一种焦炉废气利用装置及其应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种焦炉废气利用装置及其应用方法，属于焦化【技术领域】。该装置中，焦炉通过压缩机连接重整器，重整器上端的合成气出口通过增压机连接化学品合成器，化学品合成器下端的废气出口与多级气液分离器连接，所述多级气液分离器为旋风螺旋管路换热器，多级气液分离器下端通往膨胀闪蒸器，膨胀闪蒸器的气体出口连接重整器的上端，膨胀闪蒸器的液体出口通往蓄水池；空气分离器分离出的氧气沿管路通往焦炉，空气分离器分离出的液氮通往多级气液分离器。首先把废气中的热量及分离出的CO2和水充分利用；且空气分离器产生的液氮作为冷凝介质在多级气液分离器中降温；本发明是一种绿色环保的工艺装置；本装置新建和改造成本低，易于推广应用。
【专利说明】一种焦炉废气利用装置及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种焦炉废气利用装置及其应用方法，具体涉及一种焦炉废气的CO2和水的分离装置与焦炉废气热量利用和CO2利用的系统工艺装置。属于焦化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]从目前整个焦化产业链来看，炼焦过程与焦炉煤气转化利用过程相互独立，生产过程之间耦合程度偏低，能源资源在整个生产链过程不能达到物尽其用，造成了整个产业链集成度偏低，整体能量、元素利用效率偏低，近一半焦炉煤气直接燃烧用于自身加热，排放出大量CO2,大部分的C元素并没有得到有效利用，这极大浪费了宝贵的C资源，还造成环境污染；降低了能效和经济效益。这本身就是一种工艺过程与元素利用的不合理匹配。上述一对矛盾问题直接降低了整个产业链在环保、经济、能效等方面的性能。
【发明内容】
[0003]为了克服上述不足，本发明旨在提供一种焦炉废气利用装置及其应用方法，废气中的CO2可以与净焦炉煤气重整制合成气，并进一步生产下游化学产品。而水通过分离可以作为循环水在工艺系统中使用，还可以用作熄焦用水，省却了外来用水，解决了煤化工行业需水量大的问题。另外，空分系统产生的液氮又可作为CO2分离中的低温介质，使CO2和水分离彻底，使整个工艺系统能耗降低。
[0004]本发明提供的一种焦炉废气利用装置及其应用方法，废气先提供给重整器热量，然后再提供给化学品合成器热量，最后进入多级气液分离器将CO2和水分离，分离出的CO2与净焦炉煤气混合进入重整器中制合成气，接着合成气再进入化学品合成器制化学品；分离出的水送入蓄水池做循环水用，空气分离器产生的液氮作为冷凝介质在多级气液分离器中降温。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种焦炉废气利用装置，包括焦炉、空气分离器、焦炉煤气气柜、多级气液分离器、膨胀闪蒸器、重整器、化学品合成器；焦炉通过压缩机连接重整器，重整器上端的合成气出口通过增压机连接化学品合成器，重整器下端的废气出口经混合气预热器与化学品合成器连接；化学品合成器下端的废气出口与多级气液分离器连接，所述多级气液分离器为旋风螺旋管路换热器，中间设有斜板，斜板两端分别连接液氮和冷却水两种冷却介质；多级气液分离器下端通往膨胀闪蒸器，膨胀闪蒸器的气体出口连接重整器的上端，膨胀闪蒸器的液体出口通往蓄水池；空气分离器分离出的氧气沿管路通往焦炉，空气分离器分离出的液氮通往多级气液分离器。
[0006]所述多级气液分离器上部设有液氮锥形盘管，盘管的入口端和出口端分别与空气分离器连接。
[0007]所述多级气液分离器下端的冷却水入口和上端的冷却水出口分别连接蓄水池。
[0008]所述重整器为CO2、水蒸汽和焦炉煤气重整制合成气的反应器。[0009]所述化学品合成器为合成甲醇、二甲醚、烯烃、丙烯、汽油的任一种。
[0010]一种焦炉废气利用装置的应用方法，是采用上述焦炉废气利用装置的方法，包括以下步骤:
1、废气的供热和废气分离:
焦炉产生的废气通过废气主管经压缩机进入重整器加热套提供所需热量，出来后再经化学合成器夹套提供反应所需热量，出来的废气再进一步通过冷却器降温后进入多级气液分离器，分离器采用旋风气液分离设计，低温废气沿冷却水螺旋管向下进一步降温冷却，形成的液体顺壁流入底部，主要含CO2的饱和水蒸汽从中间立管进入分离器顶部，顶部设有锥形液氮盘管，气体经液氮深冷后完全解析出CO2从顶端输出，冷凝下来的水通过斜板导出；
I1、CO2的利用:
