CN111094885A - 废气排放控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生产甲醛的方法。所述方法包括将包含甲醇的进料流进料到反应器中；使用混合氧化物催化剂在所述反应器中将所述甲醇转化成甲醛以产生包含甲醛的工艺流；从所述工艺流中分离甲醛以形成包含甲醛的产物流，以及废气流；将所述废气流的至少一部分进料到蒸汽冷凝器中以升高所述废气流的所述至少一部分的温度以形成受热的废气流；以及将所述受热的废气流进料到催化燃烧床，以催化燃烧所述受热的废气流的组分以形成经燃烧的废气流。

Description

废气排放控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于催化燃烧工艺废气流的组分的排放控制系统。特别地但不是唯一地，本发明涉及一种在用于生产例如作为福尔马林或UFC的甲醛的工艺中使用的排放控制系统。本发明还涉及一种用于生产例如作为福尔马林或UFC的甲醛的方法。

背景技术

甲醛可通过甲醇的催化氧化脱氢来生产。用于进行此类生产的工艺是已知的，例如从WO9632189或US2504402中获知。催化剂通常包括包含钼和铁氧化物的所谓的“混合氧化物”催化剂。一种众所周知的用于生产甲醛的工艺是由Johnson Matthey提供的Formox工艺。Formox工艺涉及在混合氧化物催化剂上对甲醇进行催化氧化脱氢。Formox工艺示于图1中。将甲醇与空气混合、汽化并作为进料流进料到反应器中，在那里甲醇被转化成甲醛。离开反应器的工艺流被送入吸收器，并且甲醛从工艺流中被移除并且在吸收器的底部在产物流中通常作为福尔马林或UFC离开。来自吸收器顶部的废气流中的一部分被进料到排放控制单元(其余部分例如被再循环)，在那里有害组分(诸如一氧化碳、DME和甲醇)被催化燃烧以产生可经由烟囱排出的经燃烧的废气流。在本设计中，经燃烧的废气流用于将进入排放控制系统的废气流预热到催化燃烧所需的点火温度。本排放控制系统提供了优于没有这种系统的工艺的显著优点，但希望试图进一步改进该系统以便降低资本成本和减小压降。这尤其是因为排放控制系统可被改装到现有工艺上以提高它们的排放标准。

本发明试图提供一种用于生产甲醛的改进的排放控制系统和方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于生产甲醛的方法，该方法包括：

将包含甲醇的进料流进料到反应器中；

使用混合氧化物催化剂在反应器中将甲醇转化成甲醛以产生包含甲醛的工艺流；

从工艺流中分离甲醛以形成包含甲醛的产物流，以及废气流；

将废气流的至少一部分进料到蒸汽冷凝器中以升高废气流的该至少一部分的温度以形成受热的废气流；以及

将受热的废气流进料到催化燃烧床，以催化燃烧受热的废气流的组分以形成经燃烧的废气流。

通过将废气流进料到蒸汽冷凝器中以升高废气流的温度，可控制受热的废气流在被进料到催化剂床时的温度，以便保持进入催化剂床的受热的废气流的恒定温度。该控制比现有技术系统更简单，在现有技术系统中，经燃烧的废气流用于加热进入的废气流，因为可独立地控制蒸汽。例如，为了保持进入催化剂床的一定温度，可使用具有最小所需蒸汽压力的最小所需量的蒸汽。例如，14.6barg的蒸汽压力对应于200℃的蒸汽温度，并且22.2barg的蒸汽压力对应于220℃的蒸汽温度。在示例性工艺中，催化剂床包括催化剂，该催化剂包括购自Johnson Matthey Formox并且在12barg蒸汽压力下操作的PPd和PPt催化剂。该压力有利地对应于来自典型工厂的最小输出蒸汽压力。该蒸汽温度将通常需要超过催化剂床的入口温度一定的温差以允许有效的热交换。因此，在一些实施方案中，优选将压力为10至25barg、优选15至25barg并且最优选17至20barg的蒸汽进料到蒸汽冷凝器中。此类蒸汽压力可有效地加热废气流。蒸汽冷凝物可被收集和再利用。在废气穿过蒸汽冷凝器时，蒸汽冷凝器中的有效热传递也可允许较低的压降。减小压降在提供具有成本和能量效益的工艺中可能是有利的，因为压缩进入该工艺的气体所需的能量以及该能量的成本可能是巨大的。优选地，蒸汽冷凝器和催化剂床容纳在单个容器内。此类布置减少了连接管路的需要，并且因此可进一步减少系统的压降。

