催化裂化焚烧烟气换热分离一体化方法与装置与流程

本发明涉及能源环境工程领域，特别的是涉及一种高温含尘烟气的余热回收、除尘净化、水蒸气冷凝回收一体化的方法和装置。

技术背景

工业锅炉是我国是炼油化工中重要的设备，而在锅炉运行过程中能耗高、污染高的主要原因之一就是锅炉的烟气排放；锅炉排烟问题一方面在于过高的排烟温度，另一方面就是烟气污染物的直接污染。

随着国家环保标准的日益严格，人们环保意识日益增强，在能量回收、气体净化、催化剂回收及防大气污染等工程中，高效分离器则成为关键设备之一。通过换热分离一体化装置，对含尘烟气进行高效除尘净化后排入大气，烟气在旋风分离器中分离粉尘，同时与壳程中的冷却介质换热，加热后的冷却介质用于下游设备的热能利用。

目前企业普遍采用的方法有两种，一是先进行余热回收，后进行除尘处理；二是先进行除尘处理，后进行余热回收。两种方法都存在一定的弊端：第一种方法烟气中的烟尘会堵塞换热器的烟气通道，时间久了，黏附在换热面上的高温烟尘将增大换热面的热阻，因而换热效率降低，影响设备的换热效果。如果采用第二种方法，在除尘设备内进行除尘的过程中会降低烟气的温度，从而产生一定的余热损失。另外，由于高温烟气的黏度大于低温烟气，所以烟气在除尘器内的阻力损失增大，需要消耗更多的动力，造成能源的浪费。

目前利用热管和旋风分离器组合、热管和电除装置组合的换热除尘一体化设备结构较为复杂，占地面积大。将旋风分离器与管壳式换热器相结合的装置还未见，本文提出了催化裂化焚烧烟气换热分离一体化方法及其设备，方法合理，结构简单，占地面积小，换热、除尘除水同步进行，换热分离效率高，恰好填补了这一空白。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种对催化裂化焚烧烟气进行换热分离一体化的方法与装置，对烟气的余热进行回收，同时对烟气中的粉尘颗粒进行高效分离，且高温的烟气经除尘降温后，烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴，能进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘，实现二次吸附分离和二次相变换热功能。不仅提高能量的利用率，避免能量浪费，还可对烟气除尘除水，防止空气污染。

本发明提供了一种对焚烧烟气进行换热分离一体化的方法，它包括：

高温烟气进入换热型离心分离器，烟气中的粉尘受旋转离心力而从烟气中分离出来。同时高温烟气与离心分离器外的冷却介质换热，烟气的温度下降，余热得以回收，实现一次分离和一次换热功能；

高温的烟气经除尘降温后，烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴，能进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘，含尘冷凝水被旋转分离器分离从换热分离器中旋流器的底部流出，实现二次吸附分离和二次相变换热功能；

所述烟气气流在旋风分离器中的旋转方向和冷却介质在罐体中的旋转方向相反，提高换热效率。

所述冷却介质可为工艺水、预热油、常温空气等。

在一个优选的实施方式中，烟气中含有N₂、CO₂、水气、灰尘、NO_x、SO₂、催化剂颗粒物等多种组分。

在另一个优选的实施方式中，焚烧烟气温度由300℃以上降至100℃以下，水蒸气含量由10％以上降至6％以下，粉尘含量由400mg/Nm3以上降至50mg/Nm3以下。

在另一个优选的实施方式中，烟气流动动力可由烟囱抽提提供，也可由外加风机提供，换热分离器的压降低于1200Pa。

另一方面，本发明还提供了一种催化裂化焚烧烟气换热分离一体化的装置，包括：

与换热分离一体化装置的进气口相连的催化裂化焚烧余热锅炉，CO和空气进入锅炉中焚烧，焚烧后的烟气经进气口进入换热分离一体化装置；

与所述换热分离一体化装置相连的脱硫塔，用于换热除尘后从换热分离一体化装置出气口流出烟气的脱硫处理。

与所述脱硫塔相连的脱硫液缓冲罐，脱硫液从脱硫液缓冲罐流出并在脱硫塔的上方流入后向下喷淋，同时换热分离后的烟气从脱硫塔的下方通入，脱硫后的净化气在风机的作用下从脱硫塔上方流出排入大气，脱硫液吸收SO₂后的含硫液从脱硫塔的底部流出，进入下游设备；

