CN104117264A - 乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法与装置，提供了一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法，该方法包括以下步骤：(a)对乙烯裂解炉烧焦气进行微旋流分离，以脱除气体中夹带的固体杂质；(b)对步骤(a)中得到的气体进行洗涤，以初步吸收和冷却气体中夹带的恶臭污染物；(c)对步骤(b)中得到的气体进行微旋流吸收和冷却，以对恶臭污染物进行深度吸收和冷却，并对吸收富液以及恶臭污染物冷凝液进行分离回收；(d)对步骤(c)中得到的吸收富液进行再生，以供循环使用。还提供了一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制装置。

Description

乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法与装置

技术领域

本发明属于化工能源环保领域，涉及一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法，具体地说，涉及一种从乙烯裂解炉在线烧焦时产生的气体中净化处理颗粒污染物和恶臭污染物的方法，以及实施该方法所用的装置。

背景技术

针对乙烯装置中裂解炉烧焦气的大气污染的共性问题，开展烧焦气中污染物深度控制技术研究与工程示范，对于保障操作人员的健康与环境安全，改善裂解炉装置外在形象，减排污染物具有比较重要的意义。

裂解炉作为乙烯装置的龙头设备，在乙烯长、稳、满生产过程中起着举足轻重的作用。由于反应原理及操作条件的限制，在裂解正常运行一段时间之后，需要对裂解炉实施在线烧焦操作，以除去辐射段炉管及急冷锅炉中的焦层。在线烧焦过程中会产生大量的烧焦气，除了蒸汽，还含有细颗粒物、NOx、挥发性有机物、恶臭污染物等。作为大气颗粒物污染物的来源之一，裂解炉烧焦气必须经过科学处理，以满足日益严格的环保要求。

针对乙烯裂解炉烧焦气中污染物深度控制技术在国外还没有研发的报道，国外往往将乙烯裂解炉的结构改进和操作优化作为解决结焦问题的主要切入点，在具体实施方法上以抑制乙烯裂解炉结焦和优化乙烯裂解炉除焦工艺为主。目前国内各乙烯装置主要采用的是重力沉降罐或传统旋风分离器来控制外排颗粒污染物，然而它们的最大弊端就是只能捕集粒径100μm的颗粒物，并不适合捕集PM10甚至是PM2.5细颗粒污染物，尤其是在近年来作为灰霾元凶的PM2.5细颗粒污染物的防控变得日益严苛的背景下，现有的控制技术已经逐渐不能满足环保要求。与此同时，国内各乙烯装置针对烧焦气中恶臭污染物的控制技术也未见端倪。

例如，中国专利申请200710064887.0公开了一种抑制乙烯裂解炉结焦的方法。该方法包括裂解炉投油运行前和/或投油运行期间，将液态的结焦抑制剂注入所述乙烯裂解炉，其中所述结焦抑制剂为硫化合物和磷化合物中的至少一种化合物、和/或至少一种硫磷化合物；且在所述乙烯裂解炉的辐射段炉管中包括至少一节强化传热炉管如扭曲片管。但是该方法提及的仅仅是如何抑制裂解炉的结焦，延长裂解炉的使用寿命及运行周期，并未涉及烧焦气的处理问题。

例如，中国专利申请201320830259.X公开了一种乙烯裂解炉烧焦气的净化装置。该装置由旋风分离型清焦罐和微旋流分离器组成，在旋风分离型清焦罐上部焊接隔板，微旋流分离器通过紧固件安装于隔板上，此外在旋风分离型清焦罐的进气口处设置一段向下α角度的导流筒。然而该装置只适合捕集粒径为10μm以上的细颗粒污染物，并不能有效控制PM2.5细颗粒污染物，对恶臭污染物更是无能为力。

综上所述，目前国内乙烯行业尚未开发出一种高效低耗型污染物深度控制技术来填补国内该领域的技术空白，该技术不仅需要控制烧焦气中污染物浓度达标，从而改善炉区环境和大气环境，并且需要操作简单，极易推广使用。可以预见的是，随着我国乙烯产能的持续扩大，该技术的成功开发及应用势必可以进一步推进我国国产化乙烯技术的成熟发展。

