一种低温甲醇洗含烃CO2尾气处理系统的制作方法

一种低温甲醇洗含烃co2尾气处理系统
技术领域
1.本实用新型属于尾气处理技术领域，具体涉及一种低温甲醇洗含烃co2尾气处理系统。


背景技术：

2.煤化工中最常用的脱除酸气组分的技术是低温甲醇洗法，其净化原理是利用物理吸收的方法脱除粗煤气里所含的有害杂质(h2s、cos和co2等)。煤气化装置配套的低温甲醇洗之后尾气中主要以co2与n2为主，同时含有少量烃类c
mhn (主要是碳二，也有少量的碳三和碳四)，并且气量极大，热值低，无法直接燃烧；少量的烃类无法达标排放，处理难度大。
3.目前低温甲醇洗尾气基本上是直接排放，给环境带来极大的破坏。但随着环保意识的提高和国家环保要求的严格化，为了可持续发展的需要，低温甲醇洗尾气势必要严格控制达标排放甚至做到资源回收利用。
4.低温甲醇洗尾气中的vocs、甲醇、co等物质均超出国家最新规范要求。而目前针对低温甲醇洗尾气的常用治理工艺主要有变压吸附法、吸附精馏法、膜分离法、蓄热式热氧化工艺(简称rto)、直燃式热氧化工艺(简称to)等。
5.中国发明专利(cn105435580b)公布了一种从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，通过将低温甲醇洗尾气进行压缩，后经过两级变压吸附、膜分离、浅冷甲醇吸收三种技术的组合，实现了尾气的达标排放，同时回收了二氧化碳和非甲烷烃类。因甲醇洗尾气压力较低，烃类组分的分压较小，烃类与co2的分离系数较小，变压吸附法通常需要采用二段或者三段吸附变压。变压吸附分离法主要问题在于吸附剂对co2和烃类组分分离的吸附选择性不高。此外需要较多的动设备，如压缩机、真空泵等，装置能耗非常高。因此，采用该方法分离效率低，有效气体损失大，气体回收率不高，运行成本高。
6.中国发明专利(cn 107626184a)公布了一种低温甲醇洗尾气的处理方法，该处理方法是将低温甲醇洗尾气作为低温冷源利用，与凝结水或低位热源进行换热，既达到了提高低温甲醇洗尾气的排放温度，又达到了回收企业内部低位热源及凝结水、节约脱盐水的用量、从而实现节能与环保的目的。该处理工艺只是对能量进行回收，但处理后的尾气内的甲烷、co、非甲烷总烃等依然超标，无法直接排放，还必须经过进一步处理。
7.中国发明专利(cn 111339205a)公布了一种膜法低温甲醇洗尾气处理方法及装置，该处理方法是将低温甲醇洗尾气先经压缩后送至膜分离分离出烃类和 co2尾气，co2尾气再通过rto/co燃烧后排放，该工艺尾气压缩后经膜分离装置压力损失较大，rto/co燃烧引入了空气，氮气含量增加，co2纯度降低，处理后的尾气只能直接排放，无法高值利用。
8.吸附精馏法先通过多级吸附脱除甲醇、硫化氢等杂质，再经过精馏脱除甲烷、氮气等，所得co2产品净化度高，但工艺复杂，设备投资成本高。
9.针对现有工艺的上述不足，亟需提供一种能解决上述问题的技术方案。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的是提供一种低温甲醇洗含烃co2尾气处理系统，用以解决现有技术中存在的上述问题。
11.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
12.一种低温甲醇洗含烃co2尾气处理系统，包括沿原料气输送方向依次连通的第一废热锅炉、冷却分离系统、tsa脱水塔以及沿原料气输送方向依次连通的原料气压缩机、脱硫系统和多级催化燃烧系统，脱硫系统包括粗脱硫塔和精脱硫机构，粗脱硫塔和精脱硫机构并联或串联，精脱硫机构包括沿原料气输送方向依次连通的开工加热器、原料气换热器和精脱硫塔；所述开工加热器通过原料气换热器的被加热通道连通精脱硫塔，多级催化燃烧系统通过原料气换热器的加热通道连通第一废热锅炉。
13.作为本实用新型中一种优选的技术方案，所述多级催化燃烧系统包括至少两个催化反应组，任意相邻的两个催化反应组之间并联或串联，且每个催化反应组均包括至少一个催化反应器，且任意一个催化反应器上均设置有氧气供给管路。
