專利名稱：Pta裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種揮發(fā)性有機廢氣凈化處理及其熱能綜合利用的系錄，主要 適于處理石化、印刷、油漆以及塑料等行業(yè)排放出的含有揮發(fā)性有機物(VOGs) 的廢氣，特別是PTA (精對苯二甲酸)裝置氧化反應(yīng)尾氣的處理。 背景4支術(shù)
現(xiàn)有揮發(fā)性有機廢氣的處理多采用催化氧化方式，在相對較低的反應(yīng)溫度 下(例如220t: ~ 400°C)將廢氣中所含揮發(fā)性有機物經(jīng)過催化劑的作用與 空氣中的M應(yīng)，生成二氧化碳和水，其主要反應(yīng)設(shè)備是催化反應(yīng)器。由于含 有揮發(fā)性有機物的工業(yè)尾氣的溫度一般達不到催化發(fā)應(yīng)所需的溫度，通常還要 設(shè)置加熱裝置通過蒸汽等介質(zhì)對尾氣進行加熱，因此消耗的能量較多，不僅提 高了處理成本，也造成能源的浪費。
例如，PTA生產(chǎn)過程是用空氣中氧使對二曱苯(PX)氧化，生成對苯二甲酸
(TA)。氧化反應(yīng)過程產(chǎn)生大量尾氣(廢氣)，尾氣中主要成分是氮氣及殘氧， 此外還含有二氧化碳(C02)、 一氧化碳(C0)、水份(H20)及少量有機物醋酸
(HAC)、醋酸曱酯(MA)、甲醇(MeOH)、溴甲烷(MeBr)等。二十世紀(jì)九十年 代以前，PTA裝置對氧化尾M本無凈化處理設(shè)施，大部分廠家直接將尾氣排 入大氣，造成環(huán)境嚴(yán)重污染。隨著人們環(huán)保意識的增強，環(huán)保法規(guī)日趨完善， PTA生產(chǎn)廠商逐步采取措施治理氧化尾氣。
對于PTA老裝置，治理尾氣僅從環(huán)保角度出發(fā)，未充分考慮能量回收利用， 如RT0 (蓄熱床式氧化)或LPCCU (低壓催化氧化)對尾氣凈化處理。對于新建PTA 裝置，在考慮治理尾氣的同時，還要求裝i能量合理使用。HPCCU單元即是將凈化尾氣設(shè)施置于高壓端在采用催化氧化技術(shù)焚燒去除有害物的同時，采用不 不同工藝流程將氧化熱能合理運用。
蓄熱床式氧化凈化設(shè)施(RT0)內(nèi)無催化劑，氧化(焚燒)溫度800-850 t:,由于凈化設(shè)施在低壓端，尾氣氧化產(chǎn)生熱能無法合理使用；HPCCU(高壓 催化焚燒)置于尾氣高壓端，由于采用催化焚燒技術(shù)，凈化灄度相對較低，一 般在350 - 450C下進行，有害物去除率可達95 - 99%。不同PTA生產(chǎn)技術(shù)根據(jù) 裝置整體能量平衡，設(shè)計出不同HPCCU工藝流程，這在能量利用及投資方面有 顯著區(qū)別。
新建PTA裝置采用HPCCU凈化尾氣有三家，其工藝流程大致相同，即采用 中、高壓蒸汽加熱尾氣，使其升溫至3001C左右，然后在尾氣中噴入甲醇，送 入HPCCU,尾氣中有害物及甲醇氧化燃燒，尾氣升溫至450。C左右，直接i^7v 尾氣膨B膨脹作功，膨脹后尾氣排出溫度 15(TC。此流程可以有效地去除 有害物，凈化尾氣，并且將高溫尾氣推動尾氣膨04Mt功、發(fā)電。此流程主要 缺點是加熱尾氣要外界輸入能量(燃料甲醇和中高壓蒸汽)，尾氣在1501C時 就排放，能量利用不完善，^v大于產(chǎn)出，經(jīng)濟效益為負值。另外，尾氣膨脹 機在高溫(450°C)下運行，材質(zhì)要求高，投資大。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧 化處理及能量綜合利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)處理揮發(fā)性有機廢氣時消耗的能源少，處 理成本低，并且可以充分利用尾氣中的能量。