发明内容

本发明提供了一种新颖的乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法与装置，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本发明提供了一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法，该方法包括以下步骤：

(a)对乙烯裂解炉烧焦气进行微旋流分离，以脱除气体中夹带的固体杂质；

(b)对步骤(a)中得到的气体进行洗涤，以初步吸收和冷却气体中夹带的恶臭污染物；

(c)对步骤(b)中得到的气体进行微旋流吸收和冷却，以对恶臭污染物进行深度吸收和冷却，并对吸收富液以及恶臭污染物冷凝液进行分离回收；

(d)对步骤(c)中得到的吸收富液进行再生，以供循环使用。

在一个优选的实施方式中，所述乙烯裂解炉烧焦气的初始操作压力为0.01～0.03MPa，操作温度为150～450℃。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(a)中，所述微旋流分离采用一级、二级或更多级分离；所述固体杂质包括焦粉和铁锈。

在另一个优选的实施方式中，经步骤(a)处理后，乙烯裂解炉烧焦气的压力降不大于50mmH₂O；乙烯裂解炉烧焦气中固体微粒的平均粒径不大于2.5微米。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(b)中，对步骤(a)中得到的气体进行喷雾洗涤和冷却；所述恶臭污染物包括苯类、有机硫、氮氧化物和硫化氢。

在另一个优选的实施方式中，经步骤(c)处理后，乙烯裂解炉烧焦气中恶臭污染物的浓度从1000mg/m³降至不超过25mg/m³，吸收富液的浓度降至不超过10mg/m³。

另一方面，本发明提供了一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制装置，该装置包括：

清焦罐，用于脱除乙烯裂解炉烧焦气中夹带的固体杂质；

与清焦罐连接的旋流除臭罐，其中，所述旋流除臭罐包括液体分布器和喷嘴，用于初步吸收和冷却乙烯裂解炉烧焦气中夹带的恶臭污染物；其中，所述旋流除臭罐包括微旋流吸收器，用于对恶臭污染物进行深度吸收和冷却，并对吸收富液进行分离回收。

在一个优选的实施方式中，所述清焦罐包括：壳体，一级微旋流器，隔板A，隔板B，二级微旋流器，封板，隔板C，导流筒和导管，其中，隔板A将壳体分割成上下两个腔体，乙烯裂解炉烧焦气通过进料口和导流筒进入下腔体并进入一级微旋流器进行一级微旋流分离，分离出的大直径固体杂质落入清焦罐底部，而乙烯裂解炉烧焦气进入上腔体；隔板B、封板和隔板C将上腔体分成a、b和c腔体，乙烯裂解炉烧焦气进入a腔体后进入二级微旋流器进行二级微旋流分离，分离出的小直径固体杂质进入c腔体并经由导管落入清焦罐底部，而乙烯裂解炉烧焦气进入b腔体后通过出料口排出。

在另一个优选的实施方式中，所述喷嘴呈环形均布于旋流除臭罐内，所述喷嘴的型式和数量以及使用的吸收液的用量根据恶臭污染物的种类和浓度确定。

在另一个优选的实施方式中，所述固体杂质包括焦粉和铁锈。

附图说明

根据结合附图进行的如下详细说明，本发明的目的和特征将变得更加明显，附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制工艺流程图。

图2是根据本发明的一个实施方式的清焦罐结构示意图，包括沿其A-A线和B-B线的剖面示意图。

具体实施方式

本申请的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，在乙烯裂解炉正常运行一段时间之后，通常需要对裂解炉实施停炉烧焦操作，以除去辐射段炉管及急冷锅炉中的焦垢，在清焦过程中会产生大量的烧焦气，除了蒸汽，还含有细颗粒物、NOx、挥发性有机物、恶臭污染物等；作为大气污染物的来源之一，烧焦气必须经过科学处理，以满足日益严格的节能环保要求，这其中细颗粒污染物以及恶臭污染物的防治减排成为了重中之重；而采取一级旋流控制细颗粒污染物，二级喷雾洗涤加旋流吸收恶臭污染物的串联耦合工艺，可以有效地降低乙烯裂解炉烧焦气中颗粒污染物和恶臭污染物的排放量，预防其对炉区环境和大气环境的污染。基于上述发现，本发明得以完成。