14.作为本实用新型中一种优选的技术方案，当有两个催化反应器串联时，任意相邻的两个催化反应器之间均通过第二废热锅炉相连。
15.作为本实用新型中一种优选的技术方案，所述第二废热锅炉上设置有蒸汽输出管路。
16.作为本实用新型中一种优选的技术方案，两个催化反应组各设置有一个催化反应器，两个催化反应器串联，且两个催化反应器通过第二废热锅炉相连。
17.作为本实用新型中一种优选的技术方案，所述冷却分离系统包括催化冷却器和催化分离器，第一废热锅炉连通催化冷却器，催化冷却器连通催化分离器，催化分离器连通tsa脱水塔。
18.作为本实用新型中一种优选的技术方案，所述第一废热锅炉上设置有蒸汽输出管路。
19.作为本实用新型中一种优选的技术方案，所述粗脱硫塔和精脱硫机构串联，粗脱硫塔、开工加热器、原料气换热器和精脱硫塔依次连通。
20.作为本实用新型中一种优选的技术方案，所述粗脱硫塔内设置有活性炭或氧化铁。
21.作为本实用新型中一种优选的技术方案，所述精脱硫塔内设置有zno。
22.有益效果：本实用新型相对于传统的采用吸附剂对尾气进行处理的工艺相比，该系统正常运行无需任何辅助燃料、能量利用率高、工艺运行安全、无二次污染、尾气处理彻底，同时副产蒸汽，具有显著的经济效益，具体优点描述如下：
23.(1)脱硫采用分段脱除，可以先采用活性炭或氧化铁进行粗脱h2s，然后经中温zno脱硫进行精脱，脱硫精度更高有效保证催化燃烧催化剂的使用寿命。
24.(2)脱硫流程设计活性炭或氧化铁脱硫塔及zno脱硫塔，粗脱硫和精脱硫均可采用可串可并流程，能更好的控制出口h2s含量，同时可以满足不停车在线更换脱硫剂。
25.(3)催化燃烧采用多级催化燃烧系统，可以有效保证原料气中的可燃组分充分燃烧，反应后co2气体浓度更高。
26.(4)tsa脱水装置脱水精度高，出口气体水露点最低可达-70℃以下。
27.(5)系统正常运行消耗较少，多级催化燃烧系统可以产生大量中高压蒸汽，可供其他装置使用(比如供暖、再生气加热、压缩机透平驱动等)。不仅满足环保要求，还可以创造一定的经济效益。
28.(6)采用该系统处理低温甲醇洗含烃co2尾气，处理效果明显，反应后的气体烃类含量符合排放标准(＜120mg/nm3),处理后的尾气中co2纯度较高(最高达99％以上)，可以进一步充分利用，实现碳减排的目标。
附图说明
29.图1为本实用新型的系统结构图。
具体实施方式
30.实施例：
31.如图1所示，本实施例提供了一种低温甲醇洗含烃co2尾气处理系统，包括沿原料气输送方向依次连通的第一废热锅炉8、冷却分离系统、tsa脱水塔11 以及沿原料气输送方向依次连通的原料气压缩机1、脱硫系统和多级催化燃烧系统，脱硫系统包括粗脱硫塔2和精脱硫机构，粗脱硫塔2和精脱硫机构并联或串联，精脱硫机构包括沿原料气输送方向依次连通的开工加热器3、原料气换热器4和精脱硫塔5；所述开工加热器3通过原料气换热器4的被加热通道连通精脱硫塔5，多级催化燃烧系统通过原料气换热器4的加热通道连通第一废热锅炉8，催化燃烧可以选择rto(蓄热式催化燃烧)或co(催化燃烧)，催化燃烧的催化剂采用蜂窝状或颗粒状及纤维状等。需要说明的是，tsa脱水塔11内的tsa脱水吸附剂可采用活性氧化铝、硅胶或分子筛等
32.本实用新型在工作时，原料低甲醇甲醇洗尾气首先经过原料气压缩机1增压至0.1-10mpag；根据原料气的含硫情况，脱硫系统可以设置为常温氧化铁或活性炭脱硫(h2s)，也可以设置为中温zno脱硫，或者两种脱硫方式组合的形式，把原料气中的总硫含量控制在0.1ppm以下，以防后期多级催化燃烧系统处理时催化剂中毒；脱硫后的尾气送至多级催化燃烧系统，为了提高燃烧后气体中co2的纯度，燃烧补o2采用补纯氧的方式，因原料气中甲烷、c
mhn