包含甲醛的产物流优选是福尔马林或UFC。混合氧化物催化剂优选包含钼和铁氧化物。在反应器中甲醇向甲醛的转化和包含甲醛的产物流的分离可例如根据Formox工艺进行。

优选地，废气流进入蒸汽冷凝器的底部区域中，并且向上流动通过蒸汽冷凝器，并且受热的废气流向上流动通过催化剂床。这可具有若干优点。例如，排放控制系统中的催化剂床通常被支撑在催化剂网上。使受热的废气流向上流动通过催化剂床意味着该网在催化剂床的较冷的入口端。这是有利的，因为网不必承受同样高的温度，并且降低了网失效的风险。因此，可更简单地提供具有所需机械强度的网。在催化剂床的顶部可能需要另外的网以减少由于向上的受热的废气流而引起的催化剂的运动，然而该网不经受与催化剂床底部的网相同的力，并且因此不需要那么牢固。因此，它可更容易地设计以处理催化剂床出口处的高温。此外，使废气流以单一方向流动通过蒸汽冷凝器并且随后向前通过催化剂床可有利地减小压降。使废气流向上流动可能是特别有利的，因为在蒸汽冷凝器中冷凝的冷凝物(例如水)然后可被允许在重力下以逆流方式向下流动，使得最热温度在蒸汽冷凝器的顶部，在那里受热的废气流送入催化剂床。因此，优选地，蒸汽在蒸汽冷凝器的顶部区域中进入蒸汽冷凝器，并且向下流动通过蒸汽冷凝器，从而冷凝以形成冷凝物，并且冷凝物在蒸汽冷凝器的底部区域中离开蒸汽冷凝器。

优选地，蒸汽冷凝器是壳管式蒸汽冷凝器，并且废气流流动通过蒸汽冷凝器的管侧，而蒸汽在蒸汽冷凝器的壳侧中冷凝。此类布置可优化压降和热传递效率。

优选地，该方法还包括：

将经燃烧的废气流进料到蒸汽发生器中，其中经燃烧的废气流被冷却并产生蒸汽。

因此，该方法可使用来自燃烧的热量来生成蒸汽，该蒸汽可在工艺的其他地方或在工厂的其他地方使用。例如，蒸汽可被提供给工厂蒸汽网。如果在蒸汽冷凝器中使用的和在蒸汽发生器中生成的是不同压力的蒸汽，则将蒸汽提供到工厂蒸汽网并且在蒸汽冷凝器中使用来自工厂中其他地方的蒸汽可以是有效的选择，在特别优选的实施方案中，在蒸汽发生器中产生的蒸汽在蒸汽冷凝器中使用。因此，该方法优选地还包括：

将来自蒸汽发生器的蒸汽进料到蒸汽冷凝器中以在步骤d中升高废气流的温度。

因此热量从经燃烧的废气流中被回收并且用于在废气流被进料到催化剂床之前对其进行加热，但该回收和加热是使用蒸汽间接进行的。蒸汽是使用来自经燃烧的废气流的热量产生的，并且随后被用于将该热量传递给进入的废气流。此类系统的优点在于，在工艺的蒸汽侧上的压降不影响甲醛生产工艺的总压降。因此，可优化蒸汽侧上的热传递效率，而无需考虑任何压降对整个甲醛工艺的影响。在任何情况下在冷凝器中的热传递可比在气-气热交换器中更有效，如果直接用经燃烧的废气流加热废气流，则可能使用气-气热交换器。此外，如果需要更多的热量，则可添加额外的蒸汽，或者如果存在过多的热量，则可移除一些蒸汽并在其他地方使用，因此可更有效地平衡热集成。该系统在启动时也可能具有优势，因为可最初使用来自另一来源的蒸汽来加热废气流。这可消除对引发在启动时加热排放控制系统的电加热器的成本的需要。

优选地，蒸汽发生器是壳管式蒸汽发生器，并且经燃烧的废气流流动通过蒸汽发生器的管侧，而蒸汽在蒸汽发生器的壳侧中生成。有利地，这可减少经燃烧的废气流的压降。在一些实施方案中，蒸汽发生器可包括蒸汽过热器，并且在一些实施方案中，蒸汽发生器可以是蒸汽过热器。

优选地，蒸汽冷凝器、催化剂床和蒸汽发生器容纳在单个容器内。这可有利地消除与分离容器之间的连接相关的压降。它还可提供能够改装到现有工厂的单个单元。将蒸汽冷凝器、催化剂床和蒸汽发生器容纳在单个容器内在机械上也可能是有利的，因为这可消除对高温管道和法兰的需要，否则高温管道和法兰将是需要的，特别是在催化剂床与蒸汽发生器之间。在现有技术系统中离开催化剂床的经燃烧的废气流可达到约550℃的温度，因此催化剂床与蒸汽发生器之间的任何管道和法兰可能需要处理此类温度。如果例如在蒸汽发生器中生成22.2barg 220℃的蒸汽，则离开蒸汽发生器的经燃烧的废气流的温度可在230℃至245℃左右。因此，如果催化剂床和蒸汽发生器容纳在同一容器内，则该容器的管路和法兰可被设计用于约230℃至245℃的温度，而不是550℃，这可导致显著的节省。此外，当在本发明中催化剂床与蒸汽发生器之间不需要管道和法兰时，可有利地以合理的成本将催化剂床的出口处的工艺温度增加到例如至少580℃、优选至少590℃并且更优选至少600℃。此类增加可改进工艺的排放控制。优选地，蒸汽发生器产生具有10至25barg、更优选15至25barg的压力的蒸汽。蒸汽发生器可产生具有17至20barg的压力的蒸汽。

