一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于石油煉制、石油化工領(lǐng)域管式加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫本碳的方法。用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的脫碳能耗高，裝置占地面積大，設(shè)備一次性投資高等問題。本發(fā)明由以下步驟組成：A、從加熱爐對流段過來的高溫?zé)煔馀c空氣換熱后進(jìn)入煙氣換熱器，自煙氣換熱器出口進(jìn)入吸收塔，與從噴淋嘴噴下的貧液逆流充分接觸，其中的CO2被吸收塔貧液吸收后落入吸收塔底部變成吸收塔富液；B、富液進(jìn)入解析塔，富液中的CO2從解析塔出口析出得到產(chǎn)品氣；C、從大氣過來的空氣在低溫預(yù)熱器內(nèi)與貧液換熱，升溫度后經(jīng)空氣線進(jìn)入高溫預(yù)熱器，與高溫?zé)煔鈸Q熱升溫后再送入加熱爐燃燒系統(tǒng)助燃。
【專利說明】一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油煉制領(lǐng)域，特別涉及一種石油化工領(lǐng)域管式加熱爐的余熱回收過程的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管式加熱爐是石油煉制和石油化工行業(yè)生產(chǎn)裝置的耗能大戶，燃料消耗量在裝置能耗中占有相當(dāng)大的比例:少則20%?30%，多則80%?90%，因此回收加熱爐煙氣中的余熱對于減少燃料消耗量、降低生產(chǎn)成本有著重要的意義。另一方面，隨著人類對能源需求的增大，加熱爐燃料燃燒引起的CO2排放量日益增加。2005年中國與能源有關(guān)的CO2排放量達(dá)51億噸，占全球排放總量的19%，已居世界第二位，我國政府在2007年的《中國的能源狀況與政策》中預(yù)測，2015年我國的CO2排放量將達(dá)到65.3億噸，屆時(shí)將超過美國而成為世界第一大排放國。我國在CO2減排方面面臨著巨大的國際壓力，2009年11月25日，國務(wù)院常務(wù)會議決定“到2020年，我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40?45%，作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中長期規(guī)劃，并制定相應(yīng)的國內(nèi)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測和考核方法”。在煉油石化行業(yè)中，燃料燃燒產(chǎn)生的CO2占總排放量的比重最大，在70%以上。因此，開展加熱爐煙氣余熱回收和減少煙氣中CO2排放的技術(shù)開發(fā)工作，將是一件有意義的重要工作。目前煉化行業(yè)管式加熱爐上普遍采用空氣預(yù)熱器來進(jìn)行煙氣余熱的回收，利用加熱爐煙氣自身余熱進(jìn)行煙氣脫碳的技術(shù)目前仍是空白。如何實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收和煙氣脫碳用熱之間的熱能互補(bǔ)，進(jìn)一步節(jié)約能源，減少煙氣余熱回收和脫碳裝置的投資費(fèi)用和占地面積，減少煙氣CO2的排放，是煉化企業(yè)管式加熱爐進(jìn)一步開展“節(jié)能減排”工作的方向。
[0003]中國專利CN102350177A公開了 “一種煙氣二氧化碳?xì)鈩硬都到y(tǒng)及工藝”，該方法步驟是(I)煙氣進(jìn)入吸收塔，與復(fù)合胺液逆流接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)吸收，吸收后的煙氣向上經(jīng)洗滌裝置，將煙氣中所含的吸收劑洗滌下來，直接排放。(2)捕集到0)2氣體的溶液變成富液流到吸收塔底，經(jīng)富液泵輸送到換熱器，升溫后的富液進(jìn)入解吸塔。(3)富液在解析塔中經(jīng)熱解析，得到富含CO2及溶液蒸汽的再生氣，再生氣經(jīng)換熱、冷凝和氣液分離，得到CO2產(chǎn)品氣。(4)解析后的貧液經(jīng)泵打入換熱器和冷卻器，冷卻至吸收反應(yīng)溫度后循環(huán)利用。