含氯乙烯混合气的氢气回收及非甲烷总烃深度净化装置的制作方法

1.本实用新型属于化工气体处理设备技术领域，具体为含氯乙烯混合气的氢气回收及非甲烷总烃深度净化装置。


背景技术：

2.氯乙烯是一种重要的化工原料，氯乙烯聚合生产的pvc是世界上最通用的塑料。广泛应用于在建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等方面。
3.在pvc生产过程中，精馏系统会排出大量的含氯乙烯、乙炔、氢气、氮气和其它非甲烷总烃等组分的尾气。通常采用变压吸附分离技术和装置对尾气中的氯乙烯、乙炔、氢气进行分别分离回收，目前，主要有两种工艺流程，可简称一段法和二段法工艺，其中一段法工艺主要对氯乙烯和乙炔进行回收，该种工艺流程的排放气为装置的净化气，主要含有氢气、氮气及微量非甲烷总烃，该净化气直接排放，排放压力通常在0.3mpa以上；另一种工艺流程是在一段法的基础上串联增加提氢装置，从一段装置的净化气中进一步回收氢气，该种工艺流程的解吸气为排放气，主要含有大量氮气、少量氢气及微量非甲烷总烃。
4.吸附分离装置运行初期，效果很好，排放指标达到设计和环保要求。但近几年，随着低汞触媒的普遍应用，精馏尾气中氯乙烯和乙炔的含量比初期设计值偏离较多。另外，有的企业扩产改造，精馏尾气量也大幅增加，上述含量和流量的增加均加大了原吸附分离装置的负荷，同时，随着变压吸附装置运行时间的增长，原装置吸附剂的吸附性能逐渐降低，另外，部分非甲烷总烃在系统循环生产过程中无法消耗，长时间累积导致非甲烷总烃含量升高，因此，有的吸附分离装置排放指标已无法达到原有设计指标和排放标准；因此需对原吸附分离装置的排放气进一步深度净化处理。对该排放气的进一步深度处理存在以下困难：
5.1、非甲烷总烃含量低，常规吸附剂吸附效果很差，处理后无法达到新的国家排放标准。
6.2、部分非甲烷总烃在系统循环生产中没法消耗，长时间累积后造成排放气中非甲烷总烃含量超标。
7.3、排放气中氢气含量高，导致催化反应热量较多，具有一定安全隐患。
8.4、某些排放气压力低，且波动大，不易回收处理。
9.5、排放气经过常规变压吸附处理后，非甲烷总烃含量会被浓缩，更容易超过国家排放标准。
10.因此，急需设计和研发一种具有高净化度、安的含氯乙烯混合气的氢气回收及非甲烷总烃深度净化装置，以减少化工企业对环境的破坏，同时回收有经济价值的氢气。


技术实现要素：

11.本实用新型的发明目的是针对以上技术问题，提供一种工艺简单、运行成本低、自
动化程度高、占地面积小、投资少、安装方便的含氯乙烯混合气的氢气回收及非甲烷总烃深度净化装置。
12.为了实现以上发明目的，本实用新型的具体技术方案为：
13.含氯乙烯混合气的氢气回收及非甲烷总烃深度净化装置，该装置包括原料气缓冲罐、回收塔、真空泵机组、解吸气缓冲罐ⅰ、解吸气缓冲罐ⅱ、换热器、加热器、净化塔、增压机ⅰ、增压机ⅱ，其原料气通过增压机ⅰ依次与原料气缓冲罐和回收塔连接；回收塔与解吸气缓冲罐ⅰ连接，回收塔通过真空泵机组与解吸气缓冲罐ⅱ连接，在解吸气缓冲罐ⅱ后依次设置增压机ⅱ、加热器、净化塔和换热器，解吸气缓冲罐ⅱ、增压机ⅱ、加热器、净化塔和换热器之间均通过管道串联。
14.作为本技术中一种较好的实施方式，所述的回收塔包括回收塔原料气进口、终冲进口、净化气出口、冲洗进口、抽空气出口和逆放气出口；其中，回收塔原料气进口、逆放气出口和抽空气出口均设置在回收塔的底端；终冲进口、净化气出口和冲洗进口均设置在回收塔的顶端。
15.作为本技术中一种较好的实施方式，原料气缓冲罐与回收塔原料气进口连接，所述终冲进口通过管道与回收塔净化气出口连接，冲洗进口通过管道与回收塔净化气出口连接；抽空气出口通过管道与真空泵机组连接，逆放气出口通过管道与解吸气缓冲罐ⅰ连接；空气进口通过管道与解吸气缓冲罐ⅱ连接。
16.作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的回收塔上均设置程控阀，程控阀与控制装置连接。
17.作为本技术中一种较好的实施方式，所述的回收塔为3
‑
