CN114198758A - 一种正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，包括若干蓄热室、位于所有蓄热室顶部并和所有蓄热室连通的氧化室、位于所有蓄热室底部并和蓄热室连通的气体分布室，氧化室上还设有高温旁通烟道口；高温旁通烟道口通过管道和余热锅炉连通；余热锅炉出口和烟囱连通。本发明中既可以解决正丁烷法制顺酐产生的尾气，且在解决正丁烷的尾气时可以将尾气的热能回收利用。

Description

一种正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统
技术领域
本发明涉及正丁烷法尾气处理领域，尤其涉及一种正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统。
背景技术
近年来，我国石化行业快速发展和炼油能力提高，正丁烷法制顺酐已经作为顺酐工艺的主流工艺，而该工艺在溶剂吸收工序和抽真空工序中产生有机尾气，风量大，VOCs浓度高，绝热温升在350~400℃间。随着我国《石油化学工业污染物排放标准》等行业标准的出台，污染物排放指标越来越严格，因此如不进行处理，将远远超过国家排放标准，对环境造成极大的影响，并且顺酐生产工艺需消耗大量蒸汽及电耗，能耗较高，为使该工艺达到清洁生产，节能减排，循环经济，对于各工艺需尽可能节能环保，废物利用。
目前顺酐尾气处理方法不多，且无特别有效的治理方法，出现过催化焚烧法、膜法分离和吸收吸附回收等。因为顺酐尾气浓度大，绝热温升近400℃，而催化剂一般起燃温度为250~300℃，而正常使用温度在350~600℃间，因此对于绝热温升400℃的尾气不便处理，催化剂处于超温状态，运行不安全；而对于膜法工艺中，由于处理风量大，且顺酐和挥发性溶剂会堵塞膜孔，造成膜设备大，运行寿命短需经常更换问题工业生产应用不大；而吸附吸收时对于尾气成分杂的，回收工序复杂，不经济。
发明内容
本发明的目的是提供一种正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统。
本发明的创新点在于本发明中既可以解决正丁烷法制顺酐产生的尾气，且在解决正丁烷的尾气时可以将尾气的热能回收利用。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，包括若干蓄热室、位于所有蓄热室顶部并和所有蓄热室连通的氧化室、位于所有蓄热室底部并和蓄热室连通的气体分布室，所述气体分布室内设有进气管道、反吹管道和出气管道，所述进气管道上设有和每个蓄热室底部连通的进气分管，反吹管道上设有和每个蓄热室底部连通的反吹分管，出气管道上设有和每个蓄热室底部连通的出气分管；所述进气分管上设有进气阀门、反吹分管上设有反吹阀门、出气分管上设有出气阀门；出气管道和烟囱连通；所述氧化室内设有燃烧器，所述氧化室上还设有高温旁通烟道口；高温旁通烟道口通过管道和余热锅炉连通；余热锅炉出口和烟囱连通；余热锅炉从进口到出口依次设置有水冷段、过热段、蒸发段和省煤段；水管锅炉外设有锅炉汽包，所述省煤段的盘管出口和水冷段的盘管出口均通过管道和锅炉汽包连通，锅炉汽包通过下降管和蒸发段以及水冷段的盘管入口连通；所述蒸发段的盘管出口通过上升管和锅炉汽包连通；所述锅炉汽包通过过热管道和过热段盘管的入口连通，所述过热段盘管的出口处设有热能出口管道。高温烟气由于温度为1050℃，而中压过热蒸汽，一般是利用的4.0Mpa 435℃的过热蒸汽，高温烟气和过热蒸汽温度都较高，对于蒸汽盘管材质耐高温要求高，成本造价高，因此为降低烟气温度，在过热蒸汽段前段先经过水冷段，起消峰作用，先由水冷段吸收高温烟气热量，待烟气温度降至850℃左右再与过热段换热，过热蒸汽段为保持蒸汽不超温，在过热器中部设置减温水降温。过热段利用完高温烟气后，中温断烟气继续与蒸发段中给水加热蒸发，低温烟气余热进一步经省煤器段加热锅炉给水至饱和温度下30~50℃左右，以待蒸发段产饱和蒸汽。余热锅炉后出口排气烟气温度在180℃以下，满足余热锅炉标准。蓄热室采用多箱体较为优势，因为尾气在切换过程中波动较小，整体风量较均匀，产汽量较稳定。
