CN204563876U - 一种炭黑尾气气体分离的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种炭黑尾气气体分离的装置，包括依次通过管线连接的第一级变压吸附塔、第二级变压吸附塔、第三级变压吸附塔，与第二级变压吸附塔、第三级变压吸附塔分别连接的尾气储罐以及与第三变压吸附塔连接的氮气储罐。本实用新型的有益效果为：简化了H2O和含硫气体的分离步骤，H2O气体的去除率为100％，H2O气体和含硫气体总的去除率达到98％以上；采用第二级和第三级变压吸附协同作用，分别对H2和N2进行分离，提高了H2和N2的分离率，处理后尾气的热值提高到3500kcal/m3以上。
Description
技术领域
本实用新型涉及炭黑尾气的分离装置，尤其涉及采用三级变压吸附进行炭黑尾气气体分离的装置。
背景技术
炭黑尾气是炭黑生产中经主袋滤器过滤炭黑烟气产生的，主要成分为：H210-12％(体积分数)，CO 9-13％(体积分数)，CO2 2-3％(体积分数)，N2 36-38％(体积分数)，H2O 36-40％(体积分数)，H2S 250-800mg/m3等。
炭黑生产企业对尾气都不进行处理，尾气的热值较低，仅为900-1000kcal/m3，其中30％供尾气燃烧炉燃烧来提供炭黑干燥所需的能量；70％供低热值尾气锅炉进行燃烧产生蒸汽供汽轮机进行发电，同时，一部分蒸汽供生产和民用使用。
炭黑尾气大量的N2是造成尾气热值低的原因之一，低热值造成尾气燃烧炉和尾气锅炉热效率低，特别是低热值尾气锅炉需要很大的内部容积来满足低热值尾气燃烧的需要，尾气锅炉一次性投资大，占地面积大。
另一方面，炭黑尾气含有H2S，如果不经过脱硫处理，从尾气燃烧炉和尾气锅炉燃烧产生的废气中含有的SO2、SO3等直接排放大气中，污染大气，对环境造成危害。
201010577069.2专利文献公开了一种炭黑尾气的处理方法，其采用喷淋去除H2O和H2S、变压吸附去除水、变温吸附去除H2S和SO2，然后采用非低温变压吸附方法吸附分离N2，以提高尾气热值，并对产生的氮气进行利用。该专利文献存在如下问题和缺点：
1)H2O和含硫气体的分离采用喷淋、变压吸附和变温吸附三个步骤实现，喷淋方法对H2O去除不充分，去除率仅为70-80％，含硫气体与水混合产生含硫的酸性物质，不容易进行处理，产生二次污染；并且变温吸附采用温度变化实现吸附和解吸循环，温度变化需要较长时间，延长了工作周期，温度的升高需耗费大量的能源，在经济和社会效益上都有很大的不足。
2)炭黑尾气中H2和N2均难以吸附，分离后的尾气中仍含有一定量的N2，严重影响了尾气的热值；另一方面，H2同样为高热值的燃烧原料，采用此方法并不能将H2完全分离到高热值的尾气中，进一步的降低了尾气的热值。
实用新型内容
为了克服现有技术中采用喷淋方法造成二次污染，采用变温吸附工作周期长、耗能高的问题，本实用新型提供了一种采用三级变压吸附对炭黑尾气进行气体分离的装置。
本实用新型的技术方案为：
一种炭黑尾气气体分离的装置，包括依次通过管线连接的第一级变压吸附塔、第二级变压吸附塔、第三级变压吸附塔，与第二级变压吸附塔、第三级变压吸附塔分别连接的尾气储罐以及与第三变压吸附塔连接的氮气储罐。
与现有技术相比，本实用新型采用第一级变压吸附将H2O和含硫气体从炭黑尾气中分离出来，简化了分离步骤，避免了喷淋造成的二次污染以及变温吸附造成工作周期长、耗能高的问题，并且大比例的H2O的分离提高了尾气的热值，避免了对后续变压吸附的影响；实验发现，H2是最难吸附的气体，在第二级变压吸附中对其进行分离并进行收集，避免了H2和N2混合气体中N2分离困难的问题；N2分离难度仅次于H2，第三级变压吸附将N2与CO、CO2分离，分离后的CO、CO2与第二次变压吸附分离出的H2用于炭黑燃烧和尾气燃烧的燃料，充分提高了尾气的热值，热值可达3500kcal/m3以上；分离后的N2纯度达到99.5-99.9％，一方面可用于炭黑表面处理，另一方面，该纯度的N2可用于氮肥原料和食品保鲜用途。
