TW201927401A - 排放控制系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於產生甲醛之製程。該製程包括：將包括甲醇之進料流進給至反應器；使用混合氧化物觸媒在該反應器中將該甲醇轉化為甲醛以產生包括甲醛之製程流；自該製程流分離甲醛以形成包括甲醛之產物流及廢氣流；將該廢氣流之至少部分進給至蒸汽冷凝器來升高該廢氣流之該至少部分之溫度以形成經加熱廢氣流；及將該經加熱廢氣流進給至催化燃燒床來催化燃燒該經加熱廢氣流之組分以形成經燃燒廢氣流。

Description

排放控制系統
本發明係關於一種用於製程廢氣流之組分之催化燃燒之排放控制系統。特定而言，但並非排他地，本發明係關於一種用於在產生甲醛(舉例而言，作為甲醛水溶液或UFC)之製程中使用之排放控制系統。本發明係亦關於用於產生甲醛(舉例而言，作為甲醛水溶液或UFC)之製程。
甲醛可藉由甲醇之催化氧化脫氫來產生。用於執行此產生之製程係舉例而言自WO9632189或US2504402已知。觸媒通常包括所謂的「混合氧化物」觸媒，其包括氧化鉬及氧化鐵。一種用於產生甲醛之眾所周知製程係由Johnson Matthey提供之Formox製程。Formox製程涉及經由混合氧化物觸媒對甲醇進行催化氧化脫氫。Formox製程係在圖1中圖解說明。將甲醇與空氣混合、汽化並作為進料流進給至反應器，在反應器中將甲醇轉化為甲醛。將離開反應器之製程流傳送至吸收器且自製程流移除甲醛並在吸收器之底部處於產物流中退出，通常作為甲醛水溶液或UFC。將來自吸收器之頂部之廢氣流之部分進給至排放控制單元(舉例而言，其餘部分被循環)，其中諸如一氧化碳、DME及甲醇之有害組分藉由催化燃燒來燃燒以產生可經由煙囪排出之經燃燒廢氣流。在本設計中，經燃燒廢氣流用於將進入排放控制系統之廢氣流預加熱至用於催化燃燒之所需點火溫度。本排放控制系統提供勝於無此系統之製程的顯著優點，但仍期望尋求進一步改良系統以便減少資本成本且減少壓力降。由於排放控制系統可改裝至現有製程上以改良其等排放標準，所以情形尤其如此。
本發明尋求提供用於產生甲醛之經改良排放控制系統及製程。
根據本發明之第一態樣，提供一種用於產生甲醛之製程，該製程包括：
將包括甲醇之進料流進給至反應器；
使用混合氧化物觸媒在反應器中將該甲醇轉化為甲醛以產生包括甲醛之製程流；
自該製程流分離甲醛以形成包括甲醛之產物流及廢氣流；
將該廢氣流之至少部分進給至蒸汽冷凝器來升高該廢氣流之該至少部分之溫度以形成經加熱廢氣流；及
將該經加熱廢氣流進給至催化燃燒床來催化燃燒該經加熱廢氣流之組分以形成經燃燒廢氣流。
藉由將該廢氣流進給至蒸汽冷凝器以升高該廢氣流之該溫度，可控制在將該經加熱廢氣進給至該觸媒床時該經加熱廢氣流之該溫度以便維持進入該觸媒床之該經加熱廢氣流之恒溫。該控制較先前技術系統係更直截了當的，其中使用該經燃燒廢氣流以加熱傳入廢氣流，此乃因可單獨控制蒸汽。舉例而言，為維持某溫度進入該觸媒床中，可使用具有最小所需蒸汽壓力之最小所需量。舉例而言，14.6巴之蒸汽壓力對應於200℃之蒸汽溫度及22.2巴之蒸汽壓力對應於220℃之蒸汽溫度。在實例製程中，該觸媒床含納包括自Johnson Matthey Formox購得之PPd及PPt觸媒之觸媒並以12巴蒸汽壓力操作。彼壓力有利地對應於來自典型設備之最小輸出蒸汽壓力。該蒸汽溫度將通常需要超出該觸媒床之進口溫度達一接近溫度，以允許高效熱交換。因此在某些實施例中，該蒸汽冷凝器較佳地以自10至25巴，更佳地自15至25巴且最佳地自17至20巴之壓力進給蒸汽。此等蒸汽壓力可高效地加熱該廢氣流。可收集及重複使用蒸汽冷凝物。當該廢氣通過該蒸汽冷凝器時該蒸汽冷凝器中之高效熱傳遞亦可準許較低壓力降。減少壓力降可有利於提供成本效率及能量效率製程，此乃因需要能量來壓縮進入該製程之該等氣體且彼能量之成本可係顯著的。較佳地，該蒸汽冷凝器及該觸媒床含納在單個容器中。此配置減少用於連接管道之需要且可因此進一步減少該系統之壓力降。
包括甲醛之產物流較佳係甲醛水溶液或UFC。該混合氧化物觸媒較佳包括氧化鉬及氧化鐵。舉例而言，可根據該Formox製程執行該反應器中該甲醇至甲醛之轉化及包括甲醛之產物流之分離。
