CN104528660B - 一种利用废热加热尾气的节能工艺 - Google Patents

一种利用废热加热尾气的节能工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用废热加热尾气的节能工艺，包括以下步骤：S1、天然气脱硫尾气经加氢燃烧炉（1）加热后进入加氢反应炉（2）还原为H2S；S2、气体进入冷凝塔（3），冷却水从冷凝塔（3）出水口流出后依次流经风冷机（8）和冷却器（9）完成降温；吸收制冷机（11）通过深冷器（10）为冷却器（9）提供冷量；S3、气体进入吸收塔（4）；S4、气体经气体预热器（12）加热后进入尾气燃烧炉（5）燃烧。本发明的有益效果是：降低了冷凝塔流出空气的温度，从而降低了气体的含水量，降低了对输送管道的腐蚀作用，同时提高了H2S的吸收率；提升了进入尾气燃烧炉的气体的温度，从而降低了燃料的用量。

Description

一种利用废热加热尾气的节能工艺
技术领域
本发明涉及一种利用废热加热尾气的节能工艺。
背景技术
在天然气净化、石油炼制、炼焦及煤气发生等能源加工过程中，都会产生高浓度的H2S气体，硫磺回收装置就是对含有H2S的酸性气进行处理并回收硫磺，实现清洁生产，变废维保，降低污染和保护环境。
克劳斯（Claus）法硫磺回收工艺已有100多年历史，一般采用具有两级或三级催化反应器的克劳斯装置处理并回收硫磺。由于受反应温度下化学反应平衡的限制，即使在设备和操作条件良好的情况下，使用活性好的催化剂和三级转化工艺，克劳斯法硫的回收率最高也只能达到96～97%左右，其余的H2S、气态硫和硫化物进入到脱硫尾气中。
为了降低脱硫尾气对环境造成的污染，脱硫尾气处理技术近年来得到了很大的改进，还原吸收法因其具有运转可靠、操作灵活、操作弹性大等特点，在装备数量上，一直处于压倒性优势。但还原吸收法中脱硫尾气需要经历加热、冷却、燃烧的过程，热能及燃料能源消耗量大，如何在提高尾气处理效果的同时降低能耗，成为完善脱硫尾气处理工艺的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种利用废热加热尾气的节能工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种利用废热加热尾气的节能工艺，它包括以下步骤：
S1、天然气脱硫尾气从加氢燃烧炉的进料口进入，由加氢燃烧炉对天然气脱硫尾气进行加热，加热后的天然气脱硫尾气进入加氢反应炉与通入加氢反应炉内的氢气在催化剂的作用下发生还原反应，天然气脱硫尾气中的硫化物和元素硫均被还原为H2S；
S2、自加氢反应炉出来的H2S气体进入冷凝塔，在冷凝塔中通过直接喷水进行冷却，与H2S气体换热后的冷却水从冷凝塔出水口流出后在输送泵的驱动下依次流经风冷机和冷却器完成降温，再由冷凝塔入水口重新进入冷凝塔；吸收制冷机通过深冷器为冷却器提供冷量，吸收制冷机以余热或低压蒸汽作为驱动热源进行制冷；
S3、由冷凝塔冷却后的气体进入吸收塔，由吸收塔内的甲基二乙醇胺溶液吸收气体中的H2S；
S4、从吸收塔顶部出来的气体经气体预热器加热后进入尾气燃烧炉燃烧，燃烧形成的烟气依次流经余热锅炉和烟气换热器，分别对余热锅炉内的水和烟气换热器的水进行加热，之后排入大气，烟气换热器内被加热的水流入气体预热器，对从吸收塔顶部出来的气体进行加热，在气体预热器内完成热交换后的水再返回烟气换热器。
所述的步骤S2中，在自加氢反应炉出来的H2S气体进入冷凝塔前，还包括一个自加氢反应炉出来的H2S气体流经低压余热锅炉的步骤，在自加氢反应炉出来的H2S气体对低压余热锅炉内的水进行加热后再流入冷凝塔。
