CN103591603B - 一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法 - Google Patents

一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于石油炼制、石油化工领域管式加热炉烟气余热回收过程同步脱本碳的方法。用于解决现有技术存在的脱碳能耗高，装置占地面积大，设备一次性投资高等问题。本发明由以下步骤组成：A、从加热炉对流段过来的高温烟气与空气换热后进入烟气换热器，自烟气换热器出口进入吸收塔，与从喷淋嘴喷下的贫液逆流充分接触，其中的CO2被吸收塔贫液吸收后落入吸收塔底部变成吸收塔富液；B、富液进入解析塔，富液中的CO2从解析塔出口析出得到产品气；C、从大气过来的空气在低温预热器内与贫液换热，升温度后经空气线进入高温预热器，与高温烟气换热升温后再送入加热炉燃烧系统助燃。

Description

一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法
技术领域
本发明属于石油炼制领域，特别涉及一种石油化工领域管式加热炉的余热回收过程的方法。
背景技术
管式加热炉是石油炼制和石油化工行业生产装置的耗能大户，燃料消耗量在装置能耗中占有相当大的比例：少则20％～30％，多则80％～90％，因此回收加热炉烟气中的余热对于减少燃料消耗量、降低生产成本有着重要的意义。另一方面，随着人类对能源需求的增大，加热炉燃料燃烧引起的CO2排放量日益增加。2005年中国与能源有关的CO2排放量达51亿吨，占全球排放总量的19％，已居世界第二位，我国政府在2007年的《中国的能源状况与政策》中预测，2015年我国的CO2排放量将达到65.3亿吨，届时将超过美国而成为世界第一大排放国。我国在CO2减排方面面临着巨大的国际压力，2009年11月25日，国务院常务会议决定“到2020年，我国单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40～45％，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国内统计、监测和考核方法”。在炼油石化行业中，燃料燃烧产生的CO2占总排放量的比重最大，在70％以上。因此，开展加热炉烟气余热回收和减少烟气中CO2排放的技术开发工作，将是一件有意义的重要工作。目前炼化行业管式加热炉上普遍采用空气预热器来进行烟气余热的回收，利用加热炉烟气自身余热进行烟气脱碳的技术目前仍是空白。如何实现烟气余热回收和烟气脱碳用热之间的热能互补，进一步节约能源，减少烟气余热回收和脱碳装置的投资费用和占地面积，减少烟气CO2的排放，是炼化企业管式加热炉进一步开展“节能减排”工作的方向。
中国专利CN102350177A公开了“一种烟气二氧化碳气动捕集系统及工艺”，该方法步骤是(1)烟气进入吸收塔，与复合胺液逆流接触进行化学反应吸收，吸收后的烟气向上经洗涤装置，将烟气中所含的吸收剂洗涤下来，直接排放。(2)捕集到CO2气体的溶液变成富液流到吸收塔底，经富液泵输送到换热器，升温后的富液进入解吸塔。(3)富液在解析塔中经热解析，得到富含CO2及溶液蒸汽的再生气，再生气经换热、冷凝和气液分离，得到CO2产品气。(4)解析后的贫液经泵打入换热器和冷却器，冷却至吸收反应温度后循环利用。上述方法中CO2的吸收和解析工艺过程用热和冷却均需系统外部提供，存在脱碳能耗高，装置占地面积大，设备一次性投资高等问题，使得该项技术在炼化企业管式加热炉上的应用受到了限制，制约了企业“节能减排”工作的开展，需要进一步改进解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于石油炼制、石油化工领域管式加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法。用于解决现有技术不能实现加热炉烟气余热和烟气脱碳用热之间的热能综合利用，而存在的脱碳能耗高，装置占地面积大，设备一次性投资高等问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，其特征在于：所述方法由以下步骤组成：
