CN110041969A - 一种液氮洗尾气资源化利用的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液氮洗尾气资源化利用的方法及装置，属于能源利用及环境保护领域。包括以下步骤：将液氮洗尾气依次进行升压和水冷，得到预处理液氮洗尾气；将所述预处理液氮洗尾气进行一氧化碳吸附，得到一氧化碳气体；将所述一氧化碳气体压缩后与第一水蒸气混合进行高温变换，得到高温变换气；所述高温变换使用高温变换触媒B118；将所述高温变换气与第二水蒸气混合进行中低温变换，得到中低温变换气；所述中低温变换使用中温变换触媒B116和低温变换触媒B205；将所述中低温变换气依次进行冷却和脱碳，得到合成气。本发明提供的方法能够实现液氮洗尾气的资源化利用，得到不同的合成气用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用及环境保护技术领域，尤其涉及一种液氮洗尾气资源化利用的方法及装置。
背景技术
现代煤化生产以煤为原料，多使用纯氧气化，用空分提高氧气，同时能提供液态氮用来洗涤合成气中的微量CO。在低温下，以液氮为吸收剂，合成原料气中与氮沸点接近的组分CO、Ar、CH4被液氮吸收，经冷量回收后以气态排出离开系统称为液氮洗尾气。液氮洗尾气中含有CO、H2、CH4、Ar和N2，气体成分清洁，不含有易致催化剂中毒的成分。
液氮洗尾气含有低浓度的CO气体，CO既是污染物，又是重要的化工原料。一氧化碳一方面用途如此之广泛，另一方面又是工业生产所产生的所谓污染大气的废物，应该加以回收利用，变废为宝。现有技术中，是将液氮洗尾气中的CO直接回收，并不能够实现液氮洗尾气的资源化利用。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种液氮洗尾气资源化利用的方法及装置。本发明提供的方法能够实现液氮洗尾气的资源化利用，得到不同的合成气用于工业化生产。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种液氮洗尾气资源化利用的方法，包括以下步骤：
将液氮洗尾气依次进行升压和水冷，得到预处理液氮洗尾气；
将所述预处理液氮洗尾气进行一氧化碳吸附，得到一氧化碳气体；
将所述一氧化碳气体压缩后与第一水蒸气混合进行高温变换，得到高温变换气；所述高温变换使用高温变换触媒B118；
将所述高温变换气与第二水蒸气混合进行中低温变换，得到中低温变换气；所述中低温变换使用中温变换触媒B116和低温变换触媒B205；
将所述中低温变换气依次进行冷却和脱碳，得到合成气。
优选地，所述一氧化碳吸附使用改性分子筛Cu-5A分子筛。
优选地，所述一氧化碳吸附的操作压力为0.3～0.35MPa，温度为35℃以下。
优选地，所述改性分子筛Cu-5A分子筛被CO穿透后进行再生，所述再生在负压进行。
优选地，所述压缩后的压力为0.7～0.75MPa。
优选地，所述高温变换的温度为480～490℃。
优选地，所述中温变换触媒B116的反应温度为410～420℃，所述低温变换触媒B205的反应温度为210～220℃。
优选地，所述冷却的温度为35℃以下。
优选地，所述脱碳为利用硅胶吸附剂吸附CO2。
本发明还提供了一种液氮洗尾气资源化利用的装置，包括依次连接的透平鼓风机、水冷却器、真空泵、气柜、压缩机、高温变换炉、中低温变换炉、水冷器和脱碳吸附器，所述水冷却器和真空泵之间设置有CO吸附器。
本发明提供了一种液氮洗尾气资源化利用的方法，包括以下步骤：将液氮洗尾气依次进行升压和水冷，得到预处理液氮洗尾气；将所述预处理液氮洗尾气进行一氧化碳吸附，得到一氧化碳气体；将所述一氧化碳气体压缩后与第一水蒸气混合进行高温变换，得到高温变换气；所述高温变换使用高温变换触媒B118；将所述高温变换气与第二水蒸气混合进行中低温变换，得到中低温变换气；所述中低温变换使用中温变换触媒B116和低温变换触媒B205；将所述中低温变换气依次进行冷却和脱碳，得到合成气。
本发明具有的优点及效果：
(1)使用的原料无毒无害。
(2)液氮洗尾气废气成为多用途，在不同场合利用不同方法，使用灵活，可充分发挥废气的作用，合成气中CO和CO2含量能够达到各种场合的要求。
(3)附加值提高：以28000Nm/h液氮洗尾气回收CO为例。
液氮洗尾气低温燃烧作为燃料用，以同等发热量的煤价值计算，年产值750～800万元，液氮洗尾气资源化利用得到的合成气用于制取甲醇，年产值1700～1800万元，液氮洗尾气资源化利用得到的合成气用于制取合成氨，年产值2100～2200万元。