所述的步骤S2还包括水塔内的水流入冷却器，在冷却器内完成换热后又返回水塔的步骤。
本发明具有以下优点：
本发明极大的降低了冷凝塔流出空气的温度，从而将冷凝塔流出气体的含水量从10%降到了2%，因H2S气体需要融入水中形成酸液才会对管道造成腐蚀，从而H2S气体中水分的减少极大的降低了气体对输送管道的腐蚀作用，使得位于冷凝塔下位的输送管道的换新周期从2年延长为4年，降低了生产成本。同时冷凝塔冷流出气体温度的降低，使得进入吸收塔的气体的温度从45～60℃下降至20℃，从而使得吸收塔内溶液的温度同样降低，而吸收塔中甲基二乙醇胺溶液吸收H2S的能力是随着温度的降低而提高，故本发明相比现有工艺提高了H2S的吸收率，进而提高了S的回收率，将从吸收塔部出来的气体中H2S的浓度从50ppm降低至了20ppm，减少了硫的排放。
本发明中从气体预热器流出的气体的温度为150℃，相比现有工艺进入尾气燃烧炉的气体温度为45～60℃，显著的提升了进入尾气燃烧炉的气体的温度，从而降低了尾气燃烧炉的燃料的用量，将燃料天然气的用量从2100Nm3/h降到了1740Nm3/h，同样节省了成本；本发明从烟气换热器流出的气体的温度为160℃，相比现有工艺排放尾气的温度270℃，降低了热能的浪费，充分的回收了热能。
本发明中的低压余热锅炉、余热锅炉、烟气换热器均可作为吸收制冷机驱动热源，从而提高了余热的利用率，降低了能耗。
附图说明
图中，1-加氢燃烧炉，2-加氢反应炉，3-冷凝塔，4-吸收塔，5-尾气燃烧炉，6-余热锅炉，7-泵，8-风冷机，9-冷却器，10-深冷器，11-吸收制冷机，12-气体预热器，13-烟气换热器，14-低压余热锅炉，15-水塔，16-补水管，17-酸液排水管，18-进液管，19-排液管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1所示，一种利用废热加热尾气的节能工艺，它包括以下步骤：
S1、天然气脱硫尾气从加氢燃烧炉1的进料口进入，由加氢燃烧炉1对天然气脱硫尾气进行加热，加热后的天然气脱硫尾气进入加氢反应炉2，在加氢反应炉2内天然气脱硫尾气与通入加氢反应炉2内的氢气在催化剂的作用下发生还原反应，天然气脱硫尾气中的硫化物和元素硫均被还原为H2S；
S2、自加氢反应炉2出来的H2S气体进入冷凝塔3，在冷凝塔3中通过直接喷水进行冷却，与H2S气体换热后的冷却水从冷凝塔3出水口流出后在输送泵7的驱动下依次流经风冷机8和冷却器9完成降温，再由冷凝塔3入水口重新进入冷凝塔3，形成冷却水循环使用；冷却器9内的冷却介质由深冷器10的入水管流入深冷器10，由深冷器10对冷却器9的冷却介质进行降温后，从深冷器10的出水管返回冷却器9，深冷器10的冷却介质流出深冷器10后由吸收制冷机11制冷后返回深冷器10，即吸收制冷机11通过深冷器10为冷却器9提供冷量，吸收制冷机11以余热或低压蒸汽作为驱动热源进行制冷；
S3、由冷凝塔3冷却后的气体进入吸收塔4，由吸收塔4内的甲基二乙醇胺溶液吸收气体中的H2S；
S4、从吸收塔4顶部出来的气体经气体预热器12加热后进入尾气燃烧炉5燃烧，燃烧形成的烟气依次流经余热锅炉6和烟气换热器13，分别对余热锅炉6内的水和烟气换热器13的水进行加热，之后排入大气，烟气换热器13内被加热的水流入气体预热器12，对从吸收塔4顶部出来的气体进行加热，在气体预热器12内完成热交换后的水再返回烟气换热器13。
所述的步骤S2中，在自加氢反应炉2出来的H2S气体进入冷凝塔3前，还包括一个自加氢反应炉2出来的H2S气体流经低压余热锅炉14的步骤，在自加氢反应炉2出来的H2S气体对低压余热锅炉14内的水进行加热后再流入冷凝塔3。
