煤化工项目排放火炬气的分类及处理

煤化工项目排放火炬气的分类及处理

在施工、正常运行或停车、停车、火灾等事故中，无论是否发生危险事故，化工装置和所有工人都将排放产生易分解、易爆、毒性和腐蚀气体。如果直接将这些气体排入大气,不仅污染周边生态环境,还可能危及生产装置的安全。因此在煤化工项目中必须设置火炬系统,用于对上述有毒有害排放气进行燃烧处理,以满足安全和环保要求。随着煤化工项目的发展,生产的产品类型不断增多,从煤制甲醇、合成氨到煤制二甲醚、烯烃、油、天然气、乙二醇等,使得现代煤化工项目的火炬系统需要处理的介质种类增多,导致火炬系统更加复杂。2011年4月12日,国家发改委发布了[2011]635号文件,明文规定禁止建设50万t/a及以下煤经甲醇制烯烃项目、100万t/a及以下煤制甲醇项目、100万t/a及以下煤制二甲醚项目、100万t/a及以下煤制油项目、20亿m1火炬气的排放火炬作为煤化工装置的最后一道安全屏障,其设计必须符合生产过程的安全条例和规定以及环境保护的要求,应以安全性、可靠性为原则。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。煤化工项目排放的火炬气根据其主要组成分为4类,可对应设置4个火炬系统:①以CO+H从煤化工项目源头煤气化装置至酸性气体脱除装置排放的火炬气主要为低热值火炬气。酸性气体脱除装置下游的产品合成装置根据产品的不同会排放不同的火炬气,例如,甲醇合成、精馏装置排放气中甲醇含量高,合成天然气(甲烷化)装置排放气中CH(1)高热值重烃排放气含碳量高,热值高,通常称之为高热值火炬气。此类火炬气大量排放时火焰中心区域局部会形成缺氧环境,导致火炬气不能完全燃烧,引起碳氢化合物高温分解析碳,从而产生黑烟,严重污染环境。处理此类火炬气需要在火炬头处增加蒸汽喷射装置,当有高热值烃类火炬气排放时,设在火炬头处的蒸汽喷射装置向火炬燃烧中心区域喷射蒸汽,一方面卷吸更多的空气,加大空气与火炬气的混合、扰动,使火炬气与更多的氧气接触,燃烧更充分、完全,以减少析碳;另一方面在高温下水蒸气与析出的碳黑发生水煤气反应:H(2)以CO和H(3)由于甲醇合成装置含甲醇的排放气和合成天然气(甲烷化)装置含CH(4)含H(5)如果含NH2火炬总管布置的省通常根据火炬系统设置对应的火炬管网,同类火炬气排入1个火炬管网,并汇经1个火炬总管送入火炬头燃烧。由于现代煤化工项目规模大,占地面积大,从工艺装置到火炬界区距离远,火炬管线跨度较长,同时火炬气排放量大,某些排放气的排放温度高,因此从流程合理性、可靠性、管道布置可行性及节约投资等方面考虑,需对火炬系统进行进一步优化,可以设置多个火炬总管以更好地满足火炬系统的要求。(1)当火炬气的正常操作压力有较大差别时,同1个火炬系统可设置高、低压2套不同压力的火炬总管。(2)高压火炬总管其背压较高,允许火炬气沿程有较大的压降,可以有效缩小火炬总管管径,节省材料,减少投资。低压火炬总管背压较低,允许火炬气沿程压力降小,以便于安全阀选型。(3)煤制烯烃项目的低热值火炬气有高压和低压之分,如果将高压火炬气和低压火炬气共用1根火炬总管,由于低压火炬气的操作压力较低,为保证能够选取合适的安全阀,使事故时低压火炬气系统能顺利排进火炬总管,不会导致憋压,故要求火炬总管的背压较低。(4)对于排放量大的高压合成气而言,较低的背压意味着较大的总管管径,同时高达200～300℃的排放温度需要较大的热应力补偿,既不利于管道布置,也不利于管廊的敷设。因此,采取的措施是将高压火炬气与低压火炬气分开设置总管,将高压火炬气总管的背压提高,从而有效地缩小火炬总管管径,节省投资。(5)低压火炬气总管的背压较低,有利于挑选与低压火炬气相关的安全阀,从而节省投资。火炬气由火炬总管先后经分液罐、水封罐后送入火炬头燃烧。通常低热值火炬的火炬头尺寸较大,如果低流量火炬气在火炬头出口处马赫数过低,容易在火炬头内发生闷烧,损坏火炬头及分子封,导致安全事故。为避免此情况发生,需要在低热值火炬进入火炬界区后,增加1个处理小流量火炬气的水封罐及火炬头。小火炬水封罐的水封高度小于低热值火炬的水封高度,小流量排放气可以冲破小火炬水封罐的水封经小火炬头燃烧放空;当流量较大时,系统压力增加,大流量的火炬气可以冲破低热值火炬水封罐的水封经低热值火炬头燃烧放空。某煤制烯烃项目火炬系统示意见图1。当煤化工项目占地较大时,火炬总管可能长达2km甚至更多,这将导致火炬气在行进沿途产生较多冷凝液;或者由于厂区地形原因,火炬区域的地形较高时,为满足火炬总管坡度要求,并能够将火炬总管内可能产生的冷凝液及时排放,需设置火炬总管凝液罐并将其布置在靠近火炬总管起点,火炬分液罐可布置在离火炬界区稍远处,在火炬总管凝液罐和火炬分液罐之间的火炬总管向两侧分别坡向总管凝液罐和分液罐。出火炬分液罐的火炬总管从布置在火炬界内的火炬水封罐坡向火炬分液罐。火炬系统布置见图2。3热辐射半径计算煤化工项目火炬通常为高架火炬,几个火炬系统的火炬头共用1个塔架,塔架的高度主要取决于最大火炬气量燃烧时对地面的热辐射强度。当发生某种事故时,不同火炬系统的不同排放源可能同时泄放火炬气,计算火炬燃烧的热辐射时必须考虑几个排放源的叠加。计算火炬高度时,允许热辐射强度取值如下(不含太阳辐射)(1)厂外居民区、公共福利设施、村庄等公众人员活动的区域,允许辐射热强度应小于等于1.58kW/m(2)对相邻同类企业及油库的人员稀少区域、石油化工厂内部的行政管理区域的允许辐射热强度应小于等于2.33kW/m(3)对于石油化工厂内部的各生产装置的允许辐射热强度应小于等于3.2kW/m(4)火炬设施的分液罐、水封罐、泵等布置区域允许辐射热强度应小于等于9.0kW/m根据火炬气排放量计算得出不同火炬高度与热辐射强度时的热辐射半径,从可操作性和经济性等方面综合考虑选定火炬高度,由此得到不同热辐射强度对应的热辐射半径。火炬热辐射半径见表1。火炬越低则热辐射半径越大,相应的火炬区域占地越大,对于用地紧张的项目较为不利。反之火炬越高则热辐射半径越小,占地较少。然而火炬并不是越高越好,从表1可知,热辐射强度为1.58kW/m4火炬系统设置的原则(1)不同的煤化工项目其火炬气的排放情况不同,即便是生产相同的产品,但各工艺装置选择的专利商不同,也会导致排放火炬气的流量、成分、温度、压力各不相同。因此火炬系统的设置应根据全厂工艺流程确定,分类处理火