进一步地，所述热能出口管道上设有透平机。将热能作为机械能回用，为整个顺酐生产系统，提供电能或带动鼓风机或循环泵等动力装置，还可以利用透平后抽取中低压饱和蒸汽作部分加热使用，使整个生产系统废物再利用，达到循环经济、清洁生产的目的。
进一步地，所述出气管道上设有反吹支管，所述反吹支管和反吹管道连通。将出气管道上的烟气作为反吹气，充分利用热能。
进一步地，所述过热段的盘管入口为近蒸发段一端，过热段的盘管出口为近水冷段一端，过热段的盘管为蛇形管，过热段分为过热高温段和过热低温段，过热高温段产用膜式水冷壁结构，过热低温段产用螺旋翅片式结构；余热锅炉位于过热段处的外壁设有减温喷淋口。此种布置方式调节精度高，对过热段的盘管起到保护作用。
进一步地，所述省煤段的盘管的产用螺旋翅片管；省煤段每排之间错位布置。热量交换更均匀。
进一步地，所述锅炉汽包内在上升管和下降管的管口处均设有挡板，所述锅炉汽包内顶部还设有气液分离器；过热管道和锅炉汽包的连接口位于锅炉汽包顶部。挡板可以避免上升管和下降管处的气流或水流对锅炉汽包内部的冲击，气液分离器可以将进入过热段盘管内的蒸汽中的水分离出来，避免影响过热段的传热。
进一步地，所述出气管道上还设有喷淋塔，所述喷淋塔上部设有高压静电湿式除尘器。高温烟气进过蓄热室排出的烟气，因为温度比进气高，蓄热体上一周期在进气过程中吸附在蓄热体底部中的大分子有机物在较高的排气温度下会部分脱附出来，因此长期运行后出气会导致有机物排放指标有缓慢上升的趋势。为确保达标排放，RTO出口烟气单独通过喷淋塔及塔顶设置的湿式电除尘器去除有机物及颗粒物或气溶胶然后经过烟囱排放，最终满足环保要求。高压静电湿式除尘器对喷淋塔机械除尘器过滤后残留的液滴和烟尘进行二次捕捉、净化。高压静电湿式除尘器设置在喷淋塔上部，是利用高压脉冲直流电、电场驱动烟气内微细烟尘，使其加速沉降于阳极表面，以除去烟气中的尘粒，是对吸收塔机械除尘器过滤后残留的液滴和烟尘进行二次捕捉、净化的设备。将0~80千伏（可调）的高压脉冲直流电引入器内，使悬挂在器内的电晕极不断发射出电子，把电极间部分气体电离成正负离子，粉尘等颗粒碰到离子而荷电，按照同性相斥、异性相吸的原理，荷电后的尘粒各自向电极性相反的方向移动，正离子向电晕极移动，而电子和负离子则移向沉淀电极。分散在气体中的尘与带负电离子相碰撞而荷电，在电场的作用下，带电尘颗粒移向沉淀极内壁上，靠自重顺壁而下，落入电除尘器以下的收尘装置中并与浆液混合，使排放烟气得到净化。
进一步地，所述喷淋塔的烟气进口与水平面的夹角为30°；所述喷淋塔塔底设置液位计和pH值测定仪。烟气进口采用与水平夹角30°方向进入，高温烟气进塔后，气体与碱液喷射到塔底的液面上，避免了直接喷射到塔壁而造成的冲刷损害，喷淋水液滴与烟气中微细尘C颗粒之间互相扩散接触，尘粒之间惯性碰撞和拦截，加湿的尘粒相互凝并，以尘粒为凝结核凝结，尘粒接触液膜和气泡黏附其上，气体夹带的液滴和部分粉尘被液面捕获，可以有效地除去直径为0.1~20μm的液态或固态颗粒，同时采用大水量喷淋（增加液气比达到更高的脱酸效果）能有效脱除烟气中的酸性气体。利用进口烟气的热量使吸收液在塔内循环喷淋过程中水分蒸发，采用大水量喷淋，逆流操作，塔内烟气向上流动，吸收液雾滴向下降落，用高液气比来吸收，溶液达到接近饱和浓度排出，在降温的同时对酸性气体去除率高，废水循环利用。通过液位计的测量自动补充塔底部循环液，同时pH值测定仪测试pH值，根据pH值加碱调节循环液的酸碱度。
进一步地，所述蓄热室下部铺设一层防堵填料层。防堵填料层最主要的作用就是设备因堵塞严重检修时，只要打开防堵层中的检修门更换填料或清洗而不需要直接检修整个蓄热室床层，省时省人工。
