本發(fā)明涉及天然氣部分氧化制乙炔中乙炔爐裂解煙氣的處理方法和系統(tǒng)，屬于工業(yè)余熱和固廢回收處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在天然氣部分氧化制乙炔生產(chǎn)中，天然氣經(jīng)過(guò)部分氧化反應(yīng)生成含乙炔的裂解煙氣，該裂解煙氣溫度高達(dá)1000-1500℃，其中粉狀炭黑含量為3g/m3?，F(xiàn)有生產(chǎn)工藝是用三環(huán)水直接冷卻裂解煙氣，如圖1所示，天然氣進(jìn)入乙炔裂解爐1上部的反應(yīng)器1-1中在高溫下裂解形成含乙炔的裂解煙氣，然后該裂解煙氣經(jīng)乙炔裂解爐1下部噴入的冷卻水直接冷卻降溫至78～80℃后出裂解爐進(jìn)洗滌塔2進(jìn)行后續(xù)工序?，F(xiàn)有技術(shù)中直接冷卻降溫裂解煙氣的目的是：一是終止裂解反應(yīng)；二是降溫除去裂解煙氣中的粉狀炭黑，滿(mǎn)足后續(xù)洗滌、電除塵等生產(chǎn)工藝的需求。因此，在乙炔生產(chǎn)中就產(chǎn)生了大量炭黑污水，同時(shí)，直接冷卻降溫工藝也造成裂解煙氣中物理熱能無(wú)法回收利用。首先，由于裂解煙氣中含有粉狀炭黑，在經(jīng)過(guò)三環(huán)水噴淋直接冷卻的過(guò)程中，粉狀炭黑就從裂解煙氣中水洗分離出來(lái)，因而形成了含有炭黑的大量炭黑廢水。該炭黑廢水若不加以處理直接排放，對(duì)環(huán)境污染極大。目前，中國(guó)石化四川維尼綸公司、青海鹽湖工業(yè)公司等國(guó)內(nèi)采用天然氣部分氧化制乙炔的大型國(guó)企，均設(shè)有炭黑廢水處理裝置，經(jīng)過(guò)該裝置對(duì)炭黑廢水的分離、沉降、濃縮、真空脫水等處理，分離雜質(zhì)后的炭黑廢水可做循環(huán)水使用，炭黑廢水最后通過(guò)真空脫水處理，年可回收約10萬(wàn)噸含水85±5%的炭黑泥。由于炭黑泥含水量高，且含有機(jī)物復(fù)雜，如丁二炔、乙烯基乙炔、不飽和碳?xì)浠衔?、芳族烴等有機(jī)聚合物，目前，國(guó)內(nèi)這些企業(yè)沒(méi)有對(duì)炭黑泥進(jìn)一步的深化加工回收處理措施，均將其視為固體廢棄物，采取垃圾填埋或焚燒的方法處置，這樣既造成了填埋周邊環(huán)境的地下水污染，也浪費(fèi)了大量的可再生資源。其次是塊狀焦炭，由于現(xiàn)有乙炔裂解爐上部的反應(yīng)器器壁均采用金屬材料（例如鐵板）制作而成，為了保證反應(yīng)器內(nèi)壁溫度與內(nèi)部裂解煙氣的溫度保持一致，如圖3所示，在鐵板1-12外設(shè)置了水夾套1-11來(lái)保護(hù)反應(yīng)器的工作環(huán)境，由于水夾套保護(hù)鋼板的原因，鋼板表面溫度較低，大約100度左右，在此工況下，不飽和芳烴等有機(jī)聚合物在鋼板表面就容易產(chǎn)生相變而粘附聚集，這樣就造成了裂解煙氣中的不飽和芳烴等有機(jī)聚合物，在高溫和氧氣不充足的條件下容易在反應(yīng)器內(nèi)壁聚集脫氫而碳化結(jié)焦，反應(yīng)器內(nèi)壁周期性聚集就形成了塊狀焦炭。