Dall'amministratore
Un test di stack per una batteria di cokeria restituisce 11,4% di CO2 e 2,8% di O2 su base secca, ma il sistema di trattamento dei fumi è stato progettato intorno al 9,0% di CO2 e al 4,5% di O2. Ora è necessario ridurre l'alimentazione dei reagenti e aumentare il volume del catalizzatore SCR, aggiungendo settimane di interruzione. Questo è il costo del trattamento composizione dei gas di combustione del forno da coke come presupposto invece che come input di progettazione misurato.
Questa guida illustra la base del gas grezzo, i numeri dei gas di scarico post-combustione e il collegamento diretto tra ciascun componente misurato e le apparecchiature di purificazione selezionate per una cokeria. È stato scritto per ingegneri di impianti, responsabili EHS e progettisti EPC che necessitano di una base difendibile per il lavoro di controllo delle emissioni.
Il gas di cokeria grezzo è il gas combustibile prelevato dalla camera di cokeria, mentre il gas di scarico della cokeria è lo scarico prodotto quando il combustibile brucia nelle pareti di riscaldamento della batteria, e i due flussi necessari di quadri analitici completamente diversi.
Il COG grezzo lascia i forni a circa 700-800 gradi C e trasporta idrogeno, metano, monossido di carbonio, idrocarburi C2, vapore di catrame, aromatici BTX, naftalene, idrogeno solforato e ammoniaca. Ha un potere calorifico di 17-19 MJ/Nm3, è tossico, è esplosivo nell'aria tra circa il 4% e il 30% in volume e deve passare attraverso la separazione del catrame, il lavaggio dell'ammoniaca e la desolforazione prima della cottura. Dopo l'impianto dei sottoprodotti, il combustibile pulito mantiene il carattere ricco di idrogeno che ne definisce il comportamento di combustione.
Il gas di combustione della cokeria è lo scarico gassoso prodotto quando il gas di cokeria pulito o grezzo viene bruciato nei camini di riscaldamento di una batteria di coke. Contiene principalmente azoto, vapore acqueo e anidride carbonica, con concentrazioni minori di ossigeno, NOx, SO2 e particelle solide.
Quando il combustibile entra nei condotti di riscaldamento, la combustione converte i vettori energetici in prodotti stabili: le specie di zolfo si ossidano in SO2, l'azoto dell'aria di combustione passa sostanzialmente invariato e la frazione di idrogeno diventa vapore acqueo. Il flusso risultante è dominato da gas inerte e questo è il flusso su cui viene misurata la conformità ambientale.
Gas combustibile a 17-19 MJ/Nm3 con H2 al 50-60% e CH4 al 25-30%; tossico, esplosivo e pulito nell'impianto dei sottoprodotti prima dell'uso.
Gas impilabile a 180-300 gradi C con N2 al 66-72%, H2O al 15-20% e CO2 al 6-9%; trasporta NOx, SO2 e particolato al treno di trattamento.
Il gas di cucina pulito comprende circa il 50-60% di idrogeno, il 25-30% di metano, il 5-10% di monossido di carbonio, il 2-3% di anidride carbonica, il 2-5% di azoto e l'1-3% di idrocarburi superiori e gas in tracce in volume.
La tabella seguente mostra una miscela COG pulita rappresentativa. Il rapporto H2/CH4 di circa 2:1 è il valore più importante del combustibile perché controlla la temperatura della fiamma, la produzione di vapore acqueo e la formazione di NOx nei condotti di riscaldamento.
I componenti in traccia contano più di quanto suggerisca il loro volume:
L'H₂S a 100-500 mg/Nm3 nel COG pulito si converte quasi interamente in SO₂ nei gas di scarico.
L'NH3 residuo superiore a 50 mg/Nm3 diventa azoto legato al carburante e aumenta la linea di base degli NOx.
La nebbia di catrame e il naftalene trasportano particelle di carbonio nella fiamma e creano rischi di deposito sulle superfici di trasferimento del calore.