优选地，蒸汽冷凝器是壳管式蒸汽冷凝器，其中废气流流动通过蒸汽冷凝器的管侧，而蒸汽在蒸汽冷凝器的壳侧中冷凝；并且蒸汽发生器是壳管式蒸汽发生器，其中经燃烧的废气流流动通过蒸汽发生器的管侧，而蒸汽在蒸汽发生器的壳侧中生成。将废气流和经燃烧的废气流(即，工艺废气流)保持在蒸汽冷凝器和蒸汽发生器的管侧上对于按比例放大排放控制系统可具有显著优势。在此类系统中，当随容量需求通过按比例增加管道的数量来按比例放大系统时，可保持压降。这有利地优于现有技术系统，在现有技术系统中，经燃烧的废气流在壳侧上并且废气流在管侧上，并且按比例放大更杂。

优选地，在被进料到蒸汽发生器之前，经燃烧的废气流被进料通过涡轮增压器的膨胀器部分以驱动涡轮增压器的压缩机部分，以便对进料到工艺中以形成进料流的一部分的空气流进行加压。在涡轮增压器中使用来自经燃烧的废气流的至少一些能量用于对进料到工艺中以形成进料流的一部分的空气流进行加压并因此对进料流进行加压，是一种有利地从经燃烧的废气流中回收尽可能多的能量的有效方式。在将经燃烧的废气流进料到蒸汽发生器之前将经燃烧的废气流进料到涡轮增压器在最佳利用离开催化剂床的高温经燃烧的废气流方面可能是有利的。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于催化燃烧工艺废气流的组分的排放控制系统，该排放控制系统包括：催化剂床，该催化剂床包括用于催化燃烧工艺废气流的组分的催化剂；以及蒸汽冷凝器，蒸汽冷凝器具有与工艺废气流入口和催化剂床流体连通的管侧以及与蒸汽入口和冷凝物出口流体连通的壳侧，使得在操作中进入工艺废气流入口的工艺废气流在送入催化剂床之前在蒸汽冷凝器中被加热。

优选地，排放控制系统包括容纳催化剂床和蒸汽冷凝器两者的容器。催化剂床和蒸汽冷凝器两者在同一容器中可有利地导致较便宜的装置和在排放控制系统上具有有利低压降的装置。

优选地，工艺废气流入口位于容器的底部区域中；蒸汽冷凝器的管侧包括管，优选地为具有的入口端低于出口端的竖直管；蒸汽入口位于蒸汽冷凝器的壳侧的顶部区域中；冷凝物出口位于蒸汽冷凝器的底部区域中；并且催化剂床被布置在蒸汽冷凝器上方，使得在操作中，进入工艺废气流入口的工艺废气流向上流动通过蒸汽冷凝器的管侧并向上通过催化剂床，并且进入蒸汽入口的蒸汽向下流动通过壳侧并冷凝以形成冷凝物，其中冷凝物向下流动通过壳侧并通过冷凝物出口流出。此类装置例如通过控制壳侧中的冷凝物的液位可特别有效地进行操作和控制。

优选地，排放控制系统还包括蒸汽发生器，该蒸汽发生器具有与催化剂床和工艺废气流出口流体连通的管侧以及与锅炉给水入口和蒸汽出口流体连通的壳侧，使得在操作中，离开催化剂床的工艺废气流在离开工艺废气流出口之前在蒸汽发生器中被冷却，从而将通过锅炉给水入口进入的锅炉给水转化成通过蒸汽出口离开的蒸汽。蒸汽出口可连接到工厂蒸汽网以将蒸汽输出到工厂。优选地，蒸汽出口与蒸汽冷凝器的蒸汽入口流体连通，使得在操作中，在蒸汽发生器中生成的蒸汽被送入蒸汽冷凝器中以加热进入工艺废气流入口的工艺废气流。通过提供与蒸汽冷凝器连接的蒸汽发生器，该装置可有利地用于将来自离开催化剂床的经燃烧的工艺废气流的热量传递到待进料到催化剂床的进入的工艺废气流。经由蒸汽发生器和蒸汽冷凝器进行热传递的优点在于，可将排放控制系统的工艺侧上的压降保持较低，同时通过排放控制系统的蒸汽侧设计仍保持有效的热传递。此外，根据需要，可添加额外的蒸汽或可移除蒸汽以平衡所需的热传递。为此，蒸汽发生器的蒸汽出口也可与用于连接到蒸汽网络(例如工厂蒸汽网络)的连接器流体连通。