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是 一種PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理 及能量綜合利用系統(tǒng)，包括催化反應(yīng)器，所述催化反應(yīng)器的前面設(shè)有燃氣混入 器、第三熱交換器、第二熱交換器和第一熱交換器，系統(tǒng)的廢氣(反應(yīng)尾氣)進口管道連接所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)進口 ，所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)出 口連接第蘭熱交換器吸熱介質(zhì)進口 ，所述第二熱交換器吸熱介質(zhì)出口連接第三 熱交換器吸熱介質(zhì)進口 ，所述第三熱交換器吸熱介質(zhì)出口通過所述燃氣混入器 連接所述催化反應(yīng)器的進口，所述催化反應(yīng)器的出口連接第二熱交換器放熱介 質(zhì)進口 ，第二熱交換器放熱介質(zhì)出口部分氣體連接第一熱交換器放熱介質(zhì)進 口 ，所述第二熱交換器放熱介質(zhì)出口和第一熱交換器放熱介質(zhì)出口分別連接系 統(tǒng)的第二凈氣出口管道和第一凈氣出口管道，所述燃氣混入器設(shè)有燃氣進氣口。
本發(fā)明的工作原理和有益效果具體是系M^ (整個裝置)啟動時，通過所 述第三熱交換器對待處理的廢氣進行加熱，通常所述第三熱交換器可以采用加 熱鍋爐，廢氣經(jīng)過加熱鍋爐的加熱管后溫度提高到反應(yīng)溫度或接近于反應(yīng)溫 度，然后進入燃氣混入器，通過燃氣混入器將甲醇等適宜的可燃氣體混入廢氣 中，通過曱醇的氧化(燃燒)反應(yīng)產(chǎn)生熱量，4吏廢氣的溫度進一步提高，以滿 足催化反應(yīng)要求，曱醇的混入量視升溫需要而定，通常在系統(tǒng)啟動過程中的溫 升主要由第三熱交換器提供。廢氣中所含的揮發(fā)性有機物在催化發(fā)應(yīng)器中發(fā)生 氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水，同時產(chǎn)生熱量，使催化反應(yīng)器內(nèi)的溫度進一步 升高，從催化反應(yīng)器出口出來的經(jīng)過凈化的氣體(凈氣)溫度高于進入催化反 應(yīng)器的廢氣溫度，這些凈氣被引入第二熱交換器的放熱介質(zhì)通道，換熱后一部 分被引入第f熱交換器的放熱介質(zhì)通道，作為熱源對處理前的廢氣進行加熱， 當(dāng)系統(tǒng)平衡時，如果廢氣在進入第三熱交換器時已經(jīng)接近或達到催化反應(yīng)所需 的溫度，則可以停止對第三熱交換器的供熱，由甲醇等適宜可燃氣體的燃燒提 供剩余的溫升。由此有效地利用了系統(tǒng)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能，節(jié)省了能源消耗，降 低了廢氣的處理成本。另夕卜，從第二熱交換器放熱介質(zhì)出口和第一熱交換器放熱介質(zhì)出口出來的凈氣，可以回用千PTA或其他生產(chǎn)工藝中，以進一步節(jié)省能 源。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見困1,本發(fā)明提供了一種PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合 利用系統(tǒng)，包括催化反應(yīng)器l,所述催化反應(yīng)器的前面設(shè)有燃氣混入器22、第 三熱交換器17、第二熱交換器3和第一熱交換器5，系統(tǒng)的廢氣進口管道連接 所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)進口 ，所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)出口連接第二熱 交換器吸熱介質(zhì)進口 ，,斤述第二熱交換器吸熱介質(zhì)出口連接第三熱交換器吸熱 介質(zhì)進口 ，所述第三熱交換器吸熱介質(zhì)出口通過所述燃氣混入器22連接所述 催化反應(yīng)器的進口 ，所述催化反應(yīng)器的出口連接第二熱交換器放熱介質(zhì)進口 ， 第二熱交換器放熱介質(zhì)出口部分氣體管道連接第一熱交換器放熱介質(zhì)進口 ，所 述第二熱交換器放熱介質(zhì)出口和第^熱交換器放熱介質(zhì)出口分別連接系統(tǒng)的 第二凈氣出口管道和第一凈氣出口管道，所述燃氣混入器設(shè)有燃氣進氣口 21。