(4)降低CO2排放明显：每年减少CO2排放量：28600吨。
附图说明
图1为本发明实施例1中液氮洗尾气资源化利用的装置图，图中1为透平鼓风机，2为水冷却器，3-1为第一CO吸附器，3-2为第二CO吸附器，4为真空泵，5为气柜，6为压缩机，7为高温变换炉，8为中低温变换炉，9为水冷器，10为脱碳吸附器。
具体实施方式
本发明提供了一种液氮洗尾气资源化利用的方法，包括以下步骤：
将液氮洗尾气依次进行升压和水冷，得到预处理液氮洗尾气；
将所述预处理液氮洗尾气进行一氧化碳吸附，得到一氧化碳气体；
将所述一氧化碳气体压缩后与第一水蒸气混合进行高温变换，得到高温变换气；所述高温变换使用高温变换触媒B118；
将所述高温变换气与第二水蒸气混合进行中低温变换，得到中低温变换气；所述中低温变换使用中温变换触媒B116和低温变换触媒B205；
将所述中低温变换气依次进行冷却和脱碳，得到合成气。
本发明将液氮洗尾气依次进行升压和水冷，得到预处理液氮洗尾气。在本发明中，所述升压优选通过透平鼓风机达到。在本发明中，所述升压的压力优选为0.3～035MPa。
本发明对所述液氮洗尾气的来源以及各气体的含量没有特殊的限定。在本发明的实施例中，所述液氮洗尾气包括以下体积百分含量的组分：CO 10％、H21.7％、CH40.3％和N288％。在本发明中，所述液氮洗尾气的初始温度优选为140～150℃。
在本发明中，所述水冷后的温度优选为35℃以下。
得到预处理液氮洗尾气后，本发明将所述预处理液氮洗尾气进行一氧化碳吸附，得到一氧化碳气体。在本发明中，所述一氧化碳吸附优选使用改性分子筛Cu-5A分子筛。本发明对所述改性分子筛Cu-5A分子筛的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述一氧化碳吸附的操作压力优选为0.3～0.35MPa，温度优选为35℃以下。
在本发明中，所述一氧化碳吸附优选在CO吸附器中进行。在所述CO吸附器中，所述预处理液氮洗尾气中的一氧化碳被吸附截留，未被吸附的氮气及其它组分优选从CO吸附器的顶部排出，本发明对吸附截留下来的一氧化碳气体从CO吸附器中释放的方式没有特殊的限定，能够保证得到一氧化碳气体即可。
在本发明中，所述CO吸附器的个数优选为两个，即包括第一CO吸附器和第二CO吸附器，当所述第一CO吸附器被CO穿透后(即吸附饱和后)，优选所述第一CO吸附器中的改性分子筛Cu-5A分子筛进行再生，此时打开第二CO吸附器，所述一氧化碳吸附在第二CO吸附器中进行。在本发明中，所述再生优选在负压进行。本发明对所述负压的压力没有特殊的限定，能够实现改性分子筛Cu-5A分子筛的再生即可。
得到一氧化碳气体后，本发明将所述一氧化碳气体压缩后与第一水蒸气混合进行高温变换，得到高温变换气；所述高温变换使用高温变换触媒B118。
本发明在得到一氧化碳气体后，优选使用真空泵将所述一氧化碳气体送往气柜进行压缩。在本发明中，所述真空泵抽出的气体中，一氧化碳的体积含量优选大于95％，所述气柜中一氧化碳的回收率优选大于90％。在本发明中，所述气柜的作用是暂存一氧化碳气体。
在本发明中，所述压缩后的压力优选为0.7～0.75MPa。在本发明中，所述压缩优选在压缩机中进行。
在本发明中，所述高温变换的温度优选为480～490℃。本发明对所述高温变换触媒B118的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述高温变换优选在高温变换炉中进行，所述高温变换炉中设置有高温变换触媒B118层。
本发明对所述第一水蒸气的用量没有特殊的限定，根据最终合成气的用途进行限定即可，具体的，如当合成气用于甲醇合成时，所述CO与第一水蒸气的体积比为1:1，当合成气用于氨气合成时，所述CO与第一水蒸气的体积比为1:0.8。
得到高温变换气后，本发明将所述高温变换气与第二水蒸气混合进行中低温变换，得到中低温变换气；所述中低温变换使用中温变换触媒B116和低温变换触媒B205。
在本发明中，所述中温变换触媒B116的反应温度优选为410～420℃，所述低温变换触媒B205的反应温度优选为210～220℃。本发明对所述中温变换触媒B116和低温变换触媒B205的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述中低温变换优选在中低温变换炉中进行，所述中低温变换炉优选包括上层-中温变换触媒B116层和下层-低温变换触媒B205层。
在本发明中，优选通过第二水蒸气的用量控制上层和下层的温度。
