一种从焦炉烟道气中分离提纯N2和CO2的装置和方法与流程

本发明属于焦炉烟道气的回收利用
技术领域：
，特别涉及一种从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置和方法。
背景技术：
：大型焦化企业捣固焦炉采用高炉煤气燃烧加热炼焦，高炉煤气燃烧后产生的高温烟道气，温度250℃～350℃，其主要组成如下：组分con2o2co2合计组成(v％)0.4076.105.5018.00100.00由于这种烟道气中n2含量占76.10％左右，co2含量占18.00％左右，如直接排放到空中，会造成环境污染及能源浪费。因此，有必要研究一种从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置和方法技术实现要素：本发明的目的是提供一种从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置和方法，该装置和方法在保证原料气产品质量的前提下，技术水平先进，稳妥可靠，劳动强度低，布局合理，工程造价低，节约投资，可实现环境污染总量控制，做到洁净生产，减少对环境的污染。为达到以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现。方案一：一种从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置，其特征在于：包括与焦炉烟道连接的余热回收锅炉，所述余热回收锅炉的烟气输出端连通有除尘器，所述除尘器的烟气输出端连通有冷却塔，所述冷却塔的烟气输出端连通有引风机，所述引风机的输出端连通有压缩机，所述压缩机的输出端连通有第一冷却器，所述第一冷却器的输出端连通有变压吸附分离装置。上述技术方案的特点和进一步改进：进一步的，所述除尘器采用高温长袋脉冲除尘器。进一步的，所述冷却塔和引风机之间连通有汽水分离器。进一步的，变压吸附分离装置包含提纯二氧化碳段、精脱二氧化碳段和制氮段。方案二：一种从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的方法，基于上述从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，通过余热回收锅炉回收烟道气的余热，使烟道气的温度减低至160℃以下；步骤二，通过除尘器对温度减低至160℃以下的烟道气进行除尘，使烟道气的含尘量降低至10mg/m3以下；步骤三，通过冷却塔对含尘量降低至10mg/m3以下的烟道气进行冷却，使烟道气的温度减低至40℃以下；步骤四，通过引风机对温度减低至40℃以下的烟道气进行加压，使烟道气的气压提升至10kpa以上；步骤五，通过压缩机对气压提升至10kpa的烟道气进行加压，使烟道气的气压提升至2.5mpa以上；步骤六，通过变压吸附分离装置对气压提升至2.5mpa以上的烟道气进行分离提纯得到n2和co2。上述技术方案的特点和进一步改进：进一步的，在步骤四中，通过汽水分离器对气压提升至10kpa的烟道气进行汽水分离。进一步的，在步骤六中，变压吸附分离采用三段法：提纯二氧化碳段、精脱二氧化碳段和制氮段。本发明的从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置和方法，为了充分利用此部分能源，烟道气经过余热回收、除尘、冷却、压缩工序后，再经过psa变压吸附分离技术提纯烟道气中的n2和co2作为合成原料气。即将高温烟道气采用热管锅炉进行余热回收，副产0.6mpa的蒸汽加以回收利用，剩余废气经布袋除尘和冷却后，用引风机将烟道气从﹣8kpa升压至10kpa，送至离心式压缩机加压至2.5mpa，再采用psa变压吸附分离技术提纯其中的n2及co2，作为生产合成氨、尿素的原料气。