CN110548366A

CN110548366A - 一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法及装置

Info

Publication number: CN110548366A
Application number: CN201910932950.0A
Authority: CN
Inventors: 唐莉; 魏玺群; 王正东; 赖易伟; 孟树彬; 殷小强
Original assignee: Sichuan Kaiyuan Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Kaiyuan Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2019-12-10

Abstract

本发明属于化工气体处理技术领域，具体为一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法及装置。该方法为：乙炔发生器置换废气首先进入储气装置缓冲并降尘，再经过除尘装置除尘后通过压缩机加压，加压后的废气在原料气缓冲罐缓冲，上述预处理后的废气进入净化塔回收其中的乙炔气体，经净化塔处理后，乙炔气利用真空泵从净化塔塔底抽空解吸出来回收利用。本发明对PVC厂乙炔发生器置换废气中的有效组分(乙炔)回收率能达99.9％，排放气中非甲烷总烃含量在20mg/m³以下，本发明装置及工艺安全可靠、运行成本低，可广泛应用于PVC行业，实现低成本回收乙炔，减少环境污染的目的。

Description

一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法及装置

技术领域

本发明属于化工气体处理技术领域，涉及乙炔回收技术，具体为一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法及装置。

背景技术

乙炔是一种重要的化工原料，也是氯乙烯和聚氯乙烯(PVC)的基本原料。工业上生产乙炔的方法主要有天然气裂解法、烃类裂解法、电石法等。国内大部分PVC生产企业均采用电石法生产乙炔，电石法生产工艺分为干法和湿法两大类。目前大多数PVC企业采用湿法工艺，湿法工艺在乙炔发生过程中，发生器的贮斗加料是间歇完成的，加料过程中下贮斗气体会反窜入上贮斗。为保证加料安全，每次加料前需用氮气对上贮斗进行置换，产生大量的置换废气，目前大多数生产企业将置换废气直接放空，置换废气内含有的大量C₂H₂和电石粉尘也随之排入大气,不仅造成乙炔资源浪费，还造成环境污染。

早期，人们环保意识淡漠，工业废气净化回收成本高，通常对一些工业废气直接排放至大气，随着近几年国家加大环保整治力度和新标准的出台，人们对环境保护越来越重视，对工业废气排放也有了严格要求，2016年新颁布【烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准】(GB 15581-2016)规定排放气中非甲烷总烃含量≤50mg/m³，甚至在大气和生态环境脆弱的部分地区规定要求达到非甲烷总烃含量≤20mg/m³。其中C₂H₂便是非甲烷总烃中的一种，乙炔发生器置换废气中C₂H₂含量高达10～30％，直接排放不但造成资源浪费，还会造成严重环境污染。但由于乙炔发生器置换废气存在压力低、波动大、间歇性、粉尘量大等特点，给乙炔回收及排放气净化处理带来困难。具体如下：

(1)、间歇性排放，通常只有在上贮料斗补加电石料的前后特定时间段排放。存在间歇性输气的特点，瞬时流量波动大，初期每小时达到数百方，后期可能每小时仅有数十方。

(2)、置换废气压力低，较高时通常只有数KPa，较低时甚至可能小于1KPa，并且存在波动性。C₂H₂分压低，常规吸附剂吸附效果很差，处理后无法达到新的国家排放标准。

(3)、置换初期、中期、末期C₂H₂含量波动大，平均含量在15％以上，余下为氮气，并可能混有少量氧气。

(4)、置换废气中含有一定量的H₂S、PH₃等硫化物、磷化物。对常规吸附剂吸附分离性能有影响。

因此，亟需研究和开发一种对乙炔发生器置换废气中C₂H₂进行回收的方法及装置。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法及装置。该方法适用于电石法PVC厂乙炔发生器置换废气内乙炔的回收净化；该方法能够有效的回收乙炔发生器置换废气内的乙炔组分，分离后的氮气可重复使用或达标排放，达到节能减排的目的。

