CN213714005U - 低温气体紧急排放系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及尾气处理装置领域，具体涉及低温气体紧急排放系统，包括冷凝单元，所述冷凝单元包括沿工业尾气的流动方向依次设置的第一热交换器、第二热交换器、第二气液分离罐、第三热交换器和第一气液分离罐；第一热交换器上设有不凝气体出口和不凝气体入口；第一气液分离罐上设有不凝气体形成口，不凝气体形成口与不凝气体入口连通；不凝气体出口连通有第四热交换器的物料入口，第四热交换器的物料出口连通有火炬。本装置可以解决在停车或异常情况下不凝气体不能在低温冷凝系统中被有效加热的技术问题。本方案可以应用于工业尾气的回收、纯化和分离的实践操作当中。

Description

低温气体紧急排放系统

技术领域

本实用新型涉及尾气处理装置领域，具体涉及低温气体紧急排放系统。

背景技术

在工业尾气的回收处理中，往往采用低温冷凝的手段(在低温冷凝系统中)使得目的成分液化，从而将该目的成分和不凝气体分离开。然后，需要将作为杂质的不凝气体进行燃烧处理，以达到安全排放的目的。在低温冷凝系统中，获得的不凝气体温度过低，不能将不凝气体直接排放到火炬进行燃烧。低温冷凝系统一般都设置有对不凝气体加热的设备，先对不凝气体进行加热，然后在将其排放至火炬。但是，在停车或异常情况下不凝气体不能在低温冷凝系统中被有效加热，需要设置事故状态下的排放系统来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型意在提供低温气体紧急排放系统，用以解决在停车或异常情况下不凝气体不能在低温冷凝系统中被有效加热的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

低温气体紧急排放系统，包括冷凝单元，所述冷凝单元包括沿工业尾气的流动方向依次设置的第一热交换器、第二热交换器、第二气液分离罐、第三热交换器和第一气液分离罐；第一热交换器上设有不凝气体出口和不凝气体入口；第一气液分离罐上设有不凝气体形成口，不凝气体形成口与不凝气体入口连通；不凝气体出口连通有第四热交换器的物料入口，第四热交换器的物料出口连通有火炬。

本方案的使用方法、原理及优点是：冷凝单元对工业尾气降温，从而实现目的成分和不凝气体的分离。由于不凝气体通常是可燃有毒气体或蒸汽，所以需要对其进行燃烧处理，但是从冷凝单元出来的不凝气体温度非常低，直接将其通入火炬中，会很难达到不凝气体的着火点，不能对不凝气体充分燃烧。虽然冷凝单元中通常是设置有不凝气体的加热升温装置，但是在事故状态(停车或异常情况下)中，该加热升温装置不能正常运行，此时就需要开启第四热交换器对不凝气体进行升温处理。例如，在第四热交换器的加热介质通道中通入热媒(例如热水)，将不凝气体的温度升至0～10℃，然后才能够将不凝气体通入火炬中进行燃烧处理。本方案的装置可以避免事故状态下从冷凝单元出来的不凝气体不能充分升温的问题，进而使得不凝气体不论在何种状况下，均可满足火炬对气体温度的要求。

在本方案中，通过第一热交换器对工业尾气预冷，然后在第二热交换器中，工业尾气的温度进一步降低，再在第二气液分离罐中工业尾气中的高临界温度杂质被液化分离。接下来，在第三热交换器中，对工业尾气进一步降温，目的物质液化。在第一气液分离罐中实现液化的目的物质和不凝气体(又称为低临界温度杂质)的分离。高临界温度杂质在本方案中是指该物质在一定压强下发生液化的最高温度大于目的物质的发生液化的最高温度。低临界温度杂质是指该物质在一定压强下发生液化的最高温度小于乙烯的发生液化的最高温度。临界温度是指物质在一定压强下发生液化的最高温度。另外，本方案使用不凝气体作为述第一热交换器的冷却介质，第一气液分离罐产生的不凝气体温度非常低，可以作为第一热交换器的冷却介质，可实现同时对工业尾气的预降温和对不凝气体的加热。