附图说明图1为本发明的一种从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置的结构示意图；图中：1、余热回收锅炉；2、除尘器；3、冷却塔；4、汽水分离器；5、引风机；6、压缩机；7、低压冷却分离器；8、压缩机冷却器；9、汽轮机；10、第一冷却器；11、变压吸附分离装置。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。参照图1，为本发明的一种从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置的结构示意图；该装置包括与焦炉烟道连接的余热回收锅炉1，所述余热回收锅炉1的烟气输出端连通有除尘器2，所述除尘器2的烟气输出端连通有冷却塔3，所述冷却塔3的烟气输出端连通有引风机5，所述引风机5的输出端连通有压缩机6，所述压缩机6的输出端连通有第一冷却器10，所述第一冷却器10的输出端连通有变压吸附分离装置11。焦炉烟道气可以是焦炉煤气燃烧后的烟道气，也可以是焦炉煤气掺混驰放气燃烧后的烟道气，也可以是高炉煤气或高炉煤气掺混驰放气燃烧后的烟道气，只要烟道气中含有50％～80％的n2，5％～20％的co2，温度为280℃～350℃，含尘量0～1.0g/m3，均适用于本发明。进一步的，所述除尘器2采用高温长袋脉冲除尘器。进一步的，所述冷却塔3和引风机5之间连通有汽水分离器4。进一步的，变压吸附分离装置11包含提纯二氧化碳段、精脱二氧化碳段和制氮段。一种从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的方法，基于上述从焦炉烟道气中分离提纯n2和co2的装置，包括以下步骤：步骤一，通过余热回收锅炉1回收烟道气的余热，使烟道气的温度减低至160℃以下。大型焦化企业捣固焦炉采用高炉煤气燃烧加热炼焦，高炉煤气燃烧后产生的高温烟道气，含尘量0.2～0.5g/m3，温度250℃～350℃，经过高温管进入立式蒸发器，烟气从立式蒸发器底部出口进入水平蒸发器，再进入软水加热器，最后烟气温度降至160℃由排烟口排出进入布袋除尘器。除氧水一部分进入软水预热器预热后再进入汽包，水通过下降管进入蒸汽发生器，水吸收热量变成饱和水蒸汽，饱和水蒸汽再经上升管进入汽包，在汽包里进行水汽分离，形成0.6mpa的饱和蒸汽，送至除氧器除氧，多余蒸汽送至总管或其他用户。步骤二，通过除尘器2对温度减低至160℃以下的烟道气进行除尘，使烟道气的含尘量降低至10mg/m3以下。(1)过滤工况：含尘0.2～0.5g/m3烟气由中间进风口进入风道，在气流分配机构作用下，烟气均匀分配进入各过滤单元进风管，挡板的折挡使得较大的尘粒由于惯性和重力的作用直接落入灰斗，未掉落的尘粒随气流上升进入过滤室。在滤袋表面尘饼的过滤作用下，烟气尘粒被阻隔在滤袋外侧，净化后的烟气由滤袋内部进入净气室，再通过提升阀汇聚到出风总管，进入烟道气冷却系统。(2)反吹工况：当除尘器控制系统发出反吹清灰控制信号时，启动清灰过程，首先其中一个单元的提升阀关闭，切断该单元的过滤气流，接着依次打开电磁脉冲阀，压缩空气在极短的时间内(0.1～0.2秒)通过喷吹管和喷嘴向滤袋喷入，在高速压缩空气的诱导作用下，净气室的大量净空气形成二次风吸入滤袋内部，滤袋自上而下膨胀达到径向极限，又在滤袋张力的作用下形成反向加速度，使滤袋产生高频振动变形，附着在滤袋外侧的尘饼受变形挤压而脱落。该单元所有脉冲阀按顺序启闭、完成反吹操作后，粉尘继续沉降一段时间，用n2进行置换，然后打开提升阀，该单元再次处于过滤状态，而下一个单元则进入清灰状态，直至所有的单元都进行一次反吹清灰操作，从而完成除尘器的一个清灰周期。