CN116726664A - 一种vpsa制氧尾气处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及尾气回收处理技术领域，公开一种VPSA制氧尾气处理方法及系统，该方法包括：采集VPSA制氧设备的尾气，并对尾气进行提纯处理，得到高纯氮气；将高纯氮气通入至干熄炉，促使高纯氮气与干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换；在热交换处理后，对干熄炉内中的气体进行收集，得到高温高纯度氮气；对高温高纯度氮气进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理；将进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理后的高温高纯度氮气用于蒸汽发电处理、热风炉煤气空气预热处理和/或干燥原煤处理。本发明避免了VPSA尾气直接排放，造成资源浪费，降低了干法熄焦时焦炭的烧损，增加了干法熄焦后惰性气体的使用范围，尽可能的提高了尾气利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及尾气回收处理技术领域，特别涉及一种VPSA制氧尾气处理方法及系统。
背景技术
真空变压吸附制氧(简称VPSA制氧)主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附塔和氧气平衡罐组成。空气进入原料风机之前，要经过原料空气过滤器除掉灰尘颗粒后，被罗茨鼓风机增压送入吸附塔。吸附塔内装填吸附剂，吸附剂选择性的吸附空气中的N2、CO2、H2O等少量其他气体，而O2(包括Ar)为非吸附组分从吸附塔顶部出口处作为产品气排至氧气缓冲罐，当该吸附塔的吸附剂达到饱和状态时，切换阀利用真空泵对其抽真空(与吸附方向相反)；已吸附的N2、CO2、H2O等少量其他气体组分被抽出并排至大气，吸附剂得到再生，但若将分离出的N2等气体直接排放至大气，则会造成资源浪费的现象。
因此，如何提供一种能够避免VPSA制氧尾气直接排放到大气，且不造成资源浪费的VPSA制氧尾气处理工艺，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种VPSA制氧尾气处理方法及系统，以解决现有技术中的上述技术问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种VPSA制氧尾气处理方法。
所述VPSA制氧尾气处理方法，包括：
采集VPSA制氧设备的尾气，并对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气；
将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉，促使所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换；
在热交换处理后，对干熄炉内中的气体进行收集，得到高温高纯度氮气。
此外，所述VPSA制氧尾气处理方法，还包括：对得到的高温高纯度氮气进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理。
另外，所述VPSA制氧尾气处理方法，还包括：将所述高温高纯度氮气用于蒸汽发电处理、热风炉煤气空气预热处理和/或干燥原煤处理。
其中，在对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气时，所采用的提纯处理方法包括：VPSA制氮法、膜分离法、或深冷分离法。
其中，所述高纯氮气中可燃气体以及助燃气体浓度比例范围为：氢气小于3％、一氧化碳小于6％、氧气小于1％、二氧化碳小于18％。
可选的，在将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉时，将所述高纯氮气通过风机鼓入干熄炉内。
其中，在所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换后，红焦温度小于200℃，所述高温高纯度氮气的温度为800～1000℃。
根据本发明的第二方面，提供了一种VPSA制氧尾气处理系统。
所述VPSA制氧尾气处理系统，包括：
VPSA尾气采集单元，用于采集VPSA制氧设备的尾气，并对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气；
氮气换热单元，用于将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉，促使所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换；
高温氮气收集单元，用于在热交换处理后，对干熄炉内中的气体进行收集，得到高温高纯度氮气。
此外，所述VPSA制氧尾气处理系统，还包括：氮气处理单元，用于对得到的高温高纯度氮气进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理。
另外，所述VPSA制氧尾气处理系统，还包括：氮气再利用单元，用于将所述高温高纯度氮气用于蒸汽发电处理、热风炉煤气空气预热处理和/或干燥原煤处理。
其中，所述VPSA尾气采集单元在对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气时，所采用的提纯处理方法包括：VPSA制氮法、膜分离法、或深冷分离法。
其中，所述高纯氮气中可燃气体以及助燃气体浓度比例范围为：氢气小于3％、一氧化碳小于6％、氧气小于1％、二氧化碳小于18％。
