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コークス炉の排ガス組成: データに基づく排出制御ガイド
管理者による
コークス炉バッテリーのスタックテストでは、乾燥ベースで 11.4% の CO2 と 2.8% の O2 が返されましたが、排ガス処理システムは 9.0% の CO2 と 4.5% の O2 を中心に設計されました。試薬フィードのサイズを変更し、SCR 触媒の量を増やす必要があるため、数週間の停止が追加されます。これは治療にかかる費用です コークス炉の排ガス組成 測定された設計入力の代わりに仮定として。
このガイドには、生ガスのベースライン、燃焼後の排ガス数値、およびコークス化プラント用に選択された各測定成分と精製装置の間の直接的な関係が記載されています。この本は、排出制御作業のための防御可能な根拠を必要とするプラント エンジニア、EHS 管理者、および EPC 設計者を対象に書かれています。
生コークス炉ガスと燃焼排ガスは同じストリームではありません
コークス炉の生ガスはコークス化室から引き出される燃料ガスですが、コークス炉の排ガスはその燃料がバッテリーの加熱壁で燃焼するときに生成される排気ガスであり、2 つの流れにはまったく異なる分析枠組みが必要です。
生の COG は約 700 ～ 800 ℃でオーブンから出てきて、水素、メタン、一酸化炭素、C2 炭化水素、タール蒸気、BTX 芳香族化合物、ナフタレン、硫化水素、アンモニアを運びます。発熱量は 17 ～ 19 MJ/Nm3 で、有毒で、空気中では体積の約 4% ～ 30% で爆発性があり、焼成前にタール分離、アンモニア洗浄、脱硫を通過する必要があります。副産物プラントを通過した後のクリーンな燃料は、その燃焼挙動を定義する水素が豊富な特性を維持します。
コークス炉燃焼排ガスは、コークス炉の洗浄済みまたは生のコークス炉ガスがコークス電池の加熱煙道内で燃焼されるときに生成されるガス状の排気ガスです。これには主に窒素、水蒸気、二酸化炭素が含まれており、少量の酸素、NOx、SO2、固体粒子が含まれています。
燃料が加熱煙道に入ると、燃焼によりエネルギーキャリアが安定した生成物に変換されます。硫黄種は酸化して SO2 になり、燃焼空気の窒素はほとんど変化せずに通過し、水素部分は水蒸気になります。結果として生じるストリームは不活性ガスが大半を占めており、これが環境コンプライアンスを測定するストリームです。
燃料ガスは 17 ～ 19 MJ/Nm3、H2 が 50 ～ 60%、CH4 が 25 ～ 30% です。有毒で爆発性があり、使用前に副産物工場で洗浄されます。
180 ～ 300 ℃、N2 66 ～ 72%、H2O 15 ～ 20%、CO2 6 ～ 9% の排ガス。 NOx、SO2、微粒子を処理トレインに運びます。
燃焼前のベースラインコークス炉ガス組成
浄化されたコークス炉ガスは、体積でおよそ 50 ～ 60% の水素、25 ～ 30% のメタン、5 ～ 10% 一酸化炭素、2 ～ 3% の二酸化炭素、2 ～ 5% の窒素、および 1 ～ 3% の高級炭化水素および微量ガスを含みます。
以下のチャートは、代表的な洗浄済み COG 混合物を示しています。約 2:1 の H2 対 CH4 比は、火炎温度、水蒸気生成、加熱煙道での NOx 生成を制御するため、最も重要な燃料値です。
トレース コンポーネントは、その量が示す以上に重要です。
浄化された COG 中の 100 ～ 500 mg/Nm3 の H₂S は、排ガス中でほぼ完全に SO₂ に変換されます。
50 mg/Nm3 を超える残留 NH3 は燃料結合窒素となり、NOx ベースラインを上昇させます。
タールミストとナフタレンは炭素粒子を炎の中に運び、伝熱面に堆積物の危険を引き起こします。
燃焼後のコークス炉排ガス組成: 重要な数値
コークス炉ガスを 5 ～ 15% の過剰空気で燃焼すると、排ガスには湿潤ベースで約 66 ～ 72% の窒素、15 ～ 20% 水蒸気、6 ～ 9% の二酸化炭素、および 1.5 ～ 4% の酸素が含まれ、NOx は 100 ～ 350 mg/Nm3、粒子状物質は 10 ～ 80 mg/Nm3 含まれます。
| パラメータ | ウェットベース | ドライベース | 注意事項 |
