CN107297140A - 一种可移动式尾气处理装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可移动式尾气处理工艺与装置。可移动式尾气处理工艺与装置主要包括：冷凝换热器，三相分离器，膜分离组件，真空泵，换热器，催化氧化反应器，鼓风机，补风机，涡流流量计，浓度监测器，阻火器，真空计，阀门。通过换热器和三相分离器，使残留水分得到冷凝，部分有机物溶解在油相之中直接得到回收，未被冷凝和吸收的尾气进入膜分离组件中，经膜组件分离后渗余侧尾气中的污染物浓度降低，达标后直接排放，而膜分离的渗透侧浓气，则通过低温催化氧化反应进行处理。达标后直接排空，解决了排放污染问题，保护大气环境。

Description

一种可移动式尾气处理装置与方法
技术领域
本发明涉及一种尾气处理工艺与装置，其主要应用于炼化企业停车检修过程中氮气尾气的就地处理。
背景技术
随着国家经济水平的提高和人民理念的转变，炼油化工企业(炼化企业)的环保指标不断提升。而炼化企业的尾气排放分为有组织排放和无组织排放两种。其中在炼化装置以及存储装置停车检修过程中，要经过氮气置换(氮气吹扫)，氮气置换过程中产生大量吹扫蒸汽(尾气)。由于尾气的排放量变化大，污染物组成复杂，排放时间不固定，为其设计固定式大型尾气处理装置，开机率难以保证，处理量难以计算，通常会造成较大的资源浪费。而开发适用性强、处理能力大、体积小的撬装式可移动尾气处理装置，对尾气进行就地回收和处理是一条最优的解决途径。
气体处理装置的可移动设计是一个难点，针对炼化装置停车检修过程中产生的尾气，现在还没有专门设计的可移动式尾气处理装置。
有机尾气回收处理技术主要有回收和破坏两类，回收类包括吸收法、吸附法、冷凝发和膜法。而破坏类则主要是利用氧化过程进行燃烧、催化氧化等。
吸附法(专利号CN201210334393.0)可以回收污染物，其工艺多采用活性炭吸附技术，但活性碳吸附量有限，且吸附过程放热，吸附高浓度尾气时存在隐患，不适合在炼化企业应用。膜分离法(专利号200820178507.6)处理尾气虽然具有运行成本低、组件可模块化、操作过程温和、安全性好等优点，但其同样存在污染物无法回收利用的问题，渗余气需要其他技术进行处理。
本发明将膜过程和低温催化氧化技术相结合，开发出体积小，处理能力强，能耗低，既能够高效回收有价值有机物，又能够获得较大的处理能力和良好的尾气指标的可移动式尾气处理装置与工艺。
发明内容
针对炼化企业停车检修过程中产生的尾气排放问题，本发明的目的在于提供一种可移动式尾气处理装置与方法，回收尾气中有价值的有机物的同时，满足尾气排放指标。可移动式尾气处理装置采用撬装式设计，可移动到待处理炼化装置处进行尾气就地处理。克服了大型固定式尾气处理装置建设成本高，开机率低，重复投资的弊端。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种可移动式尾气处理装置，包括冷凝换热器1，三相分离器2，膜分离组件3，真空泵4，换热器5，以及催化氧化反应器6；
所述冷凝换热器1的出口与三相分离器2的入口连接，三相分离器2的气相出口与膜分离组件3的入口连接，
膜分离组件3的渗余侧与大气连通，膜分离组件3的渗透侧与真空泵4的入口相连，
真空泵4的出口与换热器5的管程入口相连，换热器5的管程出口与催化氧化反应器6的入口相连，催化氧化反应器6的出口与换热器5的壳程入口相连，换热器5的壳程出口与大气连通。
在上述方案的基础上，所述冷凝换热器1的入口处设有入口管线，入口管线上设有微压传感器控制开关14。
在上述方案的基础上，所述三相分离器2设有液位计和液体外排管线。
在上述方案的基础上，所述三相分离器2的气相出口与膜分离组件3之间设有涡流流量计9和阀门13。
在上述方案的基础上，所述膜分离组件3的渗余侧设有放空管线。
在上述方案的基础上，所述放空管线设有气体浓度测定装置，阻火器以及旋涡流量计9。
在上述方案的基础上，所述膜分离组件3的渗透侧与真空泵4的入口之间设有真空计12。
在上述方案的基础上，所述真空泵4的出口与换热器5的管程入口之间设有阀门13、涡流流量计9、浓度监测器10和阻火器11。
在上述方案的基础上，所述换热器5的壳程出口管线为外排管线。
在上述方案的基础上，所述外排管线设有单向阀、流量计、浓度监测器10和阻火器。
在上述方案的基础上，所述换热器5的管程出口与催化氧化反应器6的入口之间设有阻火器11和鼓风机7。
在上述方案的基础上，所述催化氧化反应器6的入口处与大气之间设有阀门13和补风机8。
在上述方案的基础上，所述补风机8所补空气流量范围为待催化氧化气流量的30％至300％。
在上述方案的基础上，所述可移动式尾气处理装置的控制系统采用可编程逻辑控制器(PLC)和分散式控制系统(DCS)。