优选的，作为一种改进，所述第二热交换器上设有第二液氮入口和第二液氮出口。

采用上述技术方案，液氮为常规冷却介质，性质稳定且易于购置。

优选的，作为一种改进，所述第三热交换器上设有第一液氮入口和第一液氮出口。

采用上述技术方案，液氮为常规冷却介质，其温度可低于-140℃，可以将乙烯等沸点低的物质液化。

优选的，作为一种改进，所述第一液氮出口和第一液氮入口连通。

采用上述技术方案，可充分利用液氮。相较于第二热交换器，第三热交换器中需要的更低温的液氮，在完成热交换之后，再将升温后的液氮输送到第二热交换器中，再次进行热交换。

优选的，作为一种改进，所述第一气液分离罐上设有液体物料出口。

采用上述技术方案，通过液体物料出口收集冷凝过后的目的物质。

优选的，作为一种改进，所述第四热交换器上设有热媒入口和热媒出口。

采用上述技术方案，在事故状态下，通过使用热媒来对不凝气体升温。

优选的，作为一种改进，所述第二气液分离罐连通有液体物料储罐；在第一热交换器和第二热交换器之间设有第三气液分离罐。

采用上述技术方案，在第二气液分离罐中可以分离获得高临界温度杂质，如果其有一定的循环利用价值，可设置液体物料储罐来进行收集。在工业尾气中有较多水的情况，可通过在第一热交换器和第二热交换器之间设置第三气液分离罐的形式，将水分离出来，以避免在后续的深冷过程中，水结冰而堵塞管道。

优选的，作为一种改进，在连通第四热交换器的物料入口和第一热交换器的不凝气体出口的管道上设有电加热结构。

采用上述技术方案，电加热结构对第一热交换器出来的不凝气体进行初步加热，避免第四热交换器中的热媒热盐水由于温度过低而凝固的情况。

优选的，作为一种改进，所述第一热交换器的物料入口连通有水洗塔。

采用上述技术方案，在工业尾气中有较多种类的水溶性杂质的情况下，设置水洗塔可以预先除去工业尾气中的水溶性杂质，降低工业尾气中的成分的复杂程度，便于与目的物质的纯化和收集。

优选的，作为一种改进，所述第一热交换器和所述水洗塔之间设有碱洗塔。

采用上述技术方案，碱洗塔的设置可以工业尾气中的二氧化碳等酸性物质，避免二氧化碳在冷凝的过程中形成干冰堵塞管道。

附图说明

图1为实施例1的低温气体紧急排放系统。

图2为实施例2的低温气体紧急排放系统。

图3为实施例3的低温气体紧急排放系统。

图4为实施例4的低温气体紧急排放系统。

图5为实施例5的低温气体紧急排放系统。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：第一热交换器1、第二热交换器2、第三热交换器3、第四热交换器4、第一气液分离罐5、第二气液分离罐6、火炬7、液体物料储罐8、第三气液分离罐9、水洗塔10、碱洗塔11。

实施例1

如图1所示，本实用新型的低温气体紧急排放系统包括冷凝单元和气体处理单元，气体处理单元包括火炬7和第四热交换器4；冷凝单元包括第一热交换器1、第二热交换器2、第三热交换器3、第一气液分离罐5和第二气液分离罐6。

上述设备均为化工领域的现有技术中的常规设备，具体情况如下：第一热交换器1、第二热交换器2、第三热交换器3和第四热交换器4为常规的热交换器，即该热交换器中设有物料通道和冷区介质通道(或者加热介质通道)，物料通道和冷区介质通道(或者加热介质通道)被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换。第四热交换器4和另外三种热交换器的不同点在于，该热交换器需要对物料通道中的物质进行加热，所以该热交换器中使用的是加热介质(对应的介质通道称为加热介质通道)。第四热交换器4的物料通道的两端分别为第四热交换器4的物料入口和第四热交换器4的物料出口；第四热交换器4的加热介质通道的两端分别为热媒入口和热媒出口(可使用热盐水等作为热媒)。第一热交换器1的物料通道的两端分别为第一热交换器1的物料入口和第一热交换器1的物料出口；第一热交换器1的冷区介质通道的两端分别为不凝气体出口和不凝气体入口，即第一热交换器1使用低温的不凝气体作为冷却介质(后文中详述该过程)。第二热交换器2的物料通道的两端分别为第二热交换器2的物料入口和第二热交换器2的物料出口；第二热交换器2的冷区介质通道的两端分别为第二液氮入口和第二液氮出口。第三热交换器3的物料通道的两端分别为第三热交换器3的物料入口和第三热交换器3的物料出口；第三热交换器3的冷区介质通道的两端分别为第一液氮入口和第一液氮出口。第二热交换器2和第三热交换器3均使用液氮作为冷却介质。第一气液分离罐5和第二气液分离罐6为现有技术中化工领域常规的气液分离罐，利用气体与液体的比重不同，将气液混合物中的液体和气体分离。第一气液分离罐5上设有液体物料出口、不凝气体形成口以及第一气液分离罐5的物料入口。火炬7为化工行业常规废气处理系统，常规的处理对象为无法回收和再加工的可燃有毒气体及蒸汽，用于实现安全排放。

