一种乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置及工艺的制作方法

本发明属于乙烯装置烧焦气净化领域，尤指一种乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置及工艺。

背景技术：

乙烯是现代石油化工的重要基础原料，目前工业上90％的乙烯是通过蒸汽裂解技术，依靠轻烃及石油馏分的在乙烯裂解炉裂解获得，乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备。

轻烃及石油馏分在裂解过程中，不仅发生裂解反应，生产乙烯、丙烯等主反应，其裂解产物还发生二次反应，聚合结焦。焦炭聚结粘附于炉管内壁，不仅影响传热效果和产物收率，还会使管壁的温度升高，压降增大，提高反应能耗。所以乙烯裂解必须实施定期清焦措施。所以目前的乙烯裂解操作包括裂解和清焦两种操作。

在乙烯裂解炉清焦过程中，会排放大量的高温烧焦气，高温烧焦气的温度高达500℃以上，携带大量能量。烧焦气的主要成份是水蒸汽，空气，除了这些主要成份之外，烧焦气中还涵盖了颗粒物、硫、co、nox，voc(苯类、杂环、有机硫)、恶臭等几乎所有气体污染物种类。其中，固体颗粒主要成份是半焦，具有很高的热值。

目前乙烯裂解装置一般采用烧焦罐法，急冷喷淋，脱除部分固体颗粒物和有机物后，直接放空。

此种处理方式消耗大量的水资源，而且产生大量泥浆废水，而且无法彻底消除恶臭，更无法脱除其中的co、nox等非水溶性有机物。虽然，是间歇排放，但污染严重。

专利cn104117264在烧焦罐的基础上提供了一种烧焦气中污染物的深度控制方法，该方法包括：

(1)旋分分离脱除烧焦气中的固体颗粒。

(2)洗涤吸收冷却烧焦气中夹带的恶臭污染物。

(3)喷淋、旋流吸收和冷却。

(4)富液再生。

此专利技术与常规的烧焦罐相比，确实能更有效的脱除其中的固体颗粒，以及脱除部分恶臭污染物。但此专利存在下列缺陷：

1)专利采用水急冷降温(靠水蒸发降温)，消耗大量的水资源，浪费烧焦气所含的大量热能

2)颗粒物脱除不彻底：由于颗粒密度小，旋风分离效果差，只能脱除大粒径的颗粒物，实际无法脱除粒径小于5μm的颗粒物

3)流程长，而且吸收液需要循环再生能耗大，专利里没有明确吸收液再生方案。

4)方案里没有说明吸收液成份的成份和吸收液再生方法。

5)无法脱除的co、nox、以及无法溶解的voc。

技术实现要素：

针对目前烧焦气净化处理的技术瓶颈和缺陷，本发明提供了一种乙烯装置烧焦气变废为宝的资源化利用和深度净化装置与工艺，即在不增加水资源消耗的情况下，依托现有设施充分回收烧焦气的热能，同时实现烧焦气的深度净化，达到所有污染物均达标甚至超净排放的净化装置和方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置，包括：

输送总管，所述输送总管分为前段输送总管和后段输送总管，所述前段输送总管的一端与多个高温裂解炉连通，所述前段输送总管的另一端与所述后段输送管的一端连通，所述后段输送总管的另一端与锅炉连通，所述锅炉内设有脱销反应器，所述锅炉的出口处连通设有脱硫塔；

捕焦管道，所述捕焦管道的入口与所述前段输送总管与所述后段输送总管的连接处连通且所述捕焦管道的入口高于所述捕焦管道的出口；

除尘捕焦器，所述除尘捕焦器的入口与所述捕焦管道的出口连通。

本技术方案中，从高温裂解炉产生的烧焦气被高速送入烧焦气输送总管，在惯性的作用下，部分烧焦气通过前段输送总管后进入捕焦管道，由于烧焦气中含有固体半焦颗粒且大颗粒的固体半焦颗粒惯性大，所以大粒径半焦颗粒更容易进入捕焦管道，并通过捕焦管道进入除尘捕焦器，而小颗粒的固体半焦颗粒则被烧焦气夹带，送入锅炉，作为配风燃烧。在此过程中，烧焦气中所含的半焦固体颗粒、voc有机物等通过燃烧放出热量，同时转化为co2和h2o，其中有机硫则燃烧转化为so2，so2通过锅炉本身自带的脱硫塔脱除，nox有机物通过锅炉本身自带的脱销反应器除去，实现对烧焦气中所有污染物的彻底净化。

