一种降低尾气中C2‑C5烯烃含量的方法与流程

本发明涉及尾气处理领域，具体涉及一种降低尾气中c2-c5烯烃含量的方法，本系统尤其适用于制备环氧丙烷的尾气的处理。

背景技术：

根据《大气污染物综合排放标准gb16297-1996》，除锅炉、工业炉窑、火电厂、炼焦炉、水泥厂、恶臭物质排放、汽车和摩托车排放外，规定了其他大气污染排放的33种大气污染物的排放限值，其指标体系为最高允许排放浓度、最高允许排放速率和无组织排放监控浓度限值，给出了温度为273k，压力为101325pa时标准状态下的干空气为基准的各项污染物的最高限值。其中对于新污染源大气污染物的排放做出如下限定：

根据上述环保标准要求，针对含有烃类(尤其是制备环氧丙烷尾气中的丙烯)大气污染物的气体排放，经过对目前的技术调研，主要有以下两种处理方案：

1放散点火伴烧方案

对含有烃类大气污染物的气体排放，常采用集中放散点火，在火炬中使碳氢化合物在高温燃烧过程转化为对环境无害的气体，从而达到环保排放标准的目的。针对本项目处理的含有少量丙烯的带压尾气，可直接在放散管口进行完全燃烧，使丙烯完全转化为二氧化碳和水再排放至大气中。然而，如此低含量的含丙烯尾气，主要成分是氮气，要对其进行点火放散一般需要与高热值的气体助燃伴烧(通常采用天然气)，实现达标排放，保证安全生产。该系统主要包括放散火炬、放散控制柜、点火器保护箱、放散阀电动执行机构、拢火阀、灭火阀、高能点火器、高压点火枪、点火专用电缆、火焰监测温度传感器等。该技术相对比较成熟，然而最大的缺点在于，为了转化少量的丙烯，注入了大量的高热值的伴烧气体，其能源消耗巨大，经济性很差；此外，由于丙烯及伴烧气体转化成大量的二氧化碳排放，在当前减碳压力骤增的形势下，放散点火伴烧方案显然急需被其他尾气处理方案所替代。

2hc吸附器吸附方案

吸附法的关键是吸附剂和吸附工艺设备配置。该方法是将含碳氢的排放尾气中的碳氢分子吸附到吸附剂上，然后再将其从吸附剂上脱离下来，收集并处理后即可重新回用于生产或出售。

长期以来，人们一直以活性碳颗粒作为吸附剂来吸附这些化学有机物废气，但是由于活性碳颗粒的表面积较小，为了增大活性碳接触面积，就须大量填充，使得吸附装置体积庞大，而且时间一长，碳颗粒会变成粉末，影响吸附量，更有甚者，它需要经常更换，在更换时黑尘四起，严重污染工作场所。黑尘还会进入操作者呼吸道，危害人类健康。活性碳纤维(以下简称acf)是以粘胶基纤维为原料，经高温碳化、活化后制成的纤维状新型吸附材料，与颗粒状活性炭相比，acf具有显著的优点：(一)比表面积大，有效吸附量高。(二)吸附﹑脱附行程短、速度快，脱附、再生耗能低。(三)形状可变，使用方便。(四)可根据需要生产出具有特殊性能的专用acf，强度好，不会造成二次污染。

尽管吸附脱除尾气中的碳氢成分有以上优点，但对于制备环氧丙烷尾气中含少量丙烯的排放废气，吸附剂吸附丙烯后，对其进行脱附和收集非常困难，而且由于气量较大，使得吸附装置体积庞大，占地大、成本高，且吸附剂寿命较短，形成固体废弃物后仍然对环境存在污染的风险。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中的不足，在于提供一种绿色环保、能源消耗小、并且成本低的降低尾气中c2-c5烯烃含量的方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种降低尾气中c2-c5烯烃含量的方法，包括如下步骤：

(1)对含有c2-c5烯烃的尾气采用换热器进行换热降温，换热降温后的气体经第一气液分离器进行气液分离；

(2)分离后得到的气体进入膨胀机膨胀至低压，膨胀机输出功用于驱动需要消耗功的设备；

(3)膨胀后的气体经第二气液分离器进行气液分离，从第二气液分离器排出的气体与换热器中含有c2-c5烯烃的尾气进行换热后达标排放；

第一气液分离器、第二气液分离器排出的液体进入第三气液分离器，往第三气液分离器中通入液氮，第三气液分离器中排出的气体为氧气和氮气的混合气体，第三气液分离器中排出的液体烯烃回收利用。