优选地，排放控制系统包括容纳蒸汽冷凝器、催化剂床和蒸汽发生器的容器。在单个容器中组合所有三个阶段有利地降低了设备的成本并保持低压降。此类组合还可消除对容器之间高温(例如600℃)法兰连接件的需要。催化剂床与蒸汽发生器之间的温度可在600℃左右，但如果这些部件在同一容器中，则唯一需要的连接件是在蒸汽发生器的下游，在那里温度可例如在230℃至245℃区间内。

优选地，蒸汽发生器位于催化剂床上方。那样，工艺废气流一个接一个地向上流动通过排放控制系统的所有部分，从而避免了可能增加压降的弯曲或其他显著的方向变化。

优选地，排放控制系统还包括涡轮增压器，该涡轮增压器具有与催化剂床流体连通的涡轮侧入口和与蒸汽发生器的管侧流体连通的涡轮侧出口，使得在操作中，离开催化剂床的工艺废气流经由涡轮增压器的涡轮侧被送入蒸汽发生器的管侧。因此，工艺废物流中的能量可用于驱动涡轮增压器中的涡轮，以回收工艺废物流中的一些能量。涡轮增压器可例如被构造成对进料到工艺中的流(例如空气流)进行加压，从而减少对进料流进行加压所需的新能量。

优选地，排放控制系统在根据本发明的第一方面的方法中使用。有利地，排放控制系统适合于改装到用于生产甲醛的现有工艺或工厂中。装配根据本发明的排放控制系统可帮助工厂或工艺实现更好的环境性能，而不会不利地影响整个工艺的压降。

优选地，排放控制系统用于处理工艺中的废气流。

应当理解，关于本发明的一个方面描述的特征可等同地适用于本发明的其他方面。例如，关于本发明的用于生产甲醛的工艺所描述的特征可同等地适用于本发明的排放控制系统，反之亦然。还应当理解，任选的特征可能不适用本发明的某些方面，并且可能被排除在本发明的某些方面之外。

附图说明

参考以下附图，仅以举例的方式进一步描述本发明，其中：

图1是用于生产甲醛的现有技术Formox工艺的图；

图2是根据本发明的实施方案的用于生产甲醛的工艺的图；

图3是根据本发明的实施方案的排放控制系统；

图4是根据本发明的另一实施方案的排放控制系统；

图5是根据本发明的另一实施方案的排放控制系统；并且

图6是根据本发明的另一实施方案的排放控制系统。

具体实施方式

在图1中用于生产甲醛的现有技术Formox工艺1中，新鲜空气流5穿过加压鼓风机4，并且随后与再循环流22混合以形成混合流23，然后经由再循环鼓风机3被进料到汽化器10中。在汽化器10中，混合流23与甲醇流2混合，并且使用来自离开反应器9的工艺流24的热量进行汽化。所得进料流25被进料到反应器9中，在该实施方案中，该反应器是通过热传递流体32的汽化而冷却的等温反应器。热传递流体32送入冷凝器8，在那里热传递流体被冷凝并且由锅炉给水7生成蒸汽6，然后该热传递流体返回到反应器9。在反应器9中，进料流25中的甲醇在铁/钼氧化物催化剂上反应以产生甲醛，其在包含甲醛和进料流25的未反应部分的工艺流24中离开反应器9。工艺流24穿过汽化器10并被进料到吸收器11中，在汽化器中工艺流24中的热量用于汽化进料流25。在吸收器11中，工艺用水12和任选的尿素13向下流动，并且从在吸收器11中向上流动的工艺流24中汽提甲醛。水12和任选的尿素13与甲醛一起作为产物流21离开吸收器的底部。如果仅使用工艺用水12，则该产物流21通常是55％福尔马林，或者如果使用尿素13，则该产物流是UFC。工艺流24的其余部分作为废气流26离开吸收器的顶部。废气流26部分地作为再循环流22再循环，并且其余部分被送到排放控制系统16。在排放控制系统16中，废气流26首先使用来自离开排放控制系统16的经燃烧的废气流27的能量在预热器14中被加热，并且随后在具有包含PPd和PPt的催化剂的催化剂床15中燃烧以形成经燃烧的废气流27。离开催化剂床15的经燃烧的废气流27具有约500℃至550℃的温度，并且被进料到蒸汽发生器20中，并且随后被进料回到排放控制系统16的预热器14中以加热进入的废气流26，在蒸汽发生器中经燃烧的废气流27被冷却并且锅炉给水19转变成蒸汽18。离开预热器16的经燃烧的废气流27被送到烟囱17。

