石油焦制氢装置固体原料输送系统设计.pdf

硫磷设计与粉体工程 年第 期：石油焦制氢装置固体原料输送系统设计石 莹（华陆工程科技有限责任公司，陕西 西安）摘 要：结合国内某大型炼化一体化项目石油焦制氢装置，简要阐述了其固体原料石油焦、煤和助熔剂输送系统的方案设计、能力核算和设备选型等。该煤焦储运系统具有切换灵活、可靠性高、节能环保等特点，符合相关标准规范要求，对煤焦储运系统设计具有一定参考意义。关键词：石油焦；煤；储运；方案设计；设备选型中图分类号：文献标识码：文章编号：（）概述石油焦是炼油工艺中焦化装置的产物之一。随着炼油工业的大力发展，我国石油焦产量逐年攀升，目前已出现一定的过剩。同时，作为重要的化工原料气的氢气需求量逐年增加。利用石油焦制氢气成为石油焦的出路之一。笔者以国内某大型炼化一体化项目石油焦制氢装置为例，简要阐述了煤焦储运系统的方案设计和设备选型，主要内容包括：接收界区外石油焦、煤和助熔剂，储存、除铁、配料、破碎、计量和输送等。项目概况 项目简介国内某炼化一体化项目的建设规模为 炼油、芳烃和 乙烯。其中石油焦制氢装置为全厂氢气的重要来源，其原料和助熔剂消耗量如下：石油焦 煤 助溶剂 煤焦储运系统主要包括原料储存、沥水、配料、破碎、输送，以及配套辅助设施等，主要是为气化装置提供合格粒度的原料和助熔剂。固体原料的特点本项目的主要固体原料为石油焦、煤和助熔剂。助熔剂为电厂渣、气化粗 细渣、花岗岩等。石油焦和原料煤的煤质见表。表 石油焦和原料煤的煤质 参数名称石油焦煤收到基水分（）挥发分（计）哈氏可磨性指数 粒度 与其他类似项目相比，本石油焦制氢装置固体原料的特点如下。原料特殊性以往煤化工项目原料一般是煤，处理流程成熟。本项目的主要原料为石油焦，为我公司设计化工项目首次使用的固体原料，其储运和处理流程与以往项目存在较大区别。原料多样性本项目共 种原料：石油焦、煤和助熔剂，需要考虑配料问题，单一料场的储存方案不能满足生产要求，煤焦储运系统较为复杂。原料含水率高原料的含水率高则破碎难度较大，易发生堵料，给破碎机选型带来困难。本项目的石油焦制氢装置要求煤焦储运系统将原料的含水率（）从 降至。因此，料场选型需考虑沥水措施，以降低原料的含水率。原料粒度要求苛刻以往煤化工项目要求原料粒度为 ，破碎比较小，破碎工艺成熟稳定。本项目的石油焦制氢装置要求将原料从 破碎至 ，破碎能力为 ，破碎比和处理能力均较大，对破碎机的要求苛刻。煤焦储运系统设计方案 工艺流程煤焦储运系统的主要任务是将来自界区外的石油焦、煤和助熔剂经储存、转运、破碎后输送至气化装置。煤焦储运系统方案流程图如图 所示。图 煤焦储运系统工艺流程示意本项目石油焦制氢装置的界区设置有 座直径 的圆形料场，用于完成石油焦制氢装置原料的储存和配料。原料煤来自界区外码头，通过管状带式输送机长距离输送至装置界区内；石油焦来自延迟焦化装置，也通过管状带式输送机输送至界区内；助熔剂通过汽车直接运输进圆形料场。石油焦和煤经转运堆存至 座圆形料场内。圆形料场储存的原料通过沥水、转运、混合、破碎、除铁后，输送至磨前煤仓。本项目共设 台磨机（开 备），每台磨机对应一台磨机前煤仓，仓下设称重给料机，将仓内原料定量给料至磨机。危险区域划分按照建筑设计防火规范要求，本项目的原料石油焦和煤属丙类可燃固体。原料破碎、转运过程中会产生可燃粉尘，可燃粉尘的集聚可能会导致粉尘爆炸。圆形料场、转运站和栈桥的地上部分通风良好，并且配备了无动力除尘系统，粉尘含量少，不构成粉尘爆炸，因此不将此区域划分为粉尘爆炸区域。