步骤I中多级气液分离器底部分离出溶解CO2的水，经冷却器降温后与顶部斜板导出的水混合一同进入膨胀闪蒸器，闪蒸出的CO2与多级气液分离器顶端输出的CO2混合经气体换热器、废气冷却器换热升温，再与气柜出来的净焦炉煤气混合经预热器预热进入重整器重整制合成气，合成气再经增压机提升压力后进入化学品合成器合成化学品；
II1、水的利用:
步骤II中膨胀闪蒸器分离出的水进入蓄水池，部分水经水处理后进入I中多级气液分离器中的冷却水螺旋管，热交换后从中上部输出经气体热交换器传热给II中的CO2气体后循环回蓄水池；
IV、空气分离器中液氮的利用:
空气分离器分离出的氧气去焦炉供燃烧用，产生的液氮输送到I中的多级气液分离器顶部的液氮锥形盘管深冷含CO2的饱和水蒸汽，输出后经水冷却器来冷却多级气液分离器底部输出的水，后返回空气分离器再利用。
[0011]本发明提供的一种焦炉废气利用装置及方法，优点在于:
(O充分利用了焦炉加热系统中产生的废气，把废气中的热量充分利用，废气中的CO2作为重要化工原料再利用，废气中的水回收循环利用，解决现场的水耗大的问题。
[0012](2)本工艺装置结合整个焦化系统大循环，充分利用了废气、废热、液氮、产物CO2和水，最终产物是水和化学产品，无其他污染物产生，是一种绿色环保的工艺装置。
[0013](3)多级气液分离器采用旋风螺旋式管路配液氮锥形盘管，使气液分离充分，热量利用完全。
[0014](4)本工艺采用的装置组成简单，建设所需费用低，在现有基础上改造成本低，易于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明焦炉废气利用的工艺流程示意图。
[0016]I一焦炉；2—压缩机；3—重整器；4一混合气预热器；5—化学品合成器；6—焦炉废气冷却器；7—多级气液分离器；8—水冷却器；9 一膨胀闪蒸器；10—气体热交换器；11一焦炉煤气气柜；12—±曾压机；13—空气分离器；14一蓄水池。
【具体实施方式】[0017]下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0018]实施例1:焦炉废气利用装置
图1示出了本发明焦炉废气利用的工艺流程示意图。
[0019]一种焦炉废气利用装置，包括焦炉1、空气分离器13、焦炉煤气气柜11、多级气液分离器7、膨胀闪蒸器9、重整器3、化学品合成器5 ;焦炉I通过压缩机2连接重整器3，重整器3上端的合成气出口通过增压机12连接化学品合成器5，重整器3下端的废气出口经混合气预热器4与化学品合成器5连接；化学品合成器5下端的废气出口与多级气液分离器连接7，所述多级气液分离器7为旋风螺旋管路换热器，中间设有斜板，斜板两端分别连接液氮和冷却水两种冷却介质；多级气液分离器7下端通往膨胀闪蒸器9，膨胀闪蒸器9的气体出口连接重整器3的上端，膨胀闪蒸器9的液体出口通往蓄水池14 ;空气分离器13分离出的氧气沿管路通往焦炉1，空气分离器13分离出的液氮通往多级气液分离器7。
[0020]所述多级气液分离器7上部设有液氮锥形盘管，盘管的入口端和出口端分别与空气分离器连接。
[0021]所述多级气液分离器7下端的冷却水入口和上端的冷却水出口分别连接蓄水池。
[0022]所述重整器为CO2、水蒸汽和焦炉煤气重整制合成气的反应器。
[0023]所述化学品合成器为合成甲醇、二甲醚、烯烃、丙烯、汽油的任一种。
[0024]实施例2:焦炉废气利用方法 具体步骤为:
(I)废气的供热和废气分离:
焦炉I产生400°C的废气以10000 kmol/h通过压缩机2增压到3.5MPa后进入重整器3，出来气体温度降为380°C，经混合气预热器4换热后进入化学品合成器5，入口 300°C、
3.44MPa，出口 260°C、3.42 MPa，再经废气冷却器6冷却到200°C进入多级气液分离器7，通过旋风螺旋管换热，底部出口温度130°C、压力3.38MPa，过热水3795.19 kmol/h (其中含CO2 6.56 v%)，含CO2饱和水蒸汽(CO2含量31.44 v%)从中间立管上升进入顶部通过锥形液氮盘管，顶端出口温度降到40°C (含99.9%的CO2), 4253.03 kmol/h H2O从顶部斜板导出。底部过热水经水冷却器8与多级气液分离器7顶部出来的液氮换热后与斜板导出的水混合一同进入膨胀闪蒸器9，压力降到0.3MPa，温度40°C。
[0025](2) CO2 的利用:
膨胀闪蒸器9闪蒸出的CO2 249 kmol/h与多级气液分离器7顶端输出的CO2 1951kmol/h混合，先后通过气体热交换器10、废气冷却器6预热，在与焦炉煤气气柜11输出的净焦炉煤气8800 kmol/h混合，经混合气预热器4升温到366°C、压力0.15MPa输入重整器