和co等可燃气体组分约占2-10％，为了避免可燃物燃烧大量放热烧坏催化剂以及防止氧含量过高引起爆炸，多级催化燃烧系统设计为催化燃烧，每级严格控制o2的输入量，o2含量不超过2％，多级催化燃烧系统催化燃烧后的气体先于zno精脱硫原料气进行换热，再经废热锅炉回收剩余的热量；催化燃烧后的气体先后经过冷却分离，分离出其中的水分，然后送至tsa脱水装置，经专用吸附剂吸附脱除气体中的水分，然后送至下游用户。
33.本实用新型相对于传统的采用吸附剂对尾气进行处理的工艺相比，该系统正常运行无需任何辅助燃料、能量利用率高、工艺运行安全、无二次污染、尾气处理彻底，同时副产蒸汽，具有显著的经济效益，具体优点体现如下：
34.(1)脱硫采用分段脱除，可以先采用活性炭或氧化铁进行粗脱h2s，然后经中温zno脱硫进行精脱，脱硫精度更高有效保证催化燃烧催化剂的使用寿命。
35.(2)脱硫流程设计活性炭或氧化铁脱硫塔及zno脱硫塔采用可串可并流程，能更好的控制出口h2s含量，同时可以满足不停车在线更换脱硫剂。
36.(3)催化燃烧采用多级催化燃烧系统，可以有效保证原料气中的可燃组分充分燃
烧，反应后co2气体浓度更高。
37.(4)tsa脱水装置脱水精度高，出口气体水露点最低可达-70℃以下。
38.(5)系统正常运行消耗较少，多级催化燃烧系统可以产生大量中高压蒸汽，可供其他装置使用(比如供暖、再生气加热、压缩机透平驱动等)。不仅满足环保要求，还可以创造一定的经济效益。
39.(6)采用该系统处理低温甲醇洗含烃co2尾气，处理效果明显，反应后的气体烃类含量符合排放标准(＜120mg/nm3),处理后的尾气中co2纯度较高(最高达99％以上)，可以进一步充分利用，实现碳减排的目标。
40.作为本实施例中一种优选的实施方式，进一步说明的是，所述粗脱硫塔2 内设置有活性炭或氧化铁，所述精脱硫塔5内设置有zno。在实际中，可以根据原料气的含硫情况，粗脱硫塔2内可以设置常温氧化铁或活性炭进行脱硫，精脱硫塔5内可以设置中温zno脱硫进行脱硫，粗脱硫塔2以及精脱硫塔5可以设置一台或两台，根据实际情况选择串联或并联的组合方式，能更好的控制出口h2s含量，同时可以满足不停车在线更换脱硫剂，灵活而实用。
41.作为本实施例中一种优选的实施方式，进一步说明的是，所述多级催化燃烧系统包括至少两个催化反应组，任意相邻的两个催化反应组之间并联或串联，且每个催化反应组均包括至少一个催化反应器6，且任意一个催化反应器6 上均设置有氧气供给管路，每个催化反应器6严格控制o2的输入量，o2含量不超过2％，防止反应器超温、催化剂烧结失活问题，大大提高了催化剂的使用寿命以及装置的安全稳定运行等。
42.作为本实施例中一种优选的实施方式，进一步说明的是，当有两个催化反应器6串联时，任意相邻的两个催化反应器6之间均通过第二废热锅炉7相连，比如，根据尾气的流通方向将催化反应器6分为第一反应器和第二反应器，当第一反应器设置有多个，且所有的第一反应器都是串联时，任意相邻的两个第一反应器之间、以及第二反应器与相邻的第一反应器之间均设置有第二废热锅炉7，当所有的第一反应器都是并联时，任意一个第一反应器的出口均连通有一个第二废热锅炉7；又或者，所有的第一反应器都是并联的，且没有第一反应器所在的旁路上均设置有一个第二反应器，则任意一个旁路上的第一反应器和第二反应器之间均设置有一个第二废热锅炉7，具体的情况有很多种，于此不做一一举例，每级催化燃烧设备燃烧放出的热量通过废热锅炉进行回收，副产蒸汽，可以最大化的节省资源。
43.作为本实施例中一种优选的实施方式，进一步说明的是，所述第二废热锅炉7上设置有蒸汽输出管路，可以利用该管路控制热蒸汽的输出位置，进而对产生的蒸汽进行有效利用。
44.作为本实施例中一种优选的实施方式，进一步说明的是，两个催化反应组各设置有一个催化反应器6，两个催化反应器6串联，且两个催化反应器6通过第二废热锅炉7相连，利用第二废热锅炉7可以对第一个催化反应器6燃烧放出的热量进行回收，而后面一个催化反应器6催化燃烧后的气体先于zno精脱硫原料气进行换热，再经第一废热锅炉8回收剩余的热量。