較佳地，該廢氣流進入該蒸汽冷凝器之底部之區域中並向上流過該蒸汽冷凝器且該經加熱廢氣流向上流過該觸媒床。彼情形可具有數個優點。舉例而言，排放控制系統中之觸媒床通常係支撐在觸媒網上。使該經加熱廢氣流向上流過該觸媒床意指該網係處於該觸媒床之進口端之冷卻器處。彼情形係有利的，此乃因該網不必耐受高溫且減少該網失效之風險。因此，提供具有所需機械強度之網可係更直截了當的。該觸媒床之頂部處可需要另一網以減少歸因於該向上經加熱廢氣流之該觸媒之移動，然而，彼網不經受與該觸媒床之底部處之網相同之力且因此不需要如此堅固。因此其可更容易地設計以處置該觸媒床之出口處之高溫。此外，使該廢氣流在單個方向上流過該蒸汽冷凝器且接著向前流過該觸媒床可有利地減少壓力降。使該廢氣流向上流動特定而言可係有利的，此乃因可接著允許在該蒸汽冷凝器中冷凝之冷凝物(舉例而言，水)在重力下以逆流方式向下流動，使得最熱溫度出現在蒸汽冷凝器之頂部處，其中該經加熱廢氣流傳送至該觸媒床。因此，較佳地，蒸汽在該蒸汽冷凝器之頂部之區域中進入該蒸汽冷凝器且向下流過該蒸汽冷凝器，進行冷凝以形成冷凝物，且該冷凝物在該蒸汽冷凝器之底部之區域中退出該蒸汽冷凝器。
較佳地，該蒸汽冷凝器係殼管式蒸汽冷凝器並且廢氣流流過該蒸汽冷凝器之管側且蒸汽在該蒸汽冷凝器之殼側中冷凝。此配置可最佳化壓力降及熱傳遞效率。
較佳地，該製程進一步包括：
將該經燃燒廢氣流進給至蒸汽產生器，其中該經燃燒廢氣流經冷卻且產生蒸汽。
因此，該製程可使用來自該燃燒之熱來產生可在該製程中之他處或在該設備中之他處使用之蒸汽。舉例而言，可將該蒸汽提供至設備蒸汽網。儘管將該蒸汽提供至設備蒸汽網且該蒸汽冷凝器中使用來自該設備中之他處之蒸汽可係高效選項，然而若在該蒸汽冷凝器中使用不同壓力之蒸汽且在該蒸汽產生器中產生不同壓力之蒸汽，則在尤佳實施例中，在該蒸汽冷凝器中使用在該蒸汽產生器中產生之蒸汽。因此，該製程較佳地進一步包括：
在步驟d中，將來自該蒸汽產生器之蒸汽進給至該蒸汽冷凝器以升高該廢氣流之溫度。
因此，熱自該經燃燒廢氣流回收且用於加熱該廢氣流，之後將其進給至該觸媒床，但彼回收及加熱係使用蒸汽間接進行的。該蒸汽係使用來自該經燃燒廢氣流之熱產生且接著用於將彼熱傳遞至傳入廢氣流。此系統之優點係該製程之蒸汽側上之壓力降不影響甲醛產生製程之總體壓力降。因此，可在不需要考慮總體甲醛製程之任何壓力降之效應之情形下最佳化該蒸汽側上之熱傳遞之有效性。在任何情形下，冷凝器中之熱傳遞可較氣體-氣體熱交換器中之熱傳遞更高效，若用該經燃燒廢氣流直接加熱該廢氣流，則可使用氣體-氣體熱交換器。此外，可更高效地平衡熱整合，此乃因若需要更多熱則可添加額外蒸汽，或若存在過量熱則可移除某些蒸汽並在他處使用。該系統亦可具有關於起動之優點，此乃因最初可使用來自另一源之蒸汽加熱廢氣流。彼可移除承擔用以在起動時加熱排放控制系統電加熱器之成本之需要。
較佳地，該蒸汽產生器係殼管式蒸汽產生器並且該經燃燒廢氣流流過該蒸汽產生器之管側且蒸汽在該蒸汽產生器之殼側中產生。有利地，彼可減少該經燃燒廢氣流之壓力降。在某些實施例中，該蒸汽產生器可包括蒸汽過熱器，且在某些實施例種，該蒸汽產生器可係蒸汽過熱器。
較佳地，該蒸汽冷凝器、該觸媒床及該蒸汽產生器含納在單個容器中。彼可有利地移除將與單獨容器之間之連接相關聯之壓力降。此亦可提供可被改裝至現有設備之單個單元。將該蒸汽冷凝器、該觸媒床及該蒸汽產生器含納在單個容器內在機械方面亦可係有利的，此乃因此可消除對特定而言在該觸媒床與該蒸汽產生器之間原本需要的高溫管路及凸緣之需要。在先前技術系統中離開該觸媒床之該經燃燒廢氣流可達到約550℃之溫度且該觸媒床與蒸汽產生器之間之任何管路及凸緣可因此需要處置此等溫度。舉例而言，若在該蒸汽產生器中產生22.2巴220℃蒸汽，則該經燃燒廢氣流離開該蒸汽產生器之溫度可係約230℃至245℃。因此，若該觸媒床及該蒸汽產生器含納在同一容器內，則彼容器之管道及凸緣可設計用於約230℃至245℃而不是550℃之溫度，此可導致顯著節省。此外，當在本發明中該觸媒床與該蒸汽產生器之間不需要管路及凸緣時，該觸媒床之出口處之製程溫度可有利地增加，舉例而言在合理成本下增加至至少580℃，較佳地至至少590℃及更佳地至至少600℃。此增加可改良該製程之排放控制。較佳地，該蒸汽產生器產生具有自10巴至25巴，更佳地15巴至25巴之壓力之蒸汽。該蒸汽產生器可產生具有自17巴至20巴之壓力之蒸汽。