可选的，所述氮气换热单元在将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉时，将所述高纯氮气通过风机鼓入干熄炉内。
其中，在所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换后，红焦温度小于200℃，所述高温高纯度氮气的温度为800～1000℃。
本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明利用提纯后的VPSA尾气进行干法熄焦，避免VPSA尾气直接排放，造成资源浪费。而利用提纯VPSA尾气得到的高纯度N2作为干法熄焦的惰性气体来源，无需循环使用且可保证惰性气体的纯度，避免传统干法熄焦将惰性气体循环使用时，存在密封不严等情况，循环气体组分发生变化，增大焦炭烧损。此外，在一定程度上还降低了干法熄焦时焦炭的烧损，增加了干法熄焦后惰性气体的使用范围，尽可能的提高了尾气利用效率。
此外，本发明中干法熄焦得到的高温氮气除蒸汽发电外，由于其纯度高，可应用与其他工艺，使用范围广。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种VPSA制氧尾气处理方法的流程示意图；
图2是根据一示例性实施例示出一种VPSA制氧尾气处理系统的结构框图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
应该理解的是，虽然流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1示出了本发明的一种VPSA制氧尾气处理方法的一个实施例。
在该可选实施例中，所述VPSA制氧尾气处理方法，包括：
步骤S101，采集VPSA制氧设备的尾气，并对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气；
步骤S103，将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉，促使所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换；
步骤S105，在热交换处理后，对干熄炉内中的气体进行收集，得到高温高纯度氮气；
步骤S107，对得到的高温高纯度氮气进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理；
步骤S109，将进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理后的高温高纯度氮气用于蒸汽发电处理、热风炉煤气空气预热处理和/或干燥原煤处理。
在该可选实施例中，在对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气时，所采用的提纯处理方法包括：VPSA制氮法、膜分离法、或深冷分离法。而提纯处理后的高纯氮气中可燃气体以及助燃气体浓度比例范围为：氢气小于3％、一氧化碳小于6％、氧气小于1％、二氧化碳小于18％。
在该可选实施例中，在将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉时，将所述高纯氮气通过风机鼓入干熄炉内。惰性气体与红焦进行热交换。红焦在干熄炉内向下流动进入冷却段，温度为900～1050℃，惰性气体向上流动，二者进行逆流热交换，惰性气体温度上升至800～1000℃，焦炭被冷却至200℃以下从干熄炉底部排出。
图2示出了本发明的一种VPSA制氧尾气处理系统的一个实施例。
在该可选实施例中，所述VPSA制氧尾气处理系统，包括：
VPSA尾气采集单元201，用于采集VPSA制氧设备的尾气，并对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气；
氮气换热单元203，用于将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉，促使所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换；
高温氮气收集单元205，用于在热交换处理后，对干熄炉内中的气体进行收集，得到高温高纯度氮气；
氮气处理单元207，用于对得到的高温高纯度氮气进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理；
氮气再利用单元209，用于将所述高温高纯度氮气用于蒸汽发电处理、热风炉煤气空气预热处理和/或干燥原煤处理。
在该可选实施例中，所述VPSA尾气采集单元201在对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气时，所采用的提纯处理方法包括：VPSA制氮法、膜分离法、或深冷分离法。而提纯处理后的高纯氮气中可燃气体以及助燃气体浓度比例范围为：氢气小于3％、一氧化碳小于6％、氧气小于1％、二氧化碳小于18％。
在该可选实施例中，所述氮气换热单元203在将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉时，将所述高纯氮气通过风机鼓入干熄炉内。惰性气体与红焦进行热交换。红焦在干熄炉内向下流动进入冷却段，温度为900～1050℃，惰性气体向上流动，二者进行逆流热交换，惰性气体温度上升至800～1000℃，焦炭被冷却至200℃以下从干熄炉底部排出。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体案例对本发明的上述技术方案进行进一步说明。
实施例1