對(duì)于塊狀焦炭的處理在乙炔生產(chǎn)過(guò)程中非常棘手，正常生產(chǎn)2-3小時(shí)就要用機(jī)械手清理一次，由于塊狀焦炭不易清理，且逐漸堆積堵塞，乙炔生產(chǎn)裝置大約每季度不得不停產(chǎn)清理，每年周期性開(kāi)停車(chē)給乙炔生產(chǎn)企業(yè)造成了較大經(jīng)濟(jì)損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提出的不足，提供一種新的處理乙炔裂解煙氣的方法和系統(tǒng)，它能有效預(yù)防現(xiàn)有乙炔裂解爐反應(yīng)器內(nèi)壁上焦炭的聚集，有效回收裂解煙氣余熱，改變目前天然氣制乙炔企業(yè)從未對(duì)裂解煙氣余熱回收利用的現(xiàn)狀，淘汰濕法回收粉狀炭黑和塊狀焦炭等固廢的生產(chǎn)工藝，改變了采取直接填埋或焚燒的現(xiàn)狀，干法回收粉狀炭黑，減少?gòu)U水對(duì)周邊環(huán)境污染，具有良好的社會(huì)環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種處理乙炔爐裂解煙氣的方法，它是將乙炔爐裂解煙氣用液態(tài)金屬間接冷卻至220℃后用收塵器對(duì)其粉塵分離，然后再將經(jīng)收塵器粉塵分離后的氣體通過(guò)急冷塔冷卻至80℃；將冷卻裂解煙氣后的液態(tài)金屬用于加熱鍋爐軟化水；所述的間接冷卻是采用換熱器冷卻，裂解煙氣走換熱器管程，液態(tài)金屬走換熱器殼程；所述液態(tài)金屬冷卻裂解煙氣前的溫度為120℃；所述液態(tài)金屬的理化指標(biāo)為：熔點(diǎn)8℃，密度6363kg/m3，沸點(diǎn)2000℃，熱導(dǎo)率30-50w/m2.k，比熱0.4kJ/kg.℃。其中，用液態(tài)金屬將裂解煙氣降溫到220℃的原因是：首先，要快速終止裂解反應(yīng)，終止裂解反應(yīng)的溫度區(qū)間是450-550℃；其次，考慮裂解煙氣有機(jī)聚合物復(fù)雜，溫度太低后，可能產(chǎn)生相變；第三，兼顧后續(xù)的收塵器粉塵分離最佳工作溫度，目前國(guó)內(nèi)覆膜濾袋最高工作溫度為300℃，最佳工作溫度區(qū)間是200-260℃。并且，采用液態(tài)金屬作為換熱介質(zhì)，一是沸點(diǎn)2000℃，在此高溫內(nèi)介質(zhì)不氣化，介質(zhì)對(duì)管壁壓力甚微，不易泄漏；二是液態(tài)金屬為多種金屬氧化物的混合組分，無(wú)腐蝕性；三是熱導(dǎo)率30-50w/m2.k，比水的熱導(dǎo)系數(shù)0.5w/m2.k大近100倍，能滿(mǎn)足乙炔裂解反應(yīng)要求在3%0秒內(nèi)終止裂解反應(yīng)的時(shí)間要求，若用水為熱介質(zhì)，很難的達(dá)到這樣快速終止裂解反應(yīng)的時(shí)間要求。同時(shí)，本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法制定的一種處理乙炔爐裂解煙氣的系統(tǒng)，它包括乙炔裂解爐，乙炔裂解爐上部設(shè)置反應(yīng)器，其器壁為非金屬?gòu)?fù)合材料壁，反應(yīng)器下方乙炔裂解爐內(nèi)設(shè)置換熱器，反應(yīng)器煙氣出口連接換熱器管程進(jìn)口，換熱器殼程進(jìn)口連接電磁泵，電磁泵與余熱鍋爐液態(tài)金屬出口連接，余熱鍋爐回流口連接換熱器殼程出口，余熱鍋爐底部設(shè)置進(jìn)水口，進(jìn)水口連接軟化水泵，余熱鍋爐內(nèi)設(shè)置液態(tài)金屬換熱管；乙炔裂解爐煙氣出口連接收塵器，收塵器氣體出口連接急冷塔；所述收塵器出塵口連接氣密閥，氣密閥連接螺旋輸送器。優(yōu)選的是，上述螺旋輸送器為水夾套螺旋輸送器。