上述方法中CO2的吸收和解析工藝過程用熱和冷卻均需系統(tǒng)外部提供，存在脫碳能耗高，裝置占地面積大，設(shè)備一次性投資高等問題，使得該項(xiàng)技術(shù)在煉化企業(yè)管式加熱爐上的應(yīng)用受到了限制，制約了企業(yè)“節(jié)能減排”工作的開展，需要進(jìn)一步改進(jìn)解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于石油煉制、石油化工領(lǐng)域管式加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法。用于解決現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)加熱爐煙氣余熱和煙氣脫碳用熱之間的熱能綜合利用，而存在的脫碳能耗高，裝置占地面積大，設(shè)備一次性投資高等問題。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，其特征在于:所述方法由以下步驟組成:[0006]A、從加熱爐對流段過來的含CO2的高溫?zé)煔庠诟邷仡A(yù)熱器內(nèi)與從低溫預(yù)熱器過來的空氣進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入煙氣換熱器，通過傳熱元件熱管把熱量傳給解析塔內(nèi)的貧液，煙氣溫度進(jìn)一步降低后，自煙氣換熱器出口進(jìn)入吸收塔，與從噴淋嘴噴下的貧液逆流充分接觸，其中的CO2被貧液吸收后落入吸收塔底部變成吸收塔富液；
[0007]B、從吸收塔出來的吸收塔富液進(jìn)入解析塔升溫后，富液中的CO2從解析塔出口析出得到產(chǎn)品氣，解析塔富液變成解析塔貧液，進(jìn)入低溫預(yù)熱器與空氣換熱后重新泵入吸收塔，循環(huán)使用；
[0008]C、從大氣過來的空氣在低溫預(yù)熱器內(nèi)與解析塔貧液換熱，溫度升為90?100°C后，經(jīng)空氣線進(jìn)入高溫預(yù)熱器，與高溫?zé)煔鈸Q熱升溫后，再送入加熱爐燃燒系統(tǒng)助燃。
[0009]本發(fā)明一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，其進(jìn)一步特征在于:
[0010]A、從加熱爐對流段過來的300?310°C含CO2的高溫?zé)煔庠诟邷仡A(yù)熱器內(nèi)與從低溫預(yù)熱器過來的90?100°C的空氣換熱，煙氣溫度降為200?210°C，然后進(jìn)入煙氣換熱器，通過傳熱元件熱管把熱量傳給解析塔內(nèi)的貧液，煙氣溫度進(jìn)一步降為40?50°C后，自煙氣換熱器出口進(jìn)入吸收塔，與從噴淋嘴噴下的貧液逆流充分接觸，其中的CO2被貧液吸收后落入吸收塔底部變成吸收塔富液；
[0011]B、從吸收塔出來的吸收塔富液進(jìn)入解析塔升溫到120?130°C后，富液中的CO2從解析塔出口析出得到產(chǎn)品氣，解析塔富液變成解析塔貧液，進(jìn)入低溫預(yù)熱器與空氣換熱后重新泵入吸收塔，循環(huán)使用；
[0012]C、從大氣過來的20?30°C空氣在低溫預(yù)熱器內(nèi)與解析塔貧液換熱，溫度升為90?100°C后，經(jīng)空氣線進(jìn)入高溫預(yù)熱器，與300?310°C的高溫?zé)煔鈸Q熱后升溫至170?1800C，再送入加熱爐燃燒系統(tǒng)助燃。
[0013]本發(fā)明一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，其進(jìn)一步特征在于:所述方法中吸收塔貧液采用噴淋法與煙氣逆流接觸，以使吸收塔貧液和煙氣的接觸更充分。
[0014]本發(fā)明一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，其進(jìn)一步特征在于:所述方法中吸收塔貧液采用復(fù)合胺液，復(fù)合胺液是以伯胺一乙醇胺(MEA)為主體，同時(shí)含有活性胺、抗氧劑、緩蝕劑的復(fù)合溶液，具有脫碳能耗低、對設(shè)備腐蝕性小等優(yōu)點(diǎn)。
