一种利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统的制作方法

1.本实用新型属于锅炉烟道气的回收利用技术领域，具体涉及一种利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统。


背景技术：

2.在炼焦生产中，会产生焦炉废气(即为烟道气)，其内含有各种气体，如二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳等，一般情况下对该废气进行处理，达到排放标准后直接通过烟囱排放。但是，该废气中含有氮气和二氧化碳，这两种气体是用来合成氨和生产液化天然气的常用材料，直接排放会造成浪费，还会对大气造成一定的污染。
3.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，以解决目前废气排放会造成浪费和对大气造成污染的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，所述系统包括：
7.净化装置，所述净化装置用于净化焦炉产生的烟道气；
8.预处理系统，所述预处理系统与所述净化装置相连，用于对净化后的烟道气进行脱水和降温；
9.碳氮分离系统，所述碳氮分离系统与所述预处理系统相连，用于变压吸附预处理后的烟道气并分离出含氮放空气和粗二氧化碳气体；
10.氮气提纯系统，所述氮气提纯系统与所述碳氮分离系统相连，用于对所述碳氮分离系统分离出的含氮放空气进行提纯；
11.天然气合成系统，所述天然气合成系统与所述碳氮分离系统相连，并与富氢气气源相连，用于采用所述碳氮分离系统分离出的粗二氧化碳气体和富氢气制得天然气。
12.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述天然气合成系统包括：
13.混合气柜，所述混合气柜的进气口与所述碳氮分离系统相连，并与富氢气气源相连，用于将所述碳氮分离系统分离出的二氧化碳气体和富氢气混合以得到混合气；
14.混合气压缩机，所述混合气压缩机的进口与所述混合气柜的出口相连；
15.甲烷合成反应器，所述甲烷合成反应器的进气口与所述混合气压缩机的出口相连，用于使混合气中的氢气与二氧化碳反应以生产甲烷；
16.液化分离装置，所述液化分离装置的进口与所述甲烷合成反应器的出气口相连，用于使甲烷化的混合气分离出液化天然气和富氢气；
17.液化天然气储罐，与所述液化分离装置的液化天然气出口相连。
18.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述液化
分离装置的富氢气出口与所述混合气柜的进气口相连。
19.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述混合气压缩机与所述甲烷合成反应器之间还设置有脱硫净化塔，所述脱硫净化塔的进气口与所述混合气压缩机的出气口相连，所述脱硫净化塔的出气口与所述甲烷合成反应器的进气口相连，用于对混合气进行脱硫净化处理。
20.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述甲烷合成反应器与所述液化分离装置之间还设置有干燥纯化装置，所述干燥纯化装置的进气口与所述甲烷合成反应器的出气口相连，所述干燥纯化装置的出气口与所述液化分离装置的进气口相连，用于对甲烷化的混合气进行干燥纯化处理。
21.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述干燥纯化装置为填充有分子筛的干燥塔。
22.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述预处理系统包括第一冷却器、第一气液分离器和烟气引风机，所述第一冷却器的入口连通所述净化装置的出口，所述第一冷却器的出口连通所述第一气液分离器的入口，所述第一气液分离器的出口连通所述烟气引风机的入口，所述烟气引风机的出口连通所述碳氮分离系统。
23.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述碳氮分离系统包括：所述碳氮分离系统包括烟气压缩机、第二气液分离器、第一干燥器、第一吸附塔组、真空泵和第一缓冲罐，所述第一吸附塔组包括多台并联设置的第一吸附塔，每一个所述第一吸附塔内均填充有第一吸附剂；其中，所述烟气压缩机的入口连通所述预处理系统，所述烟气压缩机的出口与所述第二气液分离器的入口连通，所述第二气液分离器的出口与所述第一干燥器的入口连通，所述第一干燥器的出口与所述第一吸附塔组的进气口连通，所述第一吸附塔组的顶部出气为含氮放空气，底部出气为二氧化碳气体，所述第一吸附塔组的塔顶出气口与所述氮气提纯系统连通，所述第一吸附塔组的塔底出气口与所述真空泵的入口连通，所述真空泵的出口与所述第一缓冲罐的入口连通，所述第一缓冲罐的出口与所述天然气合成系统连通。
