CN102489083A - 一种电石炉尾气的净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电石炉尾气的净化方法，目的在于解决现有的电石炉尾气净化方法存在耗水量大、占地多，会产生二次污染，所得到的电石炉尾气中杂质含量较高，不能满足工业原料的要求，经济价值较低的问题，该方法包括如下步骤：干法除尘、降温、湿法脱硫脱氰、变温吸附、精脱砷。本发明构思巧妙、工艺简单、投资较少，能够有效避免产生含氰污水，减少环境污染，同时通过各步骤的相互配合，能够有效降低生产成本，净化后的尾气能够有效满足化工生产企业对原料的要求。

Description

一种电石炉尾气的净化方法
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其是一种电石炉尾气的净化方法。
背景技术
在下游聚氯乙烯需求持续增长的带动下，我国电石行业近年来快速发展，然而随着电石产能产量持续增长的同时，电石炉尾气的回收利用率却很低。统计数据显示，我国2007年电石产能为2000万吨，产量接近1500万吨。但截止2007年底，我国电石炉尾气利用量仅为15亿立方米，占2007年产生的电石炉尾气总量的10%左右。由于缺乏成熟可靠的尾气净化工艺，我国每年约有81亿立方米的电石炉尾气被放空或烧掉，相当于损失240万吨标准煤，造成资源的严重浪费，同时燃烧会产生大约1200万吨二氧化碳和90万吨粉尘，对环境造成严重的污染。
电石炉尾气的主要成分为一氧化碳和氢气，属高热值混合气体，其不仅可以作为燃料，还可作为生产合成氨、甲醇、甲酸、醋酸等的化工原料。回收利用电石炉尾气对于节约能源、保护环境，节能减排具有十分重要的意义。但电石炉尾气中通常含有硫化物、磷化物、砷化物、氮氧化物、氰化物、煤焦油等数十种杂质成分，必须将杂质净化之后，才能用于工业生产。
目前，净化电石炉尾气的常用方法是将电石炉尾气进行湿法除尘后，进入引气单元，通过焚烧从而利用其热能。该方法采用湿法工艺进行除尘，该工艺应用较为成熟，对设备要求较低，但其存在耗水量大、占地多的问题，同时，由于电石炉尾气中含有氰化物、硫化物等杂质，在除尘的过程中还会产生含氰污水，从而造成环境的二次污染。通过该方法得到的电石炉尾气中，硫化物、磷化物、砷化物、氮氧化物、氰化物等杂质的含量在50ppm以上，不能满足工业原料的要求，仅能作为燃料，从而导致电石炉尾气的经济价值极大降低。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对现有的电石炉尾气净化方法存在耗水量大、占地多，会产生二次污染，所得到的电石炉尾气中，杂质含量较高，不能满足工业原料的要求，经济价值较低的问题，提供一种电石炉尾气的净化方法，本发明构思巧妙、工艺简单、投资较少，能够有效避免产生含氰污水，减少环境污染，同时通过各步骤的相互配合，能够有效降低生产成本，净化后的尾气能够有效满足化工生产企业对原料的要求。
本发明采用的技术方案如下：
一种电石炉尾气的净化方法，包括如下步骤：
（1）干法除尘：电石炉尾气首先进入空气冷却器冷却，再进入布袋除尘器除尘；
（2）降温：将除尘后的电石炉尾气降温至40℃以下；
（3）湿法脱硫脱氰：将降温后的电石炉尾气通过鼓风机或压缩机引气至湿法脱硫脱氰单元，采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物和氰化物；
（4）变温吸附：将脱硫脱氰后的电石炉尾气送人变温吸附单元，采用活性炭对电石炉尾气进行变温吸附；
（5）精脱砷：采用脱砷催化剂对变温吸附后的电石炉尾气进行精脱砷，即可。
所述步骤（1）中，采用空气冷却器冷却电石炉尾气至230～270℃，采用布袋除尘器脱除电石炉尾气中的灰尘含量至20～50mg/Nm3。
所述步骤（3）中，采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物含量至5～30ppm，氰化物含量至1～15ppm。
所述变温吸附包括如下步骤：吸附，降压，升温，冷吹，升压。
所述变温吸附由两个及其以上变温吸附床组成。
所述步骤（4）中，在常温下进行吸附，变压吸附的压力为0.02～2.0Mpa，升温至50～350℃冲洗再生，再生温度为50～350℃。