A、从加热炉对流段过来的含CO2的高温烟气在高温预热器内与从低温预热器过来的空气进行换热，然后进入烟气换热器，通过传热元件热管把热量传给解析塔内的贫液，烟气温度进一步降低后，自烟气换热器出口进入吸收塔，与从喷淋嘴喷下的贫液逆流充分接触，其中的CO2被贫液吸收后落入吸收塔底部变成吸收塔富液；
B、从吸收塔出来的吸收塔富液进入解析塔升温后，富液中的CO2从解析塔出口析出得到产品气，解析塔富液变成解析塔贫液，进入低温预热器与空气换热后重新泵入吸收塔，循环使用；
C、从大气过来的空气在低温预热器内与解析塔贫液换热，温度升为90～100℃后，经空气线进入高温预热器，与高温烟气换热升温后，再送入加热炉燃烧系统助燃。
本发明一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，其进一步特征在于：
A、从加热炉对流段过来的300～310℃含CO2的高温烟气在高温预热器内与从低温预热器过来的90～100℃的空气换热，烟气温度降为200～210℃，然后进入烟气换热器，通过传热元件热管把热量传给解析塔内的贫液，烟气温度进一步降为40～50℃后，自烟气换热器出口进入吸收塔，与从喷淋嘴喷下的贫液逆流充分接触，其中的CO2被贫液吸收后落入吸收塔底部变成吸收塔富液；
B、从吸收塔出来的吸收塔富液进入解析塔升温到120～130℃后，富液中的CO2从解析塔出口析出得到产品气，解析塔富液变成解析塔贫液，进入低温预热器与空气换热后重新泵入吸收塔，循环使用；
C、从大气过来的20～30℃空气在低温预热器内与解析塔贫液换热，温度升为90～100℃后，经空气线进入高温预热器，与300～310℃的高温烟气换热后升温至170～180℃，再送入加热炉燃烧系统助燃。
本发明一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，其进一步特征在于：所述方法中吸收塔贫液采用喷淋法与烟气逆流接触，以使吸收塔贫液和烟气的接触更充分。
本发明一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，其进一步特征在于：所述方法中吸收塔贫液采用复合胺液，复合胺液是以伯胺一乙醇胺(MEA)为主体，同时含有活性胺、抗氧剂、缓蚀剂的复合溶液，具有脱碳能耗低、对设备腐蚀性小等优点。
采用本发明，具有如下的有益效果：(1)该方法把管式加热炉助燃空气的用热、烟气的余热回收和烟气脱碳的用能三者有效结合起来，使三个独立单元的热能利用得到优化互补，提高了能量利用效率，节约了能源。(2)该方法采用优化的换热流程，使烟气余热回收和烟气脱碳装置的规模得到简化，节约了装置一次性投资，减少了装置占地面积。(3)该方法在实现能量高效利用的同时实现了烟气的高效脱碳，有效减少了温室气体的排放。
本发明所述一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，由于把加热炉烟气自身余热回收和烟气脱碳用能有效结合起来，使得能量的利用效率得到提高。同时减少了装置的一次性投资费用和占地面积，减少了CO2的排放，显著提高了现有加热炉烟气余热回收和脱碳的技术水平。
附图说明
图1一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法的结构图
图中所示附图标记为：1-高温预热器进口，2-高温预热器，3-吸收塔出口，4-吸收塔，41-吸收塔贫液，42-吸收塔富液，5-引风机，6-贫液循环泵，7-喷淋头，8-烟气换热器进口，9-烟气换热器，10-热管，11-富液流出口，12-烟气换热器出口，13-低温预热器出口，14-低温预热器进口，15-低温预热器，151-空气线，16-低温预热器换热管，17-贫液流出口，18-富液循环泵，19-解析塔，191-解析塔贫液，192-解析塔注胺口，20-解吸塔出口，21-高温预热器换热盘管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但并不限制本发明要求保护的范围。