[0015]采用本發(fā)明，具有如下的有益效果:(I)該方法把管式加熱爐助燃空氣的用熱、煙氣的余熱回收和煙氣脫碳的用能三者有效結(jié)合起來，使三個(gè)獨(dú)立單元的熱能利用得到優(yōu)化互補(bǔ)，提高了能量利用效率，節(jié)約了能源。(2)該方法采用優(yōu)化的換熱流程，使煙氣余熱回收和煙氣脫碳裝置的規(guī)模得到簡化，節(jié)約了裝置一次性投資，減少了裝置占地面積。(3)該方法在實(shí)現(xiàn)能量高效利用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了煙氣的高效脫碳，有效減少了溫室氣體的排放。
[0016]本發(fā)明所述一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，由于把加熱爐煙氣自身余熱回收和煙氣脫碳用能有效結(jié)合起來，使得能量的利用效率得到提高。同時(shí)減少了裝置的一次性投資費(fèi)用和占地面積，減少了 CO2的排放，顯著提高了現(xiàn)有加熱爐煙氣余熱回收和脫碳的技術(shù)水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1 一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法的結(jié)構(gòu)圖
[0018]圖中所示附圖標(biāo)記為:1-高溫預(yù)熱器進(jìn)口，2-高溫預(yù)熱器，3-吸收塔出口，4-吸收塔，41-吸收塔貧液，42-吸收塔富液，5-引風(fēng)機(jī)，6-貧液循環(huán)泵，7-噴淋頭，8-煙氣換熱器進(jìn)口，9-煙氣換熱器，10-熱管，11-富液流出口，12-煙氣換熱器出口，13-低溫預(yù)熱器出口，14-低溫預(yù)熱器進(jìn)口，15-低溫預(yù)熱器，151-空氣線，16-低溫預(yù)熱器換熱管，17-貧液流出口，18-富液循環(huán)泵，19-解析塔，191-解析塔貧液，192-解析塔注胺口，20-解吸塔出口，21-高溫預(yù)熱器換熱盤管。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但并不限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
[0020]參見圖1，是本發(fā)明應(yīng)用于管式加熱爐的一種煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，設(shè)有高溫預(yù)熱器2、低溫預(yù)熱器15、吸收塔4、解析塔19和煙氣換熱器9。煙氣從加熱爐對流段過來經(jīng)高溫預(yù)熱器進(jìn)口 I進(jìn)入高溫預(yù)熱器2，溫度在300?310°C之間，CO2體積含量在10%左右，復(fù)合胺液對CO2脫除率在40°C時(shí)達(dá)到最大值，因此必須把300?310°C的高溫?zé)煔饨档?0°C才能實(shí)現(xiàn)CO2的高效脫除。在加熱爐燃燒系統(tǒng)中，助燃空氣需要從20°C升高到170°C左右，在解析塔19中，吸收CO2后的富液需要從40°C升高到適宜解析的溫度120°C左右，把上述吸熱和放熱過程有效結(jié)合起來，使煙氣先在高溫預(yù)熱器2中與從低溫預(yù)熱器15過來的90?100°C空氣換熱，煙氣溫度降為200?210°C，然后再從煙氣換熱器進(jìn)口 8進(jìn)入煙氣換熱器9，與解析塔19內(nèi)的解析塔貧液191通過高效換熱元件熱管10換熱，溫度降為40°C左右。熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)液體的相變來傳遞熱量，熱量傳導(dǎo)速度很快，可以及時(shí)把煙氣換熱器9中煙氣的熱量傳遞給解析塔19內(nèi)的解析塔貧液191，使煙氣溫度能降到利于吸收塔4內(nèi)的吸收塔貧液41吸收CO2的溫度，也使解析塔19內(nèi)的解析塔貧液191溫度能升到利于CO2析出的溫度。然后煙氣從煙氣換熱器出口 12出來通過引風(fēng)機(jī)5進(jìn)入吸收塔4中，與吸收塔貧液41逆流充分接觸，實(shí)現(xiàn)煙氣中CO2的脫除，變成低碳的40°C低溫?zé)煔鈴奈账隹?3經(jīng)煙囪排入大氣。
[0021]所述方法把煙氣的放熱和煙氣脫碳、助燃空氣的用熱有效結(jié)合起來，優(yōu)化了換熱流程，實(shí)現(xiàn)了熱能的綜合利用，在實(shí)現(xiàn)煙氣脫碳的同時(shí)有效節(jié)約了能源，促進(jìn)了企業(yè)“節(jié)能減排”工作的進(jìn)步。
