CN100417433C - 丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，适用于处理丙烯腈装置排出的丙烯腈废气。在该催化氧化处理工艺中，吸收塔尾气与空气、燃料气混合经电加热器或蒸汽加热器加热后，以贵金属铂、钯蜂窝金属或蜂窝陶瓷作为催化剂，在压力0～15kPa，温度为100～720℃的催化反应器中进行催化氧化反应，将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水，最后进入尾气换热器回收热量后排入大气。本发明适用于采用丙烯氨氧化技术的丙烯腈装置吸收塔尾气处理。采用本发明处理丙烯腈尾气，具有工艺简单、系统阻力小、无需增压风机、不需加辅助燃料，运行成本低、无二次污染、尾气处理彻底的特点。

Description

丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种在工业生产丙烯腈过程中吸收塔尾气的催化氧化处理工艺。
背景技术
采用丙烯氨氧化技术的丙烯腈装置，以丙烯、氨、空气为主要原料，在催化剂的作用下，反应生成丙烯腈及其它副产品，之后经过急冷、回收、精制等工艺过程，得到丙烯腈产品.在丙烯腈生产过程中从吸收塔塔顶排出一股气体，称之为吸收塔尾气(AOG)。该尾气的主要成分为氮气、水蒸汽及二氧化碳，同时含有一定量的一氧化碳、丙烯腈、丙烯及丙烷等污染环境有害成分。由于丙烯腈装置吸收塔尾气中有机物浓度低、毒性高，采用一般尾气处理工艺不能满足环保要求，
目前丙烯腈装置吸收塔尾气一般采用烟囱高点直接排放，对环境造成严重污染。
另外也有部分丙烯腈装置采用热力焚烧法进行丙烯腈尾气处理，但热力焚烧法的缺点是需消耗大量的燃料，运行成本较高，且焚烧排气量较大，焚烧过程中会有微量NOx产生。
发明内容
针对直接排放和采用热力焚烧法的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种工艺简单、系统阻力小、无需增压风机、不需加辅助燃料，运行成本低、无二次污染、尾气处理彻底的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其创新点在于吸收塔尾气与空气混合加热后，以贵金属铂、钯蜂窝金属催化剂或蜂窝陶瓷催化剂作为催化剂，在压力0～15kPa，温度为100～720℃的催化反应器中进行催化氧化反应，将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水。
本发明上述催化反应器的入口温度优先控制在100～350℃，最好在300℃；出口温度优先控制在350～750℃，最好在720℃以下。另外，本发明上述空气的加入，须满足反应排放气中氧气过剩0.1～3.0％。
作为本发明的优选技术方案，本发明的吸收塔尾气与空气或氧气混合后，最好经尾气加热器加热到催化剂起燃温度后进入催化反应器.尾气加热器最好为焊接板式换热器或热管换热器或翅片管换热器。
作为本发明的另一优选技术方案，吸收塔尾气与空气或氧气进行催化氧化反应后，最好进入尾气加热器回收热量后排入大气。
作为本发明的催化氧化机理，催化反应器中主要发生了如下化学反应：
4C3H3N+15O2＝12CO2+6H2O+2N2+Q
2C3H6+9O2＝6CO2+6H2O+Q
C3H8+5O2＝3CO2+4H2O+Q
相对于现有技术，本发明的工艺简单，将丙烯腈装置吸收塔尾气中有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水，无二次污染，尾气处理彻底，检测结果完全满足国家标准规定的环保控制要求；另外，本发明具有非常宽广的操作范围，可保证丙烯腈尾气中有机物含量变化时，系统能稳定操作；再有，本发明采用大尺寸的催化剂，机械强度高、使用寿命长、阻力降低、无需增压风机；最后，本发明采用高效热管换热器、焊接板式换热器和翅片管换热器回收反应热以加热进料尾气，正常运行过程中无需附加燃料。
附图说明
图1为本发明丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺的工艺流程图。
图2为图2是本发明工艺所用的催化反应器的结构示意图。
其中：
1为电加热器或蒸汽加热器；2为催化反应器；3为尾气加热器；4为反应器入口旁门阀门；5为尾气加热器旁门阀门。
11、12为人孔；13为气体入口；14为气体出口；15为催化剂固定床层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的工艺作进一步的阐述。
如图1和2所示，本发明第一实施例提供的一种丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，吸收塔尾气采用某公司丙烯腈厂丙烯腈装置吸收塔尾气，工况条件如表1所示。
开工阶段燃料气和空气混合后经过电加热器或者蒸汽加热器1加热到催化剂起燃温度后，进入催化反应器2进行催化氧化反应。逐渐将吸收塔尾气切换进入催化反应器2，将燃料切换出催化反应器2，蜂窝陶瓷催化剂固定在催化剂固定床层15上，保持催化反应器2内压力约为7.5kPa，温度约为400℃，上述吸收塔尾气与空气或氧气在催化反应器2中进行催化氧化反应，将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水，并释放出大量的热，从气体出口14进入尾气加热器3回收热量后排入大气中。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示。
表1某公司丙烯腈厂丙烯腈装置吸收塔尾气组成
  组分   流量(kg/h)   质量(％)
  C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>   169   0.205
  C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>   186   0.225
  C<sub>3</sub>H<sub>3</sub>N   3   0.004
  CO   874   1.059
  CO<sub>2</sub>   3246   3.932
  H<sub>2</sub>O   2976   3.605
  O<sub>2</sub>   821   0.995
  N<sub>2</sub>   74270   89.975
  废气总量   82545   100.00
  废气温度℃   45
  废气压力KPa(G)   10.0
表2.某省环境监测中心站监测数据和控制指标。
注：排放浓度为多次采样的平均值。
  污染物名称   排放浓度   排放浓度评价标准(mg/m<sup>3</sup>)
  二氧化硫   76.7   550
  氮氧化物   238.7   240
  非甲烷总烃   102   120
本发明的第二实施例，催化反应器的入口温度约为100℃，采用蜂窝铂金属催化剂，催化反应器2内压力约为5kPa、催化反应器出口温度约为350℃；其余同实施例1.经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示。
本发明的第三实施例，催化反应器的入口温度约为200℃，采用蜂窝陶瓷贵金属催化剂，催化反应器2内压力约为4kPa、催化反应器出口温度约为500℃；其余同实施例1。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示。
本发明的第四实施例，催化反应器的入口温度约为300℃，采用蜂窝铂金属催化剂，催化反应器2内压力约为5.5kPa、催化反应器出口温度约为550℃；其余同实施例1。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示。
本发明的第五实施例，催化反应器的入口温度约为150℃，采用蜂窝钯金属催化剂，催化反应器2内压力约为8kPa、催化反应器出口温度约为500℃；其余同实施例1。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示.
本发明的第六实施例，催化反应器的入口温度约为200℃，采用蜂窝铂金属催化剂，催化反应器2内压力约为6kPa、催化反应器出口温度约为500℃；其余同实施例1。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示。
本发明的第七实施例，催化反应器的入口温度约为350℃，采用蜂窝钯金属催化剂，催化反应器2内压力约为5kPa、催化反应器出口温度约为650℃；其余同实施例1。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示.
本发明的第八实施例，催化反应器的入口温度约为150℃，采用蜂窝铂金属催化剂，催化反应器2内压力约为7kPa、催化反应器出口温度约为450℃；其余同实施例1。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示.
本发明的第九实施例，催化反应器的入口温度约为300℃，采用蜂窝钯金属催化剂，催化反应器2内压力约为6kPa、催化反应器出口温度约为600℃；其余同实施例1。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示。
本发明的第十实施例，催化反应器的入口温度约为350℃，采用蜂窝陶瓷催化剂，催化反应器2内压力约为5kPa、催化反应器出口温度约为650℃；其余同实施例1。经检测，净化尾气中二氧化硫、氮氧化物和非甲烷总烃等有害的挥发性有机物含量如表2所示。
某公司丙烯腈厂丙烯腈废气处理装置2005年4月5日建成投用，2005年4月9～10日，受中国环境监测总站的委托，某省环境监测中心站按照中国环境监测总站的要求，对吉化丙烯腈厂AOGC装置进行了现场采样监测验收，检测结果完全满足国家标准规定的环保控制要求。