在上述方案的基础上，所述可移动式尾气处理装置为撬装式设计，可以通过汽车进行运输。
在上述方案的基础上，所述的可移动式尾气处理装置可通过管线与正在检修的工业装置进行连接，就地处理尾气。
在上述方案的基础上，所述的膜分离组件3中使用的膜为以硅橡胶材质或嵌段共聚物材质作为功能层的有机复合膜。
一种尾气处理方法，应用上述可移动式尾气处理装置，包括以下步骤：
1)尾气进入冷凝换热器1进行冷却，使尾气中的水蒸气以及部分有机物冷凝，形成气液混合物；随后气液混合物进入三相分离器2，使废水、污油和气相进行分离；其中污油和废水通过外排管道分别进入污油罐储存和污水管网处理；气相进入膜分离组件3；
2)气相则进入到膜分离组件3中，膜分离组件3中膜的渗余侧采用正压操作，渗透侧抽真空；经过膜分离，渗余侧渗余气体得到净化通过排放口排放，渗透侧浓气则通过真空泵出口管路进入到换热器5中；
3)待处理渗透侧浓气通过管路进入到换热器5中，与催化氧化反应器6中发生低温催化的尾气进行换热，温度达到低温催化所需温度后通过管路进入鼓风机7中；
4)待处理浓气通过鼓风机7进入到催化氧化反应器6中，在催化剂的作用下，发生低温催化氧化，去除尾气中的有机物，并最终达标排放。
在上述方案的基础上，步骤1)中，通过风冷或水冷进行冷却。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明所述的可移动式尾气处理装置，通过冷凝换热器1和使吹扫蒸汽得到冷凝，经三相分离器2分离后，部分有机物溶解在油相之中直接得到回收，未被冷凝和吸收的尾气进入膜分离组件3中，经膜分离组件3分离后渗余侧尾气中的污染物浓度降低，达标后直接排放，而膜分离组件3的渗透侧浓气，则进入催化氧化反应器6进行低温催化氧化反应。达标后直接排放，解决了排放污染问题，保护大气环境。
本发明的可移动式尾气处理装置利用了膜分离过程处理能力强、体积小的优点，对低浓度有机尾气进行处理使尾气达标排放。同时浓缩后的渗余侧气体，气体量大大减少，浓度升高，达到3000mg/m3以上，能够保持低温催化氧化过程的能量消耗，减少该过程在处理低浓度尾气时加热所消耗的能量，降低系统能耗。
本发明的结构简单，采用撬装式可移动设计，安装维护方便，可以通过汽车牵引。对不同种类的炼化装置尾气具有较强的适用性。可实现炼化企业尾气无组织排放的就地处理，解决吹扫过程中尾气排放治理的难题，具有良好的工业应用前景。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的结构图。
1-冷凝换热器，2-三相分离器，3-膜分离组件，4-真空泵，5-换热器，6-催化氧化反应器，7-鼓风机，8-补风机，9-涡流流量计，10-浓度监测器，11-阻火器，12-真空计，13-阀门，14-微压传感器控制开关。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种可移动式尾气处理装置，包括冷凝换热器1，三相分离器2，膜分离组件3，真空泵4，换热器5，以及催化氧化反应器6；
所述冷凝换热器1的出口与三相分离器2的入口连接，三相分离器2的气相出口与膜分离组件3的入口连接，
膜分离组件3的渗余侧与大气连通，膜分离组件3的渗透侧与真空泵4的入口相连，
真空泵4的出口与换热器5的管程入口相连，换热器5的管程出口与催化氧化反应器6的入口相连，催化氧化反应器6的出口与换热器5的壳程入口相连，换热器5的壳程出口与大气连通。
在上述方案的基础上，所述冷凝换热器1的入口处设有入口管线，入口管线上设有微压传感器控制开关14。
在上述方案的基础上，所述三相分离器2设有液位计和液体外排管线。
在上述方案的基础上，所述三相分离器2的气相出口与膜分离组件3之间设有涡流流量计9和阀门13。
在上述方案的基础上，所述膜分离组件3的渗余侧设有放空管线。
在上述方案的基础上，所述放空管线设有气体浓度测定装置，阻火器以及旋涡流量计9。
在上述方案的基础上，所述膜分离组件3的渗透侧与真空泵4的入口之间设有真空计12。
在上述方案的基础上，所述真空泵4的出口与换热器5的管程入口之间设有阀门13、涡流流量计9、浓度监测器10和阻火器11。
在上述方案的基础上，所述换热器5的壳程出口管线为外排管线。
在上述方案的基础上，所述外排管线设有单向阀、流量计、浓度监测器10和阻火器。
在上述方案的基础上，所述换热器5的管程出口与催化氧化反应器6的入口之间设有阻火器11和鼓风机7。
在上述方案的基础上，所述催化氧化反应器6的入口处与大气之间设有阀门13和补风机8。
在上述方案的基础上，所述补风机8所补空气流量范围为待催化氧化气流量的30％至300％。
在上述方案的基础上，所述可移动式尾气处理装置的控制系统采用可编程逻辑控制器(PLC)和分散式控制系统(DCS)。
在上述方案的基础上，所述可移动式尾气处理装置为撬装式设计，可以通过汽车进行运输。