上述各设备的连接关系为：

第一热交换器1的物料出口与第二热交换器2的物料入口通过管道连通，第二热交换器2的物料出口通过管道与第二气液分离罐6的物料入口连通。第二气液分离罐6的物料出口通过管道与第三热交换器3的物料入口连通。第三热交换器3的物料出口通过管道与第一气液分离罐5的物料入口连通。第一气液分离罐5的不凝气体形成口通过管道与第一热交换器1的不凝气体入口连通，第一热交换器1的不凝气体出口通过管道与第四热交换器4的物料入口连通，第四热交换器4的物料出口通过管道与火炬7连通。

工艺过程如下：

现选取醋酸乙烯-乙烯共聚物生产过程中产生的工业尾气来进行说明，在一定的工况下，工业尾气的成分以及含量(摩尔百分数表示)为：氧气0.6％、乙烷0.12％、氮气18.33％、醋酸乙烯0.60％、甲烷0.23％、乙烯75.21％、甲醇0.18％，其余为少量的乙醛、乙酸乙酯、叔丁醇、双氧水、叔丁基过氧化氢和醋酸乙烯-乙烯共聚物(为分散在尾气中的共聚物颗粒)。本方案针对上述工况的工业尾气使用本系统进行回收处理。

工业尾气从第一热交换器1的物料入口进入，经热交换之后工业尾气的温度被初步降低(降低至0～5℃)。然后工业尾气从第一热交换器1的物料出口流至第二热交换器2的物料入口，然后再经过热交换，工业尾气的温度再次降低(降低至-75～-65℃)，工业尾气从第二热交换器2的物料出口流至的第二气液分离罐6(工作条件：-75～-65℃，0.3～0.4MPaG)的物料入口。经过气液分离后，形成液相(主要为醋酸乙烯)和气相(主要为乙烯、氧气、乙烷、氮气、甲烷)。气相通过第二气液分离罐6的物料出口流入第三热交换器3，经热交换之后气相温度降低(降低至-90～-85℃)，然后降温后的气相在进入第一气液分离罐5(工作条件：-90～-85℃，0.2～0.3MPaG)进行气液分离。气液分离之后，在第一气液分离罐5的底部为液态乙烯，同时生成不凝气体(主要为氧气、乙烷、氮气、甲烷，温度为-90～-85℃)。液态乙烯为回收的目的产物，可从第一气液分离罐5的液体物料出口中收集。不凝气体进入第一热交换器1的冷剂通道，经过热交换之后不凝气体的温度升高至0～20℃，此时可直接排放至火炬7进行燃烧处理，即第四热交换器4不用对不凝气体进行升温处理，不凝气体仅仅是流经第四热交换器4的物料通道，然后再进入火炬7。但是在事故状态(停车或异常情况下)中，第一热交换器1不能正常工作，不能对不凝气体加热。此时就需要开启第四热交换器4，在加热介质通道中通入热媒(例如热盐水)，将不凝气体的温度升至0～20℃，然后才能够将不凝气体通入火炬7中。在本方案中，第二热交换器2和第三热交换器3使用的冷却介质都为液氮，液氮先流经第三热交换器3的冷却介质通道，再流经第二热交换器2的冷却介质通道，对物料进行梯度降温。在图1中，实线表示工业尾气、气相和液态乙烯的流动路径，点划线表示不凝气体的流动路径，虚线表示液氮的流动路径。

实施例2

本实施例基本同实施例1，不同点在于，如图2所示，第二气液分离罐6通过管道连通有化工领域常用的液体物料储罐8。因为在第二气液分离罐6中形成液态的醋酸乙烯，可将其储存到液体物料储罐8中，醋酸乙烯也是一种重要的化工原料。

实施例3

本实施例基本同实施例2，不同点在于，如图3所示，在第一热交换器1和第二热交换器2之间设有第三气液分离罐9。第一热交换器1的物料出口与第三气液分离罐9的物料入口连通，第三气液分离罐9的物料出口与第二热交换器2的物料入口连通。本实施例的设置主要针对于工业尾气中含有较多水的情况。例如针对于如下成分的工业尾气(摩尔百分数)：氧气0.6％、乙烷0.12％、氮气17.33％、醋酸乙烯0.60％、甲烷0.23％、乙烯75.21％、甲醇0.18％、水0.7％，其余为少量的乙醛、乙酸乙酯、叔丁醇、双氧水和叔丁基过氧化氢。工业尾气从第一热交换器1的物料入口进入，经热交换之后工业尾气的温度被初步降低(降低至0～5℃)，然后再进入第三气液分离罐9(工作条件：0～5℃，0.2～0.3MPaG)，水沉降在第三气液分离罐9底部，从而将工业尾气中的水除去，避免了后续的深冷过程中由于水凝固造成的管道堵塞。后续的工艺过程同实施例1。