| N2 | 66～72% | 77-82% | 燃焼空気窒素から |
| H2O | 15～20% | 該当なし | H2 および CH4 の燃焼から |
| CO2 | 6-9% | 7.5～10.5% | 燃料中の炭素から |
| O2 | 1.5～4% | 1.8～4.5% | 空気過剰制御範囲 |
| NOx | 100-350 mg/Nm3 | 100-400 mg/Nm3 | 主にNO、熱由来 |
| SO2 | 20-120 mg/Nm3 | 該当なし | H2Sスリップに依存 |
| 微粒子 | 10-80 mg/Nm3 | 該当なし | 微粒子のキャリーオーバーと硫酸塩エアロゾル |
NOx は COG 火炎内の 3 つの経路を通じて形成されます。水素を豊富に含む火炎が高い断熱温度に達するため、サーマル (ゼルドビッチ) NOx が支配的になります。炭化水素ラジカルが窒素と反応する薄い炎後のゾーンで即時 NOx が形成され、アンモニアまたは HCN が副産物プラントで生き残るたびに燃料 NOx が発生します。良好に稼働しているバッテリーでは、サーマル NOx が全体の 80% 以上を占めます。
水蒸気が 15 ～ 20% の場合、SO3 が 5 ～ 10 mg/Nm3 であっても、酸露点は 130 ℃ を超えます。その温度より低い表面 (エコノマイザー チューブ、バッグハウス ホッパー、ID ファン ブレード) は、硫酸を凝縮させて腐食させます。
コークス炉の排ガス組成が処理装置の選択にどのように影響するか
測定された排ガスの各成分は、具体的な処理の決定に影響を与えます。つまり、微粒子負荷によって集塵機が選択され、SO2 によって脱硫試薬と材料グレードが選択され、NOx によって SCR 触媒の量が選択され、水蒸気によって温度管理が決まります。
微粒子: バッグハウスのサイジングとフィルター媒体
排ガス温度 180 ～ 300 ℃で 10 ～ 80 mg/Nm3 の粉塵負荷は、通常、パルスジェットバッグハウスで処理されます。 PPS フェルトはデフォルトのメディアです。 SO2 の負荷によって酸露点が動作温度近くまで上昇する場合、PTFE 膜が追加されます。利用可能なガイダンス 産業排ガス用バグフィルターの選択 ガス分析の読み出しに従ってメディアを選択する方法を示します。
高温排ガス用低圧パルスジェットバッグ集塵機 このバグハウスは、酸露点条件用に PPS フェルトまたは PTFE 膜を使用し、180 ～ 300°C で最大 80 mg/Nm3 の粉塵負荷に対応し、出口排出量を 8 mg/Nm3 未満に抑えます。 製品を見る→ 脱硫後の微粒子と酸ミスト
湿式脱硫塔は SO2 を除去しますが、ストリームが湿気で飽和し、サブミクロンの硫酸塩ミストが生成されます。下流の垂直ハニカム湿式電気集塵機がこれらの液滴を除去します。これがないと、質量ベースの塵の読み取り値が制限値を下回っていても、不透明度の制限を逸脱してしまいます。産業用排ガス処理システムのサプライヤーである Anhui Tiankang Environmental Technology Co., Ltd. は、排ガス トレイン全体に低リスクのコンプライアンス パスを必要とするコークス化プラント向けに、この湿式 ESP 構成を提供しています。
飽和ガス用縦型ハニカム湿式電気集塵装置 この湿式 ESP は湿式脱硫塔の後に配置され、サブミクロンの硫酸塩ミストと水分を除去し、出口ダストを 5 mg/Nm3 未満に抑えて不透明度制限を確実に満たします。 製品を見る→ SO2 と酸性ガス: 試薬と冶金の選択
20 ～ 120 mg/Nm3 の SO2 は、通常、石灰石石膏またはアンモニアベースのスクラバーで除去されます。組成データは、試薬の化学反応よりも材料の仕様を決定します。塩化物と SO3 の含有量によって、出口ダクトとスタックに炭素鋼、繊維強化プラスチック、または C276 クラッドの内部構造が必要かどうかが決まります。
NOx: SCR 触媒量が H2O および O2 に対して補正されます。
