專利名稱:一種丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備和處理工藝的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備和處理工藝,具體為在石油化工領域中生產纖維、橡膠和塑料所涉及的重要化工原料丙烯腈尾氣的凈化處理方法。
背景技術:
丙烯腈生產過程中的主要尾氣是吸收塔排放的尾氣,除含有丙烯、丙烷、一氧化碳外,還含有少量丙烯腈等有害組分。目前國內一些企業仍處于自然排放狀態;對環境造成一定的污染。隨著人們環保意識的增強和環保法規的日趨嚴格,丙烯腈尾氣的治理成為生產企業難以回避的挑戰。目前,尾氣的凈化處理主要有兩種方法高溫焚燒法和催化氧化法。高溫焚燒法采用的是直接燃燒,將丙烯腈吸收塔尾氣、燃料和空氣(或富氧空氣)在焚燒爐內通過火焰燃燒,將尾氣中的丙烯腈、氰氫酸等烴類以及一氧化碳等有害物質轉化成氮氧化物、二氧化碳和水。高溫焚燒技術主要有美國PCC技術和日本BHK技術,在國內的丙烯腈裝置中也有應用,但因涉及國外專利技術轉讓,投資大;生產時需要燃料,操作費用高;占地面積也較大。 同時由于采用的是高溫直接燃燒,易使空氣中的氮氣發生高溫氧化產生二次污染物N0X。催化氧化法是指在較低的溫度下(350-600°C ),通過催化反應,在催化劑的作用下,將尾氣中的有機物氧化分解。催化氧化是典型的氣-固相催化反應,其實質是活性氧參與深度氧化作用。借助催化劑使有機物在較低的溫度條件下,發生無焰燃燒,同時放出大量熱能。催化燃燒最大的特點就是無火焰,起燃溫度低(150-40(TC),可以大大抑制空氣中氮氣和尾氣中的含氮化合物在高溫下形成N0X。由于催化燃燒的低溫無(或較低)污染性,以及相對于高溫焚燒技術投資相對較低,近年來,在石油化工領域有機尾氣的處理中已逐步得到了較多的運用。但在實際應用中發現,采用催化氧化法處理丙烯腈吸收塔尾氣時,NOx的含量出現超標,尤其是當尾氣中丙烯腈、氰氫酸含量較高或者已含有較高的氮氧化物時。催化氧化法結合選擇性催化還原(SCR)法可以有效地解決這一問題,可以保證處理后尾氣中NOx的排放滿足《大氣污染物綜合排放標準》(GB16^7-1996)的要求。在實際生產中,尾氣中有機物含量波動較大。當有機物含量較高時導致兩方面的問題,一是燃燒熱值較大,床層升溫高,存在催化劑被燒結的危險,不能保持催化劑穩定的比表面積和活性;二是床層溫度高,尾氣中含氮有機物(丙烯腈、HCN)在過氧環境下發生催化氧化反應時,會產生過量的N0X。降低床層溫度的低溫燃燒技術對降低NOx的排放非常有利。但低溫燃燒技術同時導致隊0排放量增加。近年來,燃燒過程中氧化亞氮隊0的排放問題得到了較大的重視,這是由于隊0對大氣環境的破壞作用為人們所日益了解。
發明內容
本發明的目的是為了提供一種丙烯腈裝置吸收塔尾氣的凈化設備和處理工藝,以解決現有技術的上述問題。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現。一種丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備,包括一將丙烯腈吸收塔尾氣分離的氣液分離器,一將新鮮空氣與尾氣混合的空氣過濾器和補氧風機;一將尾氣和空氣的混合氣體進行熱交換的換熱器;換熱器與催化反應器循環連通,催化氧化反應后的混合氣體經過換熱器自脫硝(SCR)反應器頂端通入;脫硝(SCR) 反應器的底端與回收熱量的廢熱鍋爐連通;廢熱鍋爐的排氣口設置有排出已凈化尾氣的煙囪。為了操作和控制方便,所述的催化反應器分成兩段,外置的換熱器移出前段催化反應器的反應熱使進入后段催化反應器的尾氣出口溫度降至150°C -300°c。