实施例4

本实施例基本同实施例3，不同点在于，如图4所示，本方案还设有水洗塔10，水洗塔10的物料出口与第一热交换器1的物料入口连通。设置水洗塔10主要是针对工业尾气中有较多种类杂质的情况。例如，针对于如下成分的工业尾气(摩尔百分数)：氧气0.6％、乙烷0.12％、氮气17.33％、醋酸乙烯0.60％、甲烷0.23％、乙烯75.21％、甲醇0.18％、水0.7％，其余为少量的乙醛、乙酸乙酯、叔丁醇、双氧水、叔丁基过氧化氢和醋酸乙烯-乙烯共聚物(为分散在尾气中的共聚物颗粒)。工业尾气先通过水洗塔10的物料入口进入水洗塔10中，经过水洗少量的乙醛、乙酸乙酯、叔丁醇、双氧水、叔丁基过氧化氢和醋酸乙烯-乙烯共聚物被除去。后续的工艺过程同实施例3。水洗塔10是化工领域的现有技术中常用的气体净化设备，通过喷淋水，去除杂质，实现气体净化。水洗塔10使用水进行喷淋的喷淋量为1-5吨/小时，在本实施例中为4吨/小时。

实施例5

本实施例基本同实施例4，不同点在于，如图5所示，本方案还在第一热交换器1和水洗塔10之间设有碱洗塔11。碱洗塔11是化工领域的现有技术中常用的气体净化设备，通过喷淋碱液，去除杂质，实现气体净化。碱洗塔11的主要作用是：洗去混合气体中的二氧化碳，二氧化碳在后续的冷凝过程中容易形成干冰堵塞管道。碱洗塔11的物料出口与第一热交换器1的物料入口连通，碱洗塔11的物料入口与水洗塔10的物料出口连通。设置碱洗塔11主要是针对工业尾气中有二氧化碳等酸性气体的情况。例如，针对于如下成分的工业尾气(摩尔百分数)：氧气0.6％、乙烷0.12％、氮气17.33％、二氧化碳1.44％、醋酸乙烯0.60％、甲烷0.23％、乙烯75.21％、甲醇0.18％，其余为少量的乙醛、乙酸乙酯、叔丁醇、双氧水、叔丁基过氧化氢和醋酸乙烯-乙烯共聚物(为分散在尾气中的共聚物颗粒)。碱洗塔11中使用质量分数为2-30％的氢氧化钠溶液，喷淋量为1-5吨/小时，在本方案中，20％的氢氧化钠溶液，4吨/小时。

实施例6

本实施例基本同实施例1，不同点在于：在连通第四热交换器4的物料入口和第一热交换器1的不凝气体出口的管道上设有电加热结构，对第一热交换器1出来的不凝气体进行初步加热。如果从第一热交换器1出来的不凝气体的温度过低，第四热交换器4使用的加热介质(热媒)是热盐水，则有可能出现热盐水凝固的情况，但是在不凝气体进入第四热交换器4前先设置一个电加热结构，可将不凝气体先预热到0～10℃，再由第四热交换器4将不凝气体升温至10～20℃。电加热结构为化工领域的常用形式，即在金属管道上缠绕电加热丝既可，不凝气体在通过管道的同时被加热。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出各种变化。这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.低温气体紧急排放系统，包括冷凝单元，其特征在于：所述冷凝单元包括沿工业尾气的流动方向依次设置的第一热交换器、第二热交换器、第二气液分离罐、第三热交换器和第一气液分离罐；第一热交换器上设有不凝气体出口和不凝气体入口；第一气液分离罐上设有不凝气体形成口，不凝气体形成口与不凝气体入口连通；不凝气体出口连通有第四热交换器的物料入口，第四热交换器的物料出口连通有火炬。

2.根据权利要求1所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：所述第二热交换器上设有第二液氮入口和第二液氮出口。

3.根据权利要求2所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：所述第三热交换器上设有第一液氮入口和第一液氮出口。

4.根据权利要求3所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：所述第一液氮出口和第一液氮入口连通。

5.根据权利要求4所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：所述第一气液分离罐上设有液体物料出口。

6.根据权利要求5所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：所述第四热交换器上设有热媒入口和热媒出口。

7.根据权利要求6所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：所述第二气液分离罐连通有液体物料储罐；在第一热交换器和第二热交换器之间设有第三气液分离罐。

8.根据权利要求7所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：在连通第四热交换器的物料入口和第一热交换器的不凝气体出口的管道上设有电加热结构。

9.根据权利要求8所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：所述第一热交换器的物料入口连通有水洗塔。

10.根据权利要求9所述的低温气体紧急排放系统，其特征在于：所述第一热交换器和所述水洗塔之间设有碱洗塔。

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