所述第一熱交換器和第二熱交換器均可以采用氣氣熱交換器，所述第三熱 交換器17可以利用加熱鍋爐燃燒系統(tǒng)16，所述燃燒系統(tǒng)燃燒產(chǎn)生的熱氣體(煙 氣)進入第三熱交換器并向加熱管道內(nèi)的廢氣釋放熱量，然后經(jīng)煙自19排放 出來。所述燃燒系統(tǒng)可以設(shè)有天然氣和沼氣兩條燃氣供氣管路，通過天然氣啟 動燃燒，然后再利用沼氣燃燒，所迷天然氣來源于天然氣源15,所用沼氣可 以來源于以PTA生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體和液體廢棄物(例如污水廠的污泥等) 為原料的沼氣池14,由此實現(xiàn)了廢物利用，節(jié)省了能源。所述燃氣鍋爐可以 設(shè)有新風(fēng)進風(fēng)裝置12為燃燒提供空氣，所述新風(fēng)進風(fēng)裝置設(shè)有風(fēng)機13。所述第三熱交換器也可以采用以高莊飽和蒸汽為加熱^h質(zhì)的熱交換器，所 述高壓飽和蒸汽的壓力可以是92kg/cm2左右。
所述燃氣混入器設(shè)有所述的進口、出口和燃氣進口，燃氣進入燃氣混入器 后通過噴射等方式同廢氣混合，以便均勻地提高廢氣的溫度。所述燃氣一般可 以采用甲醇，來源乎甲醇源23，也可以采用在相應(yīng)溫度和環(huán)境條件下即可發(fā) 生完全的氧化反應(yīng)的其他適宜氣體。為調(diào)節(jié)廢氣中氧或空氣的比例，還可以通 過燃氣進口連接空氣管道，將PTA生產(chǎn)的廠用空氣20接入燃氣混入器同廢氣 混合。
所述催化反應(yīng)器出口與所述第二凈氣出口管道之間可以設(shè)有與所述第二 熱交換器放熱介質(zhì)通道并聯(lián)的旁路管道2，以便在必要時將催化反應(yīng)器出口的 凈氣直接引入第二凈氣出口管道。
所述第一熱交換器和第二熱交換器之間可以設(shè)有第四熱交換器18，所述 第四熱交換器可以采用蒸汽加熱器，其吸熱介質(zhì)通道串接在所述第一熱交換器 吸熱介質(zhì)出口和所迷第二熱交換器吸熱介質(zhì)進口之間的連接管道上，即其吸熱 介質(zhì)進口連接所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)出口，其吸熱介質(zhì)出口連接所述第二 熱交換器吸熱介質(zhì)進口，其放熱介質(zhì)進口用于連接蒸汽源10，所述蒸汽源多 可采用PTA生產(chǎn)線的蒸汽源，其放熱介質(zhì)出口連接冷凝線11，以便于蒸汽放 熱后的冷凝。通過所述第四熱交換器可以對廢氣的溫度進行進一步的調(diào)節(jié)，有 利于調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的德定運行。
所迷第四熱交換器的吸熱介質(zhì)出口和所述系統(tǒng)第二凈氣出口管道之間可 以設(shè)有將廢氣直接引入所述系統(tǒng)第二凈氣出口管道的旁路管道4,使廢氣不再 經(jīng)過后續(xù)的第二熱交換器、第三熱交換器和催化反應(yīng)器，以便在催化反應(yīng)器出 現(xiàn)故障或其他問題時(例如催化反應(yīng)器內(nèi)溫度過高)時將廢氣直接引入所述系統(tǒng)第二凈氣出口管道，通過第四熱交換器的加熱，可以保證這樣引入系統(tǒng)第二 凈氣出口管道的廢氣具備后續(xù)利用所需的溫度。
根據(jù)系統(tǒng)各凈氣出口管道的凈氣溫度，可以將這些凈氣加以利用，例如可
以將所述系統(tǒng)第二凈氣出口引入PTA生產(chǎn)裝置的尾^J^J^^幾6的熱氣管道用于 膨脹作功；將所述系統(tǒng)第一凈氣出口引t PTA生產(chǎn)裝置的空氣干燥器9的4氐 溫氣管道，經(jīng)干燥后尾氣用于PTA裝置的分離干燥和輸送等，對能量充分利用。 所述系統(tǒng)的廢氣進口管道連接相應(yīng)生產(chǎn)線的尾氣排放口 7，或者其他廢氣 源出口。
在所述系統(tǒng)的廢氣進口管道上還可以連接有與所述廢氣源并列的氮氣源 8，以便在系統(tǒng)停機時或者煙氣濃度超過爆炸下限(LEL)的50%時，將系統(tǒng)內(nèi) 通入氮氣進行系統(tǒng)凈化。