进一步地，所述蓄热室前端设有尾气预热器，所述尾气预热器为列管式换热；所述列管式换热器为双管道换热器；双管道换热器前段管道为光管，后段管道为翅片管；尾气预热器进口处设置有除沫器。尾气预热器一方面可以预热整个尾气管道系统，以防止出口高温尾气遇冷后，顺酐及顺酐水解的马来酸凝结堵塞阀门仪表接口。另一方面可以加热有机顺酐尾气，使其升至80~90℃，消除带液情况或降低饱和水汽，消除液滴，降低进入RTO时能量消耗。前段管道采用光管传热，利用少量蒸汽潜热加热；主要为气气传热过程，只起预加热作用；后段管道采用翅片管，考虑采用大量的蒸汽潜热，所以凝液较多，为加强气侧传热效果，后段管道采用翅片管。前段管道采用光管，因此不容易出现较低温的尾气部分结晶而造成压损较大，影响后续设备运行，后段管道充分利用蒸汽能量，利用气水翅片传热更佳的优势。
本发明的有益效果是：
1、本发明中既可以解决正丁烷法制顺酐产生的尾气，且在解决正丁烷的尾气时可以将尾气的热能回收利用。
2、本发明中蓄热室采用多箱体较为优势，因为尾气在切换过程中波动较小，整体风量较均匀，产汽量较稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为尾气预热器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
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1：一种正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，包括若干蓄热室1、位于所有蓄热室1顶部并和所有蓄热室1连通的氧化室2、位于所有蓄热室1底部并和蓄热室1连通的气体分布室3，气体分布室3内设有进气管道4、反吹管道5和出气管道6，进气管道4上设有和每个蓄热室1底部连通的进气分管4.1，反吹管道5上设有和每个蓄热室1底部连通的反吹分管5.1，出气管道6上设有和每个蓄热室1底部连通的出气分管6.1；进气分管4.1上设有进气阀门4.2、反吹分管5.1上设有反吹阀门5.2、出气分管6.1上设有出气阀门6.2；出气管道6和烟囱7连通；出气管道6上设有反吹支管16，反吹支管16和反吹管道5连通。氧化室2内设有燃烧器8，氧化室2上还设有高温旁通烟道口2.1；高温旁通烟道口9通过管道和余热锅炉9连通；余热锅炉9出口和烟囱7连通；余热锅炉9从进口到出口依次设置有水冷段9.1、过热段9.2、蒸发段9.3和省煤段9.4；过热段9.2的盘管入口为近蒸发段9.3一端，过热段9.2的盘管出口为近水冷段9.1一端，过热段9.2的盘管为蛇形管，过热段9.2分为过热高温段9.21和过热低温段9.22，过热高温段9.21产用膜式水冷壁结构，过热低温段9.22产用螺旋翅片式结构；余热锅炉9位于过热段处的外壁设有减温喷淋口9.23。省煤段9.4的盘管的产用螺旋翅片管；省煤段9.4的盘管每排之间错位布置。水管锅炉9外设有锅炉汽包10，省煤段9.4的盘管出口和水冷段9.1的盘管出口均通过管道和锅炉汽包10连通，锅炉汽包10通过下降管11和蒸发段9.3以及水冷段9.1的盘管入口连通；蒸发段9.3的盘管出口通过上升管12和锅炉汽包10连通；锅炉汽包10通过过热管道13和过热段9.2盘管的入口连通，过热段9.2盘管的出口处设有热能出口管道14；热能出口管道14上设有透平机15。锅炉汽包10内在上升管12和下降管11的管口处均设有挡板17，锅炉汽包10内顶部还设有气液分离器18；过热管道13和锅炉汽包10的连接口位于锅炉汽包10顶部。
出气管道6上还设有喷淋塔19，喷淋塔19上部设有高压静电湿式除尘器20；喷淋塔19的烟气进口与水平面的夹角为30°；喷淋塔19塔底设置液位计和pH值测定仪。
蓄热室1下部铺设一层防堵填料层，蓄热室1前端设有尾气预热器21；尾气预热器21为列管式换热器。列管式换热器为双管道换热器；双管道换热器前段管道为光管21.1，后段管道为翅片管21.2；尾气预热器21进口处设置有除沫器。
工作时，蓄热室焚烧工艺：
有机尾气通过炉体底部进入气体分布室3进入炉内其中的蓄热室1的1~6号中的蓄热体换热升温至720℃，然后进氧化室2，在自身的燃烧放热下维持炉膛温度1050℃左右，燃烧后的烟气进入蓄热室8~12号通过气体分布室3排出，蓄热室1的7号底部为烟气反吹，其作用是吹扫蓄热使1中上一轮废气进入蓄热体被吸附的残留物。废气进入蓄热室1的1~6号的时间到程序设定时间时，蓄热室1的7号由反吹转为进口，蓄热室1的1号转为出口，蓄热室1的8号转为反吹室，最终转变为蓄热室1的2~7号为进口，9~1号为出口，8号为反吹作为下一周期，继而反复依次不停切换运行。