較佳地，該蒸汽冷凝器係殼管式蒸汽冷凝器，其中該廢氣流流過該蒸汽冷凝器之管側且蒸汽在該蒸汽冷凝器之殼側中冷凝；且該蒸汽產生器係殼管式蒸汽產生器，其中該經燃燒廢氣流流過該蒸汽產生器之管側且蒸汽在該蒸汽產生器之殼側中產生。將該廢氣流及該經燃燒廢氣流(亦即，該製程廢氣流)保持在該蒸汽冷凝器及蒸汽產生器之管側上可具有用於按比例增大該排放控制系統之顯著優點。在此系統中，當藉由隨著容量要求而按比例調整管數目來按比例增大該系統時可維持壓力降。彼情形係勝過先前技術系統之所期望優點，在先前技術中該經燃燒廢氣流係在該殼側上且該廢氣流係在該管側上且按比例增大係更複雜。
較佳地，在進給至該蒸汽產生器之前，將經燃燒廢氣流進給通過渦輪增壓器之膨脹器部分來驅動該渦輪增壓器之壓縮器部分，以便增壓進給至該製程之空氣流以形成進料流之部分。在渦輪增壓器中使用來自該經燃燒廢氣流之能量中之至少某些能量用於增壓進給至該製程之空氣流以形成該進料流之部分且因此增壓該進料流有利地係自該經燃燒廢氣流儘可能回收更多能量之高效方式。在將該經燃燒廢氣流進給至該蒸汽產生器之前將該經燃燒廢氣流進給至該渦輪增壓器在最佳利用離開該觸媒床之高溫經燃燒廢氣流方面可係有利的。
根據本發明之第二態樣，提供用於製程廢氣流之組分之催化燃燒之排放控制系統，該排放控制系統包括：觸媒床，其包括用於該製程廢氣流之該等組分之該催化燃燒之觸媒；及蒸汽冷凝器，其具有管側及殼側，該管側與製程廢氣流進口及該觸媒床流體連通，該殼側與蒸汽進口及冷凝物出口流體連通，使得在操作中，進入該製程廢氣流進口之製程廢氣流係傳送至觸媒床之前在該蒸汽冷凝器中加熱。
較佳地，該排放控制系統包括含納該觸媒床及該蒸汽冷凝器二者之容器。該觸媒床及該蒸汽冷凝器在同一容器中可有利地導致較不昂貴設備及跨越該排放控制系統具有有利低壓力降之設備。
較佳地，該製程廢氣流進口係在該容器之底部之區域中；該蒸汽冷凝器之管側包括管(較佳地垂直管)，具有低於出口端之進口端；該蒸汽進口係在該蒸汽冷凝器之該殼側之頂部之區域中；該冷凝物出口係在該蒸汽冷凝器之底部之區域中；及該觸媒床配置在該蒸汽冷凝器上方，使得在操作中，進入該製程廢氣流進口之製程廢氣流向上流過該蒸汽冷凝器之管側且向上流過該觸媒床，且進入該蒸汽進口之蒸汽向下流過該殼側且冷凝以形成冷凝物，其中該冷凝物向下流過該殼側且經由該冷凝物出口流出。特定而言，此設備可高效地操作及控制，舉例而言藉由控制該殼側中冷凝物之位準。
較佳地，該排放控制系統進一步包括蒸汽產生器，其具有管側及殼側，該管側與該觸媒床及製程廢氣流出口流體連通，該殼側與鍋爐給水進口及蒸汽出口流體連通，使得在操作中，離開該觸媒床之製程廢氣流在該蒸汽產生器中冷卻，將經由該鍋爐給水進口進入之鍋爐給水轉化為經由該蒸汽出口退出之蒸汽，之後退出該製程廢氣流出口。可將該蒸汽出口連接至設備蒸汽網以將蒸汽輸出至該設備。較佳地，該蒸汽出口係與該蒸汽冷凝器之蒸汽進口流體連通，使得在操作中，將該蒸汽產生器中產生之蒸汽傳送至該蒸汽冷凝器來加熱進入該製程廢氣流進口之製程廢氣流。藉由提供連結至該蒸汽冷凝器之蒸汽產生器，該設備可有利地用於將來自退出該觸媒床之經燃燒製程廢氣流之熱傳遞至待進給至該觸媒床之傳入製程廢氣流。經由蒸汽產生器及蒸汽冷凝器執行彼熱傳遞之優點係該排放控制系統之製程側上之壓力降可保持較低同時經由該排放控制系統之該蒸汽側之設計仍保持高效熱傳遞。此外，在需要平衡所需熱傳遞時，可添加額外蒸汽，或可移除蒸汽。出於彼緣由，可能的情形係該蒸汽產生器之蒸汽出口亦與用於連接至蒸汽網路(舉例而言設備蒸汽網路)之連接器流體連通。
較佳地，該排放控制系統包括含納該蒸汽冷凝器、該觸媒床及該蒸汽產生器之容器。在單個容器中組合所有三個級有利地減少設備之成本且使壓力降保持低下。此組合亦可移除對容器之間之高溫(舉例而言600℃)、凸緣連接之需要。該觸媒床與該蒸汽產生器之間之溫度可係在600℃之區域中，但若彼等組分係在同一容器中，則所需之唯一連接係該蒸汽產生器之下游，其中該溫度可舉例而言係在230℃至245℃之區域中。
較佳地，該蒸汽產生器係位於該觸媒床上方。以彼方式，該製程廢氣流相繼向上流過該排放控制系統之所有部分，因此避免可能增加壓力降之彎曲或其他顯著方向變化。
較佳地，該排放控制系統進一步包含渦輪增壓器，其具有與該觸媒床流體連通之渦輪機側進口及與該蒸汽產生器之該管側流體連通之渦輪機側出口，使得在操作中，經由該渦輪增壓器之渦輪機側將離開該觸媒床之製程廢氣流傳送至該蒸汽產生器之管側。因此，該製程廢氣流中之能量可用於驅動該渦輪增壓器中之渦輪機以回收該製程廢氣流中之能量之某些能量。舉例而言，該渦輪增壓器可經構形以增壓進給至該製程之流(舉例而言空氣流)，因此減少增壓該進料流所需之新能量。