3。重整后的合成气从重整器3输出，经增压机12增压的4.5MPa输入化学品合成器5反应得到化学产品。
[0026](3)水的利用:
膨胀闪蒸器9底部产生的水7800 kmol/h，输送到蓄水池14，4500 kmol/h的水经水处理后进入多级气液分离器7中的冷却水螺旋管，热交换后从中上部输出经气体热交换器10传热给CO2气体后循环回蓄水池14。
[0027](4)空气分离器中液氮的利用
空气分离器分离出的氧气6100 kmol/h去焦炉供燃烧用，产生的液氮634400 kg/h，其中54000kg/h的液氮(_196°C)输送到多级气液分离器7顶部的液氮锥形盘管深冷含CO2的饱和水蒸汽，输出后(-106°C )再经水冷却器8来冷却多级气液分离器7底部输出的水(降温到40°C)，_28°C的氮气返回空气分离器再循环利用。
[0028]以上实施例仅结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了说明，而并非对其保护范围进行限制；本领域的普通技术人员应当理解:在本发明的技术方案的基础上，其依然可以对前述实施例不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种焦炉废气利用装置，包括焦炉、空气分离器、焦炉煤气气柜、膨胀闪蒸器、重整器、化学品合成器；其特征在于:还包括多级气液分离器，焦炉通过压缩机连接重整器，重整器上端的合成气出口通过增压机连接化学品合成器，重整器下端的废气出口经混合气预热器与化学品合成器连接；化学品合成器下端的废气出口与多级气液分离器连接，所述多级气液分离器为旋风螺旋管路换热器，中间设有斜板，斜板两端分别连接液氮和冷却水两种冷却介质；多级气液分离器下端通往膨胀闪蒸器，膨胀闪蒸器的气体出口连接重整器的上端，膨胀闪蒸器的液体出口通往蓄水池；空气分离器分离出的氧气沿管路通往焦炉，空气分离器分离出的液氮通往多级气液分离器。
2.根据权利要求1所述的焦炉废气利用装置，其特征在于:所述多级气液分离器上部设有液氮锥形盘管，盘管的入口端和出口端分别与空气分离器连接。
3.根据权利要求1所述的焦炉废气利用装置，其特征在于:所述多级气液分离器下端的冷却水入口和上端的冷却水出口分别连接蓄水池。
4.根据权利要求1所述的焦炉废气利用装置，其特征在于:所述重整器为CO2、水蒸汽和焦炉煤气重整制合成气的反应器。
5.根据权利要求1所述的焦炉废气利用装置，其特征在于:所述化学品合成器为合成甲醇、二甲醚、烯烃、丙烯、汽油的任一种。
6.一种焦炉废气利用装置的应用方法，是采用权利要求f 5任一项所述的焦炉废气利用装置的方法，其特征在于:包括以下步骤: .1、废气的供热和废气分离: 焦炉产生的废气通过废气主管经压缩机进入重整器加热套提供所需热量，出来后再经化学合成器夹套提供反应所需热量，出来的废气再进一步通过冷却器降温后进入多级气液分离器，分离器采用旋风气液分离设计，低温废气沿冷却水螺旋管向下进一步降温冷却，形成的液体顺壁流入底部，主要含CO2的饱和水蒸汽从中间立管进入分离器顶部，顶部设有锥形液氮盘管，气体经液氮深冷后完全解析出CO2从顶端输出，冷凝下来的水通过斜板导出； I1、CO2的利用: 步骤I中多级气液分离器底部分离出溶解CO2的水，经冷却器降温后与顶部斜板导出的水混合一同进入膨胀闪蒸器，闪蒸出的CO2与多级气液分离器顶端输出的CO2混合经气体换热器、废气冷却器换热升温，再与气柜出来的净焦炉煤气混合经预热器预热进入重整器重整制合成气，合成气再经增压机提升压力后进入化学品合成器合成化学品； II1、水的利用: 步骤II中膨胀闪蒸器分离出的水进入蓄水池，部分水经水处理后进入I中多级气液分离器中的冷却水螺旋管，热交换后从中上部输出经气体热交换器传热给II中的CO2气体后循环回蓄水池； IV、空气分离器中液氮的利用: 空气分离器分离出的氧气去焦炉供燃烧用，产生的液氮输送到I中的多级气液分离器顶部的液氮锥形盘管深冷含CO2的饱和水蒸汽，输出后经水冷却器来冷却多级气液分离器底部输出的水，后返回空气分离器再利用。
【文档编号】C01B3/34GK103808157SQ201410086173
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】张继龙, 郑华艳, 张小超, 荆洁颖, 易群, 李刚, 任龙, 任晓霞 申请人:太原理工大学