图2中示出了根据本发明的方法。新鲜空气流55穿过加压鼓风机54，并且随后与再循环流72混合以形成混合流73，然后经由再循环鼓风机53被进料到汽化器60中。在汽化器60中，混合流73与甲醇流52混合，并且使用来自离开反应器59的工艺流74的热量进行汽化。将所得进料流75进料到反应器59中，在该实施方案中，该反应器是通过热传递流体82的汽化而冷却的等温反应器。热传递流体82送入冷凝器58，在那里热传递流体被冷凝并且由锅炉给水57生成蒸汽56，然后该热传递流体返回到反应器59。在反应器59中，进料流75中的甲醇在铁/钼氧化物催化剂上反应以产生甲醛，其在包含甲醛和进料流75的未反应部分的工艺流74中离开反应器59。工艺流74穿过汽化器60并被进料到吸收器61中，在汽化器中工艺流74中的热量用于汽化进料流75。在吸收器61中，工艺用水62和任选的尿素63向下流动，并且从在吸收器61中向上流动的工艺流74中汽提甲醛。水62和任选的尿素63与甲醛一起作为产物流71离开吸收器的底部。如果仅使用工艺用水62，则该产物流71通常是55％福尔马林，或者如果使用尿素63，则是UFC。工艺流74的其余部分作为废气流76离开吸收器的顶部。废气流76部分地作为再循环流72再循环，并且其余部分被送到排放控制系统66。在排放控制系统66中，废气流76首先在蒸汽冷凝器79中被加热。废气流76流入蒸汽冷凝器79的底部并向上穿过冷凝器79。进入蒸汽冷凝器79的蒸汽68在管上冷凝，并且向下流动并且作为冷凝物80流出蒸汽冷凝器79。冷凝物80被收集并再次使用。由此形成的受热的废气流从蒸汽冷凝器79流到具有包含PPd和PPt的催化剂的催化剂床65。在催化剂床65中，受热的废气流的组分(诸如一氧化碳、DME和甲醇)被燃烧以形成经燃烧的废气流，该经燃烧的废气流进入蒸汽发生器70。在蒸汽发生器70中，经燃烧的废气流被冷却，并且锅炉给水69转变成蒸汽68。蒸汽68可以是12barg蒸汽，其与来自标准工厂的最小输出蒸汽压力一致。在蒸汽发生器70中产生的蒸汽68被进料到蒸汽冷凝器79，以升高进入的废气流76的温度。蒸汽68也可被进料到工厂蒸汽网络78或从其补充。离开蒸汽发生器70的经燃烧的废气流77被送到烟囱67。烟囱67的温度取决于蒸汽68的压力。例如，在25℃的温度差(即，经燃烧的废气流77与蒸汽之间的温度差值)下，225℃的烟囱67温度对应于14.6barg的蒸汽68压力，并且245℃的烟囱67温度对应于22.2barg的蒸汽68压力。蒸汽冷凝器79、催化剂床65和蒸汽发生器70都容纳在单个容器内。容器出口处的法兰和管道需要适于处理烟囱67的温度，该温度显著低于图1的现有技术工艺1中排放控制系统16与蒸汽发生器20之间的连接件需要处理的500℃至550℃。有利地，这甚至可允许在催化剂床65的出口处使用更高的工艺温度，例如600℃，因为与现有技术不同，当蒸汽冷凝器79、催化剂床65和蒸汽发生器70都容纳在单个容器内时，在催化剂床65的出口处不需要管路和法兰。

在启动期间，来自工厂蒸汽网络78中的其他地方的蒸汽可被进料到蒸汽冷凝器79中，从而消除了对用于排放控制系统66的单独的电加热器的需要。

在图3中，提供了用于催化燃烧工艺废气流105的组分的排放控制系统101。排放控制系统101包括催化剂床111，该催化剂床包括用于催化燃烧工艺废气流105的组分的催化剂。催化剂通常包括例如由JohnsonMatthey Formox提供的PPd和PPt。蒸汽冷凝器103具有与工艺废气流入口和催化剂床111流体连通的管侧，在那里工艺废气流105被进料到排放控制系统101中。蒸汽冷凝器103具有与蒸汽流112进料的蒸汽入口以及冷凝物出口108流体连通的壳侧。在催化剂床111的下游，排放控制系统101还包括蒸汽发生器102，该蒸汽发生器具有与催化剂床111和工艺废气流出口104流体连通的管侧以及与锅炉给水入口118和蒸汽出口107流体连通的壳侧。蒸汽出口107与蒸汽冷凝器103的蒸汽入口流112流体连通。蒸汽流106与蒸汽出口107和蒸汽入口流112连接，使得在任何特定时间可根据需要移除过量的蒸汽或补充添加的蒸汽。