較佳地，該排放控制系統係用於根據本發明之第一態樣製程中。合意地，該排放控制系統係適合於改裝至用於產生甲醛之現有製程或設備。安裝根據本發明之排放控制系統可幫助設備或製程達成較佳環保效能而非不利地整體上影響該製程之壓力降。
較佳地，該排放控制系統係用於處理該製程中之廢氣流。
將理解，關於本發明之一個態樣所闡述之特徵可同等地適用於本發明之其他態樣。舉例而言，關於本發明之用於產生甲醛之製程所闡述之特徵可同等地適用於本發明之排放控制系統，且反之亦然。亦將理解，選用特徵可不適用於本發明之特定態樣，且可自本發明之特定態樣排除。
在圖1中用於產生甲醛之先前技術Formox製程1中，將新鮮空氣流5傳送通過增壓鼓風機4，且接著與再循環流22混合來形成混合流23，之後經由再循環鼓風機3進給至汽化器10。在汽化器10中，混合流23與甲醇流2混合且使用來自離開反應器9之製程流24之熱來汽化。將所得進料流25進給至反應器9，在此實施例中，反應器9係藉由熱傳遞流體32之汽化來冷卻之等溫反應器。熱傳遞流體32傳送至冷凝器8，其中熱傳遞流體32被冷凝且蒸汽6自鍋爐給水7產生，之後返回至反應器9。在反應器9中，進料流25中之甲醇在鐵/鉬氧化物觸媒上反應以產生甲醛，甲醛在包括甲醛及進料流25之未反應部分之製程流24中退出反應器9。製程流24通過汽化器10(其中使用製程流24中之熱來汽化進料流25)，且被進給至吸收器11。在吸收器11中，製程水12且視情況尿素13向下流動並自向上流過吸收器11之製程流24剝離甲醛。水12且視情況尿素13與甲醛一起作為產物流21退出吸收器之底部。彼產物流21通常係55%甲醛水溶液(若僅使用製程水12)或UFC (若使用尿素13)。製程流24之剩餘部分作為廢氣流26退出吸收器之頂部。彼廢氣流26作為再循環流22部分地再循環且將剩餘部分發送至排放控制系統16。在排放控制系統16中，首先使用來自離開排放控制系統16之經燃燒廢氣流27之能量在預熱器14中加熱廢氣流26，且接著在具有包括PPd及PPt之觸媒之觸媒床15中將廢氣流26燃燒以形成經燃燒廢氣流27。離開觸媒床15之經燃燒廢氣流27具有約500℃至550℃之溫度且被進給至蒸汽產生器20(其中經燃燒廢氣流27被冷卻且鍋爐給水19變為蒸汽18)，且接著進給回至排放控制系統16之預熱器14以加熱傳入廢氣流26。將離開排放控制系統16之經燃燒廢氣流27發送至煙囪17。
在圖2中，呈現根據本發明之製程。將新鮮空氣流55傳送通過增壓鼓風機54且接著與再循環流72混合以形成混合流73，之後經由再循環鼓風機53進給至汽化器60。在汽化器60中，混合流73與甲醇流52混合且使用來自離開反應器59之製程流74之熱來汽化。將所得進料流75進給至反應器59，在此實施例中，反應器59係藉由熱傳遞流體82之汽化來冷卻之等溫反應器。熱傳遞流體82傳送至冷凝器58，其中熱傳遞流體82被冷凝且蒸汽56自鍋爐給水57產生，之後返回至反應器59。在反應器59中，進料流75中之甲醇在鐵/鉬氧化物觸媒上反應以產生甲醛，甲醛在包括甲醛及進料流75之未反應部分之製程流74中退出反應器59。製程流74通過汽化器60，其中製程流74中之熱用於汽化進料流75，且被進給至吸收器61。在吸收器61中，製程水62且視情況尿素63向下流動且自向上流過吸收器61之製程流74剝離甲醛。水62且視情況尿素63與甲醛一起作為產物流71退出吸收器之底部。產物流71通常係55%甲醛水溶液(若僅使用製程水62)或UFC(若使用尿素63)。製程流74之剩餘部分作為廢氣流76退出吸收器之頂部。彼廢氣流76作為再循環流72部分地再循環且將剩餘部分發送至排放控制系統66。在排放控制系統66中，首先在蒸汽冷凝器79中加熱廢氣流76。廢氣流76流入至蒸汽冷凝器79之底部且向上流過冷凝器79。進入蒸汽冷凝器79之蒸汽68在管上冷凝且作為冷凝物80向下流出蒸汽冷凝器79。冷凝物80經收集並重複使用。因此所形成之經加熱廢氣流自蒸汽冷凝器79流至具有包括PPd及PPt之觸媒之觸媒床65。在觸媒床65中，將經加熱廢氣流之組分(諸如一氧化碳、DME及甲醇)燃燒以形成經燃燒廢氣流，經燃燒廢氣流進入蒸汽產生器70。