为了实现上述发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，其包括以下步骤：

第一步：原料气在常压下进入储气装置，储气装置内设置有传感器，通过原料气压缩机回流调节阀控制储气装置的储气量；

第二步：原料气从储气装置排出后进入除尘装置进行预处理；

第三步：除尘后的原料气进入压缩机增压至0.03～0.3Mpa，压缩机进出口设置调节阀回路，经过加压后的气体进入原料气缓冲罐进行缓冲；

第四步：将缓冲后的气体进入净化塔净化，通过净化塔内的装填的吸附剂吸附分离，有效回收原料气内的乙炔气体，使净化塔出口排放气非甲烷总烃指标在20mg/m³以下。

作为优选，净化塔的工作压力为-0.09～0.3Mpa。

净化塔内装填4层吸附剂，分别为氧化铝、活性炭、硅胶和分子筛活性填料，各层中物质的装填体积比为氧化铝10％～20％、活性炭10％～30％、硅胶30％～70％、分子筛0％～20％。通过适当的装填比例，提高了乙炔及其他非甲烷总烃气体的吸附能力，提高净化塔的净化度，使净化塔出口排放气非甲烷总烃指标在20mg/m³以下。

作为优选，净化塔内硅胶装填比例不可低于30％。当硅胶装填量少于30％后，装置排放指标将无法保障。

净化塔的数量为3～10台，每台净化塔采用并联方式连接，各净化塔之间通过管道和程控阀连接；每个净化塔在净化回收物料气体时需经历吸附、均降压、抽空、抽空冲洗、均升压和最终升压六个步骤。

作为优选，净化塔吸附压力不得低于0.03Mpa，经实践证明置换废气压力低于0.03Mpa进入净化塔后，本装置排放气净化度下降，乙炔回收率下降，因此吸附压力需加压至0.03Mpa以上，压力越高净化度越好。但随着压力提高，装置的加压动力消耗增加，经济性变差，且危险性逐步上升，因此建议吸附压力不超过0.3MPa。解吸步骤时，最低真空度必须达到-0.05Mpa。当抽空最低真空度低于-0.05Mpa时，会造成净化塔解吸不干净，造成装置净化度下降，排放气超标。

净化塔吸附工作一段时间后，需要通过真空泵将净化塔内压力降低，吸附剂吸附的乙炔及非甲烷总烃等随着压力的降低从净化塔底部解吸出来，输送至其他工序回收利用。

在净化塔的出口端安装有压力传感器，放空气总管出口安装有压力传感器和调节阀，净化塔出口总管和终充气进口总管之间设置调节阀。

所述的净化塔工作压力，通过净化气管道上的调节阀调节。

所述的净化塔终充气来至净化气管道，通过调节阀调节终充流量。

所述的净化塔冲洗气来至净化气管道，通过调节阀调节控制冲洗气流量。

上述工艺中采用的一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的装置，主要设备包括储气装置、除尘装置、压缩机、冷却器、原料气缓冲罐、净化塔和真空泵。

其中，除尘装置可以是湿式除尘装置、旋风除尘装置、静电除尘装置或布袋除尘装置等。

原料气的进气管线和储气装置连通，储气装置和除尘装置连通，除尘装置和压缩机连通，压缩机和冷却器连通，冷却器和原料气缓冲罐连通，原料气缓冲罐和净化塔进气口连通，逆放气总管和真空泵出口连通，抽空气总管和真空泵进口连通。

由于乙炔发生器置换废气具有压力低、波动大、间歇性和粉尘量大等特点，所以需要设置储气装置，该储气装置可以为气囊、气柜或其他储气设备。

所述净化塔上分别设置有原料气进口、净化气出口、逆放气出口、抽空气出口、终充气进口和冲洗气进口。原料气进口、抽空气出口和逆放气出口均设置在净化塔的底部，在原料气进口、抽空气出口和逆放气出口的管道上均设置有调节阀。净化气出口、冲洗气进口和终充气进口均设置在净化塔的顶部，在净化气出口、冲洗气进口和终充气进口的管道上均设置有调节阀。

本发明的积极效果为：

(一)、乙炔发生器置换气在低压下进入储气装置收集存储后，先进入除尘装置，去掉混合气中的粉尘，再通过压缩机加压后送至净化回收装置，采用合理吸附剂的装填比例回收了置换气中的有效组分乙炔，其回收率可达99.9％，净化后的排放气中非甲烷总烃含量可小于20mg/m³。该发明可有效回收置换气内全部乙炔，降低企业的生产成本。

