一种天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置的制作方法

1.本实用新型总体地涉及属于天然气制乙炔技术领域，具体地涉及一种天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置。


背景技术：

2.天然气部分氧化裂解制乙炔过程中，不仅产生大量的co、co2、h2、h2o和少量的丁二炔、乙烯基乙炔和其它不饱和碳氢化合物以及芳族烃等副产物，乙炔的进一步裂解还会产生一定量的炭黑，在裂解气冷却时这些炭黑混入萃冷水中，导致大量废水产生；同时部分副产物溶解在淬火的炭黑水中，后续易伴随大量vocs排放；炭黑和有机聚合物在水中会形成固渣沉淀。三废处理问题是该行业面临的严重环保挑战。
3.目前，炭黑水循环系统多采用敞式流程。从乙炔炉、冷却塔、电除尘装置出来的炭黑水进入敞式炭黑分离槽中，其中冷却塔也多采用双曲型冷却塔或其他敞式冷却装置。两者中炭黑水均直接与空气接触，溶解在炭黑水中的有机污染物部分解析出来，对空气产生污染。如cn103496808a、cn102951711a、cn206244558u、cn1478765a中提及的这些方法中，废水处理、炭黑和其他固渣的获取是主要目的，虽在一定程度缓解了废水和固渣沉淀的污染问题，但未解决vocs排放问题。
4.针对vocs排放问题，相关机构提出了炭黑水封闭循环利用的概念，处理废水和废渣的同时，将带有有机污染物的清水封闭循环使用，但并未给出具体的操作流程，如美国专利us005824834。basf根据炭黑水封闭循环利用的概念，给出了部分流程，即将乙炔炉、冷却塔出炭黑水经一次处理，得到清水经换热后，打入乙炔炉和冷却塔塔顶循环使用，如basf专利cn1155532a、cn101421207b、cn101384529b。这有效降低了废水处理过程中有机气体排放，但乙炔炉和冷却塔出炭黑水仅经一次处理，程序过于简单，易导致炭黑在循环水中累积，增大后续脱炭黑难度，严重时，循环水将无法作为淬冷水和冷却水回用；同时以上几种方法对于炭黑水后续的处理，即炭黑与水的分离，未给出明确装置和流程介绍。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的上述问题，本实用新型提出了一种天然气乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置及方法，以保证天然气制乙炔工艺中炭黑废水处理得当、避免vocs排放、高效回收炭黑和高聚物(高聚物中形成固渣的部分随炭黑一起排出，没有形成固渣的在溶液中循环，不影响水溶液的循环利用，)等固体废渣，同时利用清水提高循环水淬冷和冷却效率。
6.本实用新型的技术方案如下：一种天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置，包括增稠罐、冷却塔、漂浮槽、浆液罐、板框过滤机、清水池、浆液泵和换热器；所述炭黑水循环回收利用装置与天然气制乙炔反应系统相连接，所述天然气制乙炔反应系统有炭黑水出口、裂解气出口、淬冷装置入口；所述增稠罐的入口与天然气制乙炔反应系统中的炭黑水出口连接；增稠罐的上部出口与漂浮槽的入口连接；增稠罐的底部出口与冷却塔的塔体
进水口相连接；所述冷却塔的出水口与换热器的入口连接；换热器的出口连接冷却塔的塔顶进水口；所述漂浮槽的上部出口与浆液罐的顶部入口连接；所述增稠罐用于使罐体中静置的炭黑水借助密度差异实现炭黑与水分层且炭黑在罐体顶部富集；所述漂浮槽用于使增稠罐顶部富集的炭黑再次通过与水的密度差异被富集；漂浮槽的底部出口和清水池的入口连接；所述浆液罐的底部出口与浆液泵的入口连接；所述浆液泵的出口与板框过滤机的入口连接；所述板框过滤机包括炭黑出口和底部出口；其底部出口与清水池的入口连接；所述清水池的出口与换热器的入口连接。
