脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置及方法与流程

1.本发明属于天然气裂解制乙炔技术，具体涉及脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置及方法。


背景技术：

2.乙炔是一种非常重要的有机化工原料，广泛用于金属加工、焊接、切割等领域，及乙烯、氯乙烯、三氯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈、聚丙烯腈、1，4-丁二醇等化工产品的制备。乙炔的制备方法主要有非催化部分氧化法、电弧法和等离子法，其中电弧法因能耗高已经被淘汰，等离子法尚处于试验阶段(“天然气乙炔技术研究现状与思考”，安杰，维纶通讯，2013年第33卷第2期，第15-20页，公开日2013年12月31日)，且其电耗高、对设备要求较苛刻，至今难以推广应用，非催化部分氧化法是现阶段乙炔生产的主要方法。
3.目前，天然气非催化部分氧化制乙炔过程中所采用的生产装置的主要结构和生产过程为：天然气管路和氧气管路，先分别与气体加热器连接，天然气与氧气先分别预热至600-650℃后，先将天然气接入乙炔反应炉，待天然气的温度达到设定值时，打开反应炉的辅氧调节阀，操作点火枪进行点火；点火成功后再引入氧气进行投氧，天然气和氧气组成的反应气体在乙炔炉反应室内发生部分氧化反应，经过几毫秒的反应后冷却以结束反应，烃部分氧化裂解为包含有乙炔、一氧化碳、二氧化碳、氢气以及炭黑等组分的裂化气混合物；从乙炔反应炉出来的裂化气混合物再经过冷却塔下段、电除尘器、冷却塔上段之后，进一步冷却和洗涤其中的炭黑后，经过压缩机进入提浓系统，得到产品乙炔和合成气。在乙炔炉、冷却塔、电除尘器底部排出的含有炭黑的水进入到收集管中，再经过一个一级筛板脱气罐闪蒸脱除其中少量的气体后，进入到敞开式炭黑水槽，进行炭黑与水的分离，得到的清洁水部分返回乙炔炉用作淬火水，一部分送至凉水塔冷却后再送至冷却塔、电除尘器和提浓装置用作喷淋冷却水，该系统统称为炭黑水系统。在炭黑水系统中，炭黑槽中的炭黑水会挥发出大量的有机气体(即挥发性有机物，如乙炔、丁二炔、苯及多苯环等)和粉尘，污染环境，而且现有炭黑槽的炭黑刮出结构比较复杂，在高湿环境下，链条易拉裂，检修频繁，不利于装置的稳定运行。
4.此外，文献us9290384b2公开了采用了密封炭黑槽与真空闪蒸罐相结合的结构解决进入凉水塔的炭黑水气体飘散问题，并采用换热器取代凉水塔。然而，该系统只适合高氧比(氧比≥0.62：1，氧比是指氧气与天然气的体积比率)的密闭生产工艺。


技术实现要素：

5.本发明目的之一在于提供一种适用于任何氧比生产工艺的脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
7.脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置，包括分别与乙炔炉相连的氧气预热炉、天然气预热炉、冷却塔，冷却塔连接除尘器，其特征在于：乙炔炉、冷却塔和除尘器分别
连接密闭式分离罐，密闭式分离罐的清洁水出液口连通气提塔，炭黑水在密闭式分离罐中分离炭黑后形成的清洁水被送至气提塔内脱气。为提高天然气制乙炔系统挥发性有机物的脱除效果，密闭式分离罐包括顶部封闭的罐体，在罐体内轴向设置有隔板将罐体内腔分隔成进液区和炭黑收集区，在罐体顶部设置有与隔板顶端呈压力接触的柔性刮板，柔性刮板运动方向与炭黑水流向相反，通过柔性刮板旋转将漂浮炭黑刮进炭黑收集区，炭黑水的炭黑被分离后形成清洁水从清洁水出液口进入气提塔内。
8.为进一步提高天然气制乙炔系统挥发性有机物的脱除效果，罐体内腔通过隔板分隔成进液区、折流区和/或鼓液区和/或澄清液区、炭黑收集区。
9.为进一步提高天然气制乙炔系统挥发性有机物的脱除效果，罐体内腔由依序布置的进液区、折流一区、鼓液一区、折流二区、鼓液二区、澄清液区和炭黑收集区构成。