蒸汽冷凝器103、催化剂床111和蒸汽发生器102在单个容器中。容器的出口温度为约225℃至245℃，其显著低于离开催化剂床111的经燃烧的废气流的500℃至550℃的温度。通过将该流直接从催化剂床111进料到同一容器中的蒸汽发生器102，消除了对高温管道和连接件的需要。移除催化剂床111下游的高温区域中的管道和连接件可允许在该工艺中的该位置使用更高的工艺温度，例如600℃。

蒸汽冷凝器103在容器的底部处，其中催化剂床111在蒸汽冷凝器上方，并且蒸汽发生器102在催化剂床上方。在操作中，离开催化剂床111的工艺废气流在离开工艺废气流出口104之前在蒸汽发生器102中被冷却，并且在蒸汽发生器102中生成的蒸汽被送入蒸汽冷凝器103中以加热进入工艺废气流入口的工艺废气流105。如果需要，冷气109(其例如可以是处于环境温度的空气)或者用于加热的蒸汽110也可被进料到排放控制系统101以进一步控制温度。工艺废气流105向上流动通过排放控制系统101，其中蒸汽流112被进料到蒸汽冷凝器103的顶部并且冷凝物从蒸汽冷凝器103的底部处的冷凝物出口108被移除。在蒸汽冷凝器103的管的外侧上冷凝的蒸汽因此将在重力作用下向下朝冷凝物出口108流动。工艺废气流105进入排放控制系统101的底部，并且以相对直的路径向上流动通过排放控制系统101，从而避免不必要的压降。压缩成本在甲醛生产中可能是显著的，并且即使在排放控制系统101中，任何压降都必须在进料气体的初始压缩中加以考虑。因此，避免不必要的压降对于产生具有成本效益的工艺可能是重要的。

因此，在操作中，进入的工艺废气流105在催化剂床111中被燃烧之前在蒸汽冷凝器103中被冷凝蒸汽加热。离开催化剂床111的经热燃烧的废气流在蒸汽发生器102中被冷却，从而生成蒸汽107，该蒸汽继而用于运行蒸汽冷凝器103。蒸汽发生器102和蒸汽冷凝器103的蒸汽侧上的热传递效率可被优化而不影响工艺侧的压降，这与现有技术系统不同，在现有技术系统中热量直接在离开的经燃烧的废气流与进入的工艺废气流之间传递。当例如在启动期间蒸汽发生器102中生成的蒸汽不足以预热进入的工艺废气流105时，可经由蒸汽流106向蒸汽冷凝器103进料来自工厂的另一部分的蒸汽。这消除了对用于启动排放控制系统101的专用加热器的需要，从而节省了资本成本。

在图4中，向排放控制系统201进料工艺废气流205。在排放控制系统201的上游端部处，其在其中在图4中包含排放控制系统的容器的底部处，存在蒸汽冷凝器203。蒸汽冷凝器203的管侧与工艺废气流205和催化剂床211流体连通。工艺废气流205向上流动通过蒸汽冷凝器203并且通过催化剂床211，在那里该流的有害组分被燃烧以形成经燃烧的废气流。在催化剂床211的下游存在蒸汽过热器217。蒸汽过热器217的下游是蒸汽发生器202和节热器223。节热器223的壳侧被进料锅炉给水218，并且具有连接到蒸汽发生器202的壳侧入口的出口流216。蒸汽发生器202的壳侧具有出口蒸汽流207，该出口蒸汽流与蒸汽流206连接，通过该蒸汽流可根据需要移除或添加蒸汽。连接之后，蒸汽流分成进料到蒸汽过热器217中以形成过热输出蒸汽215的流214以及进料到蒸汽冷凝器203中的蒸汽流212。离开催化剂床211的经燃烧的废气流穿过蒸汽过热器217的壳侧，穿过蒸汽发生器202的管侧，并且随后穿过节热器223的管侧，然后通过燃烧气流出口204离开，其通常被进料到烟囱中。

