尾气循环（通用4篇）
尾气循环 篇1
电石炉气的利用一直受到国家环保部门的高度重视, 如不加以利用, 全部点“天灯”不仅污染了环境, 还产生了大量经济效益的流失, 回收利用电石炉气为气烧石灰窑燃料, 产出高品质、高活性度的石灰产品, 不仅满足了电石炉的生产需求, 节约了其电耗, 且改善了环境污染, 石灰窑气净化除尘后送至纯碱生产作为原料, 实现综合回收利用的目的, 也满足节能、减排的要求, 是循环经济利用的一个典范, 符合国家相关产业发展要求。
1 套筒石灰窑在电石炉尾气煅烧石灰工艺中的应用实例
伴随着国内钢铁行业以及电石行业的发展, 活性石灰作为钢铁业必需的辅料和电石行业的主要原料, 需求量增加质量要求也越来越高, 石灰市场出现了前所未有的发展机遇, 套筒石灰窑生产的活性石灰具有气孔率高、表面积大、活性高、硫含量低等特点, 在钢铁行业已经得到广泛的应用和推广。国电英力特作为电石行业引进套筒石灰窑技术第一家经过一段时间的熟悉和学习, 掌握了套筒窑利用电石炉尾气煅烧高品质生石灰技术, 经过两年的生产运行, 找出了目前装置存在的缺陷为套筒窑和密闭电石炉配套使用积累了大量宝贵的经验[1]。在新建的多联产循环经济项目中进行了多项技术改进, 并采用了国内已经成熟的国产化套筒窑技术通过密闭电石炉及套筒石灰窑配套项目的成功运行经验, 可以看出套筒窑利用电石炉尾气为燃料煅烧密闭电石炉专用高品质活性生石灰技术是电石行业走向低碳经济和节能环保的新举措[2]。
2 石灰窑气的循环利用
2.1 供纯碱生产使用
套筒石灰窑利用电石炉气燃烧热煅烧石灰石。电石炉气主要成分为CO, 其含量为82.57%, 经燃烧后生成二氧化碳;套筒石灰窑中原料石灰石煅烧过程中也释放出大量二氧化碳, 因此石灰窑尾气中二氧化碳含量甚为可观。若能对石灰窑尾气中的二氧化碳加以回收利用, 既减少了向大气中温室气体的排放, 又可节约制取纯碱的生产成本, 是能源再生利用、绿色环保型产业的典范, 符合国家低碳排放标准, 实现国家节能减排的产业目标。
2.2 尾气处理系统
石灰窑尾气系统由废气风机、液动三通阀、低压喷吹脉冲布袋除尘器、除尘风机等组成。从窑顶排出温度约200~220℃含尘烟气, 经废气风机抽出, 送入脉冲布袋除尘器净化, 净化后烟气再由除尘风机经消声器由尾气管道输送到纯碱装置。当套筒竖窑除尘系统故障或纯碱装置工艺运行不正常时, 采用液动三通阀切换至旁通烟道, 废气经由旁路烟道进入排气筒排入大气 (见图1) 。
2.3 尾气组分
套筒石灰窑, 在重力除尘管上装有一套废气分析仪, 实时监控石灰窑尾气中二氧化碳含量, 利用二氧化碳含量的检测, 保证石灰窑生过烧率。同时可以通过对生过烧率的控制, 间接保证石灰窑尾气二氧化碳的含量。在电石炉尾气和成品石灰组分参数的基础上, 得出尾气中CO2浓度大于31% (见表1) 。
套筒石灰窑尾气中的CO2用于制纯碱工段的原料, 粉尘含量应控制在较小范围内以减少纯碱制取过程中引入的杂质量, 尾气中其它成分对制取过程无较大影响, 当燃气中含有微量H2S及石灰石中含有少量S, 会引入微量SO2, 生成亚硫酸盐溶解于滤液中对纯碱品质无影响。
2.4 制纯碱工艺方案
氨碱法制取纯碱的工艺流程是:将原盐制成饱和盐水, 加石灰乳除去镁盐后, 送入除钙塔用碳化塔尾气 (含氨和二氧化碳) 除去钙离子, 将钙盐以碳酸钙形式沉淀出来。精制后的盐水送至吸氨塔制成氨盐水, 再送入碳化塔用二氧化碳气 (石灰窑气) 进行碳化, 生成碳酸氢钠结晶, 经过滤、分离、煅烧后得到纯碱, 滤液加热蒸馏, 其中的碳酸氢铵和氢氧化铵首先分解以气相逸出, 含有氯化铵的溶液, 送入调和槽中, 加入石灰乳, 得到氨气回收循环使用。