本发明所述的需要消耗功的设备包括但不限于发电制冷、带动制动、风机、压缩机、泵等。

优选的，所述含有c2-c5烯烃的尾气为含有丙烯的尾气。

为了进一步降低尾气中的丙烯含量，使尾气中的丙烯含量转化为液体烃类；优选的，所述降低尾气中c2-c5烯烃含量的方法，包括如下步骤：

(1)含有丙烯的尾气采用一级换热器进行换热、换热后的气体进入第四气液分离器进行气液分离、在第四气液分离器中尾气的高沸点组分被冷凝分离出来，经液体出口排出，分离后得到的气体采用二级换热器进行换热、换热后的气体经第一气液分离器进行气液分离；

(2)分离后得到的气体进入膨胀机膨胀至低压，膨胀机输出功用于驱动压缩机压缩空气；

(3)膨胀后的气体经第二气液分离器进行气液分离，从第二气液分离器排出的气体依次与二级换热器、一级换热器中含有丙烯的尾气进行换热后达标排放；

第一气液分离器、第二气液分离器排出的液体进入第三气液分离器，往第三气液分离器中通入液氮，第三气液分离器中排出的气体为氧气和氮气的混合气体，第三气液分离器中排出的液体烯烃回收利用。

优选的，所述降低尾气中c2-c5烯烃含量的方法，包括如下步骤：

(1)含有丙烯的尾气采用一级换热器换热至0～5℃、换热后的气体进入第四气液分离器进行气液分离、在第四气液分离器中尾气的高沸点组分被冷凝分离出来，经液体出口排出，分离后得到的气体采用二级换热器进行换热至-97.15～-91.15℃、换热后的气体经第一气液分离器进行气液分离；

(2)分离后得到的气体进入膨胀机膨胀至0.3～0.5mpa，膨胀机输出功用于驱动压缩机压缩空气；

(3)膨胀后的气体经第二气液分离器进行气液分离，从第二气液分离器排出的气体依次与二级换热器、一级换热器中含有丙烯的尾气进行换热后达标排放；

第一气液分离器、第二气液分离器排出的液体进入第三气液分离器，往第三气液分离器中通入液氮，第三气液分离器中排出的气体为体积比小于0.05的氧气和氮气混合气体，第三气液分离器中排出的液体烯烃回收利用。

优选的，步骤(3)中，膨胀后的气体先经三级换热器换热，换热后的气体进入第一节流阀进行调压，调压后的气体进入第二气液分离器进行气液分离，从第二气液分离器排出的气体依次与三级换热器、二级换热器、一级换热器中含有丙烯的尾气进行换热、然后达标排放；第一气液分离器、第二气液分离器排出的液体进入第三气液分离器，往第三气液分离器中通入液氮，第三气液分离器中排出的气体为体积比小于0.05的氧气和氮气混合气体，第三气液分离器中排出的液体烯烃回收利用。膨胀机后串连节流阀，降低膨胀机的膨胀比，从而减小膨胀机的成本，用换热器和节流阀进一步将尾气降温，保证分离效果。

为保证尾气中丙烯的分离效果，优选的，步骤(3)中，膨胀后的气体先经三级换热器至-157.15～-145.15℃，换热后的气体进入第一节流阀调压至0.2～0.31mpa，调压后的气体进入第二气液分离器进行气液分离，从第二气液分离器排出的气体依次与三级换热器、二级换热器、一级换热器中含有丙烯的尾气进行换热、然后达标排放；第一气液分离器、第二气液分离器排出的液体进入第三气液分离器，往第三气液分离器中通入液氮，第三气液分离器中排出的气体为体积比小于0.05的氧气和氮气混合气体，第三气液分离器中排出的液体烯烃回收利用。

为了保证分离效果，优选的，所述第一气液分离器与第三气液分离器之间设有第二节流阀，对从第一气液分离器排出的液体调节压力至与第二气液分离器排出的液体压力相同。

步骤(2)中，所述膨胀机输出功用于驱动一级压缩机、二级压缩机压缩空气，将空气进行一级压缩、二级压缩后，得到压力为0.4～0.6mpa的常温压缩空气；充分利用膨胀机的输出功，节省电力和功耗。