所述的步骤S2还包括水塔15内的水流入冷却器9，在冷却器9内完成换热后又返回水塔15的步骤。水塔15和深冷器10根据外界环境温度的变化交替使用，当外界温度较高时，由深冷器10向冷却器9提供冷量，当外界温度较低时，由水塔15向冷却器9提供冷量。通过在相应管路上设置阀门实现冷却器9与相应冷量提供设备的连通及与另一个冷量提供设备的隔断，进一步的所述阀门可采用电控阀，从而实现远程调控。
所述步骤S1中天然气脱硫尾气在250℃的温度条件下进入加氢反应炉2。
所述的步骤S2中，流入冷凝塔3气体的温度为165℃，由冷凝塔3冷却后的气体的温度为20℃，冷凝塔3流出的水的温度为50℃，经风冷机8风冷后的水的温度为40℃，经冷却器9冷却后的水的温度为16℃，由冷却器9流入深冷器10的水的温度为20℃，由深冷器10流入冷却器9的水的温度为14℃，由吸收制冷机11流入深冷器10的水的温度为7℃，由深冷器10流入吸收制冷机11的水的温度为12℃。
所述的步骤S3中，进入吸收塔4的气体的温度为20℃，从吸收塔4顶部出来的气体中H2S的浓度为20ppm。
现有设备由冷凝塔3冷却后的气体的温度为45～60℃，本发明极大的降低了冷凝塔3流出空气的温度，从而将冷凝塔3流出气体的含水量从10%降到了2%，因H2S气体需要融入水中形成酸液才会对管道造成腐蚀，从而H2S气体中水分的减少极大的降低了气体对输送管道的腐蚀作用，使得位于冷凝塔3下位的输送管道的换新周期从2年延长为4年，降低了生产成本。同时冷凝塔3冷流出气体温度的降低，使得进入吸收塔4的气体的温度从45～60℃下降至20℃，从而使得吸收塔4内溶液的温度同样降低，而吸收塔4中甲基二乙醇胺溶液吸收H2S的能力是随着温度的降低而提高，故本发明相比现有工艺提高了H2S的吸收率，进而提高了S的回收率，将从吸收塔4部出来的气体中H2S的浓度从50ppm降低至了20ppm，减少了硫的排放。
所述步骤S4中，从气体预热器12流出的气体的温度为150℃，相比现有工艺进入尾气燃烧炉5的气体温度为45～60℃，显著的提升了进入尾气燃烧炉5的气体的温度，从而降低了尾气燃烧炉5的燃料的用量，将燃料天然气的用量从2100Nm3/h降到了1740Nm3/h，同样节省了成本；本发明从烟气换热器13流出的气体的温度为160℃，相比现有工艺排放尾气的温度270℃，降低了热能的浪费，充分的回收了热能。
本发明中的低压余热锅炉14、余热锅炉6、烟气换热器13均可作为吸收制冷机11驱动热源，从而提高了余热的利用率，降低了能耗。
如图1所示，采用所述一种利用废热加热尾气的节能系统，它包括通过管路依次连接的加氢燃烧炉1、加氢反应炉2、冷凝塔3、吸收塔4、尾气燃烧炉5和余热锅炉6，冷凝塔3的冷却水出口通过管路依次连接泵7、风冷机8、冷却器9、冷凝塔3的冷却水入口，冷却器9还连接深冷器10，深冷器10连接吸收制冷机11，具体说来，冷却器9的冷却介质入口连接深冷器10的出水口，冷却器9的冷却介质出口连接深冷器10的入水口，深冷器10的冷却介质入口连接吸收制冷机11的出口，深冷器10的冷却介质出口连接吸收制冷机11的入口；所述的连接吸收塔4和尾气燃烧炉5的管路上设置有气体预热器12，所述的余热锅炉6的排烟气管路上设置有烟气换热器13，气体预热器12和烟气换热器13通过管路相连，由烟气换热器13为气体预热器12提供加热能，具体说来，气体预热器12的进水口与烟气换热器13的出水口相连，气体预热器12的出水口与烟气换热器13的进水口相连。