优选地，所述除尘捕焦器，包括：

壳体，所述壳体底部设有焦粒卸出口，所述焦粒卸出口处设有储灰卸料阀；

多孔隔层，所述多孔隔层围设于所述壳体的底部且所述多孔隔层将所述壳体分为两部分，即上部储灰空间和下部凝液空间；

凝液输送泵，所述凝液输送泵通过凝液出料管与所述下部凝液空间连通，所述凝液出料管上设有凝液出料阀。

进一步，优选地，所述壳体为一具有锥形底的壳体，所述壳体的锥形底部的锥底夹角为30°～90°，所述多孔隔层的空隙率为50％～80％，所述多孔隔层的孔径大小为20～200μm。

本技术方案中，除尘捕焦器的收尘定期通过储灰卸料阀排出回收；可能出现的凝液则通过凝液出料阀与凝液输送泵重新送入后段输送总管进行高温汽化后送入锅炉燃烧。

优选地，所述锅炉的进口处设有一次配风管、三次配风管；

所述后段输送总管分别连通所述一次配风管和三次配风管，所述一次配风管处设有一次配风阀，所述三次配风管处设有三次配风阀。

本技术方案中，烧焦气分两路进入炉膛，一部分通过一次配风管与一次空气混合，作为一次风进入炉膛；另一部分作为三次配风通过三次配风管进入炉膛。烧焦气分配进入一次配风的量的依据是，在保持一次风总量基本不变的情况下，将一次配风的温度提高到300℃～350℃，降低煤炭燃料的着火热，使着火位置提前，从而达到提高煤粉着火速度和着火稳定性的效果，改善锅炉的运行状况，同时也可以达到减少空气配风量，降低风机的负荷。

一次配风后的少量剩余烧焦气作为三次配风高速射流进锅炉，提高锅炉内煤粉流化效果和剩余煤粉的完全燃烧。

优选地，所述前段输送总管为一水平输送管道且与所述后段输送总管的夹角为90°；

所述捕焦管道通过一从所述前段输送总管延伸出来的水平连接管与所述前段输送总管连通；

所述捕焦管道通过一竖直连接管与所述除尘捕焦器相连通且所述竖直连接管与所述水平连接管垂直。

优选地，所述捕焦管道为弧形管道或直管道；

所述弧形管道的圆心角为45°～90°；

所述捕焦管道的内径为所述输送总管的内径的1～2倍；

所述垂直连接管的直径与所述捕焦管道的内径相同；

所述弧形管道的曲率半径为所述弧形管道的内径的2～10倍；

所述水平连接管的长度和垂直连接管的长度均为0～500mm。

优选地，多个所述高温裂解炉分别通过与其相对应的输送支管与所述前段输送总管连通，所述输送支管上设有支管切断阀。

本发明还提供了一种乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化工艺，包括：

从高温裂解炉中产生的烧焦气在惯性的作用下，含有大粒径半焦颗粒的烧焦气进入除尘捕焦器进行除尘，小粒径半焦颗粒被烧焦气夹带送入锅炉，作为配风并燃烧。

优选地，所述除尘捕焦器的收尘定期通过储灰卸料阀排出回收；

所述除尘捕焦器产生的凝液送入所述垂直输送管进行高温汽化后送入锅炉燃烧。

优选地，所述配风包括：一次配风和三次配风；

烧焦气的一次配风和三次配风流量的比例为2:1～2:0。

本发明技术方案根据烧焦气高温、高压头、污染物种类复杂等特点，采用特殊设计的高温收尘除焦器，回收烧焦气中的粒径较大的固体焦粒后，将余气分别作为一次配风和三次配风代替部分配风空气送入锅炉炉膛燃烧，烧焦气中所夹带的co、有机物、半焦固体颗粒会在炉膛内燃烧后转化为环境无害的co2和水，同时放出能量，有机硫转化为so2和水。nox和so2经过锅炉烟气的脱硫脱硝系统，净化后达标、甚至超净排放，无需另设净化装置。

