汽提蒸汽入鲁奇炉工艺过程危险性解析

2015-03-24李君菲内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350

化工管理 2015年12期

李君菲(内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古赤峰 025350)

1 气提蒸汽进入鲁奇炉的危险性概述

煤化气技术是目前世界范围内对煤炭利用最为高效，并且清洁、经济的技术之一，它是以煤炭为原料的能源及化工制气技术，当前这一技术正在向高压化、大型化发展。众所周知，煤炭经过气化之后，可以转化成为清洁并且高效的新型能源，既可以提高对能源的利用率，也可以实现对环境的友好作用。鲁奇炉是德国鲁奇工程公司生产的一种大型煤化气设备，最早出现于上世纪40年代，其原理是通过碎煤加压的方式，特点是生产的适应性较为广泛，对煤炭种类不做挑剔，目前被大多数国家和地区所接受。

本文中那个所采用的MARK-Ⅳ型鲁奇炉正是其中的一个型号，原来为西北产区的褐煤，将褐煤原料粉碎之后，添入气化炉顶部的储煤斗，经过旋转阀、煤箱上阀、下阀添加到炉内，与气化剂（水蒸气、氧气）反应形成粗煤气。

经过反应生成的粗煤气还需要进一步的加工，通过冷却、分离、冷凝等步骤，再经由甲醇清洗。气提装置所提供的整齐温度一般为240摄氏度，压力3.3MPa，送入气化炉入炉蒸汽管，按照一定的比例和原有的热蒸汽混合（包括纯氧气），经过中心管道、风帽、灰渣层等进入反应层。

在这一过程中，气提法的应用，是为了让蒸汽与废液接触，吸收废液中的有害物质，从而达到分离降低污染的目的。然而，气提蒸汽中会含有大量的氨气、硫化氢、酚以及油，在与氧气混合之后会产生一定的危险性。

2 气提蒸汽进入鲁奇炉的爆炸可能性分析

鲁奇炉产生爆炸性危险的来源，是由于气蒸汽中可能含有可燃成分，要避免这一问题的发生，首先要对爆炸极限进行计算，即不同比例的气提蒸汽与氧气混合时，是否会发生危险性的理论分析。

作者从以下两个角度进行研究：

2.1 气提蒸汽是否存在爆炸可能性；

2.2 发生爆炸危险所需要的浓度条件；

首先，对（1）情况进行理论分析。当100%比例的水蒸汽与氧气进行混合的时候，由于中压蒸汽和夹套回收蒸汽的惰化，混合室内的可燃成分含量是最好的，毫无疑问，在这种情况下，鲁奇炉反应层发生爆炸的可能性最大。通过比例公式计算，100%比例气提蒸汽与氧气混合，混合室内的气体主要为二氧化碳、硫化氢、氨气、酚、油和水。其中可燃的成分主要是硫化氢和氨气。而硫化氢和水的反应通常会减弱可燃性能，因此主要考虑的部分为氨气。

氨气（NH3）与水混合，NH3在氧气中的爆炸极限（浓度）为15%-79%，惰性气体体积分数为94%；爆炸极限的计算公式为：混合气中的可燃烧成分极限，乘以惰性气体所占的百分比与混合气体中毒性气体所占的百分比。由此可以计算出，混合气体的爆炸下限为77%，上限为99%。

由此可见，气提蒸汽进入鲁奇炉内存在高爆炸性。

其次，对（2）情况进行分析。发生爆炸危险所需要的浓度条件，也就是最低的浓度下限。100%比例的气提蒸汽在正常的工作状态下，流量约为10854m3/h，当氧气的流量为850m3/h是最危险的状态，因此可以通过气化炉中的燃烧成分阻断，以避免发生爆炸性危险。由于混合室内的蒸汽和氧气混合后，蒸汽分解率约为35%-45%，在这里可以按照最小量55%计算；当气化炉中的氨气为7.85%时，其他可燃性物质的浓度远低于爆炸极限。同时，氨气在没有完全燃烧的情况下就被带入还原层，其他可燃性气体也会快速被未分解的水蒸汽阻断，不会发生爆炸的危险。

此外，气提蒸汽与氧气混合的状态下，当气提蒸汽的体积分数为88%+，高于爆炸下限的77%，低于爆炸上限98%，依然处于爆炸极限范围之内。因此，在设计工作状况时，仅有气提蒸汽与夹套回收蒸汽混合依然存在危险。根据工艺流程，只要将气提蒸汽提前与中压过热蒸汽进行混合，就不会存在爆炸的危险性。