CN113185991B - 一种罐式煅烧炉挥发份提取系统、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种罐式煅烧炉挥发份提取系统、方法及应用，属于技术领域。罐式煅烧炉设置有用于排放挥发份烟气的挥发份通道，挥发份提取系统包括依次设置的回收单元，加压单元和脱H₂S单元；回收单元包括依次设置的烟尘分离装置，提取管路，焦油过滤装置；烟尘分离装置与挥发份通道连通。本发明对石油焦煅烧过程中产生的烟气及过量挥发份进行回收利用，经一系列净化工艺操作，获得提纯的可燃挥发份气体，能够取代天然气用于燃烧供热，还可用于提纯制备燃料电池，实现能源循环利用。

Description

一种罐式煅烧炉挥发份提取系统、方法及应用

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，更具体的说是涉及一种罐式煅烧炉挥发份提取系统、方法及应用。

背景技术

传统工艺中，使用顺流式罐式煅烧炉进行石油焦煅烧时，石油焦原料由炉顶加料装置加入罐内，受重力作用影响由上而下移动，移动过程中逐渐被位于罐两侧的火道加热，火道中燃料燃烧产生的热量通过火道壁间接传给石油焦原料。当石油焦原料的温度达到350-600℃时，其中的挥发份开始大量释放出来，汇集并送入火道燃烧，进而为石油焦的煅烧提供热量。石油焦原料经过1200-1300℃以上的高温，完成一系列的物理化学变化后，从罐底进入水套冷却，最后由排料装置排出炉外；燃烧产生的高温烟气全部送入余热发电系统进行发电。

然而，由于石油炼制水平的不断提高，石油焦中的挥发份较过去有了显著提高，过量的挥发份在煅烧炉内燃烧所产生热量不能充分被煅烧炉和余热发电系统利用，造成大量热量浪费。

因此，如何对石油焦煅烧过程中产生的烟气和过量的挥发份进行回收利用是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种罐式煅烧炉挥发份提取系统、方法，可有效地对挥发份进行回收利用，减少热能源浪费，节约能源。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种罐式煅烧炉挥发份提取系统，罐式煅烧炉设置有用于排放挥发份烟气的挥发份通道，

该系统包括依次设置的回收单元，加压单元和脱H₂S单元；

回收单元包括依次设置的烟尘分离装置，提取管路，焦油过滤装置；

烟尘分离装置与挥发份通道连通。

优选地，烟尘分离装置为一个或多个，包括装置本体和用于支撑装置本体的固定支架；

装置本体顶部设置挥发份出口，挥发份出口与提取管路连通，并且挥发份出口处设置防堵塞装置；

装置本体侧壁分别设置有挥发份入口、介质通入口和介质排出口；

挥发份入口与挥发份通道连通，并且挥发份入口处设置防堵塞装置；

介质通入口处安装介质喷头，用于向装置本体内喷射除尘介质；

装置本体底部设置排灰口。

优选地，介质通入口所通入的介质为水；通过喷水处理可实现挥发份的净化除尘。

优选地，挥发份通道上设置一个或多个挥发份抽取盒，用于连通挥发份入口与挥发份通道；

挥发份抽取盒上安装有阀门。

为了不影响正常煅烧炉的作业和生产，在挥发份通道上设置挥发份抽取盒，通过煅烧炉首层火道火焰的火势、二、四、八层火道温度的监控和煅后焦质量的反馈，来调节阀门的开度，进而控制挥发份的排放。