优选的是：第一级变压吸附塔顶部连接H2O气体和含硫气体收集装置，塔顶侧线连接第二级变压吸附塔的底部。
优选的是：第一级变压吸附塔内部设置活性氧化铝和分子筛吸附材料，活性氧化铝设置在吸附塔的底层，分子筛设置在吸附塔的上层。
优选的是：第二级变压吸附塔顶部通过管线连接尾气储罐，塔顶侧线连接第三级变压吸附塔的底部。
优选的是：第二级变压吸附塔内部设置活性炭和分子筛吸附材料，活性炭设置在吸附塔的底层，分子筛设置在吸附塔的上层。
优选的是：第三级变压吸附塔顶部通过管线连接氮气储罐，塔顶侧线连接尾气储罐。
优选的是：第三级变压吸附塔内部设置活性炭。
优选的是：尾气储罐通过管线与炭黑燃烧室和/或尾气燃烧炉连接。
优选的是：氮气储罐通过管线与炭黑表面处理设备连接。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型采用第一级变压吸附代替喷淋-变压吸附-变温吸附，简化了分离步骤，缩短了工作周期，避免了喷淋造成的二次污染以及变温吸附造成工作周期长、耗能高的问题，并且大比例的H2O的分离提高了尾气的热值，避免了对后续变压吸附的影响，可有效去除尾气中的H2O气体和含硫气体，H2O气体的去除率为100％，H2O气体和含硫气体总的去除率达到98％以上，避免了尾气燃烧对大气、地下水造成二次污染。
本实用新型通过实验发现，H2是最难吸附的气体，N2分离难度仅次于H2，因此，本实用新型中采用第二级变压吸附和第三级变压吸附协同作用，分别对H2和N2进行分离，避免了分离后的炭黑尾气中仍含有一定量的N2，且H2未完全分离到高热值的尾气的问题，提高了H2和N2的分离率，分离率可达95％，充分提高了尾气的热值，热值可达3500kcal/m3以上；分离后的N2纯度达到99.5-99.9％。
本实用新型分离后的CO、CO2与第二次变压吸附分离出的H2用于炭黑燃烧和尾气燃烧的燃料；分离后的N2用于炭黑表面处理，充分对尾气进行利用。
本实用新型为炭黑生产产生的尾气提供了全新的技术处理方案，既环保有产生巨大的经济效益。
附图说明
图1为本实用新型装置的结构示意图，其中10为第一级变压吸附塔，20为第二级变压吸附塔，30为第三级变压吸附塔，40为尾气储罐，50为氮气储罐，60为H2O气体和含硫气体收集装置，11为活性氧化铝，21和31为活性炭，12和22为分子筛。
具体实施方式
一种炭黑尾气气体分离的装置，包括依次通过管线连接的第一级变压吸附塔10、第二级变压吸附塔20、第三级变压吸附塔30，与第二级变压吸附塔20、第三级变压吸附塔30分别连接的尾气储罐40以及与第三变压吸附塔30连接的氮气储罐50。第一级变压吸附塔10顶部连接H2O气体和含硫气体收集装置60，塔顶侧线连接第二级变压吸附塔20的底部。第一级变压吸附塔10内部设置活性氧化铝11和分子筛12吸附材料，活性氧化铝11设置在第一级变压吸附塔10的底层，分子筛12设置在第一级变压吸附塔10的上层。第二级变压吸附塔20顶部通过管线连接尾气储罐40，塔顶侧线连接第三级变压吸附塔30的底部。第二级变压吸附塔20内部设置活性炭21和分子筛22吸附材料，活性炭21设置在第二级变压吸附塔20的底层，分子筛22设置在第二级变压吸附塔20的上层。第三级变压吸附塔30顶部通过管线连接氮气储罐50，塔顶侧线连接尾气储罐40。第三级变压吸附塔30内部设置活性炭31。尾气储罐40通过管线与炭黑燃烧室和/或尾气燃烧炉连接。氮气储罐50通过管线与炭黑表面处理设备连接。
上述装置中，每级变压吸附塔可为一个、两个或两个以上，通过阀门互换进行增压吸附和减压解吸操作，实现吸附和解吸工作，优选的是，为了操作的连续性和操作的效率，每级变压吸附塔为两个或两个以上。
炭黑尾气的分离方法，包括如下步骤：