24.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述氮气提纯系统包括第二缓冲罐、氮气压缩机、第二干燥器、过滤器和第二吸附塔组，所述第二吸附塔组包括并联设置的多台第二吸附塔，所述第二吸附塔内填充有第二吸附剂；
25.其中，所述第二缓冲罐的入口与所述碳氮分离系统相连，所述第二缓冲罐的出口连通于所述氮气压缩机的入口，所述氮气压缩机的出口连通于所述第二干燥器的入口，所述第二干燥器的出口连通于所述过滤器的入口，所述过滤器的出口与所述第二吸附塔组的进气口连通，所述第二吸附塔组的顶部出气口得到提纯氮气。
26.如上所述的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统，可选地，所述系统还包括合成氨系统，所述合成氨系统与所述氮气提纯系统相连，用于将所述氮气提纯系统制得的氮气作为合成氨的原料。
27.有益效果：
28.(1)本实用新型的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统能够最大程度的回收二氧化碳和氮气，无三废产生。并且，将烟道气分离出来的二氧化碳可以作为制备液
化天然气的原料，转变为甲烷，提高了烟道气的回收利用率，减少了二氧化碳气体的排放，同时也降低了液化天然气的生产成本，节能环保。
29.(2)本实用新型的碳氮分离系统中解吸气采用真空泵解吸，不但降低了能耗，而且还提高了二氧化碳的回收率。
30.(3)本实用新型的碳氮分离系统分离出来的氮气，通过提纯后可以作为合成氨的原料，进一步提高了烟道气的回收利用率，减少了氮气的排放，同时也相对降低了合成氨的生产成本，节能环保。
附图说明
31.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
32.图1为本实用新型实施例的利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统的流程示意图；
33.图2为本实用新型实施例的预处理系统的流程示意图；
34.图3为本实用新型实施例的碳氮分离系统的流程示意图；
35.图4为本实用新型实施例的天然气合成系统的流程示意图；
36.图5为本实用新型实施例的氮气提纯系统的流程示意图。
37.附图标号：
38.1-净化装置；2-预处理系统；3-碳氮分离系统；4-天然气合成系统；5-氮气提纯系统；6-合成氨系统；
39.21-第一冷却器；22-第一气液分离器；23-烟气引风机；
40.31-烟气压缩机；32-第二气液分离器；33-第一干燥器；34-第一吸附塔组； 35-真空泵；36-第一缓冲罐；
41.41-混合气柜；42-混合气压缩机；43-脱硫净化塔；44-甲烷合成反应器； 45-干燥纯化装置；46-液化分离装置；47-液化天然气储罐；
42.51-第二缓冲罐；52-氮气压缩机；53-第二干燥器；54-过滤器；55-第二吸附塔组。
具体实施方式
43.下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.下面将结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.针对现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统。如图1所示，本实用新型的烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统包括净化装置1、预处理系统2、碳氮分离系统3、氮气提纯系统5和天然气合成系统4。
46.其中，净化装置1用于净化焦炉产生的烟道气；预处理系统2与净化装置1相连，用于对净化后的烟道气进行脱水和降温；碳氮分离系统3与预处理系统2相连，用于变压吸附
预处理后的烟道气并分离出含氮放空气和粗二氧化碳气体；氮气提纯系统5与碳氮分离系统3相连，用于对碳氮分离系统 3分离出的含氮放空气进行提纯；天然气合成系统4与碳氮分离系统3相连，并与富氢气气源相连，用于采用碳氮分离系统3分离出的粗二氧化碳气体和富氢气制得天然气。
47.需要说明的是，净化装置1一般为过滤装置，用于对烟道气进行净化，以除去烟道气中的颗粒物。
48.可以理解的，本实用新型的废气回收系统，首先采用净化装置1对烟道气进行净化，以去除其中的颗粒物，然后采用预处理系统2对净化后的烟道气进行脱水和降温处理，之后将预处理后的烟道气通过碳氮分离系统3变压吸附后分离出含氮放空气和粗二氧化碳气体，并将分离出的粗二氧化碳气体用于制备液化天然气，如此可以提高烟道气的回收利用率，降低了液化天然气的生产成本。
49.如图2所示，本实用新型的可选实施例中，预处理系统2包括第一冷却器21、第一气液分离器22和烟气引风机23，第一冷却器21的入口连通净化装置1的出口，第一冷却器21的出口连通第一气液分离器22的入口，第一气液分离器22的出口连通烟气引风机23的入口，烟气引风机23的出口连通碳氮分离系统3。