10.进一步地，进液区内的炭黑水从隔板二顶端进入折流一区，折流一区内的炭黑水从隔板三底部进入鼓液一区，鼓液一区内的炭黑水从隔板四顶端进入折流二区，折流二区内的炭黑水从隔板五底部进入鼓液二区，鼓液二区内的炭黑水从隔板六顶端进入澄清液区，澄清液区的清洁水(即分离炭黑后的水，又称之为清洁水)从出液口流出。
11.为便于清理漂浮炭黑，在进液区与炭黑收集区之间的隔板一顶部设置有斜板一，在炭黑收集区与澄清液区之间的隔板七顶部设置有斜板二，且斜板一和斜板二同时沿柔性刮板运动方向的反方向倾斜。
12.作为优选，斜板一的坡度为15
°
～30
°
，斜板一的径向偏心角度为5
°
～10
°
；柔性刮板采用夹纤橡胶刮板，且柔性刮板与斜板一的夹角(同一径向截面的夹角)为10
°
～45
°
。
13.进一步地，柔性刮板通过刮板安装座连接在罐体内顶壁，刮板安装座连接电机输出端并通过电机驱动。
14.为实现天然气制乙炔系统挥发性有机物的再利用，气提塔的气提气出口连通气液分离罐，气液分离罐连接裂化气系统，气提塔的出液口连通双曲线凉水塔。
15.为降低制乙炔的生产成本，密闭式分离罐同时还连通乙炔炉，分离炭黑后所得的部分清洁水直接被引至乙炔炉作为淬火用。
16.为进一步降低制乙炔的生产成本，双曲线凉水塔连接乙炔炉和/或冷却塔和/或除尘器，来自双曲线凉水塔的冷水作为乙炔炉内的淬火水和/或冷却塔内的冷却水和/或除尘器内的洗涤水。
17.作为优选，气提塔采用真空气提塔。
18.作为优选，气提塔内的填料采用散堆填料或规整填料，如距鞍环填料、拉西环填料、阶梯环填料、格栅填料，气提塔的绝对压力位40-60kpa。
19.作为优选，气提塔连接乙炔尾气管，采用乙炔尾气作为气提气。
20.作为优选，气提塔内设置有喷淋部，采用喷淋部喷淋来自密闭式分离罐的清洁水。
21.本发明目的之二在于提供一种脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的方法，该方法采用前述脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置。
22.脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的方法，步骤包括：步骤1，将乙炔炉、冷却塔、电除尘器底部排出的炭黑水输送到前述装置的密闭式分离罐中，进行炭黑和水的分离，得到清洁水；步骤2，步骤1得到的清洁水一部分被送入到气提塔中，脱去其中的有机气体后，进入裂
化气系统回收其中的乙炔，另一部分被送到乙炔炉中作为淬火用；从气提塔塔底出来的脱气清洁水再被送入到双曲线凉水塔进行冷却后作为乙炔炉内的淬火水和/或冷却塔内的冷却水和/或除尘器内的洗涤水。
23.为进一步提高天然气制乙炔系统挥发性有机物的脱除效果，炭黑水在密闭式分离罐中的停留时间控制为9-11分钟。
24.为提高炭黑水的脱气率，进入气提塔的气提气与清洁水在标准状态下的体积比为0.8:1-2:1。
25.有益效果：本发明置不仅能够在密闭环境中自动实现炭黑分离，实现乙炔等挥发性有机物的脱除,适用于任何氧比生产工艺，避免有毒有害气体污染环境，避免炭黑扬尘产生，减少挥发性有机物的排放，而且能够回收炭黑水中乙炔，减少因碳黑水溶解和夹带造成的乙炔气体损失，提高制乙炔收益，且对乙炔的脱除率可达99.5％-99.9％，对炭黑水脱气率可达90.2％-99.0％，还具有结构简单、检维修方便的优点，同时能够循环利用水资源，节约生产成本；更重要地是，本发明装置运行非常稳定、顺畅，极少出现突然中断运行的情况。
附图说明
26.图1是实施例中脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置流程图；图2是实施例1中密闭式分离罐横截面示意图(图2为图3的b-b向视图)；图3是实施例1中密闭式分离罐侧向示意图(图3为图4的c-c向视图)；图4是实施例1中密闭式分离罐俯向示意图；图5是实施例7中脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置的密闭式分离罐横截面示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。实施例1