7.本实用新型通过连续的装置连接，使天然气制乙炔工艺中的炭黑水依次经增稠罐提浓、漂浮槽富集、浆液罐混匀和中转，然后送入过滤机进行固液分离，实现炭黑和清水的分别回收和利用；炭黑水在增稠罐中静置，因不同物质之间的密度差产生分层，炭黑漂浮在上层、清水在下层，炭黑水中的炭黑得到第一次提浓，增稠罐中下层的水泵入冷却塔，用于物质冷却，上层得到第一次提浓的炭黑进入漂浮池，在漂浮池中通过炭黑与水的密度差异进行第二次提浓，即富集；经漂浮池富集后，漂浮在表面的炭黑被收集进入浆液罐中混匀，为浆液泵泵至板框过滤机过滤提供介质条件(因为板框过滤机对于进料和流量有要求，漂浮池出口不能满足板框过滤机的进料要求，通过浆液罐进行富集和缓冲。)；漂浮槽和板框过滤机均是炭黑与水的分离处理装置，漂浮槽是通过两种物质的密度差实现，板框过滤机是通过孔隙分离和机械压力实现，两者得到的均是炭黑和分离出来的清水，因此，漂浮槽和板框过滤机中的清水经富集后也用于冷却塔冷却水循环，实现其最大化利用。可以看出，本实用新型通过炭黑水的逐步提浓或富集对炭黑进行集中回收，同时收集其中的清水，根据清水的温度等实际情况将其用于工艺中的其它装置或步骤中，实现了天然气制乙炔工艺中的炭黑水的循环回收利用。
8.进一步的，上述冷却塔还包括塔体进气口和裂解气出口，所述塔体进气口设置在塔体下部并且与天然气制乙炔反应系统中的裂解气出口相连接，以将裂解气送入冷却塔中冷却；所述裂解气出口设置在冷却塔顶部，以排出经塔体进气口送入且经塔体冷却后的气体。
9.冷却塔中的水来源于增稠罐(温度相对较高，需要冷却)、漂浮槽和板框过滤机(低温冷水)，漂浮槽和板框过滤机中出来的水足够用于对天然气制乙炔反应系统中的裂解气和增稠罐下部的较高温度清水进行冷却降温，因此设计将增稠罐中的水从冷却塔下部送入，塔体进气口也设计在塔体下部且与天然气制乙炔反应系统中的裂解气出口相连接，天然气制乙炔反应系统中的裂解气进入冷却塔中后向上流动，与经冷却塔顶部进入的来经换热器换热后的冷却水相遇，被降温冷却后从冷却塔顶部的裂解气出口排出被收集；增稠罐中的较高温度的水从冷却塔下部送入，与顶部进入的冷水混合后从冷却塔底部排出并与来自漂浮槽和板框过滤机中的清水混合进行第二次降温，然后再经换热器进行换热降温后被泵入冷却塔顶部，所有介质中的热量均得到合理回收和利用，且用于工艺中其他产品处理，是综合利用热量的优选设计。
10.进一步的是，本实用新型装置还包括第一离心泵、第二离心泵、第三离心泵；所述第一离心泵连接在增稠罐的底部出口和冷却塔的塔底进水口之间，以将增稠罐的底部的液体泵入冷却塔；所述第二离心泵连接在冷却塔的出水口与换热器的入口之间，以将冷却塔的出水泵入换热器中；所述第三离心泵连接在清水池的出口与换热器的入口之间，以将清
水池中的液体泵入换热器中。
11.离心泵用于保证足够的水输送动力和冷却效果，同时可以保证炭黑水持续进入本实用新型装置时，整个装置的不间断、稳定运行，以实现本实用新型装置与天然气制乙炔系统的反应装置连接，进行天然气乙炔工艺中炭黑水的持续、循环回收。
12.更进一步的，上述第三离心泵的出口还与天然气制乙炔反应系统的淬冷装置入口相连接，以将清水送入天然气制乙炔反应系统的淬冷装置中冷却气体。
13.为了最大化利用系统中的清水来降低整个系统的热量，将第三离心泵的出口还与天然气制乙炔反应系统的淬冷装置入口相连接，使第三离心泵的出口的水(来自漂浮槽和板框过滤机中的清水)分成两路，一路送入冷却塔中用于裂解气和增稠罐中热水的降温；另一路送入天然气制乙炔反应系统的淬冷装置中，用于产品气体的降温。
14.进一步的，上述连接均为通过管道连接，用于实现液体或气体的输送。因为天然气制乙炔系统产生的炭黑水中炭黑的含量不是很高，即使是增稠罐和漂浮槽上部富集的炭黑，其中也含有大量的水，能通过管道进行输送。
15.进一步的，上述增稠罐、冷却塔、漂浮槽、浆液罐、板框过滤机和清水池均为密封结构；所述连接为密封连接。