本发明的技术构思如下：

(1)对乙烯裂解炉烧焦气进行一级或多级微旋流分离，以脱除气体中夹带的焦粉和铁锈；

(2)对经微旋流脱固后的烧焦气进行喷雾洗涤，以初步吸收和冷却气体中夹带的恶臭污染物；

(3)烧焦气进入微旋流吸收器，进行恶臭污染物的深度吸收和冷却以及吸收液和恶臭污染物冷凝液的高效分离回收；以及

(4)对经微旋流吸收器分离回收的吸收富液进行再生，以供循环使用。

在本发明的第一方面，提供了一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法，该方法包括以下步骤：

(a)对乙烯裂解炉烧焦气进行微旋流分离，以脱除气体中夹带的焦粉和铁锈；

(b)对经微旋流脱固后的烧焦气进行喷雾洗涤，以初步吸收和冷却气体中夹带的恶臭污染物；

(c)烧焦气进入微旋流吸收器，进行恶臭污染物的深度吸收和冷却以及吸收富液和恶臭污染物冷凝液的高效分离回收；以及

(d)对经微旋流吸收器分离回收的吸收富液进行再生，以供循环使用。

在本发明中，所述乙烯裂解炉烧焦气的初始操作压力为0.01～0.03MPa，操作温度为150～450℃。

在本发明中，所述步骤(a)中的微旋流分离可采用一级、二级或更多级分离。

在本发明中，经所述步骤(a)的净化处理后，烧焦气的压力降不大于50mmH₂O。

在本发明中，经所述步骤(a)的净化处理后，烧焦气中固体微粒的平均粒径不大于2.5微米，从而降低了后续除臭工段的操作负荷以及设备堵塞的可能性。

在本发明中，经所述步骤(c)的净化处理后，烧焦气中恶臭污染物浓度可从1000mg/m³降至25mg/m³以内，吸收富液浓度可降至10mg/m³以内。

在本发明中，所述烧焦气中夹带的恶臭污染物包括苯类、有机硫、氮氧化物、硫化氢等物质，例如甲苯、蒽、萘。

在本发明的第二方面，提供了一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制装置，该装置包括：

用于高效脱除烧焦气中颗粒污染物的清焦罐；

用于高效脱除烧焦气中恶臭污染物的旋流除臭罐，其中包括分散均布吸收液的液体分布器和喷嘴，以及用于深度吸收和冷却恶臭污染物并分离回收吸收液的微旋流吸收器。

在本发明中，所述清焦罐的整体结构包括：壳体，一级微旋流器，隔板A，隔板B，二级微旋流器，封板，隔板C，导流筒，导管，其中，隔板A将壳体分割成上下两腔体，烧焦气通过进料口和导流筒进入下腔体并进入一级微旋流器进行一级微旋流分离，分离出的大直径焦粉和铁锈落入清焦罐底部，而烧焦气进入上腔体；隔板B、封板和隔板C将上腔体分成a、b、c腔体，烧焦气进入a腔体后进入二级微旋流器进行二级微旋流分离，分离出的小直径焦粉和铁锈进入c腔体并经由导管落入清焦罐底部，而烧焦气进入b腔体后通过出料口排出。

在本发明中，所述喷嘴呈环形均布于旋流除臭罐内，喷嘴的型式、数量以及吸收液的用量根据恶臭污染物的种类和浓度而定。

在本发明中，所述微旋流吸收器不仅可在旋转流场中强化物理化学反应，而且可以高效地完成吸收液的分离回收。

以下根据附图详细说明本发明的方法。

图1是根据本发明的一个实施方式的乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制工艺流程图。如图1所示，蒸汽和空气送入乙烯裂解炉1中参与反应；经换热器2换热后的烧焦气进入清焦罐3以烧焦气中夹带的固体杂质，脱除的焦粉由清焦罐3底部排出，经处理的烧焦气继续进入旋流除臭罐4；内置于旋流除臭罐4中的分散均布吸收液的液体分布器5和喷嘴6对烧焦气进行喷雾洗涤，以初步吸收和冷却气体中夹带的恶臭污染物；经处理的烧焦气继续进入内置于旋流除臭罐4中的微旋流吸收器7，进行恶臭污染物的深度吸收和冷却以及吸收液和恶臭污染物冷凝液的高效分离回收，所得的净化气由旋流除臭罐4顶部排出，富液由旋流除臭罐4底部排出去再生。