(二)、本发明自动化程度高、操作弹性大、装置腐蚀性较小、设备使用寿命长。

(三)、本发明在降低企业生产成本的同时减小了企业的环境污染，提高了工厂社会效益。

附图说明

图1为本发明所述从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的装置结构示意图；

其中：1——储气装置；2——除尘装置；3——压缩机；4——冷却器；5——原料气缓冲罐；6——PSA乙炔回收装置。

图2为PSA乙炔回收工艺流程示意图。

图3为净化塔的结构示意图。

其中，1′——原料气进口；2′——净化气出口；3′——抽空气出口；

4′——冲洗气进口；5′——终充气进口；6′——逆放气出口。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

本申请中所涉及的％如无特殊说明，均表示其体积百分含量，即v％。

如图所示，一种乙炔发生器置换废气中回收乙炔装置，包括储气装置、除尘装置、冷却器、原料气缓冲罐、净化塔、压缩机、真空泵以及控制系统。

其中原料气进气管线和贮气储气装置连通，储气设备和除尘装置进气口连通，除尘装置出气口和压缩机连通，压缩机和冷却器连通，冷却器和原料气缓冲罐连通，原料气缓冲罐和净化塔进气口连通，净化塔出气口、逆放气总管和真空泵出口连通，抽空气总管和真空泵进口连通。所有管道和结构均与控制系统连接。

如图3所示，净化塔上分别设置有原料气进口、净化气出口、逆放气出口、抽空气出口、终充气进口和冲洗气进口。原料气进口、抽空气出口和逆放气出口均设置在净化塔的底部，在原料气进口、抽空气出口和逆放气出口的管道上均设置有调节阀。净化气出口、冲洗气进口和终充气进口均设置在净化塔的顶部，在净化气出口、冲洗气进口和终充气进口的管道上均设置有调节阀。

实施例1：

一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，采用具体实施方式中的装置，具体包括以下步骤：

装置吸附工作压力为0.18Mpa左右，气量大小为500Nm³/h左右，乙炔发生器置换废气组分如下表1所示：

表1乙炔发生器置换废气组分表

组分	C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>	O<sub>2</sub>	N<sub>2</sub>	Σ
					体积含量(％)	15	～0.5	～84.5	100

装置运行后，原料气在常压下进入储气装置，储气装置顶部安装距离传感器，可实时监控储气量多少。原料气从储气装置出来后进入除尘装置除去粉尘。

除尘后的原料气进入压缩机增压至0.18Mpa，压缩机进出口设置调节阀回路，经过加压后的气体进入缓冲罐缓冲。

缓冲后的气体进入第一个净化塔进行吸附步骤，所述的净化塔为5台，各个净化塔之间并列连接。

净化塔内吸附剂分为4层，分别是氧化铝、活性炭、硅胶和分子筛活性填料，各层中物质的装填体积比为氧化铝20％、活性炭20％、硅胶50％、分子筛10％。

吸附一定时间后，该净化塔依次经历均降压、抽空、抽空冲洗、均升压、最终升压后进行下一次吸附操作，其余净化塔和该净化塔运行步骤完全相同，但步骤在时间上相互错开，达到连续处理原料气的目的。通过净化塔内装填的吸附剂吸附分离，有效回收原料气内的乙炔气体，使净化塔出口排放气非甲烷总烃在20mg/m³以下。

经过本实例所述的装置处理过后，贮斗置换气中的乙炔回收率可达99.9％，净化气体中非甲烷总烃含量可小于20mg/m³。

实施例2：

一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，采用具体实施例中的装置，具体包括以下步骤：

本实例中装置吸附工作压力为0.25Mpa，气量大小为1500Nm³/h左右，所述净化塔为8台，每台净化塔采用并联方式连接，各净化塔之间通过管道和程控阀连接；每个净化塔在净化回收物料气体时需经历吸附、均降压、抽空、抽空冲洗、均升压和最终升压六个步骤。乙炔发生器置换废气组分如下表2所示：