16.本实用新型通过部件各自密封和部件之间的连接密封，避免了敞式处理炭黑水带来的环境污染问题，即从根本上解决天然气乙炔工艺中废水、vocs和固渣沉淀(包括炭黑和形成固体的高聚物)污染问题，大幅度减少废水排放，同时回收固态炭黑，实现资源化利用。
17.进一步的，上述漂浮槽为盛装炭黑水和再次集中收集炭黑的槽体，所述槽体下部设置有水流驱动部件，使漂浮槽下部水流与漂浮槽口部进水的水流方向相反；所述漂浮槽上部设置有驱动电机和刮板，驱动电机连接刮板并驱动刮板在漂浮槽口部运动以富集浮在水面上的炭黑并将其推向漂浮槽与浆液罐的连接口。
18.漂浮槽下部的水流驱动部件(比如换水或换气泵)使漂浮槽下部水形成与漂浮槽口部进液方向(从增稠罐顶部向漂浮槽连接管道输送的含水炭黑的进入方向)相反的流动，从而可以使液体表面的炭黑得到更快速度的富集，因为漂浮槽也是通过介质之间的密度差实现静置分层分离，因此换水泵或换气泵的动力不需要太大，能实现槽体底部水的轻微变向流动即可，即在考虑静置分层分离效果的前提下实现通过反向流动加快分离速度，然后通过驱动电机带动的刮板对漂浮的炭黑进行集中收集和流向推动，一是实现炭黑的更快富集，二是避免富集的炭黑在漂浮槽角落聚集，实现及时进入浆液罐中。
19.还进一步的，上述漂浮槽采用加盖封闭方式密封；漂浮槽顶部连接有气体抽取装置，用于将vocs气体抽取出所述漂浮槽。
20.漂浮槽是炭黑富集的主要装置，优选采用加盖密封方式防止挥发性有机物逸出，同时在盖部或者漂浮槽上部设置气体抽取装置，以对体系中的挥发性有机物进行集中回收利用或处理，防止逸出进入大气环境中。
21.本实用新型提供了一种天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用方法，它利用上述天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置，包括以下步骤：
22.s1、炭黑水经天然气制乙炔反应系统中的出炭黑水口出来，进入所述密封增稠罐，炭黑富集在上部，底部得到清水；所述增稠罐中的底部清水进入所述冷却塔塔内，上部富集炭黑的炭黑水进入所述漂浮槽；
23.s2、所述冷却塔塔体内的水经所述换热器换热后送入所述冷却塔塔顶入口，用以冷却裂解气；
24.s3、所述漂浮槽中，炭黑浮在水面上，富集后流入所述浆液罐内，经所述浆液泵打入所述板框过滤机；
25.s4、所述板框过滤机将炭黑与水分离，收集炭黑；
26.s5、所述漂浮槽和板框过滤机内脱除炭黑后的循环水流入所述清水池；
27.s6、所述清水池内循环水与换热器入口的冷却塔出水混合后进入换热器换热，然后进入冷却塔塔顶入口，如此实现循环。
28.进一步的，上述步骤s2中还包括将天然气制乙炔反应系统中的裂解气送入冷却塔塔体下部的气体入口，以进行冷却后从冷却塔顶部的裂解气出口排出；所述步骤s6中，还包括将清水池中水送入天然气制乙炔反应系统的淬冷装置中的步骤。
29.本实用新型相比现有技术的先进性在于：
30.1)本实用新型装置可以实现炭黑水中炭黑的回收和水的利用，且过程往复循环，使天然气制乙炔工艺中不形成废水和炭黑浪费，且充分将炭黑水中的热量进行回收利用，不浪费能源；
31.2)本实用新型装置经封闭循环设计，所述增稠罐、冷却塔、漂浮槽、浆液罐、板框过滤机和清水池中的物质均不与空气接触，溶解在炭黑水中的vocs不会解析到大气中，避免了敞式处理炭黑水带来的环境污染问题，即从根本上解决天然气制乙炔vocs污染问题；
32.3)本实用新型装置中，在漂浮槽和板框压滤机中，炭黑与循环水分离，解决炭黑废水排放污染问题：漂浮槽中刮下的炭黑浆中炭黑含量在1～3wt％；经板框过滤机过滤后的炭黑通过简单干燥处理后基本不含水，可以直接使用，实现炭黑回收利用，避免固渣沉淀对环境产生污染。
33.4)通过将天然气制乙炔反应系统的裂解气出口连接至冷却塔，实现了炭黑水中水的循环利用，并且裂解气中一定量的饱和气相水，经冷却塔冷却下来进入冷却塔的循环水系统。整个冷却塔的循环水体系无须补充新鲜水，为保障循环水水量平衡，除去炭黑渣带出去的微量水，往往还需排出部分冷凝水。