圆形料场、转运站和栈桥的地下部分虽配备了通风系统和无动力除尘系统，但仍可能产生粉尘集聚，形成粉尘爆炸环境，因此将此区域划分为火灾危险环境 区，所有电气设备按粉尘防爆考虑。储存方案堆场的选型原料储存方式主要有露天堆场、封闭式堆场等方式。随着我国工业化水平和环保要求的不断提高，传统化工项目中常用的露天堆场已不符合相关规范要求。目前使用较多的封闭式堆场主要有圆形料场、条形料场、筒仓等形式。这些封闭式堆场技术先进、自动化程度高、对环境友好、物料损耗少，目前已得到大量应用。这三种主要堆场的优缺点对比见表。表 三种堆场的优缺点对比 项目圆形料场条形料场筒仓储量大较大小占地面积较小较大最小环境友好度较好较好最好造价较高较低最高布置灵活度较好一般较好综合考虑了三种主要堆场的优缺点，并考察了国内已运行石油焦项目的料场选型，本项目最终采用了 座圆形料场储料方案，其主要原因有以下几点：原料种类多，需要考虑配料，座圆形料场分别储存不同的物料，可以实现配料；石油焦制氢装置占地面积小，总图布置紧凑，需要考虑料场出料方位的 灵 活 度；进 界 区 的 石 油 焦 含 水 率 较 高（），为满足工艺要求，进料含水率需降至，为了方便石油焦沥水，因此选择直径、挡墙高度较低的圆形料场方案。本项目共设置 座直径 的圆形料场，挡墙高度 ，料场边缘设置排水沟，石油焦沥出的水收集后输送至指定地点。储存方案 号圆形料场储存石油焦约 ；号圆形料场储存石油焦约，煤和助熔剂共。石油焦 年第 期 石 莹石油焦制氢装置固体原料输送系统设计储存天数约为 天，煤和助熔剂储存天数约为 天，以满足装置生产对原料储存天数的要求。为了满足工艺装置需要并考虑煤焦储运系统稳定性、经济性，号圆形料场设置 条出料输送带，主给料设备为 台活化给料机，事故斗给料设备为振动给料机；号圆形料场设 条出料输送带，主给料设备为 台活化给料机（台活化给料机采用联合平台布置），事故斗给料设备为精度较高的称重给料机。由于助熔剂需要量较少，因此 号圆形料场助熔剂给料选择人工投料方式在事故斗投料。圆形料场配备数字化自动盘料系统、温度和可燃监测系统、消防系统、喷雾抑尘装置等一系列安全、环保和自动化设施。主要功能模块本项目石油焦制氢装置的原料需求量见表。表 石油焦制氢装置的原料需求量工况类别原料需求量（干基）石油焦煤助溶剂工况一工况二 备料系统备料系统主要由两座圆形料场和备料带式输送机、堆取料机组成，且石油焦和煤共用一套备料系统，分时段运行，节约投资。由于本项目石油焦制氢装置直接接收来自界区外的原料，因此备料系统能力按照进界区带式输送机的能力选型。石油焦制氢装置进界区的石油焦带式输送机设计能力为 ，双路进入，同时运行；输煤带式输送机为 ，单路进入。备料带式输送机按照进界区石油焦带式输送机的能力选型：带宽 带速 输送能力 运行方式双路同时运行进料场带式输送机：带宽 带速 输送能力 运行方式单路运行堆取料机的堆料能力为 ；取料能力按上料系统能力选择为 。上料系统上料系统主要由上料带式输送机、破碎机组成，为了保证给工艺装置稳定地输送原料，上料系统设备均采用一开一备方式，通过三通切换。按照相关标准规范要求，并充分考虑经济性和系统可靠性，上料系统采用三班 小时工作制，因此上料带式输送机能力计算如：（）因此上料带式输送机的设计参数为：，。破碎机的设计能力按照进料带式输送机能力的 倍选型为 ，符合 要求；原料破碎机进料粒度 进，出料粒度 出。原料储存与准备系统原料储存与准备系统主要由磨前煤仓、称重给料机组成，主要功能是为工艺装置直接供料，运行。本项目共设置 座容积为 的磨前煤仓，开 备。每座磨前煤仓可缓存约 用料的原料。根据工艺要求，称重给料机的给料能力为 （正常 ），变频控制，出料能力可调。