(3)反吹控制：除尘器采用plc控制系统，根据烟尘处理工艺的不同，可以选择压差控制和定时控制反吹清灰。压差控制机制，是指随着过滤过程的延续，滤袋外侧表面附积的粉尘不断累积，过滤阻力不断增加，除尘器运行阻力也逐渐升高，当除尘器阻力达到预设值(一般为1200～1500pa)时，发出启动反吹周期的控制信号，除尘器周而复始地逐个单元执行“反吹清灰--沉降--置换--过滤”的循环，直至除尘器阻力降低到设定的阻力下限(一般为1000pa)。压差控制机制可以使除尘器阻力始终保持在一定的范围内，使除尘器保持最佳的除尘效率和最低的运行能耗。步骤三，通过冷却塔3对含尘量降低至10mg/m3以下的烟道气进行冷却，使烟道气的温度减低至40℃以下。由烟道气除尘来的160℃烟道气，从冷却洗涤塔底部进入，该塔内件设计为旋流板结构，以保证洗涤效果，上部用冷却水直接进行喷淋洗涤，烟道气与冷却水逆流接触，使出塔气体温度由160℃降至40℃。步骤四，通过引风机5对温度减低至40℃以下的烟道气进行加压，使烟道气的气压提升至10kpa以上，然后送入烟道气压缩机6。步骤五，通过压缩机6对气压提升至10kpa的烟道气进行加压，使烟道气的气压提升至2.5mpa以上。由引风机来的烟道气温度40℃，压力10kpa，进入离心压缩机低压缸，气体经加压至0.35mpaa后进入低压冷却分离器7，冷却分离后进入高压缸，气体升压至2.5mpaa经第一冷却器10后送至变压吸附分离装置11。步骤六，通过变压吸附分离装置11对气压提升至2.5mpa以上的烟道气进行分离提纯得到n2和co2。进一步的，在步骤四中，通过汽水分离器4对气压提升至10kpa的烟道气进行汽水分离。进一步的，在步骤六中，变压吸附分离采用三段法：提纯二氧化碳段、精脱二氧化碳段和制氮段。(1)提纯二氧化碳段：采用29个塔多次均压流程。现以第一个吸附塔a为例来说明其吸附工艺过程。来自压缩机出口的气体由a塔底进入吸附塔，气体中的易吸附组分如二氧化碳、气态水等先被吸收，不易吸附组分如一氧化碳、氮、氧等组分由塔顶进入下一段，当易吸附组分的吸附前沿快要到达塔顶时停止通气，a塔通过和别的塔进行多次均降后，回收塔内的有效气体并且吸附前沿到达出口，顺放使吸附床层二氧化碳浓度接近产品气要求，顺放完后，通过置换气鼓风机对床层进行置换，使床层二氧化碳浓度达到产品气要求，接着进行逆放解吸，最后通过来自二段的气体进行常压吹扫使吸附剂达到再生。而后通过二段升压风机的气体进行升压及多次均升再次进入下一吸附循环。其余塔工作原理相同。(2)精脱二氧化碳段：采用14塔多次均压，制氮段返回气一次吹扫流程。现以第一个吸附塔a为例来说明其吸附工艺过程。来自一段气体中少量的二氧化碳在此被吸收，不易吸附组分如一氧化碳、氮、氧等组分由塔顶进入下一段，当易吸附组分的吸附前沿快要到达塔顶时停止通气，a塔通过和别的塔进行多次均降后，回收了塔内的有效气体并且吸附前沿到达出口，然后逆放解吸，最后通过制氮段返回的低二氧化碳气进行常压吹扫使吸附剂达到再生，而后通过升压及多次均升再次进入下一吸附循环。其余塔工作原理相同。(3)制氮段：采用13塔多次均压流程。现以第一个吸附塔a为例来说明其吸附工艺过程。来自二段塔顶的气体由a塔底进入吸附塔，气体中的易吸附组分二氧化碳、氧气被吸收，不易吸附的氮组分以及氮氧化物由塔顶排出作为产品氮气，当易吸附组分的吸附前沿快要到达塔顶时停止通气，a塔通过和别的塔进行多次均降后，回收了塔内的有效气体并且使吸附床层内的二氧化碳、氧气进一步富集，最后通过多次均升和终升再次进入下一吸附循环。其余塔工作原理相同。尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。当前第1页12