一种处理乙炔炉裂解烟气的方法和系统与流程

本发明涉及天然气部分氧化制乙炔中乙炔炉裂解烟气的处理方法和系统，属于工业余热和固废回收处理技术领域。

背景技术：
在天然气部分氧化制乙炔生产中，天然气经过部分氧化反应生成含乙炔的裂解烟气，该裂解烟气温度高达1000-1500℃，其中粉状炭黑含量为3g/m3。现有生产工艺是用三环水直接冷却裂解烟气，如图1所示，天然气进入乙炔裂解炉1上部的反应器1-1中在高温下裂解形成含乙炔的裂解烟气，然后该裂解烟气经乙炔裂解炉1下部喷入的冷却水直接冷却降温至78～80℃后出裂解炉进洗涤塔2进行后续工序。现有技术中直接冷却降温裂解烟气的目的是：一是终止裂解反应；二是降温除去裂解烟气中的粉状炭黑，满足后续洗涤、电除尘等生产工艺的需求。因此，在乙炔生产中就产生了大量炭黑污水，同时，直接冷却降温工艺也造成裂解烟气中物理热能无法回收利用。首先，由于裂解烟气中含有粉状炭黑，在经过三环水喷淋直接冷却的过程中，粉状炭黑就从裂解烟气中水洗分离出来，因而形成了含有炭黑的大量炭黑废水。该炭黑废水若不加以处理直接排放，对环境污染极大。目前，中国石化四川维尼纶公司、青海盐湖工业公司等国内采用天然气部分氧化制乙炔的大型国企，均设有炭黑废水处理装置，经过该装置对炭黑废水的分离、沉降、浓缩、真空脱水等处理，分离杂质后的炭黑废水可做循环水使用，炭黑废水最后通过真空脱水处理，年可回收约10万吨含水85±5%的炭黑泥。由于炭黑泥含水量高，且含有机物复杂，如丁二炔、乙烯基乙炔、不饱和碳氢化合物、芳族烃等有机聚合物，目前，国内这些企业没有对炭黑泥进一步的深化加工回收处理措施，均将其视为固体废弃物，采取垃圾填埋或焚烧的方法处置，这样既造成了填埋周边环境的地下水污染，也浪费了大量的可再生资源。其次是块状焦炭，由于现有乙炔裂解炉上部的反应器器壁均采用金属材料（例如铁板）制作而成，为了保证反应器内壁温度与内部裂解烟气的温度保持一致，如图3所示，在铁板1-12外设置了水夹套1-11来保护反应器的工作环境，由于水夹套保护钢板的原因，钢板表面温度较低，大约100度左右，在此工况下，不饱和芳烃等有机聚合物在钢板表面就容易产生相变而粘附聚集，这样就造成了裂解烟气中的不饱和芳烃等有机聚合物，在高温和氧气不充足的条件下容易在反应器内壁聚集脱氢而碳化结焦，反应器内壁周期性聚集就形成了块状焦炭。对于块状焦炭的处理在乙炔生产过程中非常棘手，正常生产2-3小时就要用机械手清理一次，由于块状焦炭不易清理，且逐渐堆积堵塞，乙炔生产装置大约每季度不得不停产清理，每年周期性开停车给乙炔生产企业造成了较大经济损失。

技术实现要素：
本发明的目的就在于针对上述现有技术提出的不足，提供一种新的处理乙炔裂解烟气的方法和系统，它能有效预防现有乙炔裂解炉反应器内壁上焦炭的聚集，有效回收裂解烟气余热，改变目前天然气制乙炔企业从未对裂解烟气余热回收利用的现状，淘汰湿法回收粉状炭黑和块状焦炭等固废的生产工艺，改变了采取直接填埋或焚烧的现状，干法回收粉状炭黑，减少废水对周边环境污染，具有良好的社会环保效益和经济价值。为了实现上述目的，本发明提供了一种处理乙炔炉裂解烟气的方法，它是将乙炔炉裂解烟气用液态金属间接冷却至220℃后用收尘器对其粉尘分离，然后再将经收尘器粉尘分离后的气体通过急冷塔冷却至80℃；将冷却裂解烟气后的液态金属用于加热锅炉软化水；所述的间接冷却是采用换热器冷却，裂解烟气走换热器管程，液态金属走换热器壳程；所述液态金属冷却裂解烟气前的温度为120℃；所述液态金属的理化指标为：熔点8℃，密度6363kg/m3，沸点2000℃，热导率30-50w/m2.k，比热0.4kJ/kg.