进一步优选地，挥发份抽取盒上设置的阀门为插板阀。

优选地，提取管路包括支管和主管；

支管连通于挥发份出口与主管之间，并且支管上设置有防堵塞装置；

主管内设置有气体净化装置。

优选地，防堵塞装置包括刷头、连杆和气缸；

连杆一端与刷头连接，穿设于挥发份入口处、挥发份出口处、或者支管内与主管连接的位置；连杆另一端与气缸连接；

气体净化装置可选用喷水装置。

防堵塞装置的设置可减少挥发份入口处、挥发份出口处、以及支管内、支管与主管连接的位置焦油与灰尘的聚集，避免管路堵塞。

气体净化装置一方面可进一步对挥发份进行除尘净化，一方面可减少主管中焦油与灰尘的聚集。

优选地，焦油过滤装置包括依次设置的一级焦油过滤器，离心风机和二级焦油过滤器。

其中，通过离心风机的频率配合挥发份抽取盒上阀门的开度进行挥发份排放控制。

优选地，一级焦油过滤器和二级焦油过滤器分别设置有并联的备用旁通管路，焦油过滤器需要检查、检修、更换时，可使用备用旁通管路保持气路畅通。

优选地，一级焦油过滤器包括过滤器本体，

过滤器本体顶部或侧壁顶端设置出口，底部或侧壁底端设置入口；

过滤器本体内由下到上依次设置第一焦炭处理区、高温蒸汽处理区、第二焦炭处理区和冷却区；

第一焦炭处理区与第二焦炭处理区填充有焦炭；

高温蒸汽处理区铺设带有喷头的高温蒸汽管路，高温蒸汽管路中流通高温蒸汽；

冷却区铺设有冷却盘管，冷却盘管内流通冷却水。

二级焦油过滤器与一级过滤装置结构大致相同，不同之处在于，冷却区设置于第一焦炭处理区底部。二级焦油过滤器的冷却区设置于底部主要用于一级焦油过滤器未除净的焦油进一步冷却。

优选地，加压单元包括依次设置的一级加压装置，冷却管路和二级加压装置。加压单元用于为气体进入脱H₂S单元提供动力。

优选地，一级加压压力200-500pa；二级加压压力15-20kpa。

一种罐式煅烧炉挥发份提取方法，包括如下步骤：

(1)回收：

将罐式煅烧炉内烟气和过量挥发份引出，过滤粉尘、脱焦油、脱水；

(2)加压：

经步骤(1)处理后的气体进行加压处理；

(3)脱H₂S：

加压的气体冷却后进行脱硫，获得提纯的可燃挥发份气体。

优选地，脱H₂S采用干法脱硫，其操作方便，设备简单，成本低，净化度高。

利用上述方法制备的可燃挥发份气体作为焙烧燃料的应用。

具体地，可取代天然气用于焙烧炉燃烧。

进一步地，经上述方法制备的可燃挥发份气体可用于提纯氢气，以应用于制备燃料电池。

综上所述，本发明对石油焦煅烧过程中产生的烟气及过量挥发份进行回收利用，经一系列净化工艺操作，获得提纯的可燃挥发份气体，其能够取代天然气用于燃烧供热或提纯制备燃料电池，实现能源循环利用；此外，本发明有效解决了挥发份过量，煅烧炉温度不易控制的问题，在保证煅烧工艺正常进行的同时，极大地减少了能源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1所示为回收单元结构示意图。

图2所示为烟尘分离装置结构示意图。

图3所示为一级焦油过滤器或二级焦油过滤器结构示意图。

图4所示为煅烧炉挥发份烟气GC检测图谱。

图5所示为煅烧炉挥发份烟气GC检测图谱。

附图标记：1.罐式煅烧炉；2.挥发份通道；3.烟尘分离装置；21.挥发份抽取盒；22.插板阀；31.装置本体；32.固定支架；33.挥发份出口；34.挥发份入口；35.介质通入口；36.介质排出口；37.喷头；38.排灰口；41.支管；42.主管；421.喷水装置；51.防堵塞装置一；501.刷头；502.连杆；503.气缸；52.防堵塞装置二；53.防堵塞装置三；61.一级焦油过滤器；601.过滤器本体；602.出口；603.入口；604.底排口；605.第一焦炭处理区；606.高温蒸汽处理区；6081.冷却盘管；6061.高温蒸汽管路；6062.喷头；607.第二焦炭处理区；608.冷却区；62.离心风机；63.二级焦油过滤器；64.备用旁通管路一；65.备用旁通管路二；66.放散管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如附图1-3所示，一种罐式煅烧炉挥发份提取系统，罐式煅烧炉1设置有用于排放挥发份烟气的挥发份通道2，

该系统包括依次设置的回收单元，加压单元和脱H₂S单元；

回收单元包括依次设置的烟尘分离装置3，提取管路，焦油过滤装置；

挥发份通道2上设置多个挥发份抽取盒21，挥发份抽取盒21上安装有插板阀22。

烟尘分离装置3数量与挥发份抽取盒21对应，分别设置于挥发份抽取盒21一侧；每个烟尘分离装置3包括装置本体31和用于支撑装置本体31的固定支架32；

装置本体31顶部设置挥发份出口33，挥发份出口33与提取管路连通，并且挥发份出口33处设置防堵塞装置一51；

装置本体31侧壁分别设置有挥发份入口34、介质通入口35和介质排出口36；

挥发份入口34与挥发份通道2通过挥发份抽取盒21连通，并且挥发份入口34处设置防堵塞装置二52；

介质通入口35处安装介质喷头37，用于向装置本体31内喷水；

装置本体31底部设置排灰口38。

提取管路包括支管41和主管42；

支管41为多个，分别与挥发份出口33对应连通；多个支管41均连通主管42，并且支管41上设置有防堵塞装置三53，主管42内设置有喷水装置421。

防堵塞装置一51、防堵塞装置二52、防堵塞装置三53均包括刷头501、连杆502和气缸503；刷头501为钢丝刷；连杆502一端与气缸503连接；气缸503连接时间继电器，可设置清理时间，如每十分钟运行一分钟。防堵塞装置一51连杆502另一端与刷头501连接，穿设于挥发份出口33处；防堵塞装置二52连杆另一端与刷头连接，穿设于挥发份入口34处；防堵塞装置三53连杆另一端与刷头连接，穿设于支管41内与主管42连接的位置。