蓄热室1设计为6进5出1反吹，由于只有一个反吹阀门5.2在按设定时间依次切换，所以对于进出气及反吹阀门5.2切换的瞬间，风量波动对于每个进气室只有1/5的进气量波动，波动相对较小，运行较平稳。并且12箱体长度已达一辆运输车极限，为整体运输方便，对于更高风量可设计为并联多套运行。预热后的有机尾气进入气体分布室3后分 6个室进入，然后通过蓄热室1的1~6号存储的热量升温至720℃左右，尾气在氧化室2中靠自生热值维持在1050℃，有机物完全氧化分解，高温烟气热量处于过剩状态，如不排出，会造成蓄热室1出气温度超温，待下轮切换时，该进口尾气升温较快，在蓄热室1中下部就已达到反应温度，蓄热室1床层的温度梯度逆转，造成蓄热室1紧急停车，因此，在氧化室2炉膛一侧开一高温旁通烟道口2.1，将一部分高温烟气引入余热锅炉9加以热量回收利用。另一部分高温烟气走蓄热室1排出气体分布室3，将自身的热量储存在蓄热体中，以待下周期的进气预热。反吹风来自反吹风机抽取蓄热室1出口焚烧干净的烟气，作用为对蓄热室1底部吸附的一些大分子进行吹脱，由于蓄热室1为多孔介质材料，有一定吸附作用，因此对于大分子如顺酐、马来酸、DBP等吸附作用，因此蓄热室1最下层底部会有部分吸附结晶，虽然排气温度较进气温度高，一部分会随排气脱附而出，另一部分通过反吹烟气吹扫干净，来保持蓄热室1正常热交换。
有机顺酐尾气流程：有机顺酐尾气首先经过尾气预热器21使之从72℃预热至80℃~90℃，根据气体夹液情况来设定预热所需温度，经过尾气预热器21中的两级饱和蒸汽加热后使得顺酐尾气夹液态转化为气相分率为1的纯气相尾气，其主要目的是蓄热室1储能可直接升温尾气而不必去汽化液滴造成能量利用低；尾气进入气体分布室3中分6路进入蓄热室1的1~6号中，蓄热室1的1~6号中蓄热体储存的热量传递给有机顺酐尾气，使之温度升高至720℃进入氧化室2，氧化室2炉膛燃烧器通过天然气点火，设置长明火以点燃炉膛中进入的有机顺酐尾气，让其完全燃烧。氧化室维持温度在1050℃，停留时间在1.5s以上，确保有机物完全燃烧干净，由于氧化室较长，为保证流场及温度场分布均匀，最好左右对称各设置一台燃烧器。高温烟气如果全部通过蓄热室1的8~12号排放会导致蓄热体底部出口温度达到250℃以上，余热直接排放，能量浪费。并且底部高温蓄热体待下一切换周期进气时，有机尾气升温过快，在蓄热体中部就将开始燃烧，放出大量热量，导致整个蓄热床层的温度梯度破坏，蓄热体底部温度越来越高，最终报警停炉。因此最佳的蓄热室1出气温度为比进口温度高30~40℃，多余的高温烟气走氧化室2的高温旁通烟道口2.1进入余热锅炉9利用。蓄热室1出口烟气量根据排气温度通过阀门调节比例，使蓄热室1稳定运行。
氧化室2炉膛中高温烟气反应完全，烟气成分中几乎无有机物，因此可利用的高温烟气进过余热锅炉后降温至150℃后可直接通过烟囱23达标排放。而高温烟气进过蓄热室1的8~12号排出的烟气，因为温度比进气高，蓄热体上一周期在进气过程中吸附在蓄热体底部中的大分子有机物在较高的排气温度下会部分脱附出来，因此长期运行后出气会导致有机物排放指标有缓慢上升的趋势。为确保达标排放，蓄热室1出口烟气单独通过喷淋塔19及喷淋塔19的塔顶设置的高压静电湿式除尘器20去除有机物及颗粒物或气溶胶然后经过烟囱7排放，最终满足环保要求。
产蒸汽流程：余热锅炉9给水来自生产厂区自有高温给水，对于产4.0MPa的435℃的过热蒸汽，锅炉给水一般为4.5Mpa 104℃的给水，由省煤段9.4和水冷段9.1将给水加热至200℃~220℃左右，为保护过热器，防止过热器管材超温碳化。确保过热段9.2安全运行，在过热段9.2前部设置水冷段9.1起消峰作用及在过热段9.2中部设置减温喷淋口9.23。高温烟气通过水冷段9.1从1050℃降为850℃左右，该温度下的烟气可以适用普通的低合金热强刚作为过热段盘管，经济节材。水冷段9.1和省煤段9.4（即省煤器）中的热水膨胀上升进入锅炉汽包10，通过锅炉汽包10中底部下降管再进入蒸发段9.3及水冷段9.1继续加热至中压饱和蒸汽（4.5Mpa 258℃）回到锅炉汽包10作为锅炉自产中压饱和蒸汽使用，余热锅炉9产量如不能满足生产工艺需求，该中压饱和蒸汽一部分可来自厂区自用蒸汽，该将部分蒸汽与余热自产的蒸汽汇合后由余热锅炉9中的过热段9.2加热至所需过热温度下的中压过热蒸汽供生产系统使用。中压过热蒸汽一般作为透平机15发电回用，同时也可抽取部分中压过热蒸汽作为生产装置的加热作用，如尾气预热器21的低压加热蒸汽使用，使整个工艺达到循环经济的目的。

