节能降耗的这种想法，尝试对流化床锅炉进行了干气回收技术改造，形成了以干式气柜为核心的全厂高低压干气系统，并针对性地对各装置工艺加热炉、余热炉进行了油改气技术改造，将富余的干气与煤粉混烧，减少了干气的火炬排放量，节约了煤炭，取得了良好的经济效益和环境效益，促进企业又好又快地发展[7]。

　　延安炼油厂热动力系统改造工程由煤炭工业部西安设计研究院负责设计，采用了济南锅炉集团有限公司生产的3台YG-75/5.29-M23型次高压、自然循环、单炉膛、平衡通风、全钢结构露天布置的循环流化床燃煤燃气锅炉（设计中预留1台75t/h次高压循环流化床锅炉及2台12MW机组），以满足30万t/年气分、10万t/年聚丙烯和300万t/年常压200万t/年催化、FCC联合装置运行所需气量。设计燃料为煤与干气混烧，最大掺烧比例为30%，但锅炉运行以来掺烧干气一直未能正常投用，通过大量试验，最终经过对锅炉的技术改造于2007年8月1日正式开始使用。

　　2.1.1设备的基本情况

　　2.1.1.1锅炉本体

　　循环流化床锅炉是煤在炉膛内流化燃烧，并在上升烟气流作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。粗大粒子在被上升气流带入悬浮区后，在重力和其他外力作用下不断减速偏离主气流，并最终形成附壁下降粒子流。被夹带出炉膛的粒子气固混合物进入高温分离器，大量固体物料，被分离出来送回炉膛，进行循环燃烧。未被分离的极细粒子随烟气进入尾部烟道，进一步对受热面、空气预热器等放热冷却，经除尘后，由引风机送入烟囱排入大气。

　　循环流化床锅炉的特点：

　　①燃料适应性强，可燃用优质煤，也可燃用各种劣质煤；②燃料效率高，通常在97.5%～99.5%范围内，可与煤粉炉相媲美；③氮氧化物排放低，一般在50×10-6～150×10-6范围内，其他污染物排放也很低；④燃料的处理系统简单，给煤粒度一般小于13mm，与煤粉炉相比，燃料的制备大为简化；⑤灰渣易于综合利用，循

　　未算防雨棚环流化床的燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含碳量低，适于作水泥掺合料和材料；⑥负荷调节范围大，调节速度快。

　　锅炉的主要参数如表3所示。

　　2.1.1.2水循环系统