1)炭黑尾气首先进入第一级变压吸附塔进行H2O气体和含硫气体的吸附，塔底层吸附材料为活性氧化铝，上层为5A和13X分子筛，塔内运行压力0.1-0.5MPa，温度10-30℃。
2)经第一级变压吸附后的尾气(吸附掉了H2O气体和含硫气体)进入第二级吸附塔，吸附N2、CO、CO2，塔内运行压力2.0-2.3MPa，温度60-80℃，吸附材料从塔底往上依次为活性炭、分子筛；尾气经第二级变压吸附塔后，提纯出的H2从塔顶进入尾气储罐，尾气储罐要进行加热保温，保持储罐内尾气温度在60-80℃。
3)第二级变压吸附塔经减压处理，把吸附的N2、CO、CO2气体释放出来，并进入第三级变压吸附塔吸附CO、CO2，剩余的未被吸附的高纯度N2从塔顶出来，进入N2储罐，运行温度10-30℃，运行压力0.7-1.0MPa，吸附材料为活性炭。
4)尾气储罐中的H2、CO、CO2经风机混合后成为高热值尾气，并分别进入炭黑反应器燃烧室做炭黑反应所需的燃料及尾气燃烧炉和尾气锅炉当燃料。
5)N2储罐中的高纯度氮气分别作为炭黑表面处理用、氮肥原料、食品保鲜用等。
Claims (9)
1.一种炭黑尾气气体分离的装置，其特征在于：包括依次通过管线连接的第一级变压吸附塔、第二级变压吸附塔、第三级变压吸附塔，与第二级变压吸附塔、第三级变压吸附塔分别连接的尾气储罐以及与第三变压吸附塔连接的氮气储罐。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：第一级变压吸附塔顶部连接H2O气体和含硫气体收集装置，塔顶侧线连接第二级变压吸附塔的底部。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：第一级变压吸附塔内部设置活性氧化铝和分子筛吸附材料，活性氧化铝设置在第一级变压吸附塔的底层，分子筛设置在第一级变压吸附塔的上层。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：第二级变压吸附塔顶部通过管线连接尾气储罐，塔顶侧线连接第三级变压吸附塔的底部。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：第二级变压吸附塔内部设置活性炭和分子筛吸附材料，活性炭设置在第二级变压吸附塔的底层，分子筛设置在第二级变压吸附塔的上层。
6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：第三级变压吸附塔顶部通过管线连接氮气储罐，塔顶侧线连接尾气储罐。
7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：第三级变压吸附塔内部设置活性炭。
8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：尾气储罐通过管线与炭黑燃烧室和/或尾气燃烧炉连接。
9.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：氮气储罐通过管线与炭黑表面处理设备连接。
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| CN107998821A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-05-08 | 和和乐和（天津）环境科技有限公司 | 一种固定床沸石voc废气处理系统 |
| CN113979505A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-01-28 | 四川天人能源科技有限公司 | 一种废水与炭黑尾气联合资源化的工艺 |
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