℃。其中，用液态金属将裂解烟气降温到220℃的原因是：首先，要快速终止裂解反应，终止裂解反应的温度区间是450-550℃；其次，考虑裂解烟气有机聚合物复杂，温度太低后，可能产生相变；第三，兼顾后续的收尘器粉尘分离最佳工作温度，目前国内覆膜滤袋最高工作温度为300℃，最佳工作温度区间是200-260℃。并且，采用液态金属作为换热介质，一是沸点2000℃，在此高温内介质不气化，介质对管壁压力甚微，不易泄漏；二是液态金属为多种金属氧化物的混合组分，无腐蚀性；三是热导率30-50w/m2.k，比水的热导系数0.5w/m2.k大近100倍，能满足乙炔裂解反应要求在3%0秒内终止裂解反应的时间要求，若用水为热介质，很难的达到这样快速终止裂解反应的时间要求。同时，本发明还提供了根据上述方法制定的一种处理乙炔炉裂解烟气的系统，它包括乙炔裂解炉，乙炔裂解炉上部设置反应器，其器壁为非金属复合材料壁，反应器下方乙炔裂解炉内设置换热器，反应器烟气出口连接换热器管程进口，换热器壳程进口连接电磁泵，电磁泵与余热锅炉液态金属出口连接，余热锅炉回流口连接换热器壳程出口，余热锅炉底部设置进水口，进水口连接软化水泵，余热锅炉内设置液态金属换热管；乙炔裂解炉烟气出口连接收尘器，收尘器气体出口连接急冷塔；所述收尘器出尘口连接气密阀，气密阀连接螺旋输送器。优选的是，上述螺旋输送器为水夹套螺旋输送器。因为经收尘器分离出的粉状炭黑温度为200℃左右，经水夹套螺旋输送器可冷却降温至70℃，让粉状炭黑远低于其着火温度，便于储存包装。进一步的，上述收尘器采用聚四氟乙烯覆膜滤袋的脉冲袋式收尘器。上述非金属复合材料壁从内至外依次包括铬刚玉板、耐火材料浇筑块和空心球浇筑块；铬刚玉板由铬刚玉砖砌筑而成，耐火材料浇筑块由以氧化铝、氧化铬为主的高温耐火材料浇筑而成，空心球浇筑块由氧化铝空心球浇筑而成。上述换热器为列管式换热器。与现有技术相比，首先本发明方法将裂解烟气直接用水冷却改为用液态金属间接冷却，采用液态金属换热器的方式来对乙炔炉裂解烟气进行冷却，可将管程内1000-1500℃的裂解烟气快速降温到220℃，终止裂解反应，本发明采用的换热方式为间接换热方式，经过与烟气热交换的液态金属温度从120℃升温到550℃，可被用于与软化水进行热交换，产生高压蒸汽，实现余热利用，同时冷却下的液态金属可循环用于冷却裂解烟气；其次，本发明系统提供的乙炔裂解炉的反应器器壁材料采用非金属复合材料，替代了现有反应器使用的金属材料，因而取消了水夹套的保护，本发明非金属复合材料主要成分是以氧化铝、氧化铬为主的高温耐火材料，其正常耐火温度为1500-1900℃，高于乙炔炉的裂解环境温度，配以空心球氧化铝轻质浇注料进行保温，所以，完全不必用水夹套保护反应器的工作环境。本发明提供的反应器确保了反应器内壁温度与内部裂解烟气的温度保持一致，避免裂解烟气中不饱和芳烃等有机聚合物在反应器内壁产生相变而聚集，因而最终改善了有机聚合物在高温缺氧下聚集脱氢而碳化结焦的工况。