28.本实施例主要对脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置作说明。
29.参见图1至图4，脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置,包括分别与乙炔炉103相连的氧气预热炉101、天然气预热炉102、冷却塔104，冷却塔104连接除尘器106，乙炔炉103、冷却塔104和除尘器106分别连接密闭式分离罐107，密闭式分离罐107包括顶部封闭的罐体30，罐体30底部设置有支腿9，罐体30侧壁设置有出液口n1和出液管11，罐体30底部侧壁设置有液体低排口n4、n5、沉淀物出口n2和进液口n3；在罐体30内轴向设置有隔板将罐体30内腔分隔成进液区29和炭黑收集区28，在罐体30顶部设置有与隔板顶端呈压力接触的柔性刮板15，柔性刮板15运动方向与炭黑水流向相反，通过柔性刮板15旋转将漂浮炭黑刮进炭黑收集区28，炭黑水的炭黑被分离后形成清洁水从出液口n1排出。
30.本实施例中，罐体30内腔由依序布置的进液区29、折流一区21、鼓液一区22、折流二区23、鼓液二区25、澄清液区26和炭黑收集区28构成。使用过程中，进入进液区29内的炭
黑水从隔板二2顶端进入折流一区21，折流一区21内的炭黑水从隔板三3底部进入鼓液一区22，鼓液一区22内的炭黑水从隔板四4顶端进入折流二区23，折流二区23内的炭黑水从隔板五5底部进入鼓液二区25，鼓液二区25内的炭黑水从隔板六6顶端进入澄清液区26，澄清液区26的清洁水从出液口n1排出。
31.本实施例中，在进液区29与炭黑收集区28之间的隔板一1顶部设置有斜板一8，在炭黑收集区28与澄清液区26之间的隔板顶部设置有斜板二27，且斜板一8和斜板二27同时沿柔性刮板15运动方向的反方向倾斜。
32.作为优选，斜板一8的坡度为15
°-
30
°
，斜板一8的径向偏心角度为5
°-
10
°
；柔性刮板15采用夹纤橡胶刮板，且柔性刮板15与斜板一8的夹角为10
°-
45
°
。本实施例中，斜板一8的坡度为25
°
，斜板一8的径向偏心角度为8
°
；柔性刮板15采用夹纤橡胶刮板，且柔性刮板15与斜板一8的夹角为30
°
。
33.本实施例中，柔性刮板15通过刮板安装座14连接在罐体30内顶壁，刮板安装座14连接电机13输出端并通过电机13驱动，在电机13与刮板安装座14安装座之间还设置有减速机12。
34.在本实施例中，为方便排除沉积的固形物，在罐体30内各个分隔区底部设置有海底阀，便于将罐体内部累积的沉降物及时排出。
35.在本实施例中，在罐体30中部设置有立柱16，各个隔板的侧棱分别连接罐体30内壁和立柱16，斜板一8和斜板二27的一端连接立柱16，另一端连接分离罐30内壁。
36.参见图1，密闭式分离罐107的清洁水出液口n1连通气提塔109，气提塔109的气提气出口连通气液分离罐111，气液分离罐111连接裂化气系统，气提塔109的出液口n1连通双曲线凉水塔112；密闭式分离罐107同时还连通乙炔炉103，分离炭黑后所得的部分清洁水直接被引至乙炔炉103作为淬火用。双曲线凉水塔112连接乙炔炉103和冷却塔104和除尘器106，来自双曲线凉水塔112的冷水作为乙炔炉103内的淬火水和冷却塔104内的冷却水和除尘器106内的洗涤水。脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置还包括放空火炬106和泵，放空火炬106连接冷却塔104和除尘器106之间的管路，在密闭式分离罐107的清洁水出液口n1侧设置有泵108，经泵108泵出的清洁水分两路，一路去往气提塔109，另一路去往去往乙炔炉103，在双曲线凉水塔112的出水管路上分别设置有泵113和泵114，在连接气液分离罐111与裂化气总管的管路上设置有泵110。
37.在本实施例中，气提塔109采用真空气提塔，实质上为填料塔，真空气提塔内的填料采用散堆填料或规整填料，如距鞍环填料、拉西环填料、阶梯环填料、格栅填料，真空气提塔的绝对压力位40-60kpa。同时，真空气提塔连接乙炔尾气管113，采用乙炔尾气作为气提气。在真空气提塔内设置有喷淋部，采用喷淋部喷淋来自密闭式分离罐107的清洁水。实施例2