依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和其他各種可能的技術(shù)，可以在各管路上和各設(shè)備內(nèi)設(shè)置測 量壓力、溫度和流量等工藝參數(shù)的儀表和傳感器等信號采集裝置，在各管路上 設(shè)置各種閥門等控制裝置，并可以設(shè)置電控拒、電控板和計算機控制系統(tǒng)進行 整體系統(tǒng)的操作和自動化控制，并可以通過網(wǎng)絡(luò)或其他遠程傳輸方式進行遠程 數(shù)據(jù)傳遞，將各種數(shù)據(jù)傳遞給遠程控制中心或接受遠程控制中心的指令。
根據(jù)申請人在某PTA生產(chǎn)線上的試驗數(shù)據(jù)，PTA裝置反應(yīng)尾氣經(jīng)過第一熱 交換器后^L^熱到 601C,通過第二熱交換器后被加熱到305°C，經(jīng)過第三熱 交換器時被加熱到344t:-36(TC,進入催化反應(yīng)器前再通過燃氣混入器噴入 甲醇燃料以補充熱量，經(jīng)過催化反應(yīng)器后廢氣(凈氣)的溫度最終達到420匸。 凈化后的高溫氣體通過第二熱交換器和第 一熱交換器降溫后送入膨脹機和千 燥器，^膨脹4幾的氣體溫度可以控制在170-180°C，進入干燥器的氣體溫度 可以控制在70-80X:，因此實現(xiàn)了系統(tǒng)的熱平衡和熱能的有效和充分的利用。當(dāng)催化反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度為360°C- 420。C時，可以保證溴甲烷去除效率為 95-99%。
本發(fā)明HPCCU工藝流程的特點主要是利用裝置副產(chǎn)低壓蒸汽和副產(chǎn)物 (MA、 MeOH、 CH4)升溫尾氣，無需外供能源，HPCCU可在350 - 450匸范圍操 作，能有效地去除有害物、凈化尾氣。流程中利用氧化焚燒后高溫尾氣和低溫 尾氣進氣換熱，使其達到HPCCU規(guī)定的進口溫度，換熱后高溫尾氣仍在UO-
180x:,用于尾氣膨脹機膨脹作功，膨脹后排出尾氣溫度 4ox:,能量利用充 分，效益明顯。另外，由于尾透膨脹機膨脹條件緩和，設(shè)備投資也較低。本發(fā) 明工藝流程體現(xiàn)了以廢治廢、綜合利用、降能環(huán)保的思路，投資低、經(jīng)濟效益 顯著是工藝流程技術(shù)優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合利用系統(tǒng)，包括催化反應(yīng)器，其特征在于所述催化反應(yīng)器的前面設(shè)有燃氣混入器、第三熱交換器、第二熱交換器和第一熱交換器，系統(tǒng)的廢氣進口管道連接所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)進口，所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)出口連接第二熱交換器吸熱介質(zhì)進口，所述第二熱交換器吸熱介質(zhì)出口連接第三熱交換器吸熱介質(zhì)進口，所述第三熱交換器吸熱介質(zhì)出口通過所述燃氣混入器連接所述催化反應(yīng)器的進口，所述催化反應(yīng)器的出口連接第二熱交換器放熱介質(zhì)進口，第二熱交換器放熱介質(zhì)出口部分氣體連接第一熱交換器放熱介質(zhì)進口，所述第二熱交換器放熱介質(zhì)出口和第一熱交換器放熱介質(zhì)出口分別連接系統(tǒng)的第二凈氣出口管道和第一凈氣出口管道，所述燃氣混入器設(shè)有燃氣進氣口。
2. 如權(quán)利要求1所述的PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合利用 系統(tǒng)，其特征在于所述第一熱交換器和第二熱交換器均采用氣氣熱交換器，所 迷第三熱交換器采用加熱鍋爐或以高壓飽和蒸汽為加熱介質(zhì)的熱交換器，所述鍋爐包括一個燃燒系統(tǒng)和一個加熱室，所述加熱室內(nèi)設(shè)有供廢氣通過并吸收外 界熱量的加熱管道。
3. 如權(quán)利要求2所述的PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合利用 系統(tǒng)，其特征在于所述燃燒系統(tǒng)設(shè)有天然氣和沼氣兩條燃氣供氣管路。