与换热分离一体化装置相连的换热介质缓冲罐，换热介质从换热介质缓冲罐流出后，经换热分离一体化装置进液口流进，换热后从出液口流出进入下游设备。

在一个优选的实施方式中，催化裂化焚烧烟气换热分离一体化装置中的换热型离心分离器可为单级也可为多级串并联。

在另一个优选的实施方式中，冷却介质从罐体的一侧下方切向进口流入，换热后从另一侧的上方切向出口流出后进入下游设备。

在另一个优选的实施方式中，催化裂化焚烧烟气换热分离一体化装置可为立式也可为卧式。如有必要，该装置和离心风机均可采用耐高温、耐腐蚀材料。

附图说明

图1本发明换热分离一体化工艺流程图。

图2本发明换热分离一体化装置俯视图。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究后发现，焚烧锅炉外排烟气中含有大量的余热、灰尘、水蒸气，这些烟气的直接外排极易造成能量浪费和空气污染。利用换热分离一体化装置对烟气进行余热回收、除尘除水，提高能量的利用率，进一步实现节能减排。设备简单紧凑，生产成本低，基于上述发现，本发明得以完成。

本发明的技术构思如下：

1高温烟气进入换热型离心分离器，烟气中的粉尘受旋转离心力而从烟气中分离出来。同时高温烟气与离心分离器外的冷却介质换热，烟气的温度下降，余热得以回收，实现一次分离和一次换热功能。

2高温的烟气经除尘降温后，烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴，能进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘，含尘冷凝水被旋转分离器分离从换热分离器中旋流器的底部流出，实现二次吸附分离和二次相变换热功能。

3烟气气流在旋风分离器中的旋转方向和冷却介质在罐体中的旋转方向相反，提高换热效率。

在本发明的第一方面，提供了催化裂化焚烧烟气换热分离一体化的方法，该方法包括：

高温烟气进入换热型离心分离器，烟气中的粉尘受旋转离心力而从烟气中分离出来。同时高温烟气与离心分离器外的冷却介质换热，烟气的温度下降，余热得以回收，实现一次分离和一次换热功能。

高温的烟气经除尘降温后，烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴，能进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘，含尘冷凝水被旋转分离器分离从换热分离器中旋流器的底部流出，实现二次吸附分离和二次相变换热功能。

烟气气流在旋风分离器中的旋转方向和冷却介质在罐体中的旋转方向相反，提高换热效率。

在本发明中，所述冷却介质可为工艺水、预热油、常温空气等。

在本发明中，所述焚烧余热锅炉烟气中含有N₂、CO₂、水气、灰尘、NO_x、SO₂、催化剂颗粒物等多种组分。

在本发明中，所述焚烧余热锅炉烟气温度由300℃以上降至100℃以下，水蒸气含量由10％以上降至6％以下，粉尘含量由400mg/Nm3以上降至50mg/Nm3以下。

在本发明中，所述焚烧余热锅炉烟气流动动力可由烟囱抽提提供，也可由外加风机提供，换热分离器的压降低于1200Pa。

在本发明的第二方面，提供了一种催化裂化焚烧烟气换热分离一体化的装置，该装置包括：

催化裂化焚烧余热锅炉、换热介质缓冲罐、换热分离一体化装置、脱硫液缓冲罐、风机、脱硫塔等；

在本发明中，催化裂化焚烧烟气的换热分离主要在换热分离一体化装置中进行，换热分离后的烟气流入脱硫塔中脱硫处理，进一步净化烟气。

在本发明中，所述催化裂化焚烧烟气换热分离一体化装置中的换热型离心分离器可为单级也可为多级串并联。

在本发明中，所述冷却介质从罐体的一侧下方切向进口流入，换热后从另一侧的上方切向出口流出后进入下游设备。

在本发明中，所述催化裂化焚烧烟气换热分离一体化装置可为立式也可为卧式。如有必要，该装置和离心风机均可采用耐高温、耐腐蚀材料。

以下参看附图：

图1是催化裂化焚烧烟气换热分离一体化装置的工艺流程图。如图1所示，与换热分离一体化装置(3)的进气口相连的催化裂化焚烧余热锅炉(1)，CO和空气进入锅炉中焚烧，焚烧后的烟气经进气口进入换热分离一体化装置(3)；与所述换热分离一体化装置(3)相连的脱硫塔(6)，用于换热分离后从换热分离一体化装置(3)出气口流出烟气的脱硫处理。与所述脱硫塔(6)相连的脱硫液缓冲罐(4)，脱硫液从脱硫液缓冲罐(4)流出并在脱硫塔(6)的上方流入后向下喷淋，同时换热分离后的烟气从脱硫塔的下方通入，脱硫后的净化气在风机(5)的作用下从脱硫塔上方流出排入大气，脱硫液吸收SO2后的含硫液从脱硫塔(6)的底部流出，进入下游设备；与换热分离一体化装置(3)相连的换热介质缓冲罐(2)，换热介质从换热介质缓冲罐(2)流出后，经换热分离一体化装置(3)进液口流进，换热后从出液口流出进入下游设备。