焦油过滤装置包括通过管路依次连通设置的一级焦油过滤器61，离心风机62(变频)和二级焦油过滤器63；

一级焦油过滤器61包括过滤器本体601，

过滤器本体601顶部设置出口602，侧壁底端设置入口603和底排口604；

过滤器本体601内由下到上依次设置第一焦炭处理区605、高温蒸汽处理区606、第二焦炭处理区607和冷却区608；

第一焦炭处理区605与第二焦炭处理区607填充有焦炭；

高温蒸汽处理区606铺设高温蒸汽管路6061，高温蒸汽管路6061顶部和底部分别设置有多个喷头6062；高温蒸汽管路6061外接高温蒸汽；

冷却区608铺设有冷却盘管6081，冷却盘管6081外接冷却水。

二级焦油过滤器63冷却区设置于第一焦炭处理区底部，其余结构与一级焦油过滤器61相同。

一级焦油过滤器61入口与主管42连通；离心风机62连接于一级焦油过滤器61出口与二级焦油过滤器63入口之间；

并且一级焦油过滤器61和二级焦油过滤器63分别设置有并联的备用旁通管路一64、备用旁通管路二65。

挥发份输送过程中因温度降低，会逐渐析出焦油，因此，为确保后期输送正常连续运行，需要在挥发份抽取前期进行尘和焦油的初步净化。

加压单元包括依次连通设置的一级加压装置，冷却管路和二级加压装置；一级加压装置与二级焦油过滤器63出口通过放散管66连通。

脱H₂S单元为四套并联的盛放有干法脱硫剂的H₂S净化塔，分别与二级加压装置通过管路连通。

上述各装置的连接通路上分别设置有阀门。

对于烟尘分离装置3介质通入口35、主管42内喷水装置421以及冷却盘管681所通入的水，可设置带有水泵的蓄水池进行供水；另外烟尘分离装置3的介质排出口36以及冷却盘管681处排出的水可通入蓄水池中，实现水的循环利用。

实施例2

使用实施例1系统进行挥发份提取的方法，包括如下步骤：

(1)回收：

罐式煅烧炉为负压运行，在煅烧炉达到适宜温度后，物料挥发份自动溢出进入挥发份通道，然后分散进入火道，在挥发份通道处设置挥发份抽取盒，保证离心风机抽取的压力小于煅烧炉的正常运行负压，即可在供应正常生产的情况下，将罐式煅烧炉内烟气和过量挥发份引出；运行过程中，根据煅烧炉首层火道火焰的火势，二、四、八层火道温度的监控以及煅后焦质量的反馈调整离心风机的频率为15HZ-40HZ，挥发份抽取盒上插板阀开度为30％-50％。

向烟尘分离装置介质通入口、主管内喷水装置以及冷却盘管通水；在离心风机的作用下，引出的挥发份烟气进入烟尘分离装置，并在烟尘分离装置中产生的一定的风速，形成旋转式落尘，此外，介质喷头以及喷水装置喷出的水可对烟尘进行吸附、沉降；防堵塞装置一、防堵塞装置二、防堵塞装置三定时运行，进一步除尘防堵；吸附于水中的落尘等杂质可通过底部排灰口排出；

除尘后的挥发份由主管进入一级焦油过滤器和二级焦油过滤器脱焦油、脱水；

(2)加压：

使用一级加压装置对步骤(1)处理后的气体进行一级加压，一级加压压力400pa，温度约90℃；随后经冷却管路冷却至室温，通入二级加压装置进行二级加压，二级加压压力15-20kpa。

(3)脱H₂S：

经二级加压的气体冷却至40℃以下后通入H₂S净化塔进行脱硫。

以活性氧化铁(Fe₂O₃)的水合物做为脱硫剂，与H₂S进行反应，反应方程式如下：

Fe₂O₃·H₂O+3H₂S＝Fe₂S₃·H₂O+3H₂O

为保障反应顺利进行，净化塔处于有氧碱性环境中。

净化后的可燃挥发份气体再次通过离心式加压机加压(三次加压)，最终送入焙烧车间，做为焙烧炉燃料使用。

实施例3

石油焦在煅烧炉隔绝空气的情况下煅烧，其加热方式为间接加热，石油焦挥发份的溢出主要在500-700℃之间，800℃以后溢出速度减缓，1100℃以后溢出基本完成；预焙阳极罐式煅烧炉(顺流式罐式炉)八层火道，控制首层温度为1200℃左右，二层为1250-1350℃，三、四层为1200-1300℃之间，七、八层控制在1100-1160℃之间。

