Koksofen-Rauchgaszusammensetzung: Datengesteuerter Leitfaden zur Emissionskontrolle

Ein Stapeltest für eine Koksofenbatterie ergibt 11,4 % CO2 und 2,8 % O2 auf Trockenbasis, das Rauchgasbehandlungssystem wurde jedoch auf 9,0 % CO2 und 4,5 % O2 ausgelegt. Jetzt muss die Größe der Reagenzienzufuhr geändert und das Volumen des SCR-Katalysators erhöht werden, was zu mehrwöchigen Ausfallzeiten führt. Dies sind die Kosten für die Behandlung Zusammensetzung der Rauchgase von Koksöfen als Annahme statt als gemessener Design-Input.

In diesem Leitfaden werden die Rohgasbasislinie, die Rauchgaszahlen nach der Verbrennung und die direkte Verbindung zwischen jeder gemessenen Komponente und der für eine Kokerei ausgewählten Reinigungsausrüstung dargelegt. Es richtet sich an Anlageningenieure, EHS-Manager und EPC-Designer, die eine vertretbare Grundlage für Arbeiten zur Emissionskontrolle benötigen.

Rohes Kokereigas und Verbrennungsrauchgas sind nicht derselbe Strom

Rohes Koksofengas ist das Brenngas, das aus der Verkokungskammer entnommen wird, während Koksofenrauchgas das Abgas ist, das entsteht, wenn dieser Brennstoff in den Heizwänden der Batterie verbrennt, und die beiden Ströme erfordern völlig unterschiedliche analytische Rahmenbedingungen.

Rohes COG verlässt die Öfen bei etwa 700–800 °C und transportiert Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid, C2-Kohlenwasserstoffe, Teerdampf, BTX-Aromaten, Naphthalin, Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Es hat einen Heizwert von 17-19 MJ/Nm3, ist giftig, in Luft zwischen etwa 4 und 30 Vol.-% explosiv und muss vor dem Brennen Teerabscheidung, Ammoniakwäsche und Entschwefelung durchlaufen. Nach der Nebenproduktanlage behält der saubere Brennstoff den wasserstoffreichen Charakter, der sein Verbrennungsverhalten bestimmt.

Beim Eintritt des Brennstoffs in die Heizzüge werden die Energieträger durch Verbrennung in stabile Produkte umgewandelt: Schwefelspezies oxidieren zu SO2, der Stickstoff der Verbrennungsluft strömt weitgehend unverändert durch und der Wasserstoffanteil wird zu Wasserdampf. Der resultierende Strom besteht überwiegend aus Inertgas, und an diesem Strom wird die Einhaltung der Umweltvorschriften gemessen.

Basiskoksofengaszusammensetzung vor der Verbrennung

Gereinigtes Koksofengas besteht zu etwa 50–60 % aus Wasserstoff, 25–30 % Methan, 5–10 % Kohlenmonoxid, 2–3 % Kohlendioxid, 2–5 % Stickstoff und 1–3 % höhere Kohlenwasserstoffe und Spurengase pro Volumen.

Die folgende Tabelle zeigt eine repräsentative gereinigte COG-Mischung. Das H2-zu-CH4-Verhältnis von etwa 2:1 ist der wichtigste Brennstoffwert, da es die Flammentemperatur, die Wasserdampfproduktion und die NOx-Bildung in den Heizzügen steuert.

Die Spurenbestandteile sind wichtiger, als ihre Menge vermuten lässt:

H₂S mit 100-500 mg/Nm3 im gereinigten COG wandelt sich im Rauchgas fast vollständig in SO₂ um.

Restliches NH3 über 50 mg/Nm3 wird zu kraftstoffgebundenem Stickstoff und erhöht den NOx-Basiswert.

Teernebel und Naphthalin tragen Kohlenstoffpartikel in die Flamme und verursachen Ablagerungsrisiken auf Wärmeübertragungsflächen.

Zusammensetzung der Abgase nach der Verbrennung von Koksöfen: Die Zahlen, auf die es ankommt

Wenn Koksofengas mit 5–15 % Luftüberschuss befeuert wird, enthält das Rauchgas etwa 66–72 % Stickstoff, 15–20 % Wasserdampf, 6–9 % Kohlendioxid und 1,5–4 % Sauerstoff auf feuchter Basis, mit NOx von 100–350 mg/Nm3 und Partikeln von 10–80 mg/Nm3.

NOx entsteht auf drei Wegen in einer COG-Flamme. Thermisches (Zeldovich) NOx dominiert, da die wasserstoffreiche Flamme hohe adiabatische Temperaturen erreicht. Sofort bildet sich NOx in der dünnen Zone nach der Flamme, wo Kohlenwasserstoffradikale mit Stickstoff reagieren, und Kraftstoff-NOx entsteht immer dann, wenn Ammoniak oder HCN die Nebenproduktanlage überleben. Bei einer gut betriebenen Batterie beträgt der thermische NOx-Anteil mehr als 80 %.