图2是换热分离一体化装置的俯视图。如图2所示，冷却介质从罐体的一侧下方切向进口流入，换热后从另一侧的上方切向出口流出后进入下游设备。高温烟气经进气口切向流入换热型分离器，且烟气气流在换热型分离器中的旋转方向和冷却介质在罐体中的旋转方向相反，提高换热效率。烟气中的粉尘受旋转离心力而从烟气中分离出来。同时高温烟气与离心分离器外的冷却介质换热，烟气的温度下降，余热得以回收，实现一次分离和一次换热功能。高温的烟气经除尘降温后，烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴，能进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘，含尘冷凝水被旋转分离器分离从换热分离器中旋流器的底部流出，实现二次吸附分离和二次相变换热功能。

本发明的优点主要在于：

1)本发明的方法，将烟气的余热回收、除尘净化、水蒸气冷凝回收三种工艺过程合而为一，高效回收余热，去除灰尘，收集冷凝水。冷却介质从罐体的一侧下方切向进口流入，换热后从另一侧的上方切向出口流出。高温烟气经进气口切向流入换热型分离器，且烟气气流在换热型分离器中的旋转方向和冷却介质在罐体中的旋转方向相反，提高换热效率。烟气中的粉尘受旋转离心力而从烟气中分离出来。同时高温烟气与离心分离器外的冷却介质换热，烟气的温度下降，余热得以回收，实现一次分离和一次换热功能。高温的烟气经除尘降温后，烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴，能进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘，含尘冷凝水被旋转分离器分离从换热分离器中旋流器的底部流出，实现二次吸附分离和二次相变换热功能。

2)本发明的装置，本发明的装置，将换热、除尘以及除水蒸汽这三项操作结合于同一设备中。该设备分离精度高、运行高效稳定，结构紧凑简单，内部空间利用率高、占地面积小，内件安装维修方便。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

某在石化公司的2#催化装置焚烧CO焚烧余热锅炉烟气的处理中，按照本发明的方法，采用换热分离一体化装置。对烟气进行余热回收、除尘除水，其具体运作过程及效果描述如下：

1.物料性质及相关参数

烟气换热分离一体化装置的换热型分离器内为含尘烟气，罐体内为工艺水。烟气的流量为128761Nm3/h，初始温度为160℃，压力为5000Pa，NO_X为350mg/Nm3，SO₂为1500mg/Nm3，H₂O为10.1％粉尘颗粒物的浓度为200mg/Nm3。

2.烟气换热分离一体化装置

该装置为立式，且罐体中的换热型分离器为单级装置。工艺水从罐体的一侧下方切向进口流入，换热后从另一侧的上方切向出口流出后进入下游设备。烟气从进气口流入换热型分离器。换热分离后从罐体的出气口流出。

3.实施过程

工艺水从罐体的一侧下方切向进口流入，换热后从另一侧的上方切向出口流出。高温烟气经进气口切向流入换热型分离器，且烟气气流在换热型分离器中的旋转方向和工艺水在罐体中的旋转方向相反，提高换热效率。烟气中的粉尘受旋转离心力而从烟气中分离出来。同时高温烟气与离心分离器外的工艺水换热，烟气的温度下降，余热得以回收，实现一次分离和一次换热功能。高温的烟气经除尘降温后，烟气中的水蒸气凝析变为液相水滴，能进一步吸附聚并烟气中的细微粒径灰尘，含尘冷凝水被旋转分离器分离从换热分离器中旋流器的底部流出，实现二次吸附分离和二次相变换热功能。

4.结果分析

通过使用催化裂化焚烧烟气换热分离一体化设备，高温含尘烟气中的余热得以回收，粉尘颗粒得以去除，换热后的烟气初始160℃降至出气口温度的70℃，固体颗粒物浓度从100mg/Nm3及以上降低至50mg/Nm3以下，水蒸气含量从10.1％降至6％，压降为1500Pa。这表明该换热分离一体化装置余热回收、除尘除水除效果很好，具有很高的经济性和实用价值。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。