在这个制碱工艺中, 需要含量31%的二氧化碳气体, 满足纯碱装置制碱需求。套筒石灰窑正常生产情况下2座600TPD套筒石灰窑的尾气即可满足纯碱装置的二氧化碳流量需求, 为确保纯碱装置的正常生产, 考虑一台备用, 设计时考虑3台除尘后的石灰窑尾气并联后送纯碱装置使用 (两用一备) , 界区压力暂按输送距离1200 m考虑, 设置三台加压风机, 保证输送压力, 同时设置紧急排空。三台石灰窑并入管网, 正常生产使用一台窑的尾气, 在管路上设置了弹簧支座。另外对纯碱装置入口、出口烟气流量、温度、压力进行检测, 废气风机和除尘风机轴温、振动进行检测和控制。
3 结语
利用环形套筒石灰窑煅烧生石灰是密闭电石炉尾气最有效的利用途径, 石灰窑尾气净化除尘后送至纯碱装置作为生产原料, 实现综合回收利用的目的, 也满足节能、减排的要求, 同时提高了企业的经济效益、环境效益及社会效益。
摘要：密闭电石炉改变了电石生产高污染高排放的格局, 成为电石生产的主要炉型, 其尾气的回收利用主要是作为燃料用于煅烧石灰。石灰窑气净化除尘后送至纯碱生产作为原料, 实现综合回收利用的目的。
关键词：电石炉气,石灰窑气,纯碱,循环利用
参考文献
[1]苏小锋.双套筒气烧石灰窑与电石炉的配套应用[J].新疆化工, 2009, 4:29-30.
[2]马小刚, 范永霞.套筒窑在电石炉尾气煅烧石灰工艺中的应用[J].工业炉, 2012, 1 (14) :14-17.
尾气循环压缩机运行效率技术探究 篇2
1.1 尾气循环压缩机结构及主要技术参数
本压缩机为六列二级立式迷宫压缩机, 气缸为无油润滑、水冷式双作用。工艺气由0.32-0.37MPa (G) 压缩至3.2-3.7MPa (G) , 为单层平面布置, 其整机结构简图如下。
压缩机主要技术参数。容积流量:60m3/min;各级吸气压力:0.35/1.3Mpa (G) ;各级排气压力:1.3/3.7Mpa (G) ;各级吸气温度:24/40℃;各级排气温度:119/122℃;润滑油压力:0.55Mpa (G) ;压缩机转速:370r/min;轴功率:1 390KW;额定功率:1 600Kw;额定电压:10 000V;额定转速:375r/min;活塞行程:375mm。
1.2 尾气循环压缩机作用
安彩高科天然气液化装置设计进气量为50×104nm3, 其中液化10×104nm3, 产生再生尾气12×104nm3。用作膨胀制冷的膨胀气流30×104nm3经膨胀降压后成为低压膨胀尾气, 通过该压缩机增压后返送至原料气进口, 降低原料天然气进气量, 降低装置吸附塔处理负荷, 提高装置液化效率。
2 合理利用压缩机, 降低压缩机电耗
尾气循环压缩机动能消耗主要为电耗, 其额定功率为1 600KW, 每天电能消耗为:1 600×24=38 400KW。如何在满足工艺要求的前提下降低压缩机的电耗是我们研究的主要课题。
2.1 通过降低压缩机能级降低压缩机电耗
为节能降耗, 2012年2月份将压缩机能级降为80%负荷运行, 将部分膨胀尾气送往动力厂供各池炉使用, 减小压缩机的压缩量, 增加原料气量。这样吸附塔处理的原料气量由220 000方/天增加为240 000方/天, 尾气压缩机电耗日均节约6 000千瓦时。2012年5月由于吸附塔原料气处理效果达不到工艺要求, 造成冷箱CO2微冻堵, 5月27日尾气循环压缩机恢复为100%负荷运行。