本发明尤其适用于制备环氧丙烷的尾气的处理，尾气中的碳氢成分为丙烯，采用本发明分离提取其中的丙烯成分，使尾气中碳氢含量低于国家限定的尾气排放标准。本发明不需要额外消耗其它形式的能源，亦可达到环境排放的要求，更不会对环境排放大量的二氧化碳气体；另外通过膨胀机械可将尾气的压力能转化为机械能，用于驱动其它耗功机械，比如压缩机、低温液体泵等；最后回收的丙烯将以较高纯度的液体形式收集，可以以原料形式再次进入化工流程参与生产，具有可观的经济性。因此本发明具有绿色环保、能源消耗小和经济三重优势。

附图说明

图1为本发明实施例1的工艺流程图；

图2为本发明实施例2的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。本发明采用的换热器、气液分离器、节流阀、膨胀机、液体分流器等都是现有的；所以不在详细描述。

实施例1

所述含有c2-c5烯烃的尾气为含有丙烯的尾气，该尾气为制备环氧丙烷产生的尾气。

含有丙烯的尾气组分：氮气(92mol％)、氧气(4mol％)、丙烯(4mol％)；

尾气温度：313k(40℃)；

尾气压力：1.8mpa(pabs)；

尾气流量：11723kg/h(3.256kg/s,219500nm³/h)。

参见图1，图1中的箭头方向代表本发明中气体或液体流向；一种降低尾气中c2-c5烯烃含量的方法，包括如下步骤：

(1)含有丙烯的尾气1a采用一级换热器hx1换热至0～5℃、换热后的气体1进入第四气液分离器sep-1中进行气液分离、在第四气液分离器sep-1中，含有丙烯的尾气中的高沸点组分liq-1被冷凝分离出来，经液体出口排出，分离后得到的气体2采用二级换热器hx2进行换热至-97.15～-91.15℃、换热后的气体3经第一气液分离器sep-2进行气液分离；大量的丙烯产品liq-2在第一气液分离器sep-2中被分离出来；

(2)经第一气液分离器sep-2分离后得到的气体4进入膨胀机e膨胀至0.3～0.5mpa，膨胀机输出功用于驱动压缩机压缩空气；

(3)膨胀后的气体5经第二气液分离器sep-3进行气液分离，从第二气液分离器sep-3排出的气体6依次与气体2在二级换热器hx2中进行换热、换热后得到的气体7与含有丙烯的尾气1a在一级换热器hx1中进行换热，从一级换热器hx1中出来的气体7a达标排放。

经第一气液分离器sep-2分离出的丙烯产品liq-2经节流阀v-1调压后得到丙烯产品8，丙烯产品8进入第三气液分离器sep-4；第二气液分离器sep-3分离出的丙烯产品liq-3进入第三气液分离器sep-4。由于液体节流引起的闪蒸作用，第三气液分离器sep-4的气相部分存在一定量的氧气和氮气，为保证其中氧气和氮气的比例在安全范围内，则在第三气液分离器sep-4中加入液氮，以降低气相中氧气和氮气的体积比、使其体积比小于0.05。在第三气液分离器sep-4的液相出口可获得丙烯含量较高(丙烯摩尔分数0.95以上)的液体烯烃7b，液体烯烃7b可作为其他系统的原料；第三气液分离器sep-4中排出的气体8a为体积比小于0.05的氧气和氮气混合气体。本发明中液氮的通入量只要满足第三气液分离器sep-4中排出的气体8a中氧气和氮气的体积比小于0.05即可。

节流阀v-1对从第一气液分离器sep-2分离出的丙烯产品liq-2调节压力至与第二气液分离器sep-3分离出的丙烯产品liq-3压力相同。

本发明为了充分利用膨胀机输出的机械功，可将其回收用于压缩气体、拖动电机发电等工作，节省电力和功耗，实现减排和节能双重收益。优选的膨胀机输出功用于驱动一级压缩机、二级压缩机压缩空气。所述膨胀机有两台，两台膨胀机并联运行；所述压缩机包括一级压缩机和二级压缩机，两台压缩机串联运行；一级压缩机与其中的一台膨胀机同轴连接，二级压缩机与另一台膨胀机同轴连接。

空气9从一级压缩机com1的空气入口进入，进行一级压缩，然后从一级压缩机com1的空气出口流出，所得气体10进入冷却器c1，经冷却器c1冷却后的气体11从二级压缩机com2的空气入口进入、进行二级压缩；二级压缩后的气体12进入冷却器c2进行冷却；所得气体13为0.4～0.6mpa的常温压缩空气。