10台，各个回收塔之间并列连接。所述的回收塔内装填有由氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛组成的复合吸附剂填料，吸附剂实现对非甲烷总烃等气体的吸附。
18.作为本技术中一种较好的实施方式，所述的解吸气缓冲罐ⅰ与解吸气缓冲罐ⅱ之间设有调节阀。
19.作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的回收塔净化气出口与冲洗进口之间设有调节阀。
20.作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的回收塔净化气出口与终冲进口之间设有调节阀。
21.作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的空气进口与解吸气缓冲罐ⅱ之间设有调节阀。
22.作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的增压机ⅰ设有旁路。通过设计增压机及旁路，针对原料气压力较低的工况，原料气通过增压机增压后再通入回收塔；针对原料气压力较高的工况，原料气可通过增压机旁路直接通入回收塔。
23.本装置的工作原理：
24.氯乙烯放空气在约0.01～0.5mpa压力下进入深度净化及提氢装置，原料气首先通过增压机或者增压机旁路，再通过预先设定好的程序控制系统自动进入到已经再生好的回收塔中，经过装填在回收塔中的吸附剂进行分离，氮气和非甲烷总烃等杂质被吸附剂吸附停留在塔内，副产含量≥99.9％的氢气从塔顶排出。一个回收塔吸附结束后，将塔内剩余气体一部分从塔顶放入另一个回收塔内，接着另一部分从塔底放入解吸气缓冲罐内，最后采
用抽空和抽空冲洗的方式将吸附残留在吸附剂内的氮气和非甲烷总烃等解吸出来，实现吸附剂的再生，同时含有非甲烷总烃的解吸气与一定量的空气混合增压后进入净化塔进行催化反应，最后脱除非甲烷总烃后的解吸气达到国家排放标准直接排放。一个回收塔再生结束后，利用部分净化气对其升压至吸附压力，准备进入下一次吸附过程。整个过程由至少3台回收塔循环工作，时间上均匀错开，全部切换过程由预先设置好的程序系统自动控制，保证装置连续、稳定、安全的运行。
25.本装置将含氯乙烯放空气通入装填有吸附剂的回收塔底部，吸附剂吸附氮气和非甲烷总烃等杂质，含量≥99.9％的氢气从塔顶排出，被吸附剂吸附的杂质通过逆放和抽空方式解吸并进一步通过净化塔脱除非甲烷总烃，使解吸气中非甲烷总烃含量低于国家最新的排放标准，甚至也可以满足部分地区更加严格的要求，使放空气非甲烷总烃含量≤20mg/m3。
26.在装置中所述的回收塔净化气出口设有调节阀来稳定装置的压力。该装置逆放气和抽空气会先输送到解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)，所述解吸气缓冲罐ⅰ与解吸气缓冲罐ⅱ的管道上设有调节阀调节压力。该装置空气进口设置有调节阀来控制空气进气量。
27.终冲和抽空冲洗步骤的气来至回流部分净化气。
28.与现有技术相比，本实用新型的积极效果体现在：
29.(一)、通过设计原料气缓冲罐，使原料气能更平稳的连续的进入回收塔。
30.(二)、本装置采用变压吸附的方式脱除非甲烷总烃，既副产了含量≥99.9％的氢气，又能使放空气中非甲烷总烃含量达到国家最新的排放标准，甚至也可以满足部分地区更加严格的要求，使放空气中放空气非甲烷总烃含量≤20mg/m3。
31.(三)、通过设计增压机及旁路，针对原料气压力较低的工况，原料气通过增压机增压后再通入回收塔；针对原料气压力较高的工况，原料气可通过增压机旁路直接通入回收塔。
32.(四)、本装置首先分离出大部分的产品氢气，降低了催化步骤中解吸气的氢气含量，使催化步骤放热量减少，从而保证了催化步骤的安全性。
附图说明
33.图1为本实用新型所述氯乙烯放空气的非甲烷总烃深度净化及提氢装置的连接关系示意图。
34.其中，1——原料气缓冲罐；2——回收塔；3——真空泵；4——解吸气缓冲罐ⅰ；5——解吸气缓冲罐ⅱ；6——加热器；7——净化塔；8——增压机ⅰ；9——增压机ⅱ；10——回收塔终冲进口；11——回收塔净化气出口；12——回收塔冲洗气进口；13——回收塔抽空气出口；14——回收塔逆放气出口；15——回收塔原料气出口；16——空气进口；17——程控阀、18——调节阀、19——换热器。