[0022]所述方法中高溫預(yù)熱器2和低溫預(yù)熱器15是成熟技術(shù)，可采用列管、板翅式或熱
管等類型。
[0023]所述方法中，吸收塔貧液41從吸收塔4中的噴淋頭7成霧狀噴下，與40°C煙氣逆流充分接觸，吸收塔貧液41中的伯胺一乙醇胺MEA與煙氣中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氨基甲酸鹽:
[0024]C02+2H0CH2CH2NH2+H20 = (HOCH2CH2NH3) 2C03
[0025]上述反應(yīng)屬可逆反應(yīng)，在反應(yīng)溫度為20?40°C時(shí)，反應(yīng)向正方向進(jìn)行，到40°C正方向反應(yīng)速度最快，在反應(yīng)溫度為110?125°c時(shí)，反應(yīng)向反方向進(jìn)行。吸收塔貧液41吸收煙氣中CO2變成吸收塔富液42落入吸收塔4的底部，從富液流出口 11流出經(jīng)富液循環(huán)泵18送入解析塔19，通過解析塔19內(nèi)的熱管10與煙氣換熱器9內(nèi)的200°C煙氣發(fā)生熱交換，溫度升到120?130°C，析出CO2實(shí)現(xiàn)再生變成解析塔貧液191，CO2從解析塔出口 20排出成為工業(yè)產(chǎn)品氣，可用于生產(chǎn)化學(xué)品(尿素、甲酸、合成氣、醋酸等)、油田三次采油、溫室大棚蔬菜、以及飲料食品、機(jī)械等行業(yè):[0026](HOCH2CH2NH3) 2C03 = C02+2H0CH2CH2NH2+H20
[0027]120?130°C的解析塔貧液191從貧液流出口 17進(jìn)入低溫預(yù)熱器換熱管16內(nèi)，與從大氣過來的20°C空氣換熱，溫度降為40°C，經(jīng)貧液循環(huán)泵6重新送入吸收塔4內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)吸收和再生，完成對煙氣中CO2的捕集。
[0028]所述方法中的吸收塔貧液41采用以伯胺一乙醇胺MEA水溶液為主體，同時(shí)含有活性胺、抗氧劑、緩蝕劑的復(fù)合溶液，與傳統(tǒng)的MEA法相比，吸收能力提高25%以上，能耗降低30%以上，既提高了溶劑的吸收能力，同時(shí)有效解決了 MEA溶液的氧化降解、設(shè)備腐蝕和能耗高等難題，復(fù)合胺液通過反應(yīng)溫度的變化，實(shí)現(xiàn)CO2吸收和自身再生，滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，保證了所述方法一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法在煉化裝置上長周期安全應(yīng)用。
[0029]所述方法中從大氣過來的20?30°C空氣自低溫預(yù)熱器進(jìn)口 14進(jìn)入低溫預(yù)熱器15，在低溫預(yù)熱器15內(nèi)與解析塔貧液191換熱，溫度升為90?100°C，從低溫預(yù)熱器出口13經(jīng)空氣線151進(jìn)入高溫預(yù)熱器換熱盤管21，在換熱盤管21內(nèi)與從加熱爐對流段過來的300?310°C高溫?zé)煔鈸Q熱后溫度升為170?180°C，經(jīng)高溫預(yù)熱器換熱盤管21出口送入加熱爐燃燒系統(tǒng)助燃。
[0030]所述方法在管式加熱爐上應(yīng)用方便靈活，當(dāng)從加熱爐對流段過來的煙氣溫度為200?210°C時(shí)，高溫預(yù)熱器2可以省略，助燃空氣從低溫預(yù)熱器15出來后可直接送入加熱爐燃燒系統(tǒng)助燃。
[0031]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的操作過程。㈧溫度為20?30°C的空氣自大氣從低溫預(yù)熱器進(jìn)口 14進(jìn)入低溫預(yù)熱器15，經(jīng)空氣線151進(jìn)入高溫預(yù)熱器2送入加熱爐燃燒系統(tǒng)助燃。(B)從解析塔注胺口 192往解析塔19中注入一定液位的復(fù)合胺液吸收液，液位最低要沒過熱管10。然后開啟循環(huán)泵6，使吸收塔4中形成一定液位，使循環(huán)泵18不抽空即可，并適量往解析塔19中補(bǔ)充吸收液，開啟循環(huán)泵18，使復(fù)合胺液吸收液在吸收塔4和解析塔19之間建立循環(huán)。