在上述方案的基础上，所述的可移动式尾气处理装置可通过管线与正在检修的工业装置进行连接，就地处理尾气。
在上述方案的基础上，所述的膜分离组件3中使用的膜为以硅橡胶材质或嵌段共聚物材质作为功能层的有机复合膜。
一种尾气处理方法，应用上述可移动式尾气处理装置，包括以下步骤：
1)尾气进入冷凝换热器1进行冷却，使尾气中的水蒸气以及部分有机物冷凝，形成气液混合物；随后气液混合物进入三相分离器2，使废水、污油和气相进行分离；其中污油和废水通过外排管道分别进入污油罐储存和污水管网处理；气相进入膜分离组件3；
2)气相则进入到膜分离组件3中，膜分离组件3中膜的渗余侧采用正压操作，渗透侧抽真空；经过膜分离，渗余侧渗余气体得到净化通过排放口排放，渗透侧浓气则通过真空泵出口管路进入到换热器5中；
3)待处理渗透侧浓气通过管路进入到换热器5中，与催化氧化反应器6中发生低温催化的尾气进行换热，温度达到低温催化所需温度后通过管路进入鼓风机7中；
4)待处理浓气通过鼓风机7进入到催化氧化反应器6中，在催化剂的作用下，发生低温催化氧化，去除尾气中的有机物，并最终达标排放。
在上述方案的基础上，步骤1)中，通过风冷或水冷进行冷却。
如图1所示，一种可移动式尾气处理装置，主要包括冷凝换热器1，三相分离器2，膜分离组件3，真空泵4，换热器5，以及催化氧化反应器6。
所述可移动式尾气处理装置通过钢结构和平台固定，其各部件之间连接根据工艺流程选择不同型号的管道对接，连接好的设备撬装后做成车载装置，可对不同装置的尾气进行就地处理。
其中工作时，所述可移动式尾气处理装置通过冷凝换热器1的入口管线与停车检修的炼化装置相连，当吹扫蒸汽(尾气)压力提高到微压传感控制开关设定值时，微压传感控制开关打开，吹扫蒸汽进入冷凝换热器1，通过风冷或水冷进行冷却，使吹扫蒸汽中的水蒸气以及部分有机物冷凝，随后气液混合物通过管道进入三相分离器2，使废水、污油和气相进行分离。三相分离器2安装有液位计，当废水液位高于设定值时，通过三相分离器2底端的外排管线排向污水管路；污油液位高于设定值时，则通过泵输送到污油管路。气相则进入到膜分离组件3中，通过膜过程吸附渗透有机物的能力，使渗余气体中的有机物浓度降低，最终达到排放指标后达标排放。而渗透侧气体被浓缩，浓度到3000mg/m3以上，可以保证低温催化氧化过程在无需加热的情况下稳定反应，气体中的有机物被催化氧化后非甲烷总烃浓度达标后实现排放。
实施例1
处理炼化厂芳烃抽提装置停车时氮气置换尾气，其尾气组成为轻烃组分主要包括烷烃、烯烃、芳烃、醚类以及卤代烃类物质。气体流量为5Nm3/h，膜组件以及低温催化氧化操作条件见下表1，而工艺处理结果见表2。
表1，装置操作条件
名称 温度 压力 流量
装置入口 20～60℃ 绝压105～150KPa 1～5Nm3/h
膜渗余侧 30～70℃ 绝压200～500KPa 0.9～4.5Nm3/h
膜渗透侧 30～70℃ 绝压0.1～15KPa 0.1～0.5Nm3/h
催化氧化出口 260～340℃ 绝压101～150KPa 1～10Nm3/h
表2，工艺处理结果(工艺各处气体浓度)
组分 进气mg/m3 渗余气mg/m3 透过气mg/m3 催化氧化尾气mg/m3
苯 600～1000 40～80 3000～5000 20～50
甲苯 100～300 10～30 600～1800 5～20
二甲苯 50～100 ＜5 400～800 ＜2
实施例2
催化装置以及催化污油储罐停车后氮气置换尾气，气体组成为原油中以及催化裂化后产生的烃类物质主要包括烷烃、烯烃、芳烃、醚类以及卤代烃类物质以及硫化氢、硫醇等含硫组分。气体流量为10Nm3/h，系统各个步骤的温度、压力、流量等条件见下表3，气体主要组成经本工艺处理后的结果见表4。
表3，装置操作条件
名称 温度 压力 流量
装置入口 10～80℃ 绝压105～150KPa 8～10Nm3/h
膜渗余侧 30～70℃ 绝压200～500KPa 7～9.5Nm3/h
膜渗透侧 30～50℃ 绝压0.1～15KPa 0.5～1Nm3/h
催化氧化出口 300～360℃ 绝压101～150KPa 15～25Nm3/h
表4，工艺处理结果(工艺各处气体浓度)
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (19)

1.一种可移动式尾气处理装置，其特征在于，包括：冷凝换热器(1)，三相分离器(2)，膜分离组件(3)，真空泵(4)，换热器(5)，以及催化氧化反应器(6)；
所述冷凝换热器(1)的出口与三相分离器(2)的入口连接，三相分离器(2)的气相出口与膜分离组件(3)的入口连接，
膜分离组件(3)的渗余侧与大气连通，膜分离组件(3)的渗透侧与真空泵(4)的入口相连，