图2是根据本发明的一个实施方式的清焦罐结构示意图，包括沿其A-A线和B-B线的剖面示意图。如图2所示，所述清焦罐包括：壳体21，一级微旋流器22，隔板A23，隔板B24，二级微旋流器25，封板26，隔板C27，导流筒28和导管29，其中，隔板A23将壳体21分割成上下两个腔体，乙烯裂解炉烧焦气通过进料口30和导流筒28进入下腔体并进入一级微旋流器22进行一级微旋流分离，分离出的大直径固体杂质落入清焦罐底部，而乙烯裂解炉烧焦气进入上腔体；隔板B24、封板26和隔板C27将上腔体分成a、b和c腔体，乙烯裂解炉烧焦气进入a腔体后进入二级微旋流器25进行二级微旋流分离，分离出的小直径固体杂质进入c腔体并经由导管29落入清焦罐底部，而乙烯裂解炉烧焦气进入b腔体后通过出料口31排出，其中，进料口30与水平面成α角度，该清焦罐还包括壳体21顶部、c腔体顶部和隔板A23上的人孔。

本发明的主要优点在于：

本发明的方法和装置工艺先进，连续运转周期长，体积小，故障率低，操作简单，极易推广使用，能够高效降低乙烯裂解炉烧焦气中颗粒污染物和恶臭污染物的排放量，减少其对乙烯装置裂解炉区及周边环境和大气环境的污染。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1

国内某乙烯装置采用了本申请的装置。

工艺流程：

如图1所示。

对乙烯裂解炉烧焦气进行两级微旋流分离，以脱除气体中夹带的焦粉和铁锈；对经两级旋流脱固后的烧焦气进行喷雾洗涤，以初步吸收和冷却气体中夹带的恶臭污染物；烧焦气进入微旋流吸收器，进行恶臭污染物的深度吸收和冷却以及吸收富液和恶臭污染物冷凝液的高效分离回收；对经微旋流吸收器分离回收的吸收富液进行再生，以供循环使用。

实施方式：

乙烯装置裂解炉在线烧焦及烧焦结束后，需经过蒸汽热备用阶段，此时烧焦气管线介质是稀释蒸汽，裂解炉切换后，在运行期间烧焦管线冷却后由于蒸汽凝结造成烧焦气管线内表面腐蚀生锈。在裂解炉烧焦时，特别是裂解气大阀切换期间，管线内的黄褐色的铁锈容易随着大气量的蒸汽，从烧焦气排放烟囱排出，附着在了附近的钢结构上，并且导致烧焦气泛黄。此外烧焦气中还夹带大量焦粉颗粒物致使气颜色发黑，除此之外气体中还夹带约1000mg/m³的恶臭污染物，导致装置现场气味刺鼻难闻，对现场环境和操作人员的健康造成了隐患。

下表示出了烧焦气的物性参数：

操作介质	水、蒸汽、焦粉、铁锈
		操作温度，℃设计/正常	425/400
正常操作压力，MPa(G)	0.02
		操作条件下液相密度，kg/m3	959
操作条件下气体流量，t/h	60

本套乙烯装置的清焦罐改造工程中在进料口处加装导流筒用以驱使气体向下运动，还起到将气体的直线运动转变为螺旋运动的作用，并在原罐体内加装若干根一级微旋流器，与此同时在原清焦罐的上方增加了筒节高度用以增加二级微旋流器，以此形成两级旋流深度脱固工艺。此外，在现场新增了一台旋流除臭罐，罐体内设有液体分布器和若干实心圆锥喷嘴，在罐体横截面形成液封状态用以将吸收液充分喷淋入烧焦气中；罐顶设有微旋流吸收器，其集高效反应吸收和旋流分离功能为一体，为华东理工大学独立自主研制的最新科研成果。