Quando il gas di cokeria viene cotto con un eccesso di aria del 5-15%, il gas di scarico contiene circa il 66-72% di azoto, il 15-20% di vapore acqueo, il 6-9% di anidride carbonica e l'1,5-4% di ossigeno su base umida, con NOx a 100-350 mg/Nm3 e particolato a 10-80mg/Nm3.
| Parametro | Base bagnata | Base secca | Nota |
| N2 | 66-72% | 77-82% | Dall'azoto dell'aria comburente |
| H2O | 15-20% | n/d | Dalla combustione di H2 e CH4 |
| CO2 | 6-9% | 7,5-10,5% | Dal carbonio nel carburante |
| O2 | 1,5-4% | 1,8-4,5% | Campo di controllo dell'aria in eccesso |
| NOx | 100-350 mg/Nm3 | 100-400 mg/Nm3 | Principalmente NO, di origine termica |
| SO2 | 20-120 mg/Nm3 | n/d | Dipende dallo slip H2S |
| Particolati | 10-80mg/Nm3 | n/d | Riporto di multi e aerosol di solfato |
Gli NOx si formano attraverso tre percorsi in una fiamma COG. Gli NOx termici (Zeldovich) prevalgono perché la fiamma ricca di idrogeno raggiunge elevate temperature adiabatiche. Gli NOx si formano immediatamente nella sottile zona post-fiamma dove i radicali degli idrocarburi reagiscono con l'azoto e gli NOx del combustibile compaiono ogni volta che l'ammoniaca o l'HCN sopravvivono nell'impianto dei sottoprodotti. In una batteria ben funzionante, gli NOx termici rappresentano oltre l’80% del totale.
Al 15-20% di vapore acqueo, anche 5-10 mg/Nm3 di SO3 spingono il punto di rugiada acido sopra i 130 gradi C. Qualsiasi superficie al di sotto di quella temperatura (tubi dell'economizzatore, tramogge dei filtri a maniche, pale dei ventilatori ID) condensa l'acido solforico e si corrode.
componente Ciascun misurato del gas di scarico impone una specifica decisione di trattamento: il carico di particolato seleziona il collettore di polveri, l'SO2 seleziona il reagente di desolforazione e il tipo del materiale, l'NOx seleziona il volume del catalizzatore SCR e il vapore acqueo determina la gestione della temperatura.
Carichi di polvere di 10-80 mg/Nm3 a temperatura dei gas di scarico di 180-300 gradi C vengono normalmente gestiti da un filtro a maniche a getto di impulsi. Il feltro PPS è il supporto predefinito; La membrana in PTFE viene aggiunta quando il carico di SO2 aumenta il punto di rugosità dell'acido vicino alla temperatura operativa. Le indicazioni sono disponibili selezione di filtri a maniche per fumi industriali mostra come la scelta del mezzo segue la lettura dell'analisi del gas.
Collettore di polveri a sacco a getto a impulsi a bassa pressione per gas di scarico ad alta temperatura Questo filtro a maniche gestisce carichi di polvere fino a 80 mg/Nm3 a 180-300°C, utilizzando feltro PPS o membrana PTFE per condizioni di punto di rugiada acido, garantendo emissioni in uscita inferiori a 8 mg/Nm3. Visualizza il prodotto → Una torre di desolforazione a umido rimuove la SO2 ma satura il flusso con umidità e genera nebbia di solfato di dimensioni inferiori al micron. Un precipitatore elettrostatico umido a nido d'ape verticale a valle rimuove quelle goccioline; senza di esso, i limiti di opacità non vengono rispettati anche quando la lettura della polvere basata sulla massa è inferiore al limite. Anhui Tiankang Environmental Technology Co., Ltd., un fornitore di sistemi di trattamento dei gas di scarico industriali, fornisce questa configurazione ESP a umido per le cokerie che necessitano di un percorso di conformità a basso rischio per l'intero treno di gas di scarico.
Precipitatore elettrostatico umido a nido d'ape verticale per gas saturo Posizionato dopo una torre di desolforazione in umido, questo ESP in umido rimuove la nebbia di solfato e l'umidità di dimensioni inferiori al micron, raggiungendo una quantità di polvere in uscita inferiore a 5 mg/Nm3 per soddisfare i limiti di opacità in modo affidabile. Visualizza il prodotto → La SO2 a 20-120 mg/Nm3 viene normalmente rimossa con uno scrubber a base di gesso-calcare o ammoniaca. I dati sulla composizione determinano le specifiche dei materiali più che la chimica dei reagenti: il contenuto di cloruro e SO3 determina se nel condotto di uscita e nel camino sono necessari acciaio al carbonio, plastica rinforzata con fibra o componenti interni rivestiti di C276.