所述步骤（5）中，采用脱砷剂脱除电石炉尾气中的砷含量至1～5ppb。
所述步骤（5）精脱砷的电石炉尾气进入变压吸附单元，浓缩一氧化碳，同时变压吸附产生的废气返回变温吸附单元。
所述变压吸附包括如下步骤：吸附，降压，置换，逆放，抽空，升压。
本发明首先采用空气冷却器对电石炉尾气进行冷却至230～270℃后，再采用布袋除尘器脱除其中的灰尘，使粉尘含量降低至20～50mg/Nm3，然后进一步降温至40℃以下。再采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物含量至5～30ppm，氰化物含量至1～15ppm，然后通过变温吸附去除其中的杂质。变温吸附法（Temperature Swing Adsorption，简称为TSA）是根据待分离组分在不同温度下的吸附容量差异实现分离，是采用温度变化的循环操作，常温下被吸附的强吸附组分在高温下得以脱附，吸附剂得以再生，冷却后再次于常温下吸附强吸附组分。为了保证企业的连续生产，本发明的变温吸附步骤由两个及其以上变温吸附床组成，彼此间经历相同的步骤，时序上相互叉开，从而保证分离过程连续进行。由于尾气中还含有少量砷，因此，需要进一步进行脱砷处理。本发明采用脱砷剂对尾气进行进一步净化，从而使砷含量降低至1～5ppb。同时，也可以对精脱砷的电石炉尾气进行进一步精制。
本发明采用干法除尘，同时采用PDS湿法脱除电石炉尾气中的硫化物和氰化物，能够避免产生含氰污水，减少对环境的二次污染。PDS湿法中的PDS是双核酞菁钴类化合物，其在PDS湿法脱硫反应中是一种催化剂，在有氧条件下，以碳酸钠为碱源，将H2S与碳酸钠生成的化合物催化氧化为单质硫，硫磺可回收，碳酸钠可循环使用，每日仅需补加一定量的碳酸钠。
通常，尾气中的砷是采用脱砷剂直接脱除，然而这种方法需要大量的脱砷剂，生产成本较高，同时尾气中的硫化物、磷化物会使脱砷剂容易中毒，从而增加生产成本。而本发明将湿法脱硫脱氰、变温吸附与精脱砷相结合，首先采用湿法脱硫脱氰去除尾气中的硫化物、磷化物等杂质，有效避免脱砷剂中毒，然后再进行变温吸附，变温吸附能够有效脱除硫化物、磷化物、砷化物、氮氧化物、氰化物等杂质，使杂质含量降低至1ppm以下，从而有效减少精脱砷单元的负荷，降低脱砷剂的使用量及生产成本，保证企业的正常运行。最后，将变温吸附后的电石炉尾气送人装有脱砷剂的固定床反应器内进行催化反应净化，从而有效保证尾气中砷含量符合化工原料的要求。
脱除杂质后的电石炉尾气中，一氧化碳的含量较低，生产企业需要进行二次浓缩，因此，本发明将精脱砷后电石炉尾气送人变压吸附单元，从而有效提高一氧化碳浓度，同时，将变压吸附中产生的废气作为变温吸附的再生气返回变温吸附单元，从而降低生产企业二次浓缩的成本，同时对废气进行有效回收利用，减少环境污染及能源消耗。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
将500Nm3/h电石炉尾气首先进入空气冷却器冷却至约250℃，再进入布袋除尘器除尘，使电石炉尾气中灰尘含量降低至50mg/Nm3以下，再采用换热器将电石炉尾气降温至40℃以下。降温后的电石炉尾气通过鼓风机引气至湿法脱硫脱氰单元，采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物含量至30ppm以下，氰化物含量至15ppm以下。再将电石炉尾气加压至0.8MPa后送人变温吸附单元，采用活性炭吸附剂对电石炉尾气进行变温吸附，变温吸附主要包括如下步骤：
（1）吸附
将原料气自下而上的送入具有0.8MPa压力的吸附床内进行吸附，脱除氮氧化物、氰化物，硫、磷、砷及其化合物等杂质，净化后的气体自床层顶部排出。当硫、磷、砷及其化合物等杂质在净化气体中达到规定浓度后，终止原料气进入，停止吸附，吸附的时间为6h。
(2)降压
使吸附床层在吸附压力下逆向放压，吸附床层内气体自原料气进口端放出，直至达到常压状态，降压的时间为15min。
（3）升温
将减压至0.02MPa的氮气加热到150℃后，由上而下通过吸附床层，升温的时间为3h，使被吸附的硫、磷、砷及其化合物解吸，吸附剂被再生。
（4）冷吹
采用未加热的0.02MPa的氮气对吸附床层进行冲洗2.5h，使其冷却到环境温度。
（5）升压
向吸附床中加入净化后的气体，升压的时间为15min，使吸附床升压至吸附所需压力。