对煅烧过程中产生的挥发份烟气含量进行检测，结果如表1及图4-5所示。挥发份烟气的热值预计为3500-3800Kcal/Nm³，平均约3650Kcal/Nm³，烟气量约为8000Nm³/h；按H₂及CH₄组分计算，可燃挥发份气体热值全年可节约能量约2.5×10¹¹Kcal。

表1

使用实施例2方法对预焙阳极罐式煅烧炉煅烧过程中产生的挥发份烟气进行处理，获得可燃挥发份气体，经测定，其氢气含量74.01vol％，甲烷含量7.14vol％，可将其直接通入焙烧炉燃烧系统，取代天然气，可有效节能降耗。

此外，对可燃挥发份气体中H₂提纯：

通过TSA-脱苯脱萘脱焦油、COS水解、干法-吸附法脱硫、脱氧、PSA-H2和TSA定向除杂技术等技术进行多级除杂提纯，得到符合燃料电池用氢标准的H₂。1760Nm³/h挥发份烟气可以获取约1000Nm³/h氢气(日产量约2200kg)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种罐式煅烧炉挥发份提取系统，所述罐式煅烧炉设置有用于排放挥发份烟气的挥发份通道，其特征在于，

所述系统包括依次设置的回收单元，加压单元和脱 H₂S 单元；

所述回收单元包括依次设置的烟尘分离装置，提取管路，焦油过滤装置；

所述烟尘分离装置与挥发份通道连通；

所述烟尘分离装置为一个或多个，包括装置本体和用于支撑所述装置本体的固定支架；

所述装置本体顶部设置挥发份出口，所述挥发份出口与所述提取管路连通，并且所述挥发份出口处设置防堵塞装置；

所述装置本体侧壁分别设置有挥发份入口、介质通入口和介质排出口；

所述挥发份入口与所述挥发份通道连通，并且所述挥发份入口处设置防堵塞装置；

所述介质通入口处安装介质喷头，用于向所述装置本体内喷射除尘介质；

所述装置本体底部设置排灰口；

所述挥发份通道上设置一个或多个挥发份抽取盒，用于连通所述挥发份入口与所述挥发份通道；

所述挥发份抽取盒上安装有阀门；

所述提取管路包括支管和主管；

所述支管连通于所述挥发份出口与所述主管之间，并且所述支管上设置有防堵塞装置；

所述主管内设置有气体净化装置；

所述防堵塞装置包括刷头、连杆和气缸；

所述连杆一端与所述刷头连接，穿设于所述挥发份入口处、所述挥发份出口处、或者所述支管内与所述主管连接的位置；所述连杆另一端与所述气缸连接；

所述气体净化装置为喷水装置。

2.根据权利要求 1 所述的一种罐式煅烧炉挥发份提取系统，其特征在于，

所述焦油过滤装置包括依次设置的一级焦油过滤器，离心风机和二级焦油过滤器。

3.根据权利要求 2 所述的一种罐式煅烧炉挥发份提取系统，其特征在于，

所述一级焦油过滤器和二级焦油过滤器分别设置有并联的备用旁通管路。

4.根据权利要求 2所述的一种罐式煅烧炉挥发份提取系统，其特征在于，

所述一级焦油过滤器包括过滤器本体，

所述过滤器本体顶部或侧壁顶端设置出口，底部或侧壁底端设置入口；

所述过滤器本体内由下到上依次设置第一焦炭处理区、高温蒸汽处理区、第二焦炭处理区和冷却区；

所述第一焦炭处理区与所述第二焦炭处理区填充有焦炭；

所述高温蒸汽处理区铺设带有喷头的高温蒸汽管路，所述高温蒸汽管路中流通高温蒸汽；

所述冷却区铺设有冷却盘管，所述冷却盘管内流通冷却水；

所述二级焦油过滤器冷却区设置于第一焦炭处理区底部，其余结构与一级焦油过滤器相同。

5.一种罐式煅烧炉挥发份提取方法，其特征在于，使用权利要求 1-4任一项所述的罐式煅烧炉挥发份提取系统进行处理，包括如下步骤：

（1）回收：

将罐式煅烧炉内烟气和过量挥发份引出，过滤粉尘、脱焦油、脱水；

（2）加压：

经步骤（1）处理后的气体进行加压处理；

（3）脱 H₂S：

加压的气体冷却后进行脱硫，获得提纯的可燃挥发份气体。

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