此技术方案可以净化烧焦气中所有污染物，实现真正意义上的达标排放。同时每标方烧焦气可以至少回收1000kcal的热量，而且无需投资新的净化设备。同时能减少现有锅炉配风能耗，提高现有锅炉的燃烧性能。

本发明提供的一种乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置及工艺，能够带来以下有益效果：

(1)本发明的一种乙烯装置烧焦气变废为宝的资源化利用和深度净化装置拥有特定走向的烧焦气输送管道和弧形捕焦弯道，通过分级高温配风，减少锅炉的配风能耗，改善锅炉的燃烧性能，实现了烧焦气的资源化利用，可以回收烧焦气中70％以上的热能。

(2)本发明的一种乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置采用了特殊结构的高温收尘除焦器，可以达到收集干燥粉尘的目的并且回收后的干粉半焦颗粒可作为燃料使用。

(3)本发明的一种乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置是多台裂解炉共用一套净化装置，净化后烧焦气中污染物可以达到超净排放，实现对烧焦气中所有污染物的彻底净化。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置中烧焦气能量回收及净化流程示意图，

图2是采用直管道的乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置中烧焦气能量回收及净化流程示意图；

附图标号说明：

1-除尘捕焦器，1.1-上部储灰空间，1.2-下部凝液空间，1.3-多孔隔层，1.4-储灰卸料阀，1.5-凝液出料阀，2-弧形管道，21-直管道，31-前段输送总管，32-后段输送总管，4-输送支管，5-支管切断阀，6-凝液输送泵，7-水平连接管，8-竖直连接管，9-高温裂解炉，10-脱销反应器，11-锅炉，12-三次配风管，13-一次配风管，14-脱硫塔，15-三次配风阀，16-一次配风阀。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

本发明提供了将一种乙烯装置烧焦气变废为宝的资源化利用和深度净化装置与工艺，即在不增加水资源消耗，依托现有设施充分回收烧焦气的热能，同时实现烧焦气的深度净化，达到所有污染物均达标甚至超净排放。

实施例1

如图1所示，乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置包括：输送总管，输送总管分为前段输送总管31和后段输送总管32，前段输送总管31的一端与多个高温裂解炉9连通，前段输送总管31的另一端与后段输送管的一端连通，后段输送总管32的另一端与锅炉11连通，锅炉11的出口处连通设有脱硫塔14，锅炉11内设有脱销反应器10；

乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置还包括：捕焦管道，捕焦管道的入口与前段输送总管31与后段输送总管32的连接处连通且捕焦管道的入口高于捕焦管道的出口；

乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化装置还包括：除尘捕焦器1，除尘捕焦器1的入口与捕焦管道的出口连通。

如图1所示，将20kpag～50kpag的高温裂解炉9的烧焦气被高速送入烧焦气输送总管，在惯性的作用下，部分烧焦气通过前段输送总管31后进入捕焦管道，由于烧焦气中含有固体半焦颗粒且大颗粒的固体半焦颗粒惯性大，所以大粒径半焦颗粒更容易进入捕焦管道，并通过捕焦管道进入除尘捕焦器1进行除尘，而小颗粒的固体半焦颗粒则被烧焦气夹带，送入锅炉11，作为配风并燃烧。在此过程中，烧焦气中所含的半焦固体颗粒、voc有机物等通过燃烧放出热量，同时转化为co2和h2o，其中有机硫则燃烧转化为so2，so2通过锅炉自带的脱硫塔14脱除，nox有机物通过锅炉自带的脱销反应器10除去，实现对烧焦气中所有污染物的彻底净化。