参见图1，是本发明应用于管式加热炉的一种烟气余热回收过程同步脱碳的方法，设有高温预热器2、低温预热器15、吸收塔4、解析塔19和烟气换热器9。烟气从加热炉对流段过来经高温预热器进口1进入高温预热器2，温度在300～310℃之间，CO2体积含量在10％左右，复合胺液对CO2脱除率在40℃时达到最大值，因此必须把300～310℃的高温烟气降到40℃才能实现CO2的高效脱除。在加热炉燃烧系统中，助燃空气需要从20℃升高到170℃左右，在解析塔19中，吸收CO2后的富液需要从40℃升高到适宜解析的温度120℃左右，把上述吸热和放热过程有效结合起来，使烟气先在高温预热器2中与从低温预热器15过来的90～100℃空气换热，烟气温度降为200～210℃，然后再从烟气换热器进口8进入烟气换热器9，与解析塔19内的解析塔贫液191通过高效换热元件热管10换热，温度降为40℃左右。热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内液体的相变来传递热量，热量传导速度很快，可以及时把烟气换热器9中烟气的热量传递给解析塔19内的解析塔贫液191，使烟气温度能降到利于吸收塔4内的吸收塔贫液41吸收CO2的温度，也使解析塔19内的解析塔贫液191温度能升到利于CO2析出的温度。然后烟气从烟气换热器出口12出来通过引风机5进入吸收塔4中，与吸收塔贫液41逆流充分接触，实现烟气中CO2的脱除，变成低碳的40℃低温烟气从吸收塔出口3经烟囱排入大气。
所述方法把烟气的放热和烟气脱碳、助燃空气的用热有效结合起来，优化了换热流程，实现了热能的综合利用，在实现烟气脱碳的同时有效节约了能源，促进了企业“节能减排”工作的进步。
所述方法中高温预热器2和低温预热器15是成熟技术，可采用列管、板翅式或热管等类型。
所述方法中，吸收塔贫液41从吸收塔4中的喷淋头7成雾状喷下，与40℃烟气逆流充分接触，吸收塔贫液41中的伯胺一乙醇胺MEA与烟气中的CO2发生化学反应，生成氨基甲酸盐：
CO2+2HOCH2CH2NH2+H2O＝(HOCH2CH2NH3)2CO3
上述反应属可逆反应，在反应温度为20～40℃时，反应向正方向进行，到40℃正方向反应速度最快，在反应温度为110～125℃时，反应向反方向进行。吸收塔贫液41吸收烟气中CO2变成吸收塔富液42落入吸收塔4的底部，从富液流出口11流出经富液循环泵18送入解析塔19，通过解析塔19内的热管10与烟气换热器9内的200℃烟气发生热交换，温度升到120～130℃，析出CO2实现再生变成解析塔贫液191，CO2从解析塔出口20排出成为工业产品气，可用于生产化学品(尿素、甲酸、合成气、醋酸等)、油田三次采油、温室大棚蔬菜、以及饮料食品、机械等行业：
(HOCH2CH2NH3)2CO3＝CO2+2HOCH2CH2NH2+H2O
120～130℃的解析塔贫液191从贫液流出口17进入低温预热器换热管16内，与从大气过来的20℃空气换热，温度降为40℃，经贫液循环泵6重新送入吸收塔4内，如此循环往复，实现吸收和再生，完成对烟气中CO2的捕集。
所述方法中的吸收塔贫液41采用以伯胺一乙醇胺MEA水溶液为主体，同时含有活性胺、抗氧剂、缓蚀剂的复合溶液，与传统的MEA法相比，吸收能力提高25％以上，能耗降低30％以上，既提高了溶剂的吸收能力，同时有效解决了MEA溶液的氧化降解、设备腐蚀和能耗高等难题，复合胺液通过反应温度的变化，实现CO2吸收和自身再生，满足工业生产要求，保证了所述方法一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法在炼化装置上长周期安全应用。
所述方法中从大气过来的20～30℃空气自低温预热器进口14进入低温预热器15，在低温预热器15内与解析塔贫液191换热，温度升为90～100℃，从低温预热器出口13经空气线151进入高温预热器换热盘管21，在换热盘管21内与从加热炉对流段过来的300～310℃高温烟气换热后温度升为170～180℃，经高温预热器换热盘管21出口送入加热炉燃烧系统助燃。