2013年4月系统进行了大修, 更换了吸附塔分子筛、活性炭填料, 并对吸附塔系统进行了改造。2013年5月装置大修开机后, 为节能降耗, 尾气循环压缩机按80%负荷运行。2013年11月12日在对装置维修检查时, 发现二级缸活塞连杆小轴套损坏, 压缩机震动偏大。2013年12月15-16日厂家人员对损坏的轴套进行了更换维修, 系统继续维持80%运行。2013年12月28日检修时发现该轴套已出现损坏现象。
根据上述2012年2月与2013年5月压缩机降低至80%能级负荷运行来看, 压缩机电耗的确有大幅的降低。但2012年5月份由于原料气进气量的增加造成吸附塔处理质量不能达到工艺要求, 造成装置液化系统冻堵, 不能满足工艺要求。2013年4月份更换了吸附塔分子筛, 5月份压缩机降为80%负荷运行后, 2014年11月发现二级缸活塞连杆小轴套损坏。经分析原因为:压缩机在80%负荷运行下, 该气缸空负荷运行, 造成气缸受力不均匀, 造成轴套损坏。
通过上述降低压缩机能级以降低压缩机电耗的结果来看, 不但使装置运行存在隐患, 同时对压缩机稳定运行也是不利的。
2.2 探究通过调整压缩机吸气压力节约电耗的合理性
本压缩机设计进口压力为0.32-0.37MPa, 排气压力为3.2-3.7MPa。在压缩机运行时, 压缩机排气压力始终与进装置原料气保持一致, 但压缩机进口压力根据装置工况情况进气量和进气压力会出现变化。通过设计的压缩机进出口回流阀调节压缩机吸气压力, 稳定压缩机吸气压力。
现在我们分析一下压缩机吸气压力与压缩机用电量的关系。
(1) 在压缩机排气压力一定的情况下, 压缩机入口压力越低, 其压比越大, 压缩机入口压力越高其压比越小, 压比越大电耗越高。
(2) 在压缩机转速一定的情况下, 压缩机吸气压力越低, 其压缩量越小;压缩机吸气压力越高其压缩量越大, 压缩量越大电耗越高。
(3) 当压缩机吸气压力由0.35MPa降为0.30MPa, 吸附塔排气压力3.5MPa不变的情况下, 其压比和小时循环压缩量变化情况如下:
通过以上计算公式可以看出, 吸气压力由0.35MPa降为0.30MPa后, 其压缩比增加了0.16倍, 而压缩量缩小了0.143%。
根据以上计算, 吸气压力降低后, 电耗增加或减少无法得到结论, 具体压缩比占主导作用还是压缩量占主导作用无法确定。
本压缩机采用两级压缩, 我们将分析当一级吸气压力发生变化时, 压缩机运行受到的影响。
由于该压缩机为容积压缩机, 制造时根据其设计总压比, 其一二级压比已经确定。当吸气压力变小时, 其二级排气压力相对较小, 而二级排气压力根据生产工况与原料气压力一致。这样改变压缩机吸气压力, 相对地改变一级排气压力和二级压比, 当吸气压力降低后, 一级排气压力较小, 造成二级压缩比较大。从而降低吸气压力后, 由于二级压缩比较大, 可能造成二级排气压力适当偏高。
下表是在压缩机吸气压力由0.34-0.35降为0.30-0.32MPa时, 装置其他负荷没有改变的情况下, 2014年6月1日-10日装置系统的电耗情况及参数变化。
通过上表发现在装置其他负荷不变的情况下, 由于尾气循环压缩机吸气压力的降低, 装置能耗日均降低1 991.25 Kw.h。
通过上表看出:当压缩机吸气压力降低后, 压缩机横向和纵向震动参数变小, 一级排气温度没有变化, 二级排气温度升高了5度左右, 但依然低于一级排气温度。
综上:在不改变压缩机能级的情况下, 适当降低压缩机吸气压力, 不但可降低压缩机电耗, 同时对压缩机运行也是有利的。