与图3中的实施方案一样，工艺废气流205在蒸汽冷凝器203中被加热，然后在催化剂床211中被燃烧以燃烧有害组分并形成经燃烧的废气流。然后经燃烧的废气流在蒸汽过热器217、蒸汽发生器202和节热器223中被冷却。节热器223可用低压蒸汽发生器代替。节热器223或低压蒸汽发生器通过利用经燃烧的废气流穿过蒸汽发生器202之后残留在其中的低温热量来提高热回收效率。进料到节热器223的壳侧的锅炉给水218通过经燃烧的废气流的冷却而被加热，并且被进料到蒸汽发生器202的壳侧，在那里锅炉给水转变成蒸汽。该蒸汽被进料到蒸汽过热器217中以形成过热蒸汽215，用于输出到工厂的其他部分或输出到蒸汽冷凝器203以预热进入的工艺废气流205。同样，与图3中的实施方案一样，排放控制系统201可使用经由蒸汽流206来自工厂中的其他地方的蒸汽来启动，从而消除对专用启动加热器的需要。此外，排放控制系统201的蒸汽侧上的热传递效率可被优化而不影响工艺侧的压降。

同样，排放控制系统201容纳在单个容器中。这可能是有利的，因为这减少了对容器间连接件的需要，并且特别是对高温容器间连接件的需要。这可降低资本成本，并且还可减小压降，这可继而降低操作成本。因为蒸汽冷凝器203在容器的底部处，并且工艺废气流从蒸汽冷凝器203向上流动通过催化剂床211，所以催化剂床搁置在其上的支撑网在催化剂床211的较冷端处。这可能是有利的，因为当支撑网不必承受催化剂床211出口处的高温时，可更容易地提供足够强度的支撑网。可在催化剂床211上方提供第二网，以防止催化剂在经燃烧的废气流中被带走，但是该网不需要支撑催化剂床211的全部重量。

在图5中，排放控制系统301包括蒸汽冷凝器303、催化剂床311和炉型蒸汽过热器319。炉型蒸汽过热器319可用于生成过热蒸汽。以这种方式产生过热蒸汽可增加烟囱温度，因为不可能回收炉型蒸汽过热器319中的低温热量。然而，它具有生成过热蒸汽的优势，该过热蒸汽在工厂的其他地方可能是有价值的。工艺废气流305在送入催化剂床311之前在蒸汽冷凝器303中被预热，在催化剂床中有害组分被燃烧形成经燃烧的废气流。经燃烧的废气流被进料到炉型蒸汽过热器319中，该炉式蒸汽过热器生成过热蒸汽同时冷却经燃烧的废气流。经冷却的燃烧废气流经由出口304离开炉型蒸汽过热器319，并送入烟囱。在炉型蒸汽过热器319中产生的过热蒸汽可被进料到蒸汽冷凝器303的壳侧，以待用于预热进入的工艺废气流305。在该实施方案中，炉型蒸汽过热器319位于与包含蒸汽冷凝器303和催化剂床311的容器不同的容器中。虽然通过将所有部件都放在一个容器中而具有例如在减少连接件并因此减小压降方面的优点，但例如由于在升级现有工艺时的空间限制，可能存在优选使用多于一个容器的情况。

在图6的排放控制系统401中，催化剂床411位于蒸汽冷凝器403的下游，并且在该实施方案中位于蒸汽冷凝器上方。工艺废气流405向上流动通过蒸汽冷凝器403的管侧，并且随后向上通过催化剂床411。如上文关于其他实施方案所述，使工艺废气流405向上流动通过催化剂床411在用于催化剂床411的支撑网所暴露的温度条件方面提供了优点。从壳侧顶部附近的蒸汽入口流412向蒸汽冷凝器403进料蒸汽，并且冷凝物通过壳侧底部附近的冷凝物出口408离开。因此，蒸汽在管上冷凝，并且在重力作用下向下流动到冷凝物出口408。这样做，蒸汽在工艺废气流405被进料到催化剂床411之前对其进行加热。

离开催化剂床411的经燃烧的废气流被进料到涡轮增压器420中。在涡轮增压器420中，经燃烧的废气流的压力被降低，并且进入该工艺的进料流被加压。通常，经燃烧的废气流穿过涡轮增压器420的膨胀器部分，并且进入该工艺的新鲜空气进料流穿过涡轮增压器420的压缩机部分。在甲醛生产工艺中，工艺气体的压缩可能是一笔显著的操作成本，并且因此回收经燃烧的废气流中的一些能量用于进料流的压缩可能是有利的。

经燃烧的废气流从涡轮增压器420穿过蒸汽发生器402的管侧，在蒸汽发生器的壳侧上进料锅炉给水421以产生蒸汽422。将由此产生的蒸汽进料到蒸汽入口流412，根据需要抽出或添加另外的蒸汽，并用于预热进入的工艺废气流405。因此，经燃烧的废气流中的能量用于预热进入的工艺废气流405，但热量是使用蒸汽发生器402和蒸汽冷凝器403间接传递的。如上所述，这具有若干优点，包括减少工艺废气流的压降和在启动期间使用来自工厂的另一部分的替代蒸汽的机会，从而消除了对用于排放控制系统401的专用启动加热器的需要。包括涡轮增压器420允许经燃烧的废气流中的能量通过在该经燃烧的废气流处于其最热状态时在涡轮增压器420中使用并且随后在其穿过涡轮增压器420后使用它在蒸汽发生器402中生成蒸汽而被有效地利用。