真空泵(4)的出口与换热器(5)的管程入口相连，换热器(5)的管程出口与催化氧化反应器(6)的入口相连，催化氧化反应器(6)的出口与换热器(5)的壳程入口相连，换热器(5)的壳程出口与大气连通。
2.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述冷凝换热器(1)的入口处设有入口管线，入口管线上设有微压传感器控制开关(14)。
3.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述三相分离器(2)设有液位计和液体外排管线。
4.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述三相分离器(2)的气相出口与膜分离组件(3)之间设有涡流流量计(9)和阀门(13)。
5.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述膜分离组件(3)的渗余侧设有放空管线。
6.如权利要求5所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述放空管线设有气体浓度测定装置，阻火器以及旋涡流量计(9)。
7.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述膜分离组件(3)的渗透侧与真空泵(4)的入口之间设有真空计(12)。
8.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述真空泵(4)的出口与换热器(5)的管程入口之间设有阀门(13)、涡流流量计(9)、浓度监测器(10)和阻火器(11)。
9.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述换热器(5)的壳程出口管线为外排管线。
10.如权利要求9所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述外排管线设有单向阀、流量计、浓度监测器(10)和阻火器。
11.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述换热器(5)的管程出口与催化氧化反应器(6)的入口之间设有阻火器(11)和鼓风机(7)。
12.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述催化氧化反应器(6)的入口处与大气之间设有阀门(13)和补风机(8)。
13.如权利要求12所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述补风机(8)所补空气流量范围为待催化氧化气流量的30％至300％。
14.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述可移动式尾气处理装置的控制系统采用可编程逻辑控制器和分散式控制系统。
15.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述可移动式尾气处理装置为撬装式设计。
16.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述的可移动式尾气处理装置通过管线与正在检修的工业装置进行连接，就地处理尾气。
17.如权利要求1所述的可移动式尾气处理装置，其特征在于，所述的膜分离组件(3)中使用的膜为以硅橡胶材质或嵌段共聚物材质作为功能层的有机复合膜。
18.一种尾气处理方法，应用权利要求1-17任一权利要求所述的可移动尾气处理装置，其特征在于包括以下步骤：
1)尾气进入冷凝换热器(1)进行冷却，使尾气中的水蒸气以及部分有机物冷凝，形成气液混合物；随后气液混合物进入三相分离器(2)，使废水、污油和气相进行分离；其中污油和废水通过外排管道分别进入污油罐储存和污水管网处理；气相进入膜分离组件(3)；
2)气相则进入到膜分离组件(3)中，膜分离组件(3)中膜的渗余侧采用正压操作，渗透侧抽真空；经过膜分离，渗余侧渗余气体得到净化通过排放口排放，渗透侧浓气则通过真空泵出口管路进入到换热器5中；
3)待处理渗透侧浓气通过管路进入到换热器(5)中，与催化氧化反应器(6)中发生低温催化的尾气进行换热，温度达到低温催化所需温度后通过管路进入鼓风机(7)中；
4)待处理浓气通过鼓风机(7)进入到催化氧化反应器(6)中，在催化剂的作用下，发生低温催化氧化，去除尾气中的有机物，并最终达标排放。
19.如权利要求18所述的尾气处理方法，其特征在于，步骤1)中，通过风冷或水冷进行冷却。
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