因此在压缩机100%负荷运行时, 如果膨胀机尾气量较小的前提下, 可降低压缩机吸气压力运行, 没有必要非通过压缩机回流阀调节吸气压力维持压缩机吸气压力在设计要求范围之内。
当然在压缩机吸气压力也不能太低时, 一级排气压力较低, 造成二级压比较大, 可能会影响压缩机各部分的受力, 需及时调节。应不低于设计入口压力的0.05MPa为宜, 即在压缩机设计吸气压力为0.35MPa的情况下, 吸气压力应不低于0.30MPa。
3 降低压缩机泄漏损耗量, 稳定油池压力, 提高润滑效果
3.1 稳定油池压力, 降低天然气消耗
压缩机活塞杆密封填料, 是压缩机重要部件之一, 用以密封气缸中高压气体沿活塞杆的外泄漏, 本机密封填料由若干组密封环组成。材料为石墨, 其内壁开有迷宫槽, 是通过对气体的节流来达到密封作用, 填料环与活塞杆之间有较小间隙。由于活塞杆和填料之间存在一定的间隙, 间隙过大和过小均会造成泄漏量增大。
间隙较大时, 密封不严, 造成高压天然气沿活塞杆间隙外卸;间隙较小时, 填料磨损较快, 填料迷宫槽极易损坏, 造成迷宫密封失效, 造成泄漏量逐步增加。
由此发现活塞和填料之间的间隙难于调整, 同时即使调整到位, 随着压缩机的运行, 填料在逐步磨损, 轴侧泄漏量将逐步增加。泄漏的天然气进入机身和油池, 造成油池和机身油池压力逐步增高。
本压缩机设置有机身漏气回收系统, 泄漏的天然气通过漏气回收管道回到压缩机入口, 但压缩机入口吸气压力为0.32-0.37MPa, 现在调整后为0.30-0.32MPa, 这样油池压力将达到0.32MPa左右。
油池设计压力为0.15MPa, 超过此压力将造成供油压差达不到压缩机运行要求, 同时可能造成机身机械密封漏油。
为稳定机身油池压力, 当泄漏量较大时不得不通过油池压力排空, 造成天然气浪费。
为稳定机身油池压力, 同时杜绝浪费, 我们采用了增加机身漏气回收管线, 将泄漏到机身的天然气送到本装置再生气加热炉燃烧使用 (加热炉燃料用压力为0.07MPa) , 这样保证了油池压力稳定在0.1MPa左右。不但供油压差得到了保证, 同时杜绝了排空浪费现象。进一步提高了尾气循环压缩机的运行效率。
3.2 提高压缩机润滑效果, 稳定设备运行
本机的运动机构 (曲轴、连杆、十字头等) 采用强制润滑。机身油池作为油箱, 其端面设有油标, 用于显示机身油池油位, 整个润滑系统由油池、稀油站、润滑管线组成。主机启动后, 当相对油压≤0.2MPa, 压缩机报警, 并自动启动稀油站辅油泵;如果相对油压≥0.4MPa时, 报警手动停稀油站辅油泵;如相对油压≤0.15MPa时, 主电机立即停机, 以保证摩擦部位不至于因无油润滑而损坏。
本机润滑系统相对较完善, 当压缩机油压差低于要求会发出报警和停机, 保证压缩机的正常运行。
在压缩机运行时, 由于活塞与填料之间的间隙逐步增大, 轴侧天然气泄漏逐步增大, 造成油池压力逐步升高。油池压力升高后, 造成供油压差较小。可通过对供油油泵适当改造, 将供油压差适当提高0.05-0.1MPa以进一步提高润滑效果。即使油池压力适当升高的情况下, 也能满足润滑效果。
4 结论
通过采用以上研究对策, 压缩机运行效率得到了明显提升, 压缩机电耗日节约1 991.25Kw.h左右, 杜绝了压缩机泄漏损耗, 稳定了油池压力, 提高了润滑效果, 压缩机运行各参数得到了优化。
参考文献
尾气循环 篇3