SCR リアクターのサイズは、入口の NOx、O2、および H2O の値に基づいて決定されます。 15 ～ 20% の水蒸気は、バナジウムベースの触媒の活性点に関して NOx と競合するため、空気焚きボイラーのデフォルトではなく、実際の排ガス湿度に合わせて体積を補正する必要があります。 O2 測定値がわずか 1.5 ～ 4% の場合、触媒は活性を維持しますが、範囲の下限では NO 還元速度が遅くなります。
漏洩排出: 発生源での捕捉
バッテリースタックだけが発光点ではありません。石炭の受け取り、ベルトコンベア、コークスの押し出し、オーブンのドアの漏れによって断続的な粉塵プルームが発生しますが、これは事後に掃除するよりも捕集する方が安価です。各移送ポイントにあるベルトで囲まれたフードは、中央のバッグハウスにダクトで接続されており、粉炭の粉塵が職場の雰囲気やバッテリーの屋根に飛散するのを防ぎます。
ベルト付きフードでコンベヤの塵埃を捕集 ベルトの幅とたるみに適応するソフトサイド接続を備えた完全なエンクロージャは、搬送ポイントで石炭粉塵を捕らえ、職場のプルームを防ぎ、中央のバッグハウスにダクトで接続されます。 製品を見る→ 治療列は測定シートの鏡です。排ガス分析に SO3、アンモニアスリップ、または凝縮ミストのデータが欠けている場合、設計には湿式 ESP、耐食性ライニング、または SCR バイパスが欠落し、改修工事は常に元の設置よりも高価になります。
コークス炉の排ガス組成を測定するためのフィールドプロトコル
防御可能な設計の基礎は、充電とピークの押し上げを含む少なくとも 2 つの完全なコーキング サイクルにわたってバッテリー スタックの乾燥ガス組成、水分、NOx、SO2、SO3、および微粒子を測定するスタック テストから始まります。
米国 EPA の方法 1 に従って煙突のサンプリング グリッドをマッピングし、各トラバース ポイントが煙道の等しい面積を表すようにします。
米国 EPA メソッド 5 または 17 を使用して等速微粒子サンプリングを実行し、粗大なキャリーオーバーおよび凝縮性物質を捕捉します。
予想される水分レベルに合わせて校正された抽出分析装置を使用して、O2、CO2、CO、NOx を継続的に分析します。
SO2 と SO3 を別々にトラップします。制御された凝縮方法により、SO3 が凝縮水に吸収されるのを防ぎます。
燃料分析のみから水蒸気を計算するのではなく、平衡プローブを使用して水分と酸露点を直接測定します。
すべての測定値を時間ごとの燃料とガスの質量バランスに対して検証します。分析計の校正証明書に関係なく、燃料入力と一致しないガス分析は間違っています。
コーキング段階を分離せずにスタックテストの平均をとらないでください。充電中および推進中の NOx はバッテリーの平均値の 1.5 ～ 2 倍に達する可能性があり、平均に基づいて構築された設計ベースでは最初の 1 週間で許可テストに合格しません。
よくある質問
コークス炉ガスとコークス炉排ガスの違いは何ですか?
コークス炉ガスは石炭の乾留中に生成される水素が豊富な燃料であり、コークス炉煙道ガスはバッテリー加熱煙道内でその燃料を燃焼させることによる燃焼排気です。燃料は有毒で爆発性があります。排ガスは不活性ですが、処理が必要な NOx、SO2、微粒子が含まれています。
コークス炉の排ガスにはどのくらいのCO2が含まれているのでしょうか？
コークス炉の燃焼排ガスには、空気過剰率と燃料ガスのメタン含有量に応じて、湿潤ベースでおよそ 6 ～ 9%、乾燥ベースで 7.5 ～ 10.5% の CO2 が含まれています。
コークス炉の排ガスにはなぜこれほど多くの水蒸気が含まれているのでしょうか?
精製されたコークス炉ガスの50～60％は水素です。燃焼すると、1 体積の H2 から 1 体積の水蒸気が生成されますが、メタンは燃料 1 体積につき 2 体積の水蒸気を生成します。これらを組み合わせると、排ガスの水分が 15 ～ 20% に押し上げられます。
SO2 はコークス炉の排ガス中に常に存在しますか?
はい、コークス炉ガスが上流で完全に脱硫されない限り、可能です。ガスプラントの後でも、一部の H2S スリップが残り、加熱煙道内で酸化して SO2 となり、通常、煙道ガス中に 20 ～ 120 mg/Nm3 SO2 が生成されます。
結論: 排ガス組成シートは、コークス工場におけるあらゆる排出規制投資の青写真です。サイズを決める前に必ず測ってください。