技术效果：

本次改造所使用的一级微旋流器、二级微旋流器和微旋流吸收器在标准状态下设备操作压力降均不大于0.0025MPa，折合25mm水柱高，并且经过两级旋流脱固后烧焦气中固体微粒的平均粒径不大于2.5微米，经过旋流除臭后恶臭污染物浓度可从1000mg/m³降至25mg/m³以内，根据采样分析，最后得到的净化气中相关污染物浓度达到国家相关排放标准。

该套乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制装置在乙烯装置中使用之后操作方便，易于控制，达到并满足了工业生产和环境协调要求，其高效降低了乙烯裂解炉烧焦气中颗粒污染物和恶臭污染物的排放量，预防了对炉区环境和大气环境的污染。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制方法，该方法包括以下步骤：

(a)对乙烯裂解炉烧焦气进行微旋流分离，以脱除气体中夹带的固体杂质；

(b)对步骤(a)中得到的气体进行洗涤，以初步吸收和冷却气体中夹带的恶臭污染物；

(c)对步骤(b)中得到的气体进行微旋流吸收和冷却，以对恶臭污染物进行深度吸收和冷却，并对吸收富液以及恶臭污染物冷凝液进行分离回收；

(d)对步骤(c)中得到的吸收富液进行再生，以供循环使用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙烯裂解炉烧焦气的初始操作压力为0.01～0.03MPa，操作温度为150～450℃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述微旋流分离采用一级、二级或更多级分离；所述固体杂质包括焦粉和铁锈。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，经步骤(a)处理后，乙烯裂解炉烧焦气的压力降不大于50mmH₂O；乙烯裂解炉烧焦气中固体微粒的平均粒径不大于2.5微米。

5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，对步骤(a)中得到的气体进行喷雾洗涤和冷却；所述恶臭污染物包括苯类、有机硫、氮氧化物和硫化氢。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，经步骤(c)处理后，乙烯裂解炉烧焦气中恶臭污染物的浓度从1000mg/m³降至不超过25mg/m³，吸收富液的浓度降至不超过10mg/m³。

7.一种乙烯裂解炉烧焦气中污染物的深度控制装置，该装置包括：

清焦罐(3)，用于脱除乙烯裂解炉烧焦气中夹带的固体杂质；

与清焦罐(3)连接的旋流除臭罐(4)，其中，所述旋流除臭罐(4)包括液体分布器(5)和喷嘴(6)，用于初步吸收和冷却乙烯裂解炉烧焦气中夹带的恶臭污染物；其中，所述旋流除臭罐(4)包括微旋流吸收器(7)，用于对恶臭污染物进行深度吸收和冷却，并对吸收富液进行分离回收。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述清焦罐(3)包括：壳体(21)，一级微旋流器(22)，隔板A(23)，隔板B(24)，二级微旋流器(25)，封板(26)，隔板C(27)，导流筒(28)和导管(29)，其中，隔板A(23)将壳体(21)分割成上下两个腔体，乙烯裂解炉烧焦气通过进料口(30)和导流筒(28)进入下腔体并进入一级微旋流器(22)进行一级微旋流分离，分离出的大直径固体杂质落入清焦罐底部，而乙烯裂解炉烧焦气进入上腔体；隔板B(24)、封板(26)和隔板C(27)将上腔体分成a、b和c腔体，乙烯裂解炉烧焦气进入a腔体后进入二级微旋流器(25)进行二级微旋流分离，分离出的小直径固体杂质进入c腔体并经由导管(29)落入清焦罐底部，而乙烯裂解炉烧焦气进入b腔体后通过出料口(31)排出。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(6)呈环形均布于旋流除臭罐(4)内，所述喷嘴的型式和数量以及使用的吸收液的用量根据恶臭污染物的种类和浓度确定。

10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述固体杂质包括焦粉和铁锈。