设备选型 破碎机延迟焦化装置产出的石油焦 ，在密闭除焦系统内设置了两级破碎，一级破碎使石油焦的 ，二级破碎至 ，再通过管状带式输送机输送至石油焦制氢装置界区。因此该界区内煤焦储运系统设置一级细碎，将石油焦破碎至 即可满足工艺需要。目前常用的细碎机主要有四齿辊破碎机、可逆锤式破碎机等。这两种常用的细碎机的优缺点对比见表。综合这两种细碎机优缺点，再结合本项目石油焦制氢装置对原料的要求，笔者认为：四齿辊破碎机目前可较稳定地将物料破碎至 ，但本项目工艺对粒度要求苛刻，需将物料破碎至 ，四齿辊破碎机不能满足此要求；本项目硫磷设计与粉体工程 年第 期原料为石油焦和煤，其中可能含有少量铁块，虽设置了除铁器，但除铁效率不可能达到，这对可逆锤式破碎机会造成较大损坏。表 两种细碎机的优缺点对比 项目名称四齿辊破碎机可逆锤式破碎机处理能力大大破碎比较小较大物料中能否含铁块能不能出料是否含片状物料是否减震平台不需要需要综合考虑后，最终本项目石油焦制氢装置的原料破碎机选用复合型破碎机，一级结构采用双齿辊式，二级结构采用锤式，处理能力为 。该复合型破碎机融合了齿辊式破碎机和锤式破碎机的优点：二级结构采用锤式，破碎比大，可满足将物料破碎至 的粒度要求；一级结构采用双齿辊式，可配备退让保护装置，物料中混入铁块时可自动停车，实现自我保护，降低经济损失；片状物料通过一级双齿辊机构未被破碎，但在二级锤式机构被破碎，从而保障几乎不会有片状物料排出。另外，为了降低石油焦的含水率以利于破碎，石油焦须在圆形料场内沥水 天。带式输送机本项目物料输送设备选用 型固定式带式输送机并配用 典型运煤部件。此产品广泛用于冶金、矿山、煤炭、化工等领域，技术成熟稳定，且零部件通用性强，便于后期维护。除铁器除铁器可将混在物料中的铁磁性物质分离出来，以保证破碎机、给料机等设备安全稳定运行。按 化工粉体工程设计通用规范规定，本项目石油焦制氢装置的原料煤从码头的总体院通过管状带式输送机输送至界区，在卸船设施后的第一个转运站设置了带自动卸铁功能的带式除铁器，在石油焦制氢装置内共设两级盘式除铁器，分别位于破碎机前后的带式输送机中部。计量设备为了准确地计量圆形料场的进料量，在进料场带式输送机中部均设置了带链码标定的电子皮带秤。由于本项目原料种类较多，需要进行准确配料，因此在配料输送带上均设置了带链码标定的电子皮带秤，以实现不同原料的准确配比。给料设备为了实现连续、稳定、准确地给料，本项目选择了活化给料机、振动给料机和称重给料机三种主要给料设备。其中：活化给料机给料精确、稳定性好，扬尘少，但造价较高；振动给料机给料准确，造价较低，但扬尘较多；称重给料机给料精度高，运行平稳，扬尘少，但装载量小。基于使用频率和节省投资考虑，座圆形料场主给料设备选择活化给料机；号圆形料场事故料斗给料设备选择振动给料机；号圆形料场事故料斗给料机作为助熔剂的主要给料设备，对精度和稳定性要求更高，且助熔剂的使用量较少，因此采用称重给料机。安全生产和环保设备除尘设备在煤焦储存、转运、破碎等过程易产生扬尘，粉尘通过人的呼吸道进入体内，会对人身健康产生危害；同时粉尘的集聚可能会导致粉尘爆炸。根据 化工粉体工程设计安全卫生规定规定，应在易产生粉尘的场所设置除尘设施，以保证周围环境中粉尘浓度满足要求。除尘方法主要分为两大类：主动除尘，即从粉尘产生的源头出发，减少粉尘释放量；被动除尘，即扬尘产生后通过设置除尘器收集扬尘，以降低空气中粉尘浓度。以往项目中通常采用被动除尘法来减少粉尘浓度，即在物料转运和破碎过程中的扬尘点设置除尘器，以降低空气中粉尘浓度。这种除尘方式在项目建设初期投资较少，但装置长期运行后效益不佳，且会导致能源浪费。