34.5)本实用新型装置设计将所述清水池的出口同时天然气制乙炔反应系统的淬冷装置进口和冷却塔的换热器进口连接，使清水在淬冷装置和冷却塔内得到循环使用，节约了天然气制乙炔整体工艺中的用水和热量损耗。
35.6)利用本实用新型装置，炭黑水中炭黑脱除率高于95wt％，清水池中炭黑含量介于0～0.03wt％，完全满足淬冷装置和冷却塔的冷却和水质要求。
36.总之，相比于传统的敞式处理炭黑水方法，本实用新型装置具有操作连续性好、投资成本低；本实用新型工艺中无三废污染、无须补充新鲜水、循环水淬冷和冷却效率更高等优点，具有良好的环境效益和社会效益。
附图说明
37.从下面结合附图对本实用新型实施例的详细描述中，本实用新型的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
38.图1为本实用新型实施例中一种天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置的
结构示意和流程示意图。
具体实施方式
39.为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
40.实施例1
41.一种天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置，其结构示意如图1所示，包括增稠罐1、冷却塔2、漂浮槽3、浆液罐4、板框过滤机5、清水池6、浆液泵8和换热器9；所述炭黑水循环回收利用装置与天然气制乙炔反应系统相连接，所述天然气制乙炔反应系统有炭黑水出口、裂解气出口、淬冷装置入口；所述增稠罐1的入口与天然气制乙炔反应系统中的炭黑水出口连接；增稠罐1的上部出口与漂浮槽3的入口连接；增稠罐1的底部出口与冷却塔2(其中冷却塔2包括塔体进水口、塔体进气口、出水口和塔顶进水口，塔体进水口和塔体进气口设置在冷却塔塔体中下部，以使进入的气体在塔体中向上流动，与塔顶进水口进入的冷水相向流动，被冷水降温，塔体进水口进入的水与塔体中的水初步混合作为冷却塔的循环水从出水口抽出，经换热后再从塔顶进水口进入塔体)的塔体进水口相连接；所述冷却塔2的出水口与换热器9的入口连接；换热器9的出口连接冷却塔2的塔顶进水口；所述漂浮槽3的上部出口与浆液罐4的顶部入口连接；漂浮槽3的底部出口和清水池6的入口连接；所述浆液罐4的底部出口与浆液泵8的入口连接；所述浆液泵8的出口与板框过滤机5的入口连接；所述板框过滤机5包括炭黑出口和底部出口；其底部出口与清水池6的入口连接；所述清水池6的出口与换热器9的入口连接。本装置中的连接均为通过管道连接，即用于气体或液体的输送和流通。
42.为了使装置中漂浮槽3和板框过滤机中的清水发挥更大效能，优选设计将冷却塔2的塔体进气口与天然气制乙炔反应系统中的裂解气出口相连接，同时在冷却塔顶部设置裂解气出口，以将裂解气送入冷却塔中冷却，然后经裂解气出口被排出并收集。
43.为了实现更流畅的循环水利用并提高其利用效率，装置中优选设计有第一离心泵7-1、第二离心泵7-2、第三离心泵7-3；所述第一离心泵7-1连接在增稠罐1的底部出口和冷却塔2的塔底进水口之间，以将增稠罐1的底部的液体泵入冷却塔2；所述第二离心泵7-2连接在冷却塔2的出水口与换热器9的入口之间，以将冷却塔2中的出水泵入换热器9中；所述第三离心泵7-3连接在清水池6的出口与换热器9的入口之间，以将清水池6中的液体泵入换热器9中，然后在换热器9中与冷却塔2中的出水混合后从冷却塔2的塔顶进水口进入冷却塔中，作为新的冷却循环水。
44.在满足裂解气冷却需求的基础上，将所述第三离心泵7-3的出口与天然气制乙炔反应系统的淬冷装置入口相连接，即将清水池中的水分成两路，一路泵入换热器9中与冷却塔2中的出水混合后从冷却塔2的塔顶进水口进入冷却塔中以作为新的冷却循环水；另一路泵入天然气制乙炔反应系统的淬冷装置中冷却气体。