经过中低温变换后，所述中低温变换气中一氧化碳的体积百分数优选为0.5％以下。
得到中低温变换气后，本发明将所述中低温变换气依次进行冷却和脱碳，得到合成气。
在本发明中，所述冷却的温度优选为35℃以下。在本发明中，所述冷却优选在水冷器中进行，所述脱碳优选在脱碳吸附器中进行。
在本发明中，所述脱碳优选为利用硅胶吸附剂吸附CO2。在本发明中，所述脱碳的作用是除去高温变换和中低温变换产生的二氧化碳。
本发明还提供了一种液氮洗尾气资源化利用的装置，包括依次连接的透平鼓风机、水冷却器、真空泵、气柜、压缩机、高温变换炉、中低温变换炉、水冷器和脱碳吸附器，所述水冷却器和真空泵之间设置有CO吸附器。
在本发明中，所述CO吸附器的个数优选为两个，即包括第一CO吸附器和第二CO吸附器。当所述第一CO吸附器被CO穿透后(即吸附饱和后)，优选所述第一CO吸附器中的改性分子筛Cu-5A分子筛进行再生，此时打开第二CO吸附器，所述一氧化碳吸附在第二CO吸附器中进行。
在本发明中，所述第一CO吸附器的顶部优选与大气连通，水冷却器优选与第一CO吸附器的底部连通，所述第二CO吸附器的底部优选与真空泵连通。
在本发明中，所述高温变换炉的底部优选与中低温变换炉的顶部连通，所述中低温变换炉的底部优选与水冷器连通，所述水冷器优选与脱碳吸附器的底部连通，所述脱碳吸附器的顶部优选与后工序连通，所述后工序优选为合成气在本领域的常规应用，具体的，如制备甲醇，制备加氢用氢气。
下面结合实施例对本发明提供的一种液氮洗尾气资源化利用的方法及装置进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1液氮洗尾制取加氢用氢气
图1为实施例1液氮洗尾气资源化利用的装置图，CO吸附器的个数为2，图中1为透平鼓风机，2为水冷却器，3-1为第一CO吸附器，3-2为第二CO吸附器，4为真空泵，5为气柜，6为压缩机，7为高温变换炉，8为中低温变换炉，9为水冷器，10为脱碳吸附器。
液氮洗尾气处理量：28000～30000m3/h，液氮洗尾气组分(体积分数)：CO 10％，H21.7％，CH4 0.3％，N2 88％。液氮洗尾气从总管，0.1MPa(表压)进入透平鼓风机(1)升压至0.3MPa，进入水冷却器(2)管外，管内通冷却水将温度冷却至35℃，进入第一CO吸附器(3-1)底部，一氧化碳被吸附截留，未被吸附的氮气及其它组分从第一CO吸附器(3)顶部排出；一氧化碳吸附器两台交换使用，已饱和的第一CO吸附器(3-1)再生，此时一氧化碳的吸附在第二CO吸附器(3-2)中进行，从第二CO吸附器(3-2)底部用真空泵(4)抽出，抽出的CO气体送往气柜(5)暂存，然后用压缩机(6)压缩至0.7MPa，送往高温变换炉(7)顶部，进入高温变换触媒B118层，高温变换触媒B118层温度控制480℃，控制水蒸汽与一氧化碳的体积比为0.8，高温变换后的部分变换气进入中低温变换炉(8)，上层触媒(中温变换触媒B116)控制温度420℃，下层触媒(低温变换触媒B205)温度控制220℃，用水蒸汽控制触媒层温度，中低温变换炉(8)出口CO含量在0.5％以下，从中低温变换炉(8)底部出来的变换气经水冷器(9)管外冷却至35℃进入脱碳吸附器(10)底部，与硅胶接触，脱去CO2，脱去CO2后的合成气即成为加氢用氢气。
氢气产量每小时2700～2800Nm3。
该氢气不含磷、硫、砷、氯等杂质，可用于不同场合的加氢用。
实施例2液氮洗尾气制取合成氨合成气，装置与实施例1相同。
液氮洗尾气处理量：28000～30000m3/h，液氮洗尾气组分(体积分数)：CO 6％，H21.2％，CH4 0.8％，N2 88％。液氮洗尾气从总管，0.1MPa(表压)进入透平鼓风机(1)升压至0.3MPa，进入水冷却器(2)管外，管内通冷却水将温度冷却至35℃，进入第一CO吸附器(3-1)底部，一氧化碳被吸附截留，未被吸附的氮气及其它组分从第一CO吸附器(3)顶部排出；一氧化碳吸附器两台交换使用，已饱和的第一CO吸附器(3-1)再生，此时一氧化碳的吸附在第二CO吸附器(3-2)中进行，从第二CO吸附器(3-2)底部用真空泵(4)抽出，抽出的CO气体送往气柜(5)暂存，然后用压缩机(6)压缩至0.7MPa，送往高温变换炉(7)顶部，进入高温变换触媒B118层，高温变换触媒B118层温度控制480℃，控制水蒸汽与一氧化碳的体积比为0.8，高温变换后的部分变换气进入中低温变换炉(8)，上层触媒(中温变换触媒B116)控制温度420℃，下层触媒(低温变换触媒B205)温度控制220℃，用水蒸汽控制触媒层温度，中低温变换炉(8)出口CO含量在0.5％以下，从中低温变换炉(8)底部出来的变换气经水冷器(9)管外冷却至35℃进入脱碳吸附器(10)底部，与硅胶接触，脱去CO2，脱去CO2后的合成气送往合成氨系统作为合成氨原料气使用，每小时产合成氨1～1.1吨，年产甲醇约为4800～5600吨。