45.作为本实施例中一种优选的实施方式，进一步说明的是，所述冷却分离系统包括催化冷却器9和催化分离器10，第一废热锅炉8连通催化冷却器9，催化冷却器9连通催化分离器10，催化分离器10连通tsa脱水塔11。催化燃烧后的气体先后经过冷却和分离，分离出
其中的水分，然后送至tsa脱水塔11，经专用吸附剂吸附脱除气体中的水分，然后送至下游用户，其中，吸附饱和后的吸附剂可以通过再生气加热进行再生，加热气源可以采用第一废热锅炉8和第二废热锅炉7产生的中高压蒸汽。
46.作为本实用新型中一种优选的技术方案，所述第一废热锅炉8上设置有蒸汽输出管路，可以利用该管路控制热蒸汽的输出位置，进而对产生的蒸汽进行有效利用。
47.作为本实施例中一种优选的实施方式，进一步说明的是，所述粗脱硫塔2 和精脱硫机构串联，粗脱硫塔2、开工加热器3、原料气换热器4和精脱硫塔5 依次连通，如图1所示，先利用粗脱硫塔2对原料气进行初步脱硫，然后将初步脱硫后的尾气通过开工加热器3加热，然后输入精脱硫塔5进行精脱硫，精脱硫后的尾气进入多级催化燃烧系统进行催化燃烧，催化燃烧后的尾气送入原料气换热器4进行换热，此时可关闭开工加热器3，利用催化燃烧后的尾气与初步脱硫后的尾气进行换热，回收热量，然后经过原料气换热器4的尾气送入第一废热锅炉8进行余热回收，而回收后的余热则可以用于其他工艺使用，进一步回收热量，并且为后续的冷却节省了资源。
48.采用本实用新型的系统进行低温甲醇洗含烃co2尾气进行处理的实验例：
49.1)实验例1
50.依次将500nm3/h、800nm3/h、1000nm3/h的低温甲醇洗含烃co2尾气送入处理装置，其中co2含量91％、甲烷含量5.9％、c
mhn
含量1.3％、其余组分为n2等，经压缩机增压至0.2mpag，然后依次经脱硫、多级催化燃烧、tsa脱水后得到产品co2气体，同时副产蒸汽，处理后的达到排放要求可以直接进行排放，也可以用来做其他化工装置反应原料或食品级co2等。各流量下的低温甲醇洗含烃co2尾气处理后的co2产品情况及联产氢气情况详见表1。
51.表1不同进料流量对co2分离结果的影响
[0052][0053]
2)实验例2
[0054]
将3股1000nm3/h的低温甲醇洗含烃co2尾气依次送入处理装置，其中co2含量91％、甲烷含量5.9％、cmhn含量1.3％、其余组分为n2等，经压缩机分别增压至0.2mpag、0.5mpag、1.0mpag，尾气依次经脱硫、多级催化燃烧、tsa脱水后得到产品co2气体，同时副产蒸汽，处理后的达到排放要求可以直接进行排放，也可以用来做其他化工装置反应原料或食品级co2等。各流量下的低温甲醇洗含烃co2尾气处理后的co2产品情况及联产氢气情况详见表2。
[0055]
表2不同进料压力对co2分离结果的影响
[0056][0057]
3)实验例3
[0058]
将3股1000nm3/h的低温甲醇洗含烃co2尾气依次送入处理装置，其中第一股co2含量91％、甲烷含量5.9％、cmhn含量1.3％、其余组分为n2等，第二股co2含量90％、甲烷含量7％、c
mhn
含量1.5％、其余组分为n2等，第三股co2含量 88％、甲烷含量6.5％、c
mhn
含量2.5％、其余组分为n2等，经压缩机分别增压至 0.2mpag，尾气依次经脱硫、多级催化燃烧、tsa脱水后得到产品co2气体，同时副产蒸汽，处理后的达到排放要求可以直接进行排放，也可以用来做其他化工装置反应原料或食品级co2等。各流量下的低温甲醇洗含烃co2尾气处理后的co2产品情况及联产氢气情况详见表3。
[0059]
表3不同进料组成对co2分离结果的影响
[0060][0061]
由以上实验例可以看出，低温甲醇洗含烃co2尾气的处理主要受处理量及烃类含量影响，受压力的影响不大，装置压力主要取决于后工段所需co2产品气的压力。
[0062]
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。