在蒸汽產生器70中，經燃燒廢氣流被冷卻且鍋爐給水69變為蒸汽68。蒸汽68可係12巴蒸汽，其與來自標準設備之最小輸出蒸汽壓力一致。將在蒸汽產生器70中蒸發之蒸汽68進給至蒸汽冷凝器79以升高傳入廢氣流76之溫度。蒸汽68亦可被進給至設備蒸汽網路78，或自設備蒸汽網路78增補。將退出蒸汽產生器70之經燃燒廢氣流77發送至煙囪67。煙囪67溫度取決於蒸汽68之壓力。舉例而言，25℃之溫度接近(亦即，經燃燒廢氣流77與蒸汽之間之溫差)，225℃之煙囪67溫度對應於14.6巴之蒸汽68壓力及245℃之煙囪67溫度對應於22.2巴之蒸汽68壓力。蒸汽冷凝器79、觸媒床65及蒸汽產生器70全部含納在單個容器中。在容器出口處之凸緣及管路需要適用於處置煙囪67溫度，該溫度顯著低於圖1之先前技術製程1中排放控制系統16與蒸汽產生器20之間之連接需要處置之500℃至550℃。有利地，此甚至可準許在觸媒床65之出口處使用較高製程溫度(舉例而言600℃)，此乃因與先前技術不同，當蒸汽冷凝器79、觸媒床65及蒸汽產生器70全部含納在單個容器中時，在觸媒床65之出口處不需要管道及凸緣。
在起動期間，可將來自設備蒸汽網路78中他處之蒸汽進給至蒸汽冷凝器79，因此移除用於排放控制系統66之單獨電加熱器之需要。
在圖3中，提供排放控制系統101用於製程廢氣流105之組分之催化燃燒。排放控制系統101包括觸媒床111，其包括用於製程廢氣流105之組分之催化燃燒之觸媒。觸媒通常包括PPd及PPt，舉例而言如由Johnson Matthey Formox供應。蒸汽冷凝器103具有管側，其與製程廢氣流進口及觸媒床111流體連通，其中將製程廢氣流105進給至排放控制系統101。蒸汽冷凝器103具有殼側，其與自蒸汽流112進給之蒸汽進口及冷凝物出口108流體連通。在觸媒床111之下游處，該排放控制系統101進一步包括蒸汽產生器102，其具有管側及殼側，該管側與觸媒床111及製程廢氣流出口104流體連通，該殼側與鍋爐給水進口118及蒸汽出口107流體連通。蒸汽出口107與蒸汽冷凝器103之蒸汽進口流112流體連通。蒸汽流106與蒸汽出口107及蒸汽進口流112連接使得可在任何特定時間視需要移除過量蒸汽或添加補充蒸汽。
蒸汽冷凝器103、觸媒床111及蒸汽產生器102係在單個容器中。容器之出口溫度係約225℃至245℃，其顯著較離開觸媒床111之經燃燒廢氣流之500℃至550℃溫度冷。藉由將彼流自觸媒床111直接進給至同一容器中之蒸汽產生器102，移除對高溫管路及連接之需要。觸媒床111下游之高溫區域中之管路及連接之移除可允許在製程中之彼點處使用較高製程溫度舉例而言600℃。
蒸汽冷凝器103係在容器之底部處，其中觸媒床111在該蒸汽冷凝器上方且蒸汽產生器102在彼觸媒床上方。在操作中，離開觸媒床111之製程廢氣流在蒸汽產生器102中冷卻，之後退出製程廢氣流出口104，且將在蒸汽產生器102中產生之蒸汽傳送至蒸汽冷凝器103以加熱進入製程廢氣流進口之製程廢氣流105。亦可將急冷氣體109(舉例而言，其可係在環境溫度下之空氣)或用於加熱之蒸汽110進給至排放控制系統101以在需要時進一步控制溫度。製程廢氣流105向上流過排放控制系統101，其中蒸汽流112進給至蒸汽冷凝器103之頂部且自蒸汽冷凝器103之底部處之冷凝物出口108移除冷凝物。在蒸汽冷凝器103之管之外側上冷凝之蒸汽將因此在重力下向下朝向冷凝物出口108流動。製程廢氣流105進入排放控制系統101之底部且在相對直路徑中向上流過排放控制系統101，因此避免不必要壓力降。在甲醛產生中壓縮成本可係顯著的，且必須在進料氣體之初始壓縮中便慮及任何壓力降，甚至在排放控制系統101中。因此，避免不必要壓力降對於產生成本效率製程可係重要的。
在操作中，傳入製程廢氣流105因此由蒸汽冷凝器103中之冷凝蒸汽加熱，之後在觸媒床111中燃燒。離開觸媒床111之經燃燒熱廢氣流在蒸汽產生器102中冷卻，從而產生繼而用於運行蒸汽冷凝器103之蒸汽107。蒸汽產生器102及蒸汽冷凝器103之蒸汽側上之熱傳遞效率可在不影響製程側之壓力降之情形下最佳化，此有別於其中熱直接在傳出經燃燒廢氣流與傳入製程廢氣流之間傳遞的先前技術系統。當在蒸汽產生器102中產生之蒸汽不足以預加熱傳入製程廢氣流105時，舉例而言在起動期間，蒸汽冷凝器103可經由蒸汽流106自設備之另一部分進給蒸汽。彼移除對排放控制系統101之起動之專用加熱器之需要，因此節省資本成本。