因?yàn)榻?jīng)收塵器分離出的粉狀炭黑溫度為200℃左右，經(jīng)水夾套螺旋輸送器可冷卻降溫至70℃，讓粉狀炭黑遠(yuǎn)低于其著火溫度，便于儲(chǔ)存包裝。進(jìn)一步的，上述收塵器采用聚四氟乙烯覆膜濾袋的脈沖袋式收塵器。上述非金屬?gòu)?fù)合材料壁從內(nèi)至外依次包括鉻剛玉板、耐火材料澆筑塊和空心球澆筑塊；鉻剛玉板由鉻剛玉磚砌筑而成，耐火材料澆筑塊由以氧化鋁、氧化鉻為主的高溫耐火材料澆筑而成，空心球澆筑塊由氧化鋁空心球澆筑而成。上述換熱器為列管式換熱器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，首先本發(fā)明方法將裂解煙氣直接用水冷卻改為用液態(tài)金屬間接冷卻，采用液態(tài)金屬換熱器的方式來(lái)對(duì)乙炔爐裂解煙氣進(jìn)行冷卻，可將管程內(nèi)1000-1500℃的裂解煙氣快速降溫到220℃，終止裂解反應(yīng)，本發(fā)明采用的換熱方式為間接換熱方式，經(jīng)過(guò)與煙氣熱交換的液態(tài)金屬溫度從120℃升溫到550℃，可被用于與軟化水進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生高壓蒸汽，實(shí)現(xiàn)余熱利用，同時(shí)冷卻下的液態(tài)金屬可循環(huán)用于冷卻裂解煙氣；其次，本發(fā)明系統(tǒng)提供的乙炔裂解爐的反應(yīng)器器壁材料采用非金屬?gòu)?fù)合材料，替代了現(xiàn)有反應(yīng)器使用的金屬材料，因而取消了水夾套的保護(hù)，本發(fā)明非金屬?gòu)?fù)合材料主要成分是以氧化鋁、氧化鉻為主的高溫耐火材料，其正常耐火溫度為1500-1900℃，高于乙炔爐的裂解環(huán)境溫度，配以空心球氧化鋁輕質(zhì)澆注料進(jìn)行保溫，所以，完全不必用水夾套保護(hù)反應(yīng)器的工作環(huán)境。本發(fā)明提供的反應(yīng)器確保了反應(yīng)器內(nèi)壁溫度與內(nèi)部裂解煙氣的溫度保持一致，避免裂解煙氣中不飽和芳烴等有機(jī)聚合物在反應(yīng)器內(nèi)壁產(chǎn)生相變而聚集，因而最終改善了有機(jī)聚合物在高溫缺氧下聚集脫氫而碳化結(jié)焦的工況。附圖說(shuō)明圖1為現(xiàn)有乙炔裂解工藝流程示意圖；（A：1000～1500℃；B：80℃；C：循環(huán)水）圖2為本發(fā)明處理乙炔爐裂解煙氣的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；（a：1000～1500℃；b：120℃；c：550～580℃；d：200～220℃；e：180℃；f：80℃；g：25℃）圖3為現(xiàn)有反應(yīng)器的部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明反應(yīng)器的部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說(shuō)明：1、乙炔裂解爐；2、洗滌塔；3、電磁泵；4、余熱鍋爐；5、軟化水泵；6、收塵器；7、氣密閥；8；水夾套螺旋輸送器；9、儲(chǔ)料倉(cāng)；10、急冷塔；11、裂解煙氣；12、液態(tài)金屬；1-1：反應(yīng)器；1-11：水夾套；1-12：鐵板；1-13：鉻剛玉板；1-14：耐火材料澆筑塊；1-15：空心球澆筑塊；1-2：換熱器；1-21：管程進(jìn)口；1-22：殼程進(jìn)口；1-23：殼程出口。