表2乙炔发生器置换废气组分表

装置运行后，原料气在3Kpa左右下进入气柜，经缓冲后进入旋风除尘装置，再经过加压至0.25Mpa后进入由8个净化塔组成的净化装置，净化塔内吸附剂分为4层，自下而上分别装填有氧化铝、活性炭、硅胶和分子筛活性填料，各层中物质的装填体积比为氧化铝10％、活性炭30％、硅胶50％、分子筛10％。

通过净化塔内的吸附剂吸附分离，有效回收原料气内的乙炔气体，使净化塔出口排放气非甲烷总烃指标在20mg/m³以下。

经过本实例所述装置处理后，乙炔发生器置换废气中的乙炔回收率可达99.9％，净化气体中非甲烷总烃含量可小于20mg/m³。

实施例3：

一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，采用如实施例2记载的操作步骤，其中净化塔配置3台。原料气组分如实施例2表格所示，净化塔工作压力为0.15Mpa，原料气气量150Nm3/h左右。其储气装置选用储气囊，其体积为100m³，原料气在常压下进入储气囊缓冲，经水洗去除废气内的粉尘后加压至0.15Mpa。经过缓冲罐缓冲后进入净化塔内回收有效组分乙炔。经过本实例装置处理后，原料气中乙炔回收率达99.9％，净化气中非甲烷总烃含量小于20mg/m³。

对比例1:

采用实施例2中的方法从乙炔发生器置换废气中回收乙炔，在本回收方法中试时，通过改变净化塔内各吸附剂的装填比例测试装置的净化效果，其中部分实验结果统计见下表3所示，下表中除吸附剂比例外，其余实验条件完全相同。

表3吸附剂装填比例对净化效果影响结果统计

通过长期实验对比筛选了净化塔内吸附剂装填种类及比例，最终确定净化塔内吸附剂以体积比计，应按氧化铝10％～20％、活性炭10％～30％、硅胶30％～70％、分子筛0％～20％装填。

其中乙炔主要吸附剂为硅胶，其装填比例不可少于30％，否则装置处理能力将下降，净化气排放指标达不到设计要求。

并且净化塔底层氧化铝和第二层活性炭也必不可少，如不装填将会造成净化塔内硅胶过早破碎，装置稳定运行周期短，经济性差。

对比例2：

如实施例2所示方法，装置经过长期运行，其真空泵故障，导致净化塔抽空解吸步骤其真空度仅能达到-0.04Mpa，运行结果显示净化塔顶部排放气内乙炔含量达到1000mg/m³，乙炔回收率下降为98.5％，装置运行效果未能达到本发明设计目的。

对比例3：

如实施例1所示装置和方法，装填调试初期，将原料气压缩机加压压力设置为0.025Mpa，由于吸附压力过低，净化气中乙炔含量达到200mg/m³，乙炔指标不能通过调整吸附时间而降低。当压缩机压力加压至0.03Mpa时，净化气中乙炔含量达到设计目标，但这时吸附周期过短，吸附剂利用效率低下，净化塔的工作压力在条件许可的情况应适当提高，体现装置的最佳经济效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的技术方案，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，其特征在于：净化塔的工作压力为-0.09～0.3Mpa。

3.如权利要求1所述从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，其特征在于：净化塔内吸附剂分为4层，分别是氧化铝、活性炭、硅胶和分子筛活性填料，各层中物质的装填体积比为氧化铝10％～20％、活性炭10％～30％、硅胶30％～70％、分子筛0％～20％。

4.如权利要求3所述从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，其特征在于：净化塔内硅胶装填比例不可低于30％。

5.如权利要求1所述从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，其特征在于：净化塔的数量为3～10台，每台净化塔采用并联方式连接，各净化塔之间通过管道和程控阀连接；每个净化塔在净化回收物料气体时需经历吸附、均降压、抽空、抽空冲洗、均升压和最终升压六个步骤。

6.如权利要求5所述从乙炔发生器置换废气中回收乙炔的方法，其特征在于：净化塔在吸附步骤时，最低工作压力需达到0.03Mpa；解吸步骤时，最低真空度必须达到-0.05Mpa。