38.本实施例主要对脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的方法作说明。
39.参见图1至图4，脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的方法，采用实施例1中脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置，具体步骤包括：步骤1，将乙炔炉103、冷却塔104、电除尘器106底部排出的炭黑水输送到密闭式分离罐107中进行炭黑和水的分离，得到清洁水；本步骤中，需要调节电机转速使柔性刮板15的转速为2转/分钟；本步骤中，炭黑水的分离时间控制为10分钟，即炭黑水在密闭式分离罐107
中的流动时间控制为10分钟；具体地：按一定氧比将氧气与天然气分别送入到氧气预热炉101和天然气预热炉102中，分别预热至600-650℃后进入到乙炔炉103中进行部分氧化反应，氧化反应生成的裂化气经过冷却塔104和电除尘器106脱去其中的炭黑，炭黑随着水一起和来自乙炔炉103中的炭黑水通过进液口n3进入到密闭式分离罐107内的进液区29内，然后经过隔板二2溢流至折流一区21内，在此区域，柔性刮板15将炭黑刮进炭黑收集区28使水面漂浮炭黑与水进行初步分离，初步分离出的炭黑水沿逆时针方向从隔板三3底部进入图中隔板三3与隔板四4之间的扇形区域，并溢流至折流二23区内；随后，折流二区23内的炭黑水从隔板五5底部进入鼓液二区25，鼓液二区25内的炭黑水从隔板六6顶端进入澄清液区26，澄清液区26的清洁水从出液口流出；运行过程中，炭黑水沿着逆时针流动，柔性刮板15通过电机13驱动顺时针转动，由于柔性刮板15与隔板顶端呈压力接触，这就使得柔性刮板15能够在转动的同时先后与斜板一8、斜板二27紧密接触，从而将浮于液面的炭黑刮进炭黑收集区28内；步骤2，步骤1得到的清洁水一部分被送入到操作压力为40kpa(绝对压力)的真空气提塔109上部，通过喷淋部的喷嘴均匀喷淋到塔内部的不锈钢距鞍环填料上，与从真空气提塔9下部进入的乙炔尾气逆流接触(进入气提塔109内的乙炔尾气与清洁水在标准状态下的体积比为0.8)，脱除清洁中的乙炔和其他有机气体，得到脱气后的清洁水从塔底排出后被泵114送至双曲线凉水塔112中进一步空冷冷却至35℃，得到冷水，该冷水可作为乙炔炉102的淬火水、冷却塔104和电除尘器106的喷淋水和冷却水，塔顶的脱气尾气进入气液分离罐111，分离脱气尾气中的液态水后，被真空泵110送至裂化气总管中，回收其中的乙炔；另一部分则被送到乙炔炉103中作为淬火用。
40.实施例2-实施例6及对比例1
41.脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的方法，采用实施例1中脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置，步骤参照实施例2，其与实施例2的区别在于炭黑水分离时间/乙炔尾气与清洁水的体积比、真空气提塔压力不同，具体见表1。表1实施例2-实施例6及对比例1的工艺参数
42.检测分离炭黑后的清洁水浊度、炭黑水脱气率和乙炔脱除率
43.分离炭黑后的清洁水浊度采用浊度仪来测定。炭黑水脱气率(即炭黑水中挥发性有机物脱除率)和乙炔脱除率的检测方法为顶空气相色谱法，具体步骤为；取水样2g-4g于顶空进样瓶中，并加入水样质量的25％-75％的内标液，密封后放入顶空进样设备turbomatrix中在60℃-90℃恒温30min-60min，自动进入气相色谱perkinelmer中进行分
析，根据峰值来计算水样中各组分的含量；并按照公式脱气率＝(未脱气炭黑水中气体的总量-脱气后清洁水中气体的总量)/未脱气炭黑水中气体的总量
×
100％，乙炔脱除率＝(未脱气炭黑水中乙炔的总量-脱气后清洁水中乙炔的总量)/未脱气炭黑水中乙炔的总量
×
100％，计算炭黑水脱气率和乙炔脱除率，结果见表2所示。表2检测结果