在圖4中，排放控制系統201進給有製程廢氣流205。在排放控制系統201之上游端處，其係在圖4中含納有排放控制系統之容器之底部處，存在蒸汽冷凝器203。蒸汽冷凝器203之管側係與製程廢氣流205及觸媒床211流體連通。製程廢氣流205向上流過蒸汽冷凝器203且流過觸媒床211，其中流之有害組分經燃燒以形成經燃燒廢氣流。在觸媒床211之下游處，存在蒸汽過熱器217。蒸汽過熱器217之下游係蒸汽產生器202及節能器223。節能器223之殼側進給有鍋爐給水218且具有連接至蒸汽產生器202之殼側進口之出口流216。蒸汽產生器202之殼側具有出口蒸汽流207，其與蒸汽流206連接，藉由蒸汽流206可視需要移除或添加蒸汽。在連接之後，該蒸汽流分裂成流214及蒸汽流212，流214進給至蒸汽過熱器217以形成過熱輸出蒸汽215，蒸汽流212進給至蒸汽冷凝器203。離開觸媒床211之經燃燒廢氣流通過蒸汽過熱器217之殼側，通過蒸汽產生器202之管側，且接著通過節能器223之管側，之後通過經燃燒氣體流出口204退出，通常將退出的經燃燒廢氣流進給至煙囪。
正如圖3中之實施例，製程廢氣流205在蒸汽冷凝器203中加熱，之後在觸媒床211中燃燒以燃燒有害組分並形成經燃燒廢氣流。經燃燒廢氣流接著在蒸汽過熱器217、蒸汽產生器202及節能器223中冷卻。節能器223可用低壓蒸汽產生器來取代。節能器223或低壓蒸汽產生器藉由使用在經燃燒廢氣流已通過蒸汽產生器202之後其剩餘之低溫熱改良熱回收效率。進給至節能器223之殼側之鍋爐給水218係藉由經燃燒廢氣流之冷卻來加熱且被進給至蒸汽產生器202之殼側，在該殼側鍋爐給水218變為蒸汽。該蒸汽進給至蒸汽過熱器217以形成用於輸出至設備之其他部分之過熱蒸汽215，或進給至蒸汽冷凝器203以預加熱傳入製程廢氣流205。同樣，正如圖3中之實施例，排放控制系統201可經由蒸汽流206使用來自設備中之他處之蒸汽來起動，因此移除對專用起動加熱器之需要。此外，排放控制系統201之蒸汽側上之熱傳遞效率可在不影響製程側之壓力降之情形下最佳化。
再次，排放控制系統201含納在單個容器中。彼可係有利的，此乃因其減少對容器間連接之需要，且特定而言高溫容器間連接。彼可減少資本成本且亦可減少壓力降，此可繼而減少操作成本。由於蒸汽冷凝器203係在容器之底部處且製程廢氣流自蒸汽冷凝器203向上流過觸媒床211，因此觸媒床搭設於其上之支撐網係在觸媒床211之冷卻器端處。彼可係有利的，此乃因當其不必耐受觸媒床211之出口處之高溫時，可更容易地提供充足強度之支撐網。可在觸媒床211上方提供輔助網以防止觸媒在經燃燒廢氣流中被帶走，但彼網不需要支撐觸媒床211之全部重量。
在圖5中，排放控制系統301包括蒸汽冷凝器303、觸媒床311及爐型蒸汽過熱器319。可使用爐型蒸汽過熱器319來產生過熱蒸汽。以此方式產生過熱蒸汽可增加煙囪溫度，此乃因在爐型蒸汽過熱器319中不可能回收低溫熱。然而，其具有產生過熱蒸汽之優點，此在設備上之他處可係有價值的。製程廢氣流305在蒸汽冷凝器303中預加熱，之後傳送至觸媒床311，其中有害組分經燃燒以形成經燃燒廢氣流。將經燃燒廢氣流進給至爐型蒸汽過熱器319，爐型蒸汽過熱器319在冷卻經燃燒廢氣流的同時產生過熱蒸汽。經冷卻的經燃燒廢氣流經由出口304退出爐型蒸汽過熱器319且傳送至煙囪。可將在爐型蒸汽過熱器319中蒸發之過熱蒸汽進給至蒸汽冷凝器303之殼側以在預加熱傳入製程廢氣流305中使用。在此實施例中，爐型蒸汽過熱器319係在不同於含納蒸汽冷凝器303及觸媒床311之容器的容器中。儘管藉由將所有東西放置在一個容器中可存在若干優點，舉例而言在減少連接且因此減少壓力降方面，但是當使用多於一個容器係較佳時，可存在舉例而言歸因於升級現有製程時之空間限制之情形。
在圖6之排放控制系統401中，觸媒床411位於蒸汽冷凝器403之下游，且在此實施例中位於蒸汽冷凝器403上方。製程廢氣流405向上流過蒸汽冷凝器403之管側且接著向上流過觸媒床411。如上文關於其他實施例所闡釋，就觸媒床411之支撐網所曝露至之溫度條件而言，製程廢氣流405向上流過觸媒床411提供若干優點。蒸汽冷凝器403係在接近殼側之頂部自蒸汽進口流412進給蒸汽且冷凝物通過接近殼側之底部之冷凝物出口408退出。因此，蒸汽在管上冷凝且在重力下向下流至冷凝物出口408。以此操作，其加熱製程廢氣流405，之後將製程廢氣流405進給至觸媒床411。