净化后烧焦气中的voc为0mg/nm³,co为0mg/nm³,尘：小于5mg/nm³,如果锅炉11本身的脱硫脱硝系统为超净排放系统，则净化后的烧焦气中的nox：小于50mg/nm³，sox:小于35mg/nm³。

实施例2

如图1所示，本具体实施例在实施例1的基础上，还公开了除尘捕焦器1，具体包括：

壳体，壳体为一具有锥形底的壳体，壳体的锥形底部的锥底夹角为30°～90°，壳体底部设有焦粒卸出口，焦粒卸出口处设有储灰卸料阀1.4；

多孔隔层1.3，多孔隔层1.3围设于壳体的锥形底部且多孔隔层1.3将壳体分为两部分，即上部储灰空间1.1和下部凝液空间1.2，多孔隔层1.3的空隙率为50％～80％，多孔隔层1.3的孔径大小为20～200μm。

凝液输送泵6，凝液输送泵6通过凝液出料管与下部凝液空间1.2连通，凝液出料管上设有凝液出料阀1.5。

本实施例中，除尘捕焦器1的收尘定期通过储灰卸料阀1.4排出回收；可能出现的凝液则通过凝液出料阀1.5与凝液输送泵6重新送入后段输送总管32进行高温汽化后送入锅炉11燃烧。

实施例3

如图1所示，本具体实施例在实施例2的基础上，实施例2还包括：

多个高温裂解炉9分别通过与其相对应的输送支管4与前段输送总管31连通，输送支管4上设有支管切断阀5，不同高温裂解炉9烧焦气之间输送切换通过支管切断阀5实现。

具体地，锅炉11的进口处设有一次配风管13、三次配风管12，锅炉11内还设有脱硝反应器；

后段输送总管32分别连通一次配风管13和三次配风管12，一次配风管13处设有一次配风阀16，三次配风管12处设有三次配风阀15。

本实施例中，烧焦气分两路进入炉膛，一部分通过一次配风管13与一次空气混合，作为一次风进入炉膛；另一部分作为三次配风通过三次配风管12进入炉膛。烧焦气分配进入一次配风的量的依据是，在保持一次风总量基本不变的情况下，将一次配风的温度提高到300℃～350℃，降低煤炭燃料的着火热，使着火位置提前，从而达到提高煤粉着火速度和着火稳定性的效果，改善锅炉11的运行状况，同时也可以达到减少一次空气配风量，降低风机的负荷。

一次配风后的少量剩余烧焦气作为三次配风高速射流进锅炉11，提高锅炉11内煤粉流化效果和剩余煤粉的完全燃烧。

烧焦气中所含半焦、vocs有机物等通过燃烧放出热量，同时转化为co2和h2o，有机硫则燃烧转化为so2，so2通过锅炉11烟气的脱硫设施脱除；烟气中所含的nox通过锅炉11的烟气脱硝设施除去，该过程实现了对烧焦气所有污染物的彻底净化。

实施例4

如图1所示，本具体实施例在实施例3的基础上，前段输送总管31为一水平输送管道且与后段输送总管32的夹角为90°；

捕焦管道通过一从前段输送总管31延伸出来的水平连接管7与前段输送总管31连通；

捕焦管道通过一竖直连接管8与除尘捕焦器1相连通且竖直连接管8与水平连接管7垂直。

具体地，捕焦管道为弧形管道2；

弧形管道2的圆心角α为45°～90°；

捕焦管道的内径d为输送总管的内径d的1～2倍；

垂直连接管8的直径与捕焦管道的内径d相同；

弧形管道2的曲率半径r为弧形管道2的内径的2～10倍；

水平连接管7的长度l1和垂直连接管8的长度l2均为0～500mm。

本实施例中，弧形管道2的圆心角α的最佳范围为60°～90°，角度太小不利于胶粉沉降；圆心角太大，不仅沉降阻力大，而且容易架桥，影响捕焦效果。捕焦管的内径d不能低于输送总管，否则不利于捕焦，捕焦管的内径d太大，成本太高；弧形管道2的曲率半径r的最佳范围为弧形管道2的内径的6～8倍，利于焦粉输送，避免堵塞。