從后段催化反應器出來的處理的尾氣經換熱后,進入選擇性催化還原法(SCR)脫硝反應器,尾氣中的NOx 與空氣和NH3混合后通過脫銷反應器,在通過催化劑層時,尾氣中的NOx在催化劑的作用下與NH3反應生成N2與H2O,從而達到進一步除去尾氣中NOx的目的。催化反應器分成兩段,其中,最高溫度位于催化反應器單位長度的0. 75處,等比例分配反應器可滿足設計要求。所述的催化反應器入口溫度為150_180°C,出口溫度為150-300°C。所述的空氣的加入量為保持反應排放氣中氧氣過剩0. 1-3. 0%。所述的脫硝催化劑的有效組分包括但不限于TiO2,MoO3, WO3,和V2O5,其中二氧化鈦為載體,V2O5是催化劑的最具活性成分,MoO3有很強的抗砷中毒性能。并已開發出不同形狀的催化劑。丙烯腈吸收塔尾氣的處理工藝,具體步驟為1)來自吸收塔的尾氣經氣液分離器后,首先通過換熱器進行預熱,溫升至180°C,在流向催化反應器過程中利用補氧風機向其中補充新鮮空氣,入口溫度降低至150°C后進入催化反應器進行催化氧化反應,VOCs和CO 分別與氧氣反應生成Ν0χ、Η20和(X)2 ;2)在催化反應器中部安裝外置的換熱器以降低尾氣溫度和床層溫度;幻從催化反應器出來的處理的尾氣經換熱后,進入選擇性催化還原法脫硝系統,尾氣中的NOx與空氣和NH3混合后通過脫硝反應器,在通過催化劑層時,尾氣中的NOx 在催化劑的作用下與NH3反應生成N2與H2O ;4)催化反應器排出的高溫尾氣進入廢熱鍋爐回收熱量,發生飽和蒸汽;并通過煙 9排至大氣。所述的催化氧化系統,將尾氣中的有機物(VOCs)和一氧化碳在催化劑作用下轉化為二氧化碳、水、和氮氧化物,同時放出反應熱。由于催化劑(催化劑的使用為本領域常規催化劑)的使用降低反應活化能,使反應溫度由直接熱氧化的700 800°C以上降低至 150 300°C,極大的節約了運行和設備成本。
VOCs+ O2 fi^lj > NQx+CQ2 +H2O+ ρ所述的選擇性催化還原法(SCR)脫硝系統,還原劑為氨蒸汽。在SCR反應器內,尾氣與NH3的混合物在通過催化劑層時,尾氣中的NOx在催化劑的作用下與NH3反應生成N2與 H2O,從而達到除去尾氣中NOx的目的。本方案中采用的脫硝還原劑為純度為99. 6%的氨氣, 有效成份為NH3,脫硝的基本反應方程式如下NO + NO2 + 2NH3 麵iJ >2N2 + 3H20本發明在傳統催化氧化法的基礎上,采取反應器段間取熱式技術措施。所述的反應器段間取熱式技術,丙烯腈尾氣和空氣混合物進入反應器后,由于受到周圍高溫尾氣的對流和輻射加熱,混合物氣流溫度很快上升,當達到著火溫度時,燃料開始在催化劑載體上燃燒,這時,溫度急劇上升到近于絕熱溫度水平。同樣,由于尾氣中可燃物的逐漸消耗以及尾氣周圍介質間的對流和輻射換熱,尾氣溫度逐漸降低,直到與周圍介質的溫度相同,即尾氣邊冷卻邊流過整個反應器。由此可見,反應器內的床層溫度分布實際上是不均勻的。通常離反應器出口的一定距離處的溫度最高,在其前后的溫度都較低。顯然,在高溫區對NOx的生成量有較大影響,溫度越高,NOx生成量越多,而且床層升溫高,存在催化劑被燒結的危險,不能保持催化劑穩定的比表面積和活性。因此在催化反應器內,為了抑制NOx的生成,除了降低反應器床層的平均溫度外,還必須設法使床層的溫度分布均勻化,避免局部高溫。為進一步降低在催化反應器過程中的氮氧化物(NOx和隊0),所述的燃料分級燃燒技術,供給催化反應器的空氣分成兩路,即在催化反應器的第一階段采用低氧燃燒(空氣量略低于理論空氣量),在第二階段采用過剩空氣使尾氣中的可燃物燃盡。當丙烯腈尾氣中有機物含量較低時,補充燃氣以保證催化反應的進行。通過本發明技術方案具有以下有益效果采用催化氧化系統結合選擇性催化還原 (SCR)脫硝系統,以及催化氧化反應器段間取熱和降低過剩氧量或分段燃燒技術等措施,確保操作穩定安全,使處理后的尾氣中有機物及氮氧化物(NOx和隊0),均符合國家排放標準。 另外,降低燃燒過程的過量氧量不但可以降低NOx的排放,還可以減少隊0,特別是在接近理論空氣量時效果最佳。