附图说明图1为现有乙炔裂解工艺流程示意图；（A：1000～1500℃；B：80℃；C：循环水）图2为本发明处理乙炔炉裂解烟气的系统的结构示意图；（a：1000～1500℃；b：120℃；c：550～580℃；d：200～220℃；e：180℃；f：80℃；g：25℃）图3为现有反应器的部分结构示意图；图4为本发明反应器的部分结构示意图；图5为本发明换热器的结构示意图。图例说明：1、乙炔裂解炉；2、洗涤塔；3、电磁泵；4、余热锅炉；5、软化水泵；6、收尘器；7、气密阀；8；水夹套螺旋输送器；9、储料仓；10、急冷塔；11、裂解烟气；12、液态金属；1-1：反应器；1-11：水夹套；1-12：铁板；1-13：铬刚玉板；1-14：耐火材料浇筑块；1-15：空心球浇筑块；1-2：换热器；1-21：管程进口；1-22：壳程进口；1-23：壳程出口。具体实施方式为了更加清楚的理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面对本发明做进一步的说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中。参见图2，图4和图5，本发明提供的一种处理乙炔炉裂解烟气的系统，它包括乙炔裂解炉1，乙炔裂解炉上部设置反应器1-1，其器壁为非金属复合材料壁，其非金属复合材料壁从内至外依次包括铬刚玉板1-13、耐火材料浇筑块1-14和空心球浇筑块1-15；反应器下方乙炔裂解炉内设置换热器1-2，反应器烟气出口连接换热器管程进口1-21，换热器壳程进口1-22连接电磁泵3，电磁泵3与余热锅炉4液态金属出口连接，余热锅炉4回流口连接换热器壳程出口1-23，余热锅炉底部设置进水口，进水口连接软化水泵5，余热锅炉内设置液态金属换热管；乙炔裂解炉烟气出口连接收尘器6，收尘器6气体出口连接急冷塔10；所述收尘器6的出尘口连接气密阀7，气密阀7连接水夹套螺旋输送器8，水夹套螺旋输送器8将收尘器分离出的粉状炭黑冷却降温至70℃送入储料仓9储存保藏。参见图2，工作时，天然气进入乙炔裂解炉1上部的反应器1-1中在高温下裂解形成含乙炔的裂解烟气，然后该裂解烟气11进入换热器1-2的管程与壳程流动的液态金属12进行热交换，管程内1000-1500℃的裂解烟气快速降温到220℃，终止裂解反应；壳程内的液态金属由120℃升温到550℃，经壳程出口1-23输送至余热锅炉4中与余热锅炉中的软化水进行热交换，产生高压蒸汽，达到回收裂解烟气物理热能的目的，同时冷却下的液态金属经电磁泵3再进入换热器1-2中与裂解烟气11热交换，实现液态金属的循环利用。降温至220℃的裂解烟气出换热器和裂解炉，进入收尘器6粉尘分离后进入急冷塔10用循环冷却水继续降温至80℃后再送入原装置设备洗涤塔进行后续反应。裂解烟气通过收尘器6分离后，200℃左右的粉状炭黑经过气密阀7送至水夹套螺旋输送器8进行冷却降温至70℃，让粉状炭黑远低于其着火温度，便于储存包装。收尘器6优选脉冲袋滤器，其工作温度小于300℃，采用聚四氟乙烯覆膜玻璃纤维滤材进行过滤，将裂解烟气中的3g/m3粉状炭黑进行干法分离，其除尘效率可达99.99%，气-固分离后烟气送入急冷塔继续降温，分离粉状炭黑等固体通过气密阀输送至夹套绞龙，电磁脉冲阀的高压气源采用0.3Mpa锅炉蒸汽，主要作用是不增加裂解烟气的新组分。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，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。