经过变温吸附后后的尾气中硫化物、磷化物、氰化物、氮氧化物、砷化物含量均小于1ppm。再将经过变温吸附后后的尾气送入精脱砷单元，采用脱砷剂对电石炉尾气进行精脱砷，使其中砷化物含量小于5ppb，净化后的尾气即可作为化工生产的原料气。
实施例2
将500Nm3/h电石炉尾气首先进入空气冷却器冷却至255℃，再进入布袋除尘器除尘，使电石炉尾气中灰尘含量降低至40mg/Nm3以下，再采用换热器将电石炉尾气降温至40℃以下。降温后的电石炉尾气通过压缩机引气至湿法脱硫脱氰单元，采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物含量至25ppm以下，氰化物含量至12ppm以下。再将电石炉尾气加压至1.0MPa后送人变温吸附单元，采用含有0.5%钾和0.3%锌的活性氧化铝和具有丰富微孔结构的活性炭复合吸附剂对电石炉尾气进行变温吸附。本实施例采用两个吸附床组成一个连续运转系统，每个吸附床都将经历相同的步骤，时序上相互叉开，以保证分离过程连续进行。
每个吸附床的变温吸附主要包括如下步骤：
（1）吸附
将原料气自下而上的送入具有1.0MPa压力的吸附床内进行吸附，脱除氮氧化物、氰化物，硫、磷、砷及其化合物等杂质，净化后的气体自床层顶部排出。当硫、磷、砷及其化合物等杂质在净化气体中达到规定浓度后，终止原料气进入，停止吸附，吸附的时间为8h。
(2)降压
使吸附床层在吸附压力下逆向放压，吸附床层内气体自原料气进口端放出，直至达到常压状态，降压的时间为30min。
（3）升温
将减压至0.02MPa的氮气加热到160℃后，由上而下通过吸附床层，升温的时间为3.5h，使被吸附的硫、磷、砷及其化合物解吸，吸附剂被再生。
（4）冷吹
采用未加热的0.02MPa的氮气对吸附床层进行冲洗3.5h，使其冷却到环境温度。
（5）升压
向吸附床中加入净化后的气体，升压的时间为30min，使吸附床升压至吸附所需压力。
经过变温吸附后后的尾气中硫化物、磷化物、氰化物、氮氧化物、砷化物含量均小于1ppm。再将经过变温吸附后后的尾气送入精脱砷单元，采用脱砷剂对电石炉尾气进行精脱砷，使其中砷化物含量小于5ppb，净化后的尾气即可作为工厂的原料气，可用于草酸酯的合成。
实施例3
将800Nm3/h电石炉尾气首先进入空气冷却器冷却至约240℃，再进入布袋除尘器除尘，使电石炉尾气中灰尘含量降低至40mg/Nm3以下，再采用换热器将电石炉尾气降温至40℃以下。降温后的电石炉尾气通过鼓风机引气至湿法脱硫脱氰单元，采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物含量至20ppm以下，氰化物含量至10ppm以下。再将电石炉尾气加压至1.5MPa后送人变温吸附单元，采用活性炭对电石炉尾气进行变温吸附，变温吸附主要包括如下步骤：
（1）吸附
将原料气自下而上的送入具有1.5MPa压力的吸附床内进行吸附，脱除氮氧化物、氰化物，硫、磷、砷及其化合物等杂质，净化后的气体自床层顶部排出。当硫、磷、砷及其化合物等杂质在净化气体中达到规定浓度后，终止原料气进入，停止吸附，吸附的时间为5h。
(2)降压
使吸附床层在吸附压力下逆向放压，吸附床层内气体自原料气进口端放出，直至达到常压状态，降压的时间为30min。
（3）升温
将减压至0.02MPa的变压吸附产生的废气加热到260℃后，由上而下通过吸附床层，升温的时间为2h，使被吸附的硫、磷、砷及其化合物解吸，吸附剂被再生。
（4）冷吹
采用未加热的0.02MPa的变压吸附产生的废气对吸附床层进行冲洗2h，使其冷却到环境温度。
（5）升压
向吸附床中加入净化后的气体，升压的时间为30min，使吸附床升压至吸附所需压力。
经过变温吸附后后的尾气中硫化物、磷化物、氰化物、氮氧化物、砷化物含量均小于1ppm。再将经过变温吸附后后的尾气送入精脱砷单元，采用脱砷剂对电石炉尾气进行精脱砷，使其中砷化物含量小于5ppb。将精脱砷的电石炉尾气送入变压吸附单元，浓缩一氧化碳，变压吸附包括如下步骤：吸附、降压、置换、逆放、抽空、升压，净化后的尾气即可作为醋酸生产的原料气，变压吸附产生的废气返回变温吸附单元用作再生气。
实施例4