实施例3液氮洗尾气制取甲醇合成气，装置与实施例1相同。
液氮洗尾气处理量：20000～25000m3/h，液氮洗尾气组分(体积分数)：CO 6％，H22.1％，CH4 0.9％，N2 88％。液氮洗尾气从总管，0.1MPa(表压)进入透平鼓风机(1)升压至0.35MPa，进入水冷却器(2)管外，管内通冷却水将温度冷却至35℃，进入第一CO吸附器(3-1)底部，一氧化碳被吸附截留，未被吸附的氮气及其它组分从第一CO吸附器(3)顶部排出；一氧化碳吸附器两台交换使用，已饱和的第一CO吸附器(3-1)再生，此时一氧化碳的吸附在第二CO吸附器(3-2)中进行，从第二CO吸附器(3-2)底部用真空泵(4)抽出，抽出的CO气体送往气柜(5)暂存，然后用压缩机(6)压缩至0.75MPa，送往高温变换炉(7)顶部，进入高温变换触媒B118层，高温变换触媒B118层温度控制490℃，控制水蒸汽与一氧化碳的体积比为0.8，高温变换后的部分变换气进入中低温变换炉(8)，上层触媒(中温变换触媒B116)控制温度410℃，下层触媒(低温变换触媒B205)温度控制210℃，用水蒸汽控制触媒层温度，中低温变换炉(8)出口CO含量在0.5％以下，从中低温变换炉(8)底部出来的变换气经水冷器(9)管外冷却至35℃进入脱碳吸附器(10)底部，与硅胶接触，脱去CO2，CO2保留3.5～5vol％，此时，合成气中(H2-CO2)与(CO+CO2)之比在2.05～2.15的范围内，满足甲醇合成的要求，送往甲醇合成系统制成甲醇，每小时产甲醇0.7～0.8吨，年产甲醇约为3800～5200吨。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种液氮洗尾气资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将液氮洗尾气依次进行升压和水冷，得到预处理液氮洗尾气；
将所述预处理液氮洗尾气进行一氧化碳吸附，得到一氧化碳气体；
将所述一氧化碳气体压缩后与第一水蒸气混合进行高温变换，得到高温变换气；所述高温变换使用高温变换触媒B118；
将所述高温变换气与第二水蒸气混合进行中低温变换，得到中低温变换气；所述中低温变换使用中温变换触媒B116和低温变换触媒B205；
将所述中低温变换气依次进行冷却和脱碳，得到合成气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一氧化碳吸附使用改性分子筛Cu-5A分子筛。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一氧化碳吸附的操作压力为0.3～0.35MPa，温度为35℃以下。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述改性分子筛Cu-5A分子筛被CO穿透后进行再生，所述再生在负压进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩后的压力为0.7～0.75MPa。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温变换的温度为480～490℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中温变换触媒B116的反应温度为410～420℃，所述低温变换触媒B205的反应温度为210～220℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却的温度为35℃以下。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱碳为利用硅胶吸附剂吸附CO2。
10.一种液氮洗尾气资源化利用的装置，其特征在于，包括依次连接的透平鼓风机、水冷却器、真空泵、气柜、压缩机、高温变换炉、中低温变换炉、水冷器和脱碳吸附器，所述水冷却器和真空泵之间设置有CO吸附器。
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