具体实施方式
35.含氯乙烯混合气的氢气回收及非甲烷总烃深度净化装置，该装置包括回收塔、原料气缓冲罐、解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)、真空泵、增压机ⅰ、增压机ⅱ、换热器、加热器、净化塔、程控阀、调节阀，每根管道上均设置程控阀，原料气通过增压机、原料气缓冲罐、原料气进口、
管道和程控阀与回收塔连接，回收塔和解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)均与真空泵连接，解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)通过管道和增压机ⅱ、加热器、净化塔以及换热器连接。该装置逆放气和抽空气会与空气混合后再输送到解吸气缓冲罐ⅱ。
36.所述的回收塔包括回收塔原料气进口、回收塔净化气出口、终冲气进口、冲洗气进口、抽空气出口和逆放气出口；所述冲洗气进口通过调节阀与回收塔净化气出口连接，抽空气出口通过管道与真空泵连接，逆放气出口通过管道与解吸气缓冲罐ⅰ连接，解吸气缓冲罐ⅰ与解吸气缓冲罐ⅱ通过调节阀连接，空气进口与解吸气缓冲罐ⅱ通过调节阀连接。
37.所述的回收塔为3
‑
10台，优选回收塔的个数为5台，各个回收塔之间并列连接。所述的回收塔上均设置程控阀，程控阀与控制装置连接。在所述的回收塔内装有由活性炭、硅胶、氧化铝、分子筛中的任意一种或几种的复合吸附剂填料。其中分子筛为改性型，非甲烷总烃等气体的吸附效果好并且解吸相对容易。该催化剂能安全有效的脱除非甲烷总烃。
38.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.需要说明的是，为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
44.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理
解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.另外，本实用新型要指出的是，本实用新型中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本实用新型涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
46.实施例1：
47.如图1所示，含氯乙烯混合气的氢气回收及非甲烷总烃深度净化装置，该装置包括原料气缓冲罐、回收塔、真空泵机组、解吸气缓冲罐ⅰ、解吸气缓冲罐ⅱ、换热器、加热器、净化塔、增压机ⅰ、增压机ⅱ，其原料气通过增压机ⅰ依次与原料气缓冲罐和回收塔连接；回收塔与解吸气缓冲罐ⅰ连接，回收塔通过真空泵机组与解吸气缓冲罐ⅱ连接，在解吸气缓冲罐ⅱ后依次设置增压机ⅱ、净化塔、加热器和换热器(增压机ⅱ、净化塔、加热器和换热器均通过管道串联)。
48.每根管道上均设置程控阀，含微量氯乙烯、乙炔及其他非甲烷总烃的原料气通过原料气缓冲罐、原料气进口管道和程控阀与回收塔连接，回收塔和解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)均与真空泵连接，解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)通过增压机ⅱ、加热器和净化塔与换热器连接。该装置逆放气和抽空气会先输送到解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)。
49.所述的回收塔包括回收塔原料气进口、回收塔净化气出口、冲洗气进口、终冲气进口、抽空气出口和逆放气出口；所述冲洗气进口通过调节阀与回收塔净化气出口连接，终冲气进口通过调节阀与回收塔净化气出口连接，抽空气出口通过管道与真空泵连接，逆放气出口通过管道与解吸气缓冲罐ⅰ连接，解吸气缓冲罐ⅰ与解吸气缓冲罐ⅱ通过调节阀连接，空气进口通过调节阀与解吸气缓冲罐ⅱ连接。