采用真空变压吸附装置分离空气中的氧气，此时氧气纯度为92.43％，氧气回收率45.31％。将制氧尾气收集，此时尾气成分为氧气12.8％，氮气86.1％，其他气体1.1％，增压后经过VPSA制氧系统分离出成品氮气，纯度为99.9％，制氮尾气经过吸附处理后无害化排放。以排焦量140t/h的干熄炉为例，将获得的高纯氮气通入到干熄炉中，气体流量约175500m3/h，红焦温度1000℃，与冷惰性气体进行热交换后，排焦时焦炭温度130℃，出口惰性气体温度873℃。再将高温惰性气体通过余热发电系统进行热量回收，余热锅炉进出口温度分别为811、74℃，蒸汽流量为71.5t/h、主蒸汽压力为5.3Mpa，主蒸汽温度为450℃，发电功率为11.8MW。将余热锅炉排出的气体除水干燥，得到高纯氮气。
实施例2
采用真空变压吸附装置分离空气中的氧气，此时氧气纯度为90.3％，氧气回收率32％。将制氧尾气收集，此时尾气成分为氧气16.95％，氮气82％，其他气体1.05％，利用深冷分离法从制氧尾气获得纯度99.99％的氮气，将高纯氮气通入到排焦量140t/h的干熄炉中，气体流量171910m3/h，红焦温度1000℃，与冷惰性气体进行热交换后，排焦时焦炭温度108℃，出口惰性气体温度821℃。将高温惰性气体引入到热风炉预热装置，进入到空煤气换热器(管式换热器)，煤气经预热后温度达到150℃以上，同理热风炉的助燃空气经预热后，温度达到300℃，最终热风炉送风温度达到1200℃，惰性气体换热后从换热器流出，得到高纯氮气。
本发明的VPSA尾气经过提纯后得到高纯度氮气，鼓入干熄炉后，与红焦进行热交换，冷却焦炭至200℃以下并得到高温高纯度氮气，将高温高纯度氮气其他工艺可较大程度上提高尾气利用范围及效率。随着钢铁行业对高纯度氧气的需求量不断提高，VPSA装置应用范围逐渐广泛，产生的VPSA尾气量十分可观，经过VPSA制氮等方法处理，可得到高纯度氮气，将其应用与干法熄焦后，可降低焦炭烧损。与传统干法熄焦使用循环气体相比，避免惰性气体循环时由于密封不严等情况造成组分浓度变化，生成的可燃气体越来越多，可燃成分浓度太高导致焦炭的安全生产受到严重威胁。另外，传统干法熄焦将高温惰性气体利用余热锅炉进行余热回收，利用方法单一且能量利用率较低，而本发明选用VPSA制氮等方法将VPSA制氧的尾气提纯，所得N2纯度可达99％左右，干法熄焦后N2纯度变化不大，可将其用于除蒸汽发电外的其他工艺，如热风炉煤气(空气)预热、干燥原煤工艺，应用范围广泛，回收余热的高纯氮气经过除尘净化后，仍能满足再利用的条件。
本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种VPSA制氧尾气处理方法，其特征在于，包括：
采集VPSA制氧设备的尾气，并对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气；
将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉，促使所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换；
在热交换处理后，对干熄炉内中的气体进行收集，得到高温高纯度氮气。
2.根据权利要求1所述的一种VPSA制氧尾气处理方法，其特征在于，还包括：
对得到的高温高纯度氮气进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理。
3.根据权利要求2所述的一种VPSA制氧尾气处理方法，其特征在于，还包括：
将所述高温高纯度氮气用于蒸汽发电处理、热风炉煤气空气预热处理和/或干燥原煤处理。
4.根据权利要求1所述的一种VPSA制氧尾气处理方法，其特征在于，在对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气时，所采用的提纯处理方法包括：
VPSA制氮法、膜分离法、或深冷分离法。
5.根据权利要求4所述的一种VPSA制氧尾气处理方法，其特征在于，所述高纯氮气中可燃气体以及助燃气体浓度比例范围为：
氢气小于3％、一氧化碳小于6％、氧气小于1％、二氧化碳小于18％。
6.根据权利要求1所述的一种VPSA制氧尾气处理方法，其特征在于，在将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉时，将所述高纯氮气通过风机鼓入干熄炉内。
7.根据权利要求6所述的一种VPSA制氧尾气处理方法，其特征在于，在所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换后，红焦温度小于200℃，所述高温高纯度氮气的温度为800～1000℃。
8.一种VPSA制氧尾气处理系统，其特征在于，包括：
VPSA尾气采集单元，用于采集VPSA制氧设备的尾气，并对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气；
氮气换热单元，用于将所述高纯氮气通入至用于生产钢铁的干熄炉，促使所述高纯氮气与所述干熄炉内的红焦充分接触，实现热交换；
高温氮气收集单元，用于在热交换处理后，对干熄炉内中的气体进行收集，得到高温高纯度氮气。
9.根据权利要求8所述的一种VPSA制氧尾气处理系统，其特征在于，还包括：
氮气处理单元，用于对得到的高温高纯度氮气进行除尘过滤处理、和/或除水吸附处理；
氮气再利用单元，用于将所述高温高纯度氮气用于蒸汽发电处理、热风炉煤气空气预热处理和/或干燥原煤处理。
10.根据权利要求9所述的一种VPSA制氧尾气处理系统，其特征在于，所述VPSA尾气采集单元在对所述尾气进行提纯处理，得到高纯氮气时，所采用的提纯处理方法包括：VPSA制氮法、膜分离法、或深冷分离法。
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