將離開觸媒床411之經燃燒廢氣流進給至渦輪增壓器420。在渦輪增壓器420中，經燃燒廢氣流之壓力減少且至製程之進料流增壓。通常，經燃燒廢氣流通過渦輪增壓器420之膨脹器部分，且至製程之新鮮空氣進料流通過渦輪增壓器420之壓縮器部分。製程氣體之壓縮在甲醛產生製程中可係顯著操作成本，且因此在進料流之壓縮時回收經燃燒廢氣流中之能量中之某些能量可係有利的。
自渦輪增壓器420，經燃燒廢氣流通過蒸汽產生器402之管側，蒸汽產生器402在殼側上被進給鍋爐給水421以蒸發蒸汽422。因此蒸發之蒸汽進給至蒸汽進口流412(視需要抽出或添加其他蒸汽)並用於預加熱傳入製程廢氣流405。因此，將經燃燒廢氣流中之能量用於預加熱傳入製程廢氣流405，但該熱係使用蒸汽產生器402及蒸汽冷凝器403間接傳遞的。如上文所論述，彼具有數個優點，包含減少製程廢氣流之壓力降及在起動期間使用來自設備之另一部分之代用蒸汽之機會，因此移除對用於排放控制系統401之專用起動加熱器之需要。包含渦輪增壓器420準許藉由以下操作有效地使用經燃燒廢氣流中之能量：在經燃燒廢氣流係其最熱時將其用於渦輪增壓器420中且接著在其已通過渦輪增壓器420之後使用其在蒸汽產生器402中產生蒸汽。
舉例而言，圖3、圖4、圖5及圖6之排放控制系統101、201、301、401可在圖2之製程51中使用。
將理解上文所述之實施例係本發明之實例且熟悉此項技術者將理解在本發明之範疇內若干變化形式係可能的。舉例而言，蒸汽冷凝器及蒸汽產生器可係在或不同容器中且系統可水平配置或配置有並排容器。製程廢氣流可向下或水平流過製程之某些或所有部分。
1‧‧‧先前技術Formox製程
2‧‧‧甲醇流
3‧‧‧再循環鼓風機
4‧‧‧增壓鼓風機
5‧‧‧新鮮空氣流
6‧‧‧蒸汽
7‧‧‧鍋爐給水
8‧‧‧冷凝器
9‧‧‧反應器
10‧‧‧汽化器
11‧‧‧吸收器
12‧‧‧製程水/水
13‧‧‧選用尿素/尿素
14‧‧‧預熱器
15‧‧‧觸媒床
16‧‧‧排放控制系統/預熱器
17‧‧‧煙囪
18‧‧‧蒸汽
19‧‧‧鍋爐給水
20‧‧‧蒸汽產生器
21‧‧‧產物流
23‧‧‧混合流
24‧‧‧製程流
25‧‧‧進料流
26‧‧‧廢氣流
27‧‧‧經燃燒廢氣流
32‧‧‧熱傳遞流體
51‧‧‧製程
52‧‧‧甲醇流
53‧‧‧再循環鼓風機
54‧‧‧增壓鼓風機
55‧‧‧新鮮空氣流
56‧‧‧蒸汽
57‧‧‧鍋爐給水
58‧‧‧冷凝器
59‧‧‧反應器
60‧‧‧汽化器
61‧‧‧吸收器
62‧‧‧製程水/水
63‧‧‧選用尿素/尿素
65‧‧‧觸媒床
66‧‧‧排放控制系統
67‧‧‧煙囪
68‧‧‧蒸汽
69‧‧‧鍋爐給水
70‧‧‧蒸汽產生器
71‧‧‧產物流
72‧‧‧再循環流
73‧‧‧混合流
74‧‧‧製程流
75‧‧‧所得進料流/進料流
76‧‧‧廢氣流
77‧‧‧經燃燒廢氣流
78‧‧‧設備蒸汽網路
79‧‧‧蒸汽冷凝器
80‧‧‧冷凝物
82‧‧‧熱傳遞流體
101‧‧‧排放控制系統
102‧‧‧蒸汽產生器
103‧‧‧蒸汽冷凝器
104‧‧‧製程廢氣流出口
105‧‧‧製程廢氣流/傳入製程廢氣流
106‧‧‧蒸汽流
107‧‧‧蒸汽出口/蒸汽
108‧‧‧冷凝物出口
109‧‧‧急冷氣體
110‧‧‧蒸汽
111‧‧‧觸媒床
112‧‧‧蒸汽流/蒸汽進口流
118‧‧‧鍋爐給水進口
201‧‧‧排放控制系統
202‧‧‧蒸汽產生器
203‧‧‧蒸汽冷凝器
204‧‧‧經燃燒氣體流出口
205‧‧‧製程廢氣流/傳入製程廢氣流
206‧‧‧蒸汽流
207‧‧‧出口蒸汽流
208‧‧‧冷凝物出口
211‧‧‧觸媒床
212‧‧‧蒸汽流
214‧‧‧流
215‧‧‧過熱出口蒸汽/過熱蒸汽
216‧‧‧出口流
217‧‧‧蒸汽過熱器
218‧‧‧鍋爐給水
223‧‧‧節能器
301‧‧‧排放控制系統
303‧‧‧蒸汽冷凝器
304‧‧‧出口
305‧‧‧製程廢氣流/傳入製程廢氣流
311‧‧‧觸媒床
319‧‧‧爐型蒸汽過熱器
401‧‧‧排放控制系統
402‧‧‧蒸汽產生器
403‧‧‧蒸汽冷凝器
404‧‧‧經燃燒廢氣流出口
405‧‧‧製程廢氣流/傳入製程廢氣流
408‧‧‧冷凝物出口