Il reattore SCR è dimensionato in base ai valori di NOx, O2 e H2O in ingresso. Il vapore acqueo al 15-20% compete con gli NOx per i siti attivi sul catalizzatore a base di vanadio, quindi il volume deve essere corretto per l'umidità effettiva dei gas di scarico invece che per i valori predefiniti della caldaia ad aria. Una lettura di O2 pari solo all'1,5-4% mantiene attivo il catalizzatore ma rallenta il tasso di riduzione di NO all'estremità inferiore dell'intervallo.
Il pacco batterie non è l'unico punto di emissione. La ricezione del carbone, i nastri trasportatori, la spinta della coca cola e le perdite dallo sportello del forno generano pennacchi di polvere intermittenti che sono più economici da catturare che da pulire a posteriori. Una cappa racchiusa da una cintura in ciascun punto di trasferimento, convogliata in un filtro a maniche centrale, mantiene la polvere di carbone polverizzata fuori dall'atmosfera del posto di lavoro e dal tetto della batteria.
Cappuccio racchiuso con cintura per la cattura della polvere del trasportatore Una copertura completa con collegamenti laterali morbidi che si adatta alla larghezza e all'abbassamento del nastro, catturando la polvere di carbone nei punti di trasferimento e prevenendo la formazione di pennacchi sul posto di lavoro, canalizzata in un filtro a maniche centrale. Visualizza il prodotto → Il treno di trattamento è uno specchio del foglio di misurazione. Se nell'analisi dei gas di combustione mancano i dati relativi a SO3, perdita di ammoniaca o nebbia condensata, nel progetto mancherà l'ESP umido, il rivestimento resistente alla corrosione o il bypass SCR e gli aggiornamenti sono sempre più costosi dell'installazione originale.
Una base di progettazione inizia sostenibile con un test dello stack che misura la composizione del gas secco, l'umidità, gli NOx, l'SO2, l'SO3 e il particolato nello stack della batteria su almeno due cicli di cokefazione completi, compresi i picchi di carica e di spinta.
Mappare la griglia di campionamento sul camino secondo il metodo US EPA 1 in modo che ogni punto trasversale rappresenti un'area uguale della canna fumaria.
Eseguire il campionamento del particolato isocinetico con il metodo US EPA 5 o 17 per catturare residui grossolani e materiale condensabile.
Analizza O2, CO2, CO e NOx in modo continuo con un analizzatore estrattivo calibrato per il livello di umidità previsto.
Intrappola SO2 e SO3 separatamente; il metodo di condensazione controllata impedisce l'assorbimento di SO3 nell'acqua di condensa.
Misura l'umidità e il punto di acido rugoso direttamente con una sonda di equilibrio invece di calcolare il vapore acqueo dalla sola analisi del carburante.
Convalidare ogni valore misurato rispetto a un bilancio di massa orario combustibile-gas; un'analisi del gas che non corrisponde al carburante in ingresso è errata indipendentemente dal certificato di taratura dell'analizzatore.
Non effettuare la media del test dello stack senza separare le fasi di cokefazione. Gli NOx durante la carica e la spinta possono raggiungere da 1,5 a 2 volte il valore medio della batteria, e una base di progettazione costruita sui media non supererà il test di autorizzazione nella prima settimana.
Il gas di cokeria è un combustibile ricco di idrogeno prodotto durante la carbonizzazione del carbone, mentre il gas di combustione della cokeria è lo scarico della combustione derivante dalla combustione di quel combustibile nei condotti di riscaldamento della batteria. Il carburante è tossico ed esplosivo; i gas di combustione sono inerti ma trasportano NOx, SO2 e particolato che richiedono un trattamento.
Il gas di scarico della cokeria contiene circa il 6-9% di CO2 su base umida e il 7,5-10,5% su base secca, a seconda del rapporto di aria in eccesso e del contenuto di metano del gas combustibile.
L'idrogeno costituisce il 50-60% del gas di panetteria pulito. Quando brucia, un volume di H2 produce un volume di vapore acqueo, mentre il metano produce due volumi per volume di carburante. Insieme spingono l'umidità dei fumi al 15-20%.
Sì, a meno che il gas di cokeria non sia completamente desolforato a monte. Anche dopo l'impianto a gas, rimane una parte di H2S che si ossida in SO2 nei condotti di riscaldamento, producendo tipicamente 20-120 mg/Nm3 di SO2 nei gas di combustione.
In conclusione: la scheda sulla composizione dei gas di scarico è il modello per ogni investimento nel controllo delle emissioni in una cokeria. Misuralo prima di dimensionare qualsiasi cosa.
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