实施例1的主要性能参数如下表所示：

表1实施例1的基本参数

实施例2

所述含有c2-c5烯烃的尾气为含有丙烯的尾气，该尾气为制备环氧丙烷产生的尾气。

含有丙烯的尾气组分：氮气(92mol％)、氧气(4mol％)、丙烯(4mol％)；

尾气温度：313k(40℃)；

尾气压力：1.8mpa(pabs)；

尾气流量：11723kg/h(3.256kg/s,219500nm³/h)。

参见图2，图2中的箭头方向代表本发明中气体或液体流向；一种降低尾气中c2-c5烯烃含量的方法，包括如下步骤：

(1)含有丙烯的尾气1a采用一级换热器hx1换热至0～5℃、换热后的气体1进入第四气液分离器sep-1中进行气液分离、在第四气液分离器sep-1中，含有丙烯的尾气中的高沸点组分liq-1被冷凝分离出来，经液体出口排出，分离后得到的气体2采用二级换热器hx2进行换热至-97.15～-91.15℃、换热后的气体3经第一气液分离器sep-2进行气液分离；大量的丙烯产品liq-2在第一气液分离器sep-2中被分离出来；

(2)经第一气液分离器sep-2分离后得到的气体4进入膨胀机e膨胀至0.3～0.5mpa，膨胀机输出功用于驱动压缩机压缩空气；

(3)膨胀后的气体5先经三级换热器hx3换热器至-157.15～-145.15℃，换热后的气体5a进入第一节流阀v-2节流降压至0.2～0.31mpa，调压后的气体5b进入第二气液分离器sep-3进行气液分离，从第二气液分离器sep-3排出的气体5c与气体5在三级换热器hx3中进行换热、换热后得到的气体6与气体2在二级换热器hx2中进行换热、换热后得到的气体7与含有丙烯的尾气1a在一级换热器hx1中进行换热，从一级换热器hx1中出来的气体7a达标排放。

经第一气液分离器sep-2分离出的丙烯产品liq-2经节流阀v-1调压后得到丙烯产品8，丙烯产品8进入第三气液分离器sep-4；第二气液分离器sep-3分离出的丙烯产品liq-3产品也进入第三气液分离器sep-4。由于液体节流引起的闪蒸作用，第三气液分离器sep-4的气相部分存在一定量的氧气和氮气，为保证其中氧气和氮气的比例在安全范围内，则在第三气液分离器sep-4中加入液氮，以降低气相中氧气和氮气的体积比，使其体积比小于0.05。在第三气液分离器sep-4的液相出口可获得丙烯含量较高(丙烯摩尔分数0.95以上)的液体烯烃7b，液体烯烃7b可作为其他系统的原料；第三气液分离器sep-4中排出的气体8a为体积比小于0.05的。本发明中液氮的通入量只要满足第三气液分离器sep-4中排出的气体8a中氧气和氮气的体积比小于0.05即可。

节流阀v-1对从第一气液分离器sep-2分离出的丙烯产品liq-2调节压力至与第二气液分离器sep-3分离出的丙烯产品liq-3压力相同。

本发明为了充分利用膨胀机输出的机械功，可将其回收用于压缩气体、拖动电机发电等工作，节省电力和功耗，实现减排和节能双重收益。优选的膨胀机输出功用于驱动一级压缩机、二级压缩机压缩空气。所述膨胀机有两台，两台膨胀机并联运行；所述压缩机包括一级压缩机和二级压缩机，两台压缩机串联运行；一级压缩机与其中的一台膨胀机同轴连接，二级压缩机与另一台膨胀机同轴连接。

空气9从一级压缩机com1的空气入口进入，进行一级压缩，然后从一级压缩机com1的空气出口流出，所得气体10进入冷却器c1，经冷却器c1冷却后的气体11从二级压缩机com2的空气入口进入、进行二级压缩；二级压缩后的气体12进入冷却器c2进行冷却；所得气体13为0.4～0.6mpa的常温压缩空气。

实施例2的主要性能参数如下表所示：

表2实施例2的基本参数

本发明尤其适用于制备环氧丙烷的尾气的处理，尾气中的碳氢成分为丙烯，采用本发明分离提取其中的丙烯成分，使尾气中碳氢含量低于国家限定的尾气排放标准。本发明不需要额外消耗其它形式的能源，亦可达到环境排放的要求，更不会对环境排放大量的二氧化碳气体；另外通过膨胀机械可将尾气的压力能转化为机械能，用于驱动其它耗功机械，比如压缩机、低温液体泵等；最后回收的丙烯将以较高纯度的液体形式收集，可以以原料形式再次进入化工流程参与生产，具有可观的经济性。因此本发明具有绿色环保、能源消耗小和经济三重优势。