Claims (10)

1. 一种丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于吸收塔尾气与空气、燃料气混合经电加热器或蒸汽加热器加热后，以贵金属铂、钯蜂窝金属或蜂窝陶瓷作为催化剂，在压力0～15kPa，温度为100～720℃的催化反应器中进行催化氧化反应，将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水，最后进入尾气换热器回收热量后排入大气。
2. 根据权利要求1所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于催化反应器入口温度为100～350℃，出口温度为350～750℃。
3. 根据权利要求2所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于催化反应器入口温度为300℃，出口温度为720℃以下。
4. 根据权利要求1所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于：空气的加入，须满足反应排放气中氧气过剩0.1～3.0％。
5. 根据权利要求1所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于：吸收塔尾气与空气或氧气混合后，经尾气加热器加热到催化剂起燃温度后进入催化反应器。
6. 根据权利要求1所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于所述尾气加热器为焊接板式换热器或热管换热器或翅片管换热器。
7. 根据权利要求1所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于该催化氧化处理工艺采用蒸汽加热器、电加热器、燃油燃烧器、燃气燃烧器进行系统升温开工。
8. 根据权利要求1所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于该催化氧化处理工艺采用了电加热器或蒸汽加热器、催化氧化反应器和尾气换热气。
9. 根据权利要求1所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于所述的催化氧化反应器可采用固定床催化氧化反应器，该固定床催化氧化反应器由二个人孔、气体入口、气体出口及催化剂固定床层组成，催化剂固定床层位于反应器中央，气体入口位于反应器左侧，气体出口位于反应器右侧，二个人孔位于反应器上部。
10. 根据权利要求9所述的丙烯腈装置吸收塔尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于在所述催化氧化反应器入口处有一调节反应器入口温度的旁路阀门，在催化氧化反应器出口处有一控制反应器入口温度的旁路阀门。
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