所述方法在管式加热炉上应用方便灵活，当从加热炉对流段过来的烟气温度为200～210℃时，高温预热器2可以省略，助燃空气从低温预热器15出来后可直接送入加热炉燃烧系统助燃。
下面结合附图说明本发明的操作过程。(A)温度为20～30℃的空气自大气从低温预热器进口14进入低温预热器15，经空气线151进入高温预热器2送入加热炉燃烧系统助燃。(B)从解析塔注胺口192往解析塔19中注入一定液位的复合胺液吸收液，液位最低要没过热管10。然后开启循环泵6，使吸收塔4中形成一定液位，使循环泵18不抽空即可，并适量往解析塔19中补充吸收液，开启循环泵18，使复合胺液吸收液在吸收塔4和解析塔19之间建立循环。(C)引300～310℃的高温烟气进入高温预热器2，在高温预热器2内烟气与空气换热，随着烟气和空气的正常循环，20～30℃的空气出低温预热器15温度升为90～100℃进入高温预热器2，烟气在高温预热器2内与90～100℃的空气换热温度降为200～210℃，空气出高温预热器2温度升为170～180℃。(D)含CO2的40℃烟气进入吸收塔4中，吸收液41从喷淋头7成雾状喷下，与烟气完全接触，烟气中CO2被吸收塔贫液41吸收后，变成低碳的40℃低温烟气从吸收塔出口3经烟囱排入大气。
上述操作过程必须按顺序进行，尤其需要遵循先建立空气循环后建立烟气循环的操作步骤，防止300～310℃的高温烟气未经换热直接进入烟气换热器9，造成热管10寿命降低和解析塔贫液191温度超标。

Claims (4)

1.一种加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，其特征在于，所述方法由以下步骤组成：
A、从加热炉对流段过来的含CO2的高温烟气在高温预热器内与从低温预热器过来的空气进行换热，然后进入烟气换热器，通过传热元件热管把热量传给解析塔内的贫液，烟气温度进一步降低后，自烟气换热器出口进入吸收塔，与从喷淋嘴喷下的贫液逆流充分接触，其中的CO2被贫液吸收后落入吸收塔底部，贫液吸收CO2后变成吸收塔富液；
B、从吸收塔出来的吸收塔富液进入解析塔升温后，富液中的CO2从解析塔出口析出得到产品气，解析塔富液变成解析塔贫液，进入低温预热器与空气换热后重新泵入吸收塔，循环使用；
C、从大气过来的空气在低温预热器内与解析塔贫液换热，温度升为90～100℃后，经空气线进入高温预热器，与高温烟气换热升温后，再送入加热炉燃烧系统助燃。
2.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，其特征在于，所述方法由以下步骤组成：
A、从加热炉对流段过来的300～310℃含CO2的高温烟气在高温预热器内与从低温预热器过来的90～100℃的空气换热，烟气温度降为200～210℃，然后进入烟气换热器，通过传热元件热管把热量传给解析塔内的贫液，烟气温度进一步降为40～50℃后，自烟气换热器出口进入吸收塔，与从喷淋嘴喷下的贫液逆流充分接触，其中的CO2被贫液吸收后落入吸收塔底部，贫液吸收CO2后变成吸收塔富液；
B、从吸收塔出来的吸收塔富液进入解析塔升温到120～130℃后，富液中的CO2从解析塔出口析出得到产品气，解析塔富液变成解析塔贫液，进入低温预热器与空气换热后重新泵入吸收塔，循环使用；
C、从大气过来的20～30℃空气在低温预热器内与解析塔贫液换热，温度升为90～100℃后，经空气线进入高温预热器，与300～310℃的高温烟气换热后升温至170～180℃，再送入加热炉燃烧系统助燃。
3.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，其特征在于：所述方法中吸收塔贫液采用喷淋法与烟气逆流接触。
4.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收过程同步脱碳的方法，其特征在于：所述方法中吸收塔贫液采用复合胺液，复合胺液是以伯胺一乙醇胺为主体，同时含有活性胺、抗氧剂、缓蚀剂的复合溶液。
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