本项目采用主动式无动力除尘系统。该除尘系统利用空气动力学原理、能量守恒原理等理论，使粉尘在密闭通道中进行多路有效循环，使粉尘能量衰竭落回输送带，同时在物料落差较大的地点设置缓冲锁气器减少扬尘，从源头减少了粉尘的释放，从而达到除尘的目的。该除尘系统虽初期投资较高，但从长远来看，效益较好，节能环保。检修设备 年第 期 石 莹石油焦制氢装置固体原料输送系统设计本项目在带式输送机头部、驱动装置、破碎机等位置均设置了电动葫芦、电动单梁起重机等检修起吊设备，以满足检修要求。结束语笔者以国内某大型炼化一体化项目石油焦制氢装置为例，简要阐述了煤焦储运系统的流程设计、能力核算和设备选型等要点。目前，该项目已经开车成功，运行稳定，经济效益良好。本方案设计严格遵守相应的标准规范要求，同时考虑了系统的易用性、可靠性和经济性，可为化工项目原料储运系统，尤其是以石油焦为原料的储运系统设计提供参考。参考文献：任晓净探究延迟焦化石油焦制氢组合工艺技术科技风，（）：中华人民共和国住房和城乡建设部 建筑设计防火规范（年版）：北京：中国计划出版社，中国石油和化学工业联合会 化工粉体物料堆场及仓库设计规范：北京：中国计划出版社，彭光艳大型煤储运系统设计要点硫磷设计与粉体工程，（）：中华人民共和国国家发展和改革委员会化工粉体工程设计通用规范：北京：中 国 计 划 出 版社，中华人民共和国工业和信息化部 化工固体原、燃料制备设计规定：北 京：北 京 科 学 技 术 出 版社，方 啸破碎机的发展现状与其用于输煤系统中的要求硫磷设计与粉体工程，（）：卫娟红 甲醇装置的煤储运制备方案设计硫磷设计与粉体工程，（）：严威输煤系统除铁器的设置硫磷设计与粉体工程，（）：中国人民共和国化学工业部化工粉体工程设计安全卫生规定：北京：化工部工程建设标准编辑中心，常瑞丽，郑祖东 火力发电厂输煤系统抑尘和除尘措施探讨工业安全与环保，（）：作者简介：石莹（），男，河南邓州人，工程师，工学硕士，主要从事粉体工程工作，电话：，：。（收稿日期：）（上接第 页）结论 硫铁矿沸腾焙烧制酸装置以普洱矿、里伍矿、白马矿为原料，通过粒度筛分、水分检测、多元素分析后进行配矿计算，选择这三种矿按质量配比为 进行混合配矿，入炉矿粒级 的质量占比为，（）、（），（），各项参数达到了沸腾炉入炉矿的要求。从焙烧工序和转化工序的生产运行情况来看，该混合矿氧化焙烧制酸，焙烧工序和转化工序运行正常，硫烧出率大于，硫酸平均产量达到 ，产品硫酸（），满足了制酸装置的生产要求。焙烧产出的综合渣中有效、元素的含量达到了铁冶炼要求，可作为优质铁精粉销售，以提高其资源再生利用价值。从污水总排放口和尾气排放监测数据可知，其各项环保指标均满足 硫酸工业污染物排放标准。这些数据进一步验证了普洱矿、里伍矿、白马矿按质量配比为 混合配矿生产硫酸，满足了硫铁矿制酸装置的生产要求，该配比是合理的。参考文献：唐永红，李炳岳，刘建渭，等吕梁建龙全外粉烧结配矿及生产实践中国金属通报，（）：周明顺，刘万山，窦力威，等优化配矿试验研究与生产实践烧结球团，（）：魏太林，张晓亮，牛卫军，等高炉配加经济矿料生产实践河南冶金，（）：邓 涛，刘川川，郝良元烧结优化配矿技术研究河北冶金，（）：孙晋琳，尹福兴，汪国祥，等 硫酸装置转化工序技术改造硫酸工业，（）：作者简介：孙晋琳（），男，云南大理人，助理工程师，工科学士，主要从事矿物加工及含金硫铁矿冶炼、制酸等技术工作，电话：，：。（收稿日期：）硫磷设计与粉体工程 年第 期 ，；，（），：；，（，；，）：，；，：；（，）：，：；，（，；，）：，：；（），）：（），：；，（，）：，：；（，）：，“（）”，：；