图3、图4、图5和图6的排放控制系统101、201、301、401可例如在图2的工艺51中使用。

将理解的是，以上阐述的实施方案是本发明的示例，并且本领域技术人员将理解，在本发明的范围内可进行各种变化。例如，蒸汽冷凝器和蒸汽发生器可位于相同或不同的容器中，并且该系统可水平或并排地布置容器。工艺废气流可向下或水平地流动通过工艺的一些或所有部分。

Claims (16)

1.一种用于生产甲醛的方法，所述方法包括：

a.将包含甲醇的进料流进料到反应器中；

b.使用混合氧化物催化剂在所述反应器中将所述甲醇转化成甲醛以产生包含甲醛的工艺流；

c.从所述工艺流中分离甲醛以形成包含甲醛的产物流，以及废气流；

d.将所述废气流的至少一部分进料到蒸汽冷凝器中以升高所述废气流的所述至少一部分的温度以形成受热的废气流；以及

e.将所述受热的废气流进料到催化燃烧床，以催化燃烧所述受热的废气流的组分以形成经燃烧的废气流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽冷凝器和所述催化剂床容纳在单个容器内。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述蒸汽冷凝器是壳管式蒸汽冷凝器，并且所述废气流流动通过所述蒸汽冷凝器的管侧，而蒸汽在所述蒸汽冷凝器的壳侧中冷凝。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：

f.将所述经燃烧的废气流进料到蒸汽发生器中，其中所述经燃烧的废气流被冷却并产生蒸汽。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述蒸汽发生器是壳管式蒸汽发生器，并且所述经燃烧的废气流流动通过所述蒸汽发生器的管侧，而蒸汽在所述蒸汽发生器的壳侧中生成。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中在被进料到所述蒸汽发生器之前，所述经燃烧的废气流被进料通过涡轮增压器的膨胀器部分以驱动所述涡轮增压器的压缩机部分，以便对进料到所述方法中以形成所述进料流的一部分的空气流进行加压。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：

g.将来自所述蒸汽发生器的蒸汽进料到所述蒸汽冷凝器中以在步骤d中升高所述废气流的温度。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述蒸汽冷凝器、所述催化剂床和所述蒸汽发生器容纳在单个容器内。

9.一种用于催化燃烧工艺废气流的组分的排放控制系统，所述排放控制系统包括：催化剂床，所述催化剂床包括用于催化燃烧所述工艺废气流的所述组分的催化剂；以及蒸汽冷凝器，所述蒸汽冷凝器具有与工艺废气流入口和所述催化剂床流体连通的管侧以及与蒸汽入口和冷凝物出口流体连通的壳侧，使得在操作中进入所述工艺废气流入口的工艺废气流在送入所述催化剂床之前在所述蒸汽冷凝器中被加热。

10.根据权利要求9所述的排放控制系统，其中所述排放控制系统包括容纳所述催化剂床和所述蒸汽冷凝器两者的容器。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的排放控制系统，其中所述排放控制系统还包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器具有与所述催化剂床和工艺废气流出口流体连通的管侧以及与锅炉给水入口和蒸汽出口流体连通的壳侧，使得在操作中，离开所述催化剂床的所述工艺废气流在离开所述工艺废气流出口之前在所述蒸汽发生器中被冷却，从而将通过所述锅炉给水入口进入的锅炉给水转化成通过所述蒸汽出口离开的蒸汽。

12.根据权利要求11所述的排放控制系统，其中所述排放控制系统包括容纳所述蒸汽冷凝器、所述催化剂床和所述蒸汽发生器的容器。

13.根据权利要求11所述的排放控制系统，其中所述排放控制系统还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器具有与所述催化剂床流体连通的膨胀器侧入口和与所述蒸汽发生器的所述管侧流体连通的膨胀器侧出口，使得在操作中，离开所述催化剂床的所述工艺废气流经由所述涡轮增压器的膨胀器侧被送入所述蒸汽发生器的所述管侧。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的排放控制系统，其中所述蒸汽出口与所述蒸汽冷凝器的所述蒸汽入口流体连通，使得在操作中，在所述蒸汽发生器中生成的蒸汽被送入所述蒸汽冷凝器中以加热进入所述工艺废气流入口的所述工艺废气流。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的排放控制系统，其中所述排放控制系统在根据权利要求1至8中任一项所述的方法中使用。

16.根据权利要求9至14中任一项所述的排放控制系统用于处理根据权利要求1至8中任一项所述的方法中的所述废气流的用途。

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