45.为了避免炭黑水中的挥发性有机气体排到大气环境，本实用新型设计所述增稠罐1、冷却塔2、漂浮槽3、浆液罐4、板框过滤机5和清水池6均为密封结构，其中的连接也为密封连接。所述漂浮槽3可采用加盖封闭方式密封；漂浮槽3顶部连接有气体抽取装置，用于将vocs气体抽取出所述漂浮槽3。
46.为了强加炭黑的富集速率，本实用新型优选设计所述漂浮槽3下部设置有水流驱动部件，使漂浮槽下部水流与漂浮槽口部进水的水流方向相反；所述漂浮槽3上部设置有刮板，以富集浮在水面上的炭黑。
47.实施例2
48.一种天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用方法，它利用实施例1中的天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置，流程如图1所示，包括以下步骤：
49.s1、炭黑水经天然气制乙炔反应系统中的出炭黑水口出来，进入所述密封增稠罐1，炭黑富集在上部，底部得到清水；所述增稠罐1中的底部清水经进入所述冷却塔2塔内，上部富集炭黑的炭黑水进入所述漂浮槽3；
50.s2、所述冷却塔2塔体内的水经所述换热器9换热后送入所述冷却塔2的塔顶入口；
51.s3、所述漂浮槽3中，炭黑浮在水面上，富集后流入所述浆液罐4内，经所述浆液泵8打入所述板框过滤机5；
52.s4、所述板框过滤机5将炭黑与水分离，收集炭黑；
53.s5、所述漂浮槽3和板框过滤机5内脱除炭黑后的循环水流入所述清水池6；
54.s6、所述清水池6内循环水与换热器9入口的冷却塔2出水混合后进入换热9换热，然后进入冷却塔2塔顶入口，如此实现循环。
55.其中，所述步骤s2中还包括将天然气制乙炔反应系统中的裂解气送入冷却塔塔体下部的气体入口，以进行冷却；所述步骤s6中，还包括将清水池6中水送入天然气制乙炔反应系统的淬冷装置中的步骤。
56.利用本实施例装置，可以实现炭黑水的循环处理，经进入增稠罐1中炭黑水和清水池6中清水中的炭黑含量检测和计算，炭黑水中炭黑脱除率高于95wt％，清水池中炭黑含量介于0～0.03wt％，完全满足淬冷装置和冷却塔的冷却和水质要求。
57.实施例3
58.一种天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用方法，它利用实施例1中的天然气制乙炔工艺中炭黑水循环回收利用装置，流程如图1所示，包括以下步骤：82℃炭黑水经天然气制乙炔反应系统的淬冷装置出来，进入所述密封增稠罐1，炭黑富集在密封增稠罐1上部，炭黑浓度为0.27wt％，底部得到清水，炭黑浓度为0.03wt％；增稠罐1中的底部清水经离心泵7-1送入冷却塔2底部，上部富集炭黑的炭黑水进入漂浮槽3；冷却塔2塔釜循环水由离心泵7-2抽出经换热器9换热后送入冷却塔2塔顶，冷却天然气制乙炔反应系统排出的裂解气；漂浮槽3中，炭黑几乎全部浮在水面上，炭黑水和炭黑浆反向缓慢流动，炭黑浆被输送装置的刮板刮去，流入浆液罐4内，经浆液泵8打入板框过滤机5；板框过滤机5将炭黑与水分离，排出炭黑，漂浮槽3和板框过滤机5内脱除炭黑的循环水流入清水池6；清水池6内循环水被离心泵7-3抽出，一部分与冷却塔2塔釜抽出的循环水汇合进入冷却塔2顶部实现塔内循环，一部分进入循环水淬冷系统。如此实现循环。循环水中炭黑脱除率达到97％；循环处理过程中，增稠罐、冷却塔、漂浮槽、板框压滤机内，炭黑水不与空气接触，没有检测到恶臭气体扩散。漂浮槽中刮下的炭黑浆中炭黑含量为2.32wt％，清水池内循环水中炭黑含量为0.01wt％。循环过程中未补充新鲜水。
59.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于
本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。