实施例分离炭黑后的清洁水浊度ntu炭黑水脱气率/％乙炔脱除率/％实施例11894.999.8实施例22095.799.6实施例31597.699.8实施例42197.599.7实施例52090.299.5实施例6159999.9对比例11762.150％
44.由表2可知，采用实施例1-6的方法处理炭黑水，炭黑水脱气率(即炭黑水中挥发性有机物脱除率)可达90.2-99％，乙炔脱除率可达99.5-99.9％，可见，该方法对炭黑水中乙炔脱除率和脱气率高。因此，本发明方法能够实现炭黑水的密闭分离，能够较好地脱除炭黑水中的挥发性有机物，减少挥发性有机物的排放，同时还能减少乙炔损失。实施例7
45.本实施例主要对脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置另一具体结构作说明。
46.参见图1、图3、图4和图5，脱除天然气制乙炔系统挥发性有机物的装置,包括分别与乙炔炉103相连的氧气预热炉101、天然气预热炉102、冷却塔104，冷却塔104连接除尘器106，乙炔炉103、冷却塔104和除尘器106分别连接密闭式分离罐107，密闭式分离罐107包括顶部封闭的罐体30，罐体30底部设置有支腿9，罐体30侧壁设置有出液口n1和出液管11，罐体30底部侧壁设置有液体低排口n4、n5、沉淀物出口n2和进液口n3；在罐体30内轴向设置有隔板将罐体30内腔分隔成进液区29和炭黑收集区28，在罐体30顶部设置有与隔板顶端呈压力接触的柔性刮板15，柔性刮板15运动方向与炭黑水流向相反，通过柔性刮板15旋转将漂浮炭黑刮进炭黑收集区28，炭黑水的炭黑被分离后形成清洁水从出液口n1排出。
47.本实施例中，如图5所示，罐体30内腔由依序布置的进液区29、折流区21、鼓液区23、澄清液区26和炭黑收集区28构成，其中，进液区29内的炭黑水从隔板二2顶端进入折流区21，折流区21内的炭黑水从隔板四4底部进入鼓液区23，鼓液区23内的炭黑水从隔板六6顶端进入进入澄清液区26，澄清液区26的清洁水从出液口n1排出。
48.本实施例中，在进液区29与炭黑收集区28之间的隔板一1顶部设置有斜板一8，在炭黑收集区28与澄清液区26之间的隔板顶部设置有斜板二27，且斜板一8和斜板二27同时沿柔性刮板15运动方向的反方向倾斜。
49.作为优选，斜板一8的坡度为15
°-
30
°
，斜板一8的径向偏心角度为5
°-
10
°
；柔性刮板15采用夹纤橡胶刮板，且柔性刮板15与斜板一8的夹角为10
°-
45
°
。本实施例中，斜板一8的坡度为15
°
，斜板一8的径向偏心角度为5
°
；柔性刮板15采用橡胶刮板，且柔性刮板15与斜板一8的夹角为10
°
。
50.本实施例中，柔性刮板15通过刮板安装座14连接在罐体30内顶壁，刮板安装座14连接电机13输出端并通过电机13驱动，在电机13与刮板安装座14安装座之间还设置有减速机12。
51.在本实施例中，为方便排除沉积的固形物，在罐体30内各个分隔区底部设置有海底阀，便于将罐体内部累积的沉降物及时排出。
52.在本实施例中，在罐体30中部设置有立柱16，各个隔板的侧棱分别连接罐体30内壁和立柱16，斜板一8和斜板二27的一端连接立柱16，另一端连接分离罐30内壁。
53.参见图1，密闭式分离罐107的清洁水出液口n1连通气提塔109，气提塔109的气提气出口连通气液分离罐111，气液分离罐111连接裂化气系统，气提塔109的出液口n1连通双曲线凉水塔112；密闭式分离罐107同时还连通乙炔炉103，分离炭黑后所得的部分清洁水直接被引至乙炔炉103作为淬火用。双曲线凉水塔112连接乙炔炉103和冷却塔104和除尘器106，来自双曲线凉水塔112的冷水作为乙炔炉103内的淬火水和冷却塔104内的冷却水和除尘器106内的洗涤水。
54.在本实施例中，气提塔109实质上为填料塔，气提塔内的填料采用不锈钢距鞍环填料，气提塔的绝对压力位40-60kpa。同时，气提塔连接乙炔尾气管113，采用乙炔尾气作为气提气。在气提塔内设置有喷淋部，采用喷淋部喷淋来自密闭式分离罐107的清洁水。
55.本实施例中装置使用方法及原理与实施例1类似。