50.如图3所示，本实用新型的可选实施例中，碳氮分离系统3包括烟气压缩机31、第二气液分离器32、第一干燥器33、第一吸附塔组34、真空泵35 和第一缓冲罐36，所述第一吸附塔组34包括多台并联设置的第一吸附塔，每一个第一吸附塔内均填充有第一吸附剂；其中，烟气压缩机31的入口连通预处理系统2的烟气引风机23的出口，烟气压缩机31的出口与第二气液分离器32的入口连通，第二气液分离器32的出口与第一干燥器33的入口连通，第一干燥器33的出口与第一吸附塔组34的进气口连通，第一吸附塔组34 的顶部出气为含氮放空气，底部出气为二氧化碳气体，第一吸附塔组34的塔顶出气口与氮气提纯系统5连通，第一吸附塔组34的塔底出气口与真空泵 35的入口连通，真空泵35的出口与第一缓冲罐36的入口连通，第一缓冲罐 36的出口与天然气合成系统4连通。需要说明的是，第一吸附剂为现有吸附剂。
51.本实用新型的含氮放空气中氮气体积含量为88％-90％(比如88％、89％或90％)，粗二氧化碳气体中二氧化碳的体积纯度为45％-50％(比如45％、 46％、47％、48％、49％或50％)。
52.进一步地，连接第一吸附塔入口的管道上设置有电磁阀，连接烟气压缩机31出口的管道上设置有气动阀，电磁阀和气动阀均与plc电性连接。plc 通过电磁阀控制气动阀来保证不同第一吸附塔的不同工作状态，塔顶出气为富氮气体进入氮气提纯系统5作为原料气，塔底出气为50％左右的粗二氧化碳气体，作为天然气合成系统4的原料气。
53.如图4所示，本实用新型的可选实施例中，天然气合成系统4包括混合气柜41、混合气压缩机42、甲烷合成反应器44、液化分离装置46和液化天然气储罐47。其中，混合气柜41的进气口与碳氮分离系统3中第一缓冲罐 36的出口相连，并与富氢气气源相连，用于将碳氮分离系统3分离出的二氧化碳气体和富氢气混合以得到混合气；混合气压缩机42的进口与混合气柜 41的出口相连；甲烷合成反应器44的进气口与混合气压缩机42的出口相连，用于使混合气中的氢气与二氧化碳反应以生产甲烷；液化分离装置46的进口与甲烷合成反应器44的出气口相连，用于使甲烷化的混合气分离出液化天然气和富氢气；液化天然气储罐
47与液化分离装置46的液化天然气出口相连。
54.本实施例将烟道气分离出来的二氧化碳可以作为制备液化天然气的原料，转变为甲烷，提高了烟道气的回收利用率，减少了二氧化碳气体的排放，同时也降低了液化天然气的生产成本，节能环保。
55.本实用新型的优选实施例中，液化分离装置46的富氢气出口与混合气柜 41的进气口相连。如此可以将液化分离装置46中的富氢气返回至混合气柜 41中再次利用，提高了氢气的利用率。
56.进一步地，混合气压缩机42与甲烷合成反应器44之间还设置有脱硫净化塔43，脱硫净化塔43的进气口与混合气压缩机42的出气口相连，脱硫净化塔43的出气口与甲烷合成反应器44的进气口相连，用于对混合气进行脱硫净化处理。
57.进一步地，甲烷合成反应器44与液化分离装置46之间还设置有干燥纯化装置45，干燥纯化装置45的进气口与甲烷合成反应器44的出气口相连，干燥纯化装置45的出气口与液化分离装置46的进气口相连，用于对甲烷化的混合气进行干燥纯化处理。
58.可选地，干燥纯化装置45为填充有分子筛的干燥塔。其中分子筛可选为 4a分子筛或13x分子筛，具有较强的吸湿能力，能够有效地对甲烷化的混合气进行干燥纯化处理。
59.如图5所示，氮气提纯系统5包括第二缓冲罐51、氮气压缩机52、第二干燥器53、过滤器54和第二吸附塔组55，第二吸附塔组55包括并联设置的多台第二吸附塔，所述第二吸附塔内填充有第二吸附剂。其中，第二缓冲罐 51的入口与碳氮分离系统3相连，第二缓冲罐51的出口连通于氮气压缩机 52的入口，氮气压缩机52的出口连通于第二干燥器53的入口，第二干燥器 53的出口连通于过滤器54的入口，过滤器54的出口与第二吸附塔组55的进气口连通，第二吸附塔组55的顶部出气口得到提纯氮气。
60.需要说明的是，提纯氮气的体积纯度为99％-99.999％。
61.如图1所示，本实用新型的系统还包括合成氨系统6，合成氨系统6与氮气提纯系统4相连，用于将氮气提纯系统4制得的氮气作为合成氨的原料。
62.本实用新型的碳氮分离系统3分离出来的氮气，通过提纯后可以作为合成氨的原料，进一步提高了烟道气的回收利用率，减少了氮气的排放，同时也相对降低了合成氨的生产成本，节能环保。
63.需要说明的是，合成氨系统6为现有合成氨系统，在此不再一一赘述，均在本实用新型的保护范围。
64.为了保证整个烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收系统的顺畅及安全，在系统内的每个管道上均按照由控制阀，避免个别设备故障时引发系统事故，还可以根据生产的需要调节每个管道的气体流速。
65.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。