现在我们所熟知的污染大气环境的物质主要以下几种:粉尘、氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳与氧化性物质、碳氢化合物等, 而造成酸雨形成的主要污染物质就是硫氧化物。长期吸入被硫氧化物污染的空气会严重危害人体的呼吸系统, 引起多种慢性呼吸疾病, 造成呼吸困难、眶下窦肿胀, 情况严重的甚至会诱发肺水肿和肺心性等疾病。而随着世界船舶总吨位的增长, 船舶废气排放量日益增多, 由于经济性考虑, 低质高硫分燃油广泛使用, 造成目前从事国际贸易的船舶柴油机所产生的硫氧化物已占世界硫氧化物排放总量的7%以上。
MARPOL73/78 公约即防止船舶造成污染国际公约, 其中的附则VI在2005 年5 月已经开始正式生效, 这个附则的第14 条明确的限制了船舶的硫氧化物排放标准, 规定船舶加装燃油含硫质量分数不得超过4.5% , 与此同时对硫氧化物排放控制区域之内的船舶的硫氧化物总排放量作了明确的限制。就目前来说, 由于国际法规的限制, 大部分船舶选择加装含硫质量分数不超过1.5%燃油即所谓的低硫燃油来达到公约所规定的硫氧化物排放标准, 但是低硫燃油的使用会使船舶运营成本大幅度提高。
因此, 寻找一种经济, 高效, 满足日益严格公约的船舶脱硫方法迫在眉急。
2 烟气脱硫
目前已经较为成熟的脱硫方法包括干法 (吸附式、等离子体、荷电干式) 、半干法 (旋转喷雾干燥法、循环流化床法) 和湿法烟气脱硫 (石灰石/ 石灰法、海水脱硫法、氧化镁法、柠檬酸盐吸收法、氨水吸收法、循环钠碱法等) 。其中循环钠碱法以高效、运行费用低、无污染等众多优点得到大多研究者的青睐。
3 循环钠碱法
在现阶段成熟的烟气脱硫技术中, 湿法烟气脱硫已经广泛应用在火电厂等, 而循环钠碱法以其优点迅速受到研究者的关注, 主要原因就是作为吸收剂的碱性化合物Na OH或Na2CO3相比其他吸收剂具有更大的优势。首先硫氧化物作为一种酸性气体对碱性化合物的亲和力很高, 吸收速度快, 效率高, 而且反应生成的Na2SO3、Na HSO3可以继续用于吸收与再生循环操作, 能够将所有化合物包括吸收液, 反应液等保持在同一吸收塔内, 这样避免了吸收塔由于结垢和堵塞等造成成本的增加。
循环钠碱法的主要代表工艺威尔曼罗德法工艺流程图如图1。
如图1 所示, 烟气废气进入换热器后使其温度降低, 再进入预洗涤塔, 主要是除去烟灰等固体杂质, 将烟气中的固体粒子质量分数保持在5%以下。接下来进入吸收塔, 循环钠碱法以碳酸钠和氢氧化钠作为吸收剂, 发生反应吸收掉烟气中的SO2等硫氧化物, 反应生成亚硫酸钠等, 由于亚硫酸钠的不稳定性, 亚硫酸钠会继续与SO2等硫氧化物反应生成亚硫酸氢钠, 这样一步步的反应将会逐渐出去烟气中的SO2等硫氧化物。最后, 处理过的烟气逐步经过除雾器、引风机和再热器后进入烟囱排放。而与烟气发生反应之后的吸收液, 进入蒸发器后将其中的亚硫酸氢钠分解再生, 产生SO2富气, 经浓缩干燥后可制成硫酸、硫磺等副产品。尾气将送回烟气脱硫系统。同一时间, 脱硫吸收液经过蒸发、过滤、清洗之后, 生成的亚硫酸钠因溶冷却析出结晶, 通过冷凝水溶解后继续送入吸收塔吸收SO2, 从而形成一个完整的循环。
而通过碱性吸收液Na OH或Na2CO3反应吸收烟气中SO2之后, 吸收液再用石灰 (Ca O) 进行再生反应, 生成Ca SO3和Ca SO4可以制作成石膏, 再生后的溶液返回吸收器继续吸收SO2, 如此循环使用。以下是吸收阶段和再生循环阶段的反应方程式:
吸收:
再生循环：
制成石膏:
我们可以将钠碱吸收剂与其他吸收剂相对比, 这样不难发现钠碱吸收剂具有其他吸收剂无法比拟的优势, 钠碱化合物对SO2气体吸收能力很强, 这样整个脱硫系统的效率就很高。钠碱化合物的液气比小, 这样, 生成的钠盐的溶解度很大, 溶液具有将化合物保持在同一溶液内能力。并且再生循环制成石膏的部分是脱离于吸收塔的, 避免生成的石膏造成吸收塔结垢和淤塞, 理论上是一种理想的船舶废气脱硫方法。
威尔曼罗德法虽然脱硫效率高达97%以上, 并回收利用硫资源, 吸收剂循环利用, 废料杂质产生量较少, 吸收塔不会发生结垢、堵塞现象, 但是整套脱硫系统的造价非常昂贵, 占地面积庞大, 由于船舶本身的局限性, 船舶并不适用威尔曼罗德法, 因此我们需要改进威尔曼罗德法, 使其能够在船舶上应用。
Aspen Plus是一款功能强大的集化工设计、动态模拟等计算于一体的大型通用流程模拟软件, 如果用Aspen Plus来模拟吸收和循环过程, 可以:a.设计详细的设备模型进行严格质量与效率计算;b.预测物流的流率, 性质;c.在线优化完整的工业装置, 回归实验数据。
4 展望
随着现全球大气环境形势逐渐恶劣, 国际组织对硫氧化物排放的限制越来越严格, 而船舶废气排放在硫氧化物排放总量中占据了很大的比重, 循环钠碱法作为一种高效经济的脱硫方法十分适用于船舶, 但国内对于这方面的研究专利比较稀缺, 本论文旨在为大家介绍这方面的知识, 并运用Aspen Plus来模拟计算这一课题。
参考文献
[1]王晓中.船舶柴油机烟气的危害及排放限制[J].科技咨询, 2010, 1:145-146.
[2]殷毅.欧盟“低硫燃油法令”露锋芒[J].中国船检, 2010, 1:62-64.
[3]陈伯卫.MARPOL 73/78公约附则V1关于燃油硫含量标准的修订及对我国影响分析[J].中国海事, 2009, 2:37-40.
[4]张海燕, 许星.国外烟气脱硫技术的发展与我国的现状[J].有色金属设计, 2003, 30 (1) :38-42.
尾气循环 篇4
丙烯酸制备技术的研究发展到今天已经出现了很多方法,如氰乙醇法、烯酮法、Reppe法、丙烯腈水解法、丙烯氧化法,前四种工艺因技术和经济原因已经逐步被淘汰。目前世界上工业装置采用的主流方法是丙烯两步催化氧化法[2]。
国际丙烯酸行业丙烯两步氧化法有两大主流工艺。一种是非循环尾气的工艺流程,其主要优点是工艺简单,操作方便。另一种是采用循环尾气的工艺流程,其主要优点是降低成本,节能环保。国外一些知名的丙烯酸生产企业,如德国巴斯夫、日本三菱等公司都采用循环尾气工艺[3,4,5,6]。
上海华谊丙烯酸有限公司为了进一步节能降耗,通过对丙烯酸技术的不断研究,结合公司生产实践经验,自主开发出丙烯酸氧化装置尾气循环新工艺技术并应用于大型丙烯酸生产装置,取得了良好的效果,为公司带来了较大的经济效益,提高公司整体能耗水平和环保水平。
1 丙烯酸氧化尾气循环工艺
1.1 工艺介绍[6,7,8]
尾气循环工艺技术是将吸收环节的尾气,也就是将经过吸收环节处理的反应后气体中的一部分(不含丙烯酸、主要含有未反应的丙烯、氧气、氮气等惰性气体、氧化碳、水蒸气)再引回反应器的入口,与加入的新鲜空气和新鲜丙烯气体混合形成组成上符合工艺要求的反应气体(流程如图1所示)。这样设置流程主要有以下考虑:
(1)通过吸收尾气的部分循环,对部分未反应的丙烯加以再利用,从而可降低原料的消耗;
(2)通过引入富含水蒸气的吸收尾气,可为氧化反应提供所需的水分,而不再需要像“一次通过法”那样利用专门设备对反应器入口气体进行补加水蒸气。
1.2 新技术的研究