Wie die Rauchgaszusammensetzung von Koksöfen die Auswahl der Behandlungsausrüstung beeinflusst

Jede gemessene Komponente des Rauchgases bestimmt eine spezifische Behandlungsentscheidung: Die Partikelbeladung bestimmt den Staubabscheider, SO2 bestimmt das Entschwefelungsreagenz und die Materialqualität, NOx bestimmt das SCR-Katalysatorvolumen und Wasserdampf bestimmt das Temperaturmanagement.

Partikel: Dimensionierung von Schlauchbeuteln und Filtermedien

Staubbeladungen von 10–80 mg/Nm3 bei Rauchgastemperaturen von 180–300 °C werden normalerweise von einer Pulse-Jet-Schlauchfilteranlage bewältigt. PPS-Filz ist das Standardmedium; PTFE-Membranen werden hinzugefügt, wenn die SO2-Beladung den Säuretaupunkt nahe an die Betriebstemperatur anhebt. Die verfügbaren Anleitungen zu Auswahl von Beutelfiltern für industrielles Rauchgas zeigt, wie die Medienauswahl von der Gasanalyse abhängt.

Niederdruck-Pulsstrahlbeutel-Staubsammler für Hochtemperatur-Rauchgas Diese Schlauchfilteranlage bewältigt Staubbelastungen von bis zu 80 mg/Nm3 bei 180–300 °C und verwendet PPS-Filz oder PTFE-Membranen für Säuretaupunktbedingungen, wodurch Auslassemissionen unter 8 mg/Nm3 gewährleistet werden. Produkt anzeigen →

Feine Partikel und Säurenebel nach der Entschwefelung

Ein Nassentschwefelungsturm entfernt SO2, sättigt den Strom jedoch mit Feuchtigkeit und erzeugt Sulfatnebel im Submikronbereich. Ein nachgeschalteter vertikaler Waben-Nasselektrofilter entfernt diese Tröpfchen; Ohne sie werden die Opazitätsgrenzwerte nicht erreicht, selbst wenn der massenbasierte Staubwert unter dem Grenzwert liegt. Anhui Tiankang Environmental Technology Co., Ltd., ein Anbieter industrieller Rauchgasaufbereitungssysteme, bietet diese Nass-ESP-Konfiguration für Kokereien an, die einen risikoarmen Compliance-Pfad für den gesamten Rauchgasstrang benötigen.

Vertikaler Waben-Nasselektrofilter für gesättigtes Gas Dieses nach einem Nassentschwefelungsturm positionierte Nass-ESP entfernt Sulfatnebel und Feuchtigkeit im Submikronbereich und erreicht einen Auslassstaub von unter 5 mg/Nm3, um die Opazitätsgrenzwerte zuverlässig einzuhalten. Produkt anzeigen →

SO2 und saure Gase: Auswahl an Reagenzien und Metallurgie

SO2 mit 20–120 mg/Nm3 wird normalerweise mit einem Wäscher auf Kalkstein-Gips- oder Ammoniakbasis entfernt. Die Zusammensetzungsdaten steuern die Materialspezifikation mehr als die Reagenzienchemie: Der Chlorid- und SO3-Gehalt bestimmt, ob Kohlenstoffstahl, faserverstärkter Kunststoff oder C276-beschichtete Einbauteile im Auslasskanal und im Kamin erforderlich sind.

NOx: Das SCR-Katalysatorvolumen wird um H2O und O2 korrigiert

Die Größe des SCR-Reaktors wird anhand der NOx-, O2- und H2O-Werte am Einlass bestimmt. Wasserdampf mit 15–20 % konkurriert mit NOx um aktive Stellen auf dem Vanadium-basierten Katalysator, daher muss das Volumen anhand der tatsächlichen Rauchgasfeuchtigkeit und nicht anhand der Standardwerte des luftbefeuerten Kessels korrigiert werden. Ein O2-Wert von nur 1,5–4 % hält den Katalysator aktiv, verlangsamt jedoch die NO-Reduktionsrate am unteren Ende des Bereichs.

Flüchtige Emissionen: Erfassung an der Quelle

Der Batteriestapel ist nicht der einzige Emissionspunkt. Bei der Kohleannahme, bei Förderbändern, bei der Koksförderung und bei undichten Ofentüren entstehen zeitweise Staubwolken, deren Erfassung billiger ist als die nachträgliche Reinigung. Eine von einem Band umschlossene Haube an jedem Übergabepunkt, die zu einem zentralen Filtergehäuse geleitet wird, hält pulverisierten Kohlenstaub von der Atmosphäre am Arbeitsplatz und vom Batteriedach fern.

Mit Band umschlossene Haube zum Auffangen von Förderstaub Ein vollständiges Gehäuse mit weichen Seitenanschlüssen, das sich an die Breite und den Durchhang des Bandes anpasst, Kohlenstaub an Übergabepunkten auffängt und Schwaden am Arbeitsplatz verhindert, geleitet zu einem zentralen Filtergehäuse. Produkt anzeigen →

Ein Feldprotokoll zur Messung der Rauchgaszusammensetzung von Koksöfen

Eine vertretbare Designgrundlage beginnt mit einem Stapeltest, der die Trockengaszusammensetzung, Feuchtigkeit, NOx, SO2, SO3 und Partikel am Batteriestapel über mindestens zwei vollständige Verkokungszyklen, einschließlich der Lade- und Schubspitzen, misst.