所述的连接加氢反应炉2和冷凝塔3的管路上设置有低压余热锅炉14。
所述的冷却器9连接有水塔15，即冷却器9的冷却介质入口通过另一个支路连接水塔15的出水口，冷却器9的冷却介质出口通过另一个支路连接水塔15的进水口。
所述的冷凝塔3上部设置有补水管16，冷凝塔3的下部设置有酸液排水管17。
所述的吸收塔4的上部设置有进液管18，吸收塔4的下部设置有排液管19，通过进液管18向吸收塔4内输入甲基二乙醇胺溶液。

Claims (2)

1.一种利用废热加热尾气的节能工艺，该工艺采用节能系统以利用废热加热尾气，该节能系统包括通过管路依次连接的加氢燃烧炉（1）、加氢反应炉（2）、冷凝塔（3）、吸收塔（4）、尾气燃烧炉（5）和余热锅炉（6），冷凝塔（3）的冷却水出口通过管路依次连接泵（7）、风冷机（8）、冷却器（9）、冷凝塔（3）的冷却水入口，冷却器（9）还连接深冷器（10），深冷器（10）连接吸收制冷机（11），具体说来，冷却器（9）的冷却介质入口连接深冷器（10）的出水口，冷却器（9）的冷却介质出口连接深冷器（10）的入水口，深冷器（10）的冷却介质入口连接吸收制冷机（11）的出口，深冷器（10）的冷却介质出口连接吸收制冷机（11）的入口；所述的连接吸收塔（4）和尾气燃烧炉（5）的管路上设置有气体预热器（12），所述的余热锅炉（6）的排烟气管路上设置有烟气换热器（13），气体预热器（12）和烟气换热器（13）通过管路相连，由烟气换热器（13）为气体预热器（12）提供加热能，具体说来，气体预热器（12）的进水口与烟气换热器（13）的出水口相连，气体预热器（12）的出水口与烟气换热器（13）的进水口相连，其特征在于：该工艺包括以下步骤：
S1、天然气脱硫尾气从加氢燃烧炉（1）的进料口进入，由加氢燃烧炉（1）对天然气脱硫尾气进行加热，加热后的天然气脱硫尾气进入加氢反应炉（2）与通入加氢反应炉（2）内的氢气在催化剂的作用下发生还原反应，天然气脱硫尾气中的硫化物和元素硫均被还原为H2S；
S2、自加氢反应炉（2）出来的H2S气体进入冷凝塔（3），在自加氢反应炉（2）出来的H2S气体进入冷凝塔（3）前，还包括一个自加氢反应炉（2）出来的H2S气体流经低压余热锅炉（14）的步骤，在自加氢反应炉（2）出来的H2S气体对低压余热锅炉（14）内的水进行加热后再流入冷凝塔（3），在冷凝塔（3）中通过直接喷水进行冷却，与H2S气体换热后的冷却水从冷凝塔（3）出水口流出后在输送泵（7）的驱动下依次流经风冷机（8）和冷却器（9）完成降温，再由冷凝塔（3）入水口重新进入冷凝塔（3）；吸收制冷机（11）通过深冷器（10）为冷却器（9）提供冷量，吸收制冷机（11）以余热或低压蒸汽作为驱动热源进行制冷；
S3、由冷凝塔（3）冷却后的气体进入吸收塔（4），由吸收塔（4）内的甲基二乙醇胺溶液吸收气体中的H2S；
S4、从吸收塔（4）顶部出来的气体经气体预热器（12）加热后进入尾气燃烧炉（5）燃烧，燃烧形成的烟气依次流经余热锅炉（6）和烟气换热器（13），分别对余热锅炉（6）内的水和烟气换热器（13）的水进行加热，之后排入大气，烟气换热器（13）内被加热的水流入气体预热器（12），对从吸收塔（4）顶部出来的气体进行加热，在气体预热器（12）内完成热交换后的水再返回烟气换热器（13）。
2.根据权利要求1所述的一种利用废热加热尾气的节能工艺，其特征在于：所述的步骤S2还包括水塔（15）内的水流入冷却器（9），在冷却器（9）内完成换热后又返回水塔（15）的步骤。
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