4. 如權(quán)利要求3所述的PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合利用 系統(tǒng)，其特征在于所述燃氣混入器的燃氣進口連接有空氣管道。
5. 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能 量綜合利用系統(tǒng)，其特4i^于所述催化反應(yīng)器出口與所述第二凈氣出口管道之 間設(shè)有與所述第二熱交換器放熱介質(zhì)通道并聯(lián)的旁路管道。
6. 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的PTA M反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能 量綜合利用系統(tǒng)，其特征在于所述第一熱交換器和第二熱交換器之間設(shè)有第四 熱交換器。
7. 如權(quán)利要求6所述的PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合利用 系統(tǒng)，其特征在于所述第四熱交換器采用蒸汽加熱器，其吸熱介質(zhì)通道串接在 所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)出口和所述第二熱交換器吸熱介質(zhì)進口之間的連 接管道上。
8. 如權(quán)利要求6所述的PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合利用 系統(tǒng)，其特征在于所述第四熱交換器的吸熱介質(zhì)出口和所述系統(tǒng)第二凈氣出口 管道之間設(shè)有將廢氣直接引入所述系統(tǒng)第二凈氣出口管道的旁路管道。
9. 如權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能 量綜合利用系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)第二凈氣出口管道連接PTA生產(chǎn)線的膨 脹機熱氣管道，所述系統(tǒng)第一凈氣出口管道連接PTA生產(chǎn)線的空氣干燥器熱氣 管道。
10. 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所迷的PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能 量綜合利用系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)的廢氣進口管道連接廢氣源和與所述廢 氣源并列的氮氣源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PTA裝置反應(yīng)尾氣催化氧化處理及能量綜合利用系統(tǒng)，其系統(tǒng)的廢氣進口管道連接所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)進口，所述第一熱交換器吸熱介質(zhì)出口連接第二熱交換器吸熱介質(zhì)進口，所述第二熱交換器吸熱介質(zhì)出口連接第三熱交換器吸熱介質(zhì)進口，所述第三熱交換器吸熱介質(zhì)出口通過所述燃氣混入器連接所述催化反應(yīng)器的進口，所述催化反應(yīng)器的出口連接第二熱交換器放熱介質(zhì)進口，第二熱交換器放熱介質(zhì)出口部分氣體管道連接第一熱交換器放熱介質(zhì)進口，所述第二熱交換器放熱介質(zhì)出口和第一熱交換器放熱介質(zhì)出口分別連接系統(tǒng)的第二凈氣出口管道和第一凈氣出口管道，所述燃氣混入器設(shè)有燃氣進氣口。這種裝置利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱能加熱廢氣，消耗的能源少，處理成本低。
文檔編號B01D53/76GK101306324SQ20081005772
公開日2008年11月19日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日
發(fā)明者姚瑞奎, 樸起范, 李利軍, 汪英枝, 白文輝, 羅文德, 謝祥志, 金正浩 申請人:中國紡織工業(yè)設(shè)計院;北京中電聯(lián)環(huán)保工程有限公司