丙烯酸生产中,丙烯、空气和水蒸汽按一定配比通过一列管式固定床催化剂床层,在一定温度下进行氧化反应生产丙烯酸。其中加入水蒸汽的目的是作为一种惰性气体使原料混合气体处于爆炸区域以外。通过长期的数据收集整理,我们发现丙烯酸的尾气组分中有机组分含量较少,且组分比较稳定,其尾气中氮气组分的含量达到90%以上,可以用来取代一部分水蒸汽作为惰性气体,能节省蒸汽,降低能耗。
1.2.1 技术关键
尾气循环的技术关键是开发丙烯酸尾气循环工艺,通过对尾气循环,丙烯酸吸收系统采用双塔等节能环保技术改进,形成新的丙烯酸生产工艺。
1.2.2 技术难点
(1)改进反应催化剂,由于采用丙烯酸尾气循环工艺技术,反应物的组成发生相应变化。为了使反应能达到最佳效果,需对反应催化剂进行改进,使其在新的工艺条件下,能够满足要求。
(2)改进反应器结构,使其径向温差由5 ℃降低至3 ℃,使反应更加稳定快速,提高反应效率,减少废物排放,减少能量损失。
1.2.3 技术创新点
(1)通过尾气循环利用到丙烯酸氧化反应装置,取代一部分反应用的水蒸汽,能减少蒸汽用量,降低能耗,并使粗丙烯酸水溶液浓度提高10%,从而减少整个后系统的能耗。
(2)建立丙烯酸尾气循环系统工艺设计软件数据库,并能将其应用于项目技术的优化过程。通过模拟计算,寻找最佳工艺操作点,实现工艺流程、工艺参数的优化。
(3)在国内丙烯酸生产技术中,丙烯酸吸收系统首次采用双塔吸收,使用高效分布器结构及高效填料,经过模拟计算确定最佳的喷淋密度,从而大幅降低塔内部填料产生沟流的可能性,增强传质效果,提高整个系统的吸收效果。
1.3 新工艺的特点
(1)催化剂配比,非尾气循环工艺配比:丙烯:水=1:1.5;尾气循环工艺配比:丙烯:H2O =1:1.0,水的配比由1.5下降到1,减少了蒸汽加入量,降低了蒸汽消耗。
(2)采用尾气循环工艺后丙烯酸反应收率提高0.5%~1%,提高了丙烯的利用率,降低了丙烯酸单耗。
(3)吸收后的尾气部分循环,对部分未反应的丙烯、丙烯醛加以再利用,从而降低原料消耗。
(4)急冷吸收塔温度由35 ℃提高到50~60 ℃以上,提高了PVG的温度,减少了废气焚烧单元汽提所需蒸汽量。
(5)由于氧化配比改变及急冷吸收塔改造,急冷吸收后丙烯酸水溶液浓度可得到大幅度提高。
综上,尾气循环新工艺具有显著的“节能、降耗、减排”效应,成功实施后将带来较大的经济效益。
1.4 新工艺的节能减排效果
(1)降低了反应原料中的水蒸汽含量,减少了蒸汽的加入量,从而节省了蒸汽消耗。
(2)吸收塔由一个改为两个,在第一吸收塔的吸收温度可以提高,从而增加尾气的带水量,使吸收液中丙烯酸的含量得到提高。
(3)由于反应原料与吸收塔中的水含量减少,反应得到的粗丙烯酸浓度得到了提高,在精制系统内脱水时,降低了再沸器的蒸汽用量。
(4)由于反应原料中水含量减少,在精制过程中分离出的废水量减少,减少了处理废水的能耗。
2 工业应用
2.1 项目实施情况
作为新开发出的丙烯酸尾气循环工艺,公司将其运用到新建大型丙烯酸工业装置的设计建设中。尾气循环项目于2009年底在公司新建装置上实施,工艺条件如表1。
2.2 新工艺运行数据
2.2.1 尾气的组分变化
在氧化单元正常开车的情况下,通过不定期的对丙烯酸吸收塔尾气进行了采样分析。分析数据如表2。
从表2可以看出,惰性气体氮气的平均值为90.37%,参与反应配比的氧气的平均值为6.4%,在车间正常生产的情况下,没有出现波动较大的数据。由此可见,丙烯酸吸收塔尾气组分是比较稳定的。而且可再利用的有机组分丙烯(C3H6),丙烯醛(ACR)也不少(分别为0.17%和0.37%),有利于尾气循环的实施。