具體實(shí)施方式為了更加清楚的理解本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有益效果，下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不將本發(fā)明的保護(hù)范圍限定在以下實(shí)施例中。參見(jiàn)圖2，圖4和圖5，本發(fā)明提供的一種處理乙炔爐裂解煙氣的系統(tǒng)，它包括乙炔裂解爐1，乙炔裂解爐上部設(shè)置反應(yīng)器1-1，其器壁為非金屬?gòu)?fù)合材料壁，其非金屬?gòu)?fù)合材料壁從內(nèi)至外依次包括鉻剛玉板1-13、耐火材料澆筑塊1-14和空心球澆筑塊1-15；反應(yīng)器下方乙炔裂解爐內(nèi)設(shè)置換熱器1-2，反應(yīng)器煙氣出口連接換熱器管程進(jìn)口1-21，換熱器殼程進(jìn)口1-22連接電磁泵3，電磁泵3與余熱鍋爐4液態(tài)金屬出口連接，余熱鍋爐4回流口連接換熱器殼程出口1-23，余熱鍋爐底部設(shè)置進(jìn)水口，進(jìn)水口連接軟化水泵5，余熱鍋爐內(nèi)設(shè)置液態(tài)金屬換熱管；乙炔裂解爐煙氣出口連接收塵器6，收塵器6氣體出口連接急冷塔10；所述收塵器6的出塵口連接氣密閥7，氣密閥7連接水夾套螺旋輸送器8，水夾套螺旋輸送器8將收塵器分離出的粉狀炭黑冷卻降溫至70℃送入儲(chǔ)料倉(cāng)9儲(chǔ)存保藏。參見(jiàn)圖2，工作時(shí)，天然氣進(jìn)入乙炔裂解爐1上部的反應(yīng)器1-1中在高溫下裂解形成含乙炔的裂解煙氣，然后該裂解煙氣11進(jìn)入換熱器1-2的管程與殼程流動(dòng)的液態(tài)金屬12進(jìn)行熱交換，管程內(nèi)1000-1500℃的裂解煙氣快速降溫到220℃，終止裂解反應(yīng)；殼程內(nèi)的液態(tài)金屬由120℃升溫到550℃，經(jīng)殼程出口1-23輸送至余熱鍋爐4中與余熱鍋爐中的軟化水進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生高壓蒸汽，達(dá)到回收裂解煙氣物理熱能的目的，同時(shí)冷卻下的液態(tài)金屬經(jīng)電磁泵3再進(jìn)入換熱器1-2中與裂解煙氣11熱交換，實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬的循環(huán)利用。降溫至220℃的裂解煙氣出換熱器和裂解爐，進(jìn)入收塵器6粉塵分離后進(jìn)入急冷塔10用循環(huán)冷卻水繼續(xù)降溫至80℃后再送入原裝置設(shè)備洗滌塔進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)。裂解煙氣通過(guò)收塵器6分離后，200℃左右的粉狀炭黑經(jīng)過(guò)氣密閥7送至水夾套螺旋輸送器8進(jìn)行冷卻降溫至70℃，讓粉狀炭黑遠(yuǎn)低于其著火溫度，便于儲(chǔ)存包裝。收塵器6優(yōu)選脈沖袋濾器，其工作溫度小于300℃，采用聚四氟乙烯覆膜玻璃纖維濾材進(jìn)行過(guò)濾，將裂解煙氣中的3g/m3粉狀炭黑進(jìn)行干法分離，其除塵效率可達(dá)99.99%，氣-固分離后煙氣送入急冷塔繼續(xù)降溫，分離粉狀炭黑等固體通過(guò)氣密閥輸送至夾套絞龍，電磁脈沖閥的高壓氣源采用0.3Mpa鍋爐蒸汽，主要作用是不增加裂解煙氣的新組分。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。