Claims (10)

1.一种正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，包括若干蓄热室、位于所有蓄热室顶部并和所有蓄热室连通的氧化室、位于所有蓄热室底部并和蓄热室连通的气体分布室，所述气体分布室内设有进气管道、反吹管道和出气管道，所述进气管道上设有和每个蓄热室底部连通的进气分管，反吹管道上设有和每个蓄热室底部连通的反吹分管，出气管道上设有和每个蓄热室底部连通的出气分管；所述进气分管上设有进气阀门、反吹分管上设有反吹阀门、出气分管上设有出气阀门；出气管道和烟囱连通；所述氧化室内设有燃烧器，所述氧化室上还设有高温旁通烟道口；高温旁通烟道口通过管道和余热锅炉连通；余热锅炉出口和烟囱连通；余热锅炉从进口到出口依次设置有水冷段、过热段、蒸发段和省煤段；水管锅炉外设有锅炉汽包，所述省煤段的盘管出口和水冷段的盘管出口均通过管道和锅炉汽包连通，锅炉汽包通过下降管和蒸发段以及水冷段的盘管入口连通；所述蒸发段的盘管出口通过上升管和锅炉汽包连通；所述锅炉汽包通过过热管道和过热段盘管的入口连通，所述过热段盘管的出口处设有热能出口管道。
2.根据权利要求1所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述热能出口管道上设有透平机。
3.根据权利要求1所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述出气管道上设有反吹支管，所述反吹支管和反吹管道连通。
4.根据权利要求1所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述过热段的盘管入口为近蒸发段一端，过热段的盘管出口为近水冷段一端，过热段的盘管为蛇形管，过热段分为过热高温段和过热低温段，过热高温段产用膜式水冷壁结构，过热低温段产用螺旋翅片式结构；余热锅炉位于过热段处的外壁设有减温喷淋口。
5.根据权利要求1所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述省煤段的盘管的产用螺旋翅片管；省煤段每排之间错位布置。
6.根据权利要求1所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述锅炉汽包内在上升管和下降管的管口处均设有挡板，所述锅炉汽包内顶部还设有气液分离器；过热管道和锅炉汽包的连接口位于锅炉汽包顶部。
7.根据权利要求1所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述出气管道上还设有喷淋塔，所述喷淋塔上部设有高压静电湿式除尘器。
8.根据权利要求7所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述喷淋塔的烟气进口与水平面的夹角为30°；所述喷淋塔塔底设置液位计和pH值测定仪。
9.根据权利要求1所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述蓄热室下部铺设一层防堵填料层。
10.根据权利要求9所述的正丁烷法顺酐尾气用焚烧处理系统，其特征在于，所述蓄热室前端设有尾气预热器，所述尾气预热器为列管式换热器，所述列管式换热器为双管道换热器；双管道换热器前段管道为光管，后段管道为翅片管；尾气预热器进口处设置有除沫器。
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