(C)引300?310°C的高溫?zé)煔膺M(jìn)入高溫預(yù)熱器2，在高溫預(yù)熱器2內(nèi)煙氣與空氣換熱，隨著煙氣和空氣的正常循環(huán)，20?30°C的空氣出低溫預(yù)熱器15溫度升為90?100°C進(jìn)入高溫預(yù)熱器2，煙氣在高溫預(yù)熱器2內(nèi)與90?100°C的空氣換熱溫度降為200?210°C，空氣出高溫預(yù)熱器2溫度升為170?180°C。(D)含CO2的40°C煙氣進(jìn)入吸收塔4中，吸收液41從噴淋頭7成霧狀噴下，與煙氣完全接觸，煙氣中CO2被吸收塔貧液41吸收后，變成低碳的40°C低溫?zé)煔鈴奈账隹?3經(jīng)煙囪排入大氣。
[0032]上述操作過程必須按順序進(jìn)行，尤其需要遵循先建立空氣循環(huán)后建立煙氣循環(huán)的操作步驟，防止300?310°C的高溫?zé)煔馕唇?jīng)換熱直接進(jìn)入煙氣換熱器9，造成熱管10壽命降低和解析塔貧液191溫度超標(biāo)。
【權(quán)利要求】
1.一種加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，其特征在于，所述方法由以下步驟組成: A、從加熱爐對流段過來的含CO2的高溫?zé)煔庠诟邷仡A(yù)熱器內(nèi)與從低溫預(yù)熱器過來的空氣進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入煙氣換熱器，通過傳熱元件熱管把熱量傳給解析塔內(nèi)的貧液，煙氣溫度進(jìn)一步降低后，自煙氣換熱器出口進(jìn)入吸收塔，與從噴淋嘴噴下的貧液逆流充分接觸，其中的CO2被貧液吸收后落入吸收塔底部變成吸收塔富液； B、從吸收塔出來的吸收塔富液進(jìn)入解析塔升溫后，富液中的CO2從解析塔出口析出得到產(chǎn)品氣，解析塔富液變成解析塔貧液，進(jìn)入低溫預(yù)熱器與空氣換熱后重新泵入吸收塔，循環(huán)使用； C、從大氣過來的空氣在低溫預(yù)熱器內(nèi)與解析塔貧液換熱，溫度升為90?100°C后，經(jīng)空氣線進(jìn)入高溫預(yù)熱器，與高溫?zé)煔鈸Q熱升溫后，再送入加熱爐燃燒系統(tǒng)助燃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，其特征在于，所述方法由以下步驟組成: A、從加熱爐對流段過來的300?310°C含CO2的高溫?zé)煔庠诟邷仡A(yù)熱器內(nèi)與從低溫預(yù)熱器過來的90?100°C的空氣換熱，煙氣溫度降為200?210°C，然后進(jìn)入煙氣換熱器，通過傳熱元件熱管把熱量傳給解析塔內(nèi)的貧液，煙氣溫度進(jìn)一步降為40?50°C后，自煙氣換熱器出口進(jìn)入吸收塔，與從噴淋嘴噴下的貧液逆流充分接觸，其中的CO2被貧液吸收后落入吸收塔底部變成吸收塔富液； B、從吸收塔出來的吸收塔富液進(jìn)入解析塔升溫到120?130°C后，富液中的CO2從解析塔出口析出得到產(chǎn)品氣，解析塔富液變成解析塔貧液，進(jìn)入低溫預(yù)熱器與空氣換熱后重新泵入吸收塔，循環(huán)使用； C、從大氣過來的20?30°C空氣在低溫預(yù)熱器內(nèi)與解析塔貧液換熱，溫度升為90?100°C后，經(jīng)空氣線進(jìn)入高溫預(yù)熱器，與300?310°C的高溫?zé)煔鈸Q熱后升溫至170?1800C，再送入加熱爐燃燒系統(tǒng)助燃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，其特征在于:所述方法中吸收塔貧液采用噴淋法與煙氣逆流接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱爐煙氣余熱回收過程同步脫碳的方法，其特征在于:所述方法中吸收塔貧液采用復(fù)合胺液，復(fù)合胺液是以伯胺一乙醇胺為主體，同時(shí)含有活性胺、抗氧劑、緩蝕劑的復(fù)合溶液。
【文檔編號】B01D53/62GK103591603SQ201210301184
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月16日
【發(fā)明者】郜建松, 孫志欽, 孟慶凱 申請人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中石化洛陽工程有限公司