圖1為本發明的凈化處理工藝的工藝流程圖。圖中1、氣液分離器;2、換熱器;3、催化反應器;4、空氣鼓風機;5、脫硝(SCR)反應器;6、廢熱鍋爐;7、尾氣循環鼓風機;8、空氣過濾器;9、煙囪。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施例進一步闡述本發明的技術特點。本發明實施例1-5的吸收塔尾氣采用某公司丙烯腈廠丙烯腈裝置吸收塔尾氣,工況條件如表1所示。表1某公司丙烯腈廠丙烯腈裝置吸收塔尾氣工況條件
權利要求
1.一種丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備,其特征在于包括一將丙烯腈吸收塔尾氣分離的氣液分離器,一將新鮮空氣與尾氣混合的空氣過濾器和補氧風機;一將尾氣和空氣的混合氣體進行熱交換的換熱器;換熱器與催化反應器循環連通,催化氧化反應后的混合氣體經過換熱器自脫硝反應器頂端通入;脫硝反應器的底端與回收熱量的廢熱鍋爐連通;廢熱鍋爐的排氣口設置有排出已凈化尾氣的煙囪。
2.根據權利要求1所述的丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備,其特征在于所述的催化反應器分成兩段,外置的換熱器移出前段催化反應器的反應熱,使進入后段催化反應器的尾氣出口溫度降至150°C -300°C;從后段催化反應器出來的處理的尾氣經換熱后,進入選擇性催化還原法(SCR)脫硝反應器,尾氣中的NOx與空氣和NH3混合后通過脫銷反應器,在通過催化劑層時,尾氣中的NOx在催化劑的作用下與NH3反應生成N2與H20。
3.根據權利要求1所述的丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備,其特征在于催化反應器的最高溫度位于催化反應器單位長度的0. 75處。
4.根據權利要求1所述的丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備,其特征在于所述的催化反應器入口溫度為150-180°C,出口溫度為150-300°C。
5.根據權利要求1所述的丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備,其特征在于所述的空氣的加入量為保持反應排放氣中氧氣過剩0. 1-3. 0%。
6.根據權利要求1所述的丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備,其特征在于所述的脫硝催化劑的有效組分包括但不限于TiO2, MoO3, WO3,和V205。
全文摘要
本發明公開了一種丙烯腈吸收塔尾氣的凈化設備,包括一將丙烯腈吸收塔尾氣分離的氣液分離器,一將新鮮空氣與尾氣混合的空氣過濾器和補氧風機;一將尾氣和空氣的混合氣體進行熱交換的換熱器;換熱器與催化反應器循環連通,催化氧化反應后的混合氣體經過換熱器自脫硝反應器頂端通入;脫硝反應器的底端與回收熱量的廢熱鍋爐連通;廢熱鍋爐的排氣口設置有排出已凈化尾氣的煙囪。通過本發明技術方案具有以下有益效果采用催化氧化系統結合選擇性催化還原脫硝系統,以及催化氧化反應器段間取熱和降低過剩氧量或分段燃燒技術等措施,確保操作穩定安全,使處理后的尾氣中有機物及氮氧化物,均符合國家排放標準。
文檔編號B01D53/56GK102233231SQ20111020486
公開日2011年11月9日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者朗萬中, 李平, 王海瑾, 郭亞軍, 郭亞平 申請人:上海師范大學