411‧‧‧觸媒床
412‧‧‧蒸汽進口流
420‧‧‧渦輪增壓器
421‧‧‧鍋爐給水
422‧‧‧蒸汽
將僅參考以下各圖以實例方式進一步闡述本發明，其中：
圖1係用於產生甲醛之先前技術Formox製程之圖式；
圖2係根據本發明之實施例用於產生甲醛之製程之圖式；
圖3係根據本發明之實施例之排放控制系統；
圖4係根據本發明之另一實施例之排放控制系統；
圖5係根據本發明之另一實施例之排放控制系統；及
圖6係根據本發明之另一實施例之排放控制系統。

Claims (16)

  1. 一種用於產生甲醛之方法，該方法包括： a. 將包括甲醇之進料流進給至反應器； b. 使用混合氧化物觸媒在該反應器中將該甲醇轉化為甲醛以產生包括甲醛之製程流； c. 自該製程流分離甲醛以形成包括甲醛之產物流及廢氣流； d. 將該廢氣流之至少部分進給至蒸汽冷凝器以升高該廢氣流之該至少部分之溫度以形成經加熱廢氣流；及 e. 將該經加熱廢氣流進給至催化燃燒床來催化燃燒該經加熱廢氣流之組分以形成經燃燒廢氣流。
  2. 如請求項1之方法，其中該蒸汽冷凝器及該觸媒床係含納在單個容器內。
  3. 如請求項1之方法，其中該蒸汽冷凝器係殼管式蒸汽冷凝器，且該廢氣流流過該蒸汽冷凝器之該管側並且蒸汽在該蒸汽冷凝器之該殼側中冷凝。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該方法進一步包括： f. 將該經燃燒廢氣流進給至蒸汽產生器，其中該經燃燒廢氣流經冷卻且產生蒸汽。
  5. 如請求項4之方法，其中該蒸汽產生器係殼管式蒸汽產生器，且該經燃燒廢氣流流過該蒸汽產生器之該管側並且在該蒸汽產生器之該殼側中產生蒸汽。
  6. 如請求項4之方法，其中，在被進給至該蒸汽產生器之前，將該經燃燒廢氣流進給通過渦輪增壓器之膨脹器部分以驅動該渦輪增壓器之壓縮器部分，以便增壓進給至製程之空氣流來形成該進料流之部分。
  7. 如請求項4之方法，其中該方法進一步包括： g. 將蒸汽自該蒸汽產生器進給至該蒸汽冷凝器以升高步驟d中該廢氣流之該溫度。
  8. 如請求項7之方法，其中該蒸汽冷凝器、該觸媒床及該蒸汽產生器係含納在單個容器內。
  9. 一種用於製程廢氣流之組分之催化燃燒之排放控制系統，該排放控制系統包括：觸媒床，其包括用於該製程廢氣流之該等組分之該催化燃燒之觸媒；及蒸汽冷凝器，其具有管側及殼側，該管側與製程廢氣流進口及該觸媒床流體連通，該殼側與蒸汽進口及冷凝物出口流體連通，使得在操作中，進入該製程廢氣流進口中之製程廢氣流在該蒸汽冷凝器中加熱，之後傳送至該觸媒床。
  10. 如請求項9之排放控制系統，其中該排放控制系統包括含納該觸媒床與該蒸汽冷凝器二者之容器。
  11. 如請求項9之排放控制系統，其中該排放控制系統進一步包括蒸汽產生器，該蒸汽產生器具有管側及殼側，該管側與該觸媒床及製程廢氣流出口流體連通，該殼側與鍋爐給水進口及蒸汽出口流體連通，使得在操作中，離開該觸媒床之該製程廢氣流在該蒸汽產生器中冷卻，將經由該鍋爐給水進口進入之鍋爐給水轉化為經由該蒸汽出口退出之蒸汽，之後退出該製程廢氣流出口。
  12. 如請求項11之排放控制系統，其中該排放控制系統包括含納該蒸汽冷凝器、該觸媒床及該蒸汽產生器之容器。
  13. 如請求項11之排放控制系統，其中該排放控制系統進一步包括渦輪增壓器，其具有膨脹器側進口及膨脹器側出口，該膨脹器側進口與該觸媒床流體連通，該膨脹器側出口與該蒸汽產生器之該管側流體連通，使得在操作中，將離開該觸媒床之該製程廢氣流經由該渦輪增壓器之膨脹器側傳送至該蒸汽產生器之該管側。
  14. 如請求項11至13中任一項之排放控制系統，其中該蒸汽出口與該蒸汽冷凝器之該蒸汽進口流體連通，使得在操作中，將在該蒸汽產生器中產生之蒸汽傳送至該蒸汽冷凝器以加熱進入該製程廢氣流進口之該製程廢氣流。
  15. 如請求項9至13中任一項之排放控制系統，其中該排放控制系統係用於如請求項1至8中任一項之方法。
  16. 一種如請求項9至14中任一項排放控制系統在如請求項1至8中任一項之方法中處理廢氣流的用途。
TW107134745A 2017-10-03 2018-10-02 排放控制系統 TW201927401A (zh)

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