50.所述的回收塔个数为5台，各个回收塔之间并列连接。所述的回收塔上均设置程控阀，程控阀与控制装置连接。在所述的回收塔内装有活性炭、硅胶、氧化铝、分子筛中的任意一种或几种的复合吸附剂填料，净化塔内装有专用催化剂。
51.精馏尾气变压吸附放空气的压力～0.5mpa，气量约为800nm3/h，组分如下表所示：
52.表1制氢放空气组成(v％)
[0053][0054]
吸附分离装置运行时，含微量氯乙烯、乙炔及其他非甲烷总烃的原料气首先经过增压机ⅰ旁路，再通过预先设定好的程序控制系统自动进入到那些已经再生好的回收塔中，经过装填在回收塔中的吸附剂进行分离，塔顶排出副产含量≥99.9％的氢气。一个回收塔吸附结束后，将塔内剩余气体一部分从塔顶放入另一个回收塔内，接着另一部分从塔底放入解吸气缓冲管内，最后采用抽空冲洗的方式将吸附残留在吸附剂内的非甲烷总烃解吸出来，实现吸附剂的再生，解吸气与一定量空气混合增压后先经过加热器，再进入净化塔脱除非甲烷总烃，最后经过换热器直接放空。一个回收塔再生结束后，利用部分净化气对其升压
至吸附压力，准备进入下一次吸附过程。整个过程由至少3台回收塔循环工作，时间上均匀错开，全部切换过程由预先设置好的程序系统自动控制，保证装置连续、稳定、安全的运行。各塔的循环单元过程为：a(吸附)
‑
ed(均压降)
‑
d(逆放)
‑
v/vp(抽空及抽空冲洗)
‑
er(均压升)
‑
fr(终升)。
[0055]
经过本实用新型中所述的装置处理过后，副产氢气含量≥99.9％，排放气达到新的国家排放标准。
[0056]
实施例2：
[0057]
如图1所示，含氯乙烯混合气的氢气回收及非甲烷总烃深度净化装置，该装置包括原料气缓冲罐、回收塔、真空泵机组、解吸气缓冲罐ⅰ、解吸气缓冲罐ⅱ、换热器、加热器、净化塔、增压机ⅰ、增压机ⅱ，其原料气通过增压机ⅰ依次与原料气缓冲罐和回收塔连接；回收塔与解吸气缓冲罐ⅰ连接，回收塔通过真空泵机组与解吸气缓冲罐ⅱ连接，在解吸气缓冲罐ⅱ后依次设置增压机ⅱ、加热器、净化塔和换热器。每根管道上均设置程控阀，原料气通过原料气缓冲罐、、原料气进口管道和程控阀与回收塔连接，回收塔和解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)均与真空泵连接，解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)通过增压机ⅱ、加热器和净化塔与换热器连接。该装置逆放气和抽空气会先输送到解吸气缓冲罐(ⅰ/ⅱ)。
[0058]
所述的回收塔包括回收塔原料气进口、回收塔净化气出口、冲洗气进口、终冲气进口、抽空气出口和逆放气出口；所述冲洗气进口通过调节阀与回收塔净化气出口连接，终冲气进口通过调节阀与回收塔净化气出口连接，抽空气出口通过管道与真空泵连接，逆放气出口通过管道与解吸气缓冲罐ⅰ连接，解吸气缓冲罐ⅰ与解吸气缓冲罐ⅱ通过调节阀连接，空气进口通过调节阀与解吸气缓冲罐ⅱ连接。
[0059]
所述的回收塔个数为5台，各个回收塔之间并列连接。所述的回收塔上均设置程控阀，程控阀与控制装置连接。在所述的回收塔内装有活性炭、硅胶、氧化铝、分子筛中的任意一种或几种的复合吸附剂填料，净化塔内装有专用催化剂。
[0060]
精馏尾气变压吸附放空气的压力～0.01mpa，气量约为100nm3/h，组分如下表所示：
[0061]
表2制氢放空气组成(v％)
[0062][0063]
吸附分离装置运行时，含微量氯乙烯、乙炔及其他非甲烷总烃的原料气首先经过增压机ⅰ增压至0.3mpa后，再通过预先设定好的程序控制系统自动进入到那些已经再生好的回收塔中，经过装填在回收塔中的吸附剂进行分离，塔顶排出副产含量≥99.9％的氢气。一个回收塔吸附结束后，将塔内剩余气体一部分从塔顶放入另一个回收塔内，接着另一部分从塔底放入解吸气缓冲管内，最后采用抽空冲洗的方式将吸附残留在吸附剂内的非甲烷总烃解吸出来，实现吸附剂的再生，解吸气与一定量空气混合增压后先经过加热器，再进入净化塔