将7000Nm3/h电石炉尾气首先进入空气冷却器冷却至约250℃，再进入布袋除尘器除尘，使电石炉尾气中灰尘含量降低至50mg/Nm3以下，再采用换热器将电石炉尾气降温至40℃以下。降温后的电石炉尾气通过压缩机引气至湿法脱硫脱氰单元，采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物含量至30ppm以下，氰化物含量至15ppm以下。再将电石炉尾气加压至0.05MPa后送人变温吸附单元，采用含有0.6%钾和0.2%铁的活性炭对电石炉尾气进行变温吸附。本实施例采用五个吸附床组成一个连续运转系统，每个吸附床都将经历相同的步骤，时序上相互叉开，以保证分离过程连续进行。
变温吸附主要包括如下步骤：
（1）吸附
将原料气自下而上的送入具有0.05MPa压力的吸附床内进行吸附，脱除氮氧化物、氰化物，硫、磷、砷及其化合物等杂质，净化后的气体自床层顶部排出。当硫、磷、砷及其化合物等杂质在净化气体中达到规定浓度后，终止原料气进入，停止吸附，吸附的时间为8h。
(2)降压
使吸附床层在吸附压力下逆向放压，吸附床层内气体自原料气进口端放出，直至达到常压状态，降压的时间为6min。
（3）升温
将减压至0.01MPa的变压吸附产生的废气加热到350℃后，由上而下通过吸附床层，升温的时间为3.9h，使被吸附的硫、磷、砷及其化合物解吸，吸附剂被再生。
（4）冷吹
采用未加热的0.01MPa的变压吸附产生的废气对吸附床层进行冲洗3.9h，使其冷却到环境温度。
（5）升压
向吸附床中加入净化后的气体，升压的时间为6min，使吸附床升压至吸附所需压力。
经过变温吸附后后的尾气中硫化物、磷化物、氰化物、氮氧化物、砷化物含量均小于1ppm。再将经过变温吸附后后的尾气送入精脱砷单元，采用脱砷剂对电石炉尾气进行精脱砷，使其中砷化物含量小于5ppb。将精脱砷的电石炉尾气送入变压吸附单元，浓缩一氧化碳至98.5%（体积百分比），变压吸附包括如下步骤：吸附、降压、置换、逆放、抽空、升压，净化后的尾气即可作为甲醇生产的原料气，变压吸附产生的废气返回变温吸附单元用作再生气。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种电石炉尾气的净化方法，包括如下步骤：
（1）干法除尘：电石炉尾气首先进入空气冷却器冷却，再进入布袋除尘器除尘；
（2）降温：将除尘后的电石炉尾气降温至40℃以下；
（3）湿法脱硫脱氰：将降温后的电石炉尾气通过鼓风机或压缩机引气至湿法脱硫脱氰单元，采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物和氰化物；
（4）变温吸附：将脱硫脱氰后的电石炉尾气送人变温吸附单元，采用活性炭对电石炉尾气进行变温吸附；
（5）精脱砷：采用脱砷催化剂对变温吸附后的电石炉尾气进行精脱砷，即可。
2.根据权利要求1所述电石炉尾气的净化方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用空气冷却器冷却电石炉尾气至230～270℃，采用布袋除尘器脱除电石炉尾气中的灰尘含量至20～50mg/Nm3。
3.根据权利要求1所述电石炉尾气的净化方法，其特征在于：所述步骤（3）中，采用PDS湿法脱硫脱除电石炉尾气中的硫化物含量至5～30ppm，氰化物含量至1～15ppm。
4.根据权利要求1-3任一所述电石炉尾气的净化方法，其特征在于：所述变温吸附包括如下步骤：吸附，降压，升温，冷吹，升压。
5.根据权利要求1所述电石炉尾气的净化方法，其特征在于：所述变温吸附由两个及其以上变温吸附床组成。
6.根据权利要求1所述电石炉尾气的净化方法，其特征在于：所述步骤（4）中，在常温下进行吸附，吸附的压力为0.02～2.0Mpa，升温至50～350℃冲洗再生，再生温度为50～350℃。
7.根据权利要求1所述电石炉尾气的净化方法，其特征在于：所述步骤（5）中，采用脱砷剂脱除电石炉尾气中的砷含量至1～5ppb。
8.根据权利要求1-7所述电石炉尾气的净化方法，其特征在于：所述步骤（5）精脱砷的电石炉尾气进入变压吸附单元，浓缩一氧化碳，同时变压吸附产生的废气返回变温吸附单元作为再生气。
9.根据权利要求8所述电石炉尾气的净化方法，其特征在于：所述变压吸附包括如下步骤：吸附，降压，置换，逆放，抽空，升压。
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