实施例5

如图2所示，本具体实施例在实施例3的基础上，本实施例还包括：

前段输送总管31为一水平输送管道且与后段输送总管32的夹角为90°；

捕焦管道通过一从前段输送总管31延伸出来的水平连接管7与前段输送总管31连通；

捕焦管道通过一竖直连接管8与除尘捕焦器1相连通且竖直连接管8与水平连接管7垂直。

具体地，捕焦管道为直管道21；

直管道21的内径为输送总管的内径d的1～2倍；

垂直连接管的直径与直管道21的内径相同；

水平连接管7的长度l1和垂直连接管的长度l2均为0～500mm。

实施例6

本发明还提供了一种乙烯装置烧焦气资源化利用和深度净化工艺，包括：

从高温裂解炉9中产生的烧焦气在惯性的作用下，含有大粒径半焦颗粒的烧焦气进入除尘捕焦器1进行除尘，小粒径半焦颗粒被烧焦气夹带送入锅炉11，作为配风并燃烧。

具体地，除尘捕焦器1的收尘定期通过储灰卸料阀1.4排出回收；

除尘捕焦器1产生的凝液送入输送总管进行高温汽化后送入锅炉11燃烧。

具体地，配风包括：一次配风和三次配风；

烧焦气的一次配风和三次配风流量的比例为2:1～2:0。

本发明技术方案根据烧焦气高温、高压头、污染物种类复杂等特点，采用特殊设计的高温收尘除焦器，回收烧焦气中的粒径较大的固体焦粒后，将余气分别作为一次配风和三次配风代替部分配风空气送入锅炉11炉膛燃烧，烧焦气中所夹带的co、有机物、半焦固体颗粒会在炉膛内燃烧后转化为环境无害的co2和水，同时放出能量，有机硫转化为so2和水。nox和so2经过锅炉11烟气的脱硫脱硝系统，净化后达标、甚至超净排放，无需另设净化装置。

此技术方案可以净化烧焦气中所有污染物，实现真正意义上的达标排放。同时每标方烧焦气可以至少回收1000kcal的热量，而且无需投资新的净化设备。同时能减少现有锅炉11配风能耗，提高现有锅炉11的燃烧性能。

【试验例】

在上述实施例1-6的基础上，针对不同的烧焦气污染物含量，烧焦气经过反应区后，通过改变弧形捕焦弯道、除尘捕焦器1以及锅炉11配风的参数，申请人进行了实现如表1所示的具体试验过程：

表1.针对不同烧焦气污染物含量的试验例

其中l1为水平连接管7的长度，l2为垂直连接管8的长度，α代表弧形捕焦弯道的圆心角，d为弧形捕焦弯道的内径，d为输送总管和水平连接管7的内径，r为弧形捕焦弯道的曲率半径，β代表除尘捕焦器1壳体的锥形底部夹角，隔层空隙率和微孔孔径均为多孔隔层1.3上的隔层和孔径，vocs是挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds)的英文缩写，nox是氮氧化合物。

表2为根据表1中不同烧焦气污染物含量采用其对应的工艺，所达到的净化效果的结果。

表2：采用表1中的试验例的工艺达到的能量回收以及净化效果

由表1和表2可知，上述试验例中，由于烧焦气由500℃左右的高温与低温空气配风混合后进入锅炉燃烧，然后经取热降温，降到180℃，其所含的热能中60％被回收利用，所含vocs的燃烧热全部回收利用。尘、nox、sox经锅炉自带的脱硫脱硝装置净化后，达标排放。co、voc得到深度净化。

回收能量由两部分组成：1)高温气体温降,2)vocs燃烧。例1中由于vocs的含量较低，回收能量中以高温气体温降为主。例2中由于vocs的含量较高，vocs燃烧贡献能量增加。其他实验例依次类推。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。