2.2.2 吸收塔温度变化
尾气循环工艺的优劣主要体现在急冷吸收塔塔顶、塔釜丙烯酸浓度的变化上。从表3中可以看出:在喷淋水量和塔顶气相酸浓度保持不变的情况下,随着塔顶温度的升高塔釜酸浓度逐渐上升,最高可达69.4wt%,这可节约精制系统能耗,降低运行费用,但是随着顶温的升高,丙烯酸水溶液浓度的提高其聚合倾向迅速加快,给装置的正常运行带来隐患。
2.3 新工艺运行效果
2.3.1 原工艺存在问题
(1)塔顶温度低:原工艺急冷塔顶部温度控制在30 ℃左右,温度低致使塔顶带水量少,塔釜浓度低,只有48wt%左右。
(2)由于顶温低,塔顶带水量少,致使塔釜含水量过大,造成了丙烯酸精制塔的蒸汽和共沸剂的用量过大,增加了后系统的能耗。
2.3.2 新工艺效果
采用新工艺后,操作情况比较稳定。经过多次调整逐渐找到尾气和吸收条件的最佳匹配关系,并达到较好的效果。
(1)吸收塔釜丙烯酸浓度有较大提高;急冷塔塔釜浓度由原来的48%提高到了60%以上,达到甚至超过了预期目的。
(2)吸收塔顶温度有较大幅度的提高;改造后塔顶温度由原来的30 ℃提高到60 ℃左右,塔顶含水量由原来的2.4wt%提高到18.4wt%。
(3)吸收塔釜含水量减小;根据分析数据,原急冷塔塔釜水含量平均为47.3wt%:而在目前负荷情况下,塔釜含水量平均40wt%以下,比原工艺降低了8%左右。
2.4 项目新工艺使用效果
尾气循环工艺采用一系列节能新技术来减少单位产品的综合能耗。
(1)采用丙烯酸氧化尾气循环技术将氧化反应尾气中原来跑损的丙烯和丙烯醛循环回来后重新转化为丙烯酸,使丙烯酸的收率提高1%,有效降低产品单耗;
(2)采用尾气循环新工艺后,原料中蒸汽消耗减少2万t/年,能耗削减折合标准煤2 000 t/年。
(3)尾气循环工艺使粗丙烯酸水溶液浓度提高10%以上,使丙烯酸提纯消耗蒸汽量明显下降,全年节约蒸汽消耗4.8万t,能耗削减折合标准煤4 000 t/年;
(4)本技术改造将大幅减少废水量,在确保废水处理达标的基础上大大降低废水处理成本,减少废水汽提蒸汽3.2万t/年,能耗削减折合标准煤3 000 t/年。
丙烯酸氧化装置尾气循环节能改造实际运行后,每年能节约各种蒸汽约10万t,折合标准煤达9 000 t。同时项目实施后能实现减排二氧化碳2 600 t/年,二氧化硫2 t/年,减排效果明显。
3 结 论
公司通过对丙烯酸氧化技术的研究,开发出尾气循环新工艺,确定了最佳的尾气循环工艺条件,降低了丙烯酸装置的能耗,改造实施后具有显著的“节能、降耗、减排”效应,为丙烯酸尾气循环工艺国产化提供技术支撑,成功实施后将推广应用于公司其余三套丙烯酸装置,进一步发挥“节能、降耗、减排”整体效应,最终将明显提高公司整体能耗水平和环保水平,实现公司外排COD干量总量削减的目标,体现环保技术改造良好的经济效应和社会效应。
大型丙烯酸装置尾气循环利用综合节能项目项目符合国家“节能、降耗、减排”的发展规划要求。丙烯酸产品单耗、能耗均达到国际先进水平,项目具有明显的技术先进性。
摘要：通过对丙烯酸工艺的研究,结合公司生产实践经验,开发出尾气循环工艺技术,该工艺用循环气代替水蒸汽,提高了吸收塔丙烯酸的浓度,同时通过尾气循环提高了丙烯的利用率,具有显著的“节能、减排、降本、增效”效应,整套尾气循环工艺应用于6万吨/年丙烯酸装置,取得了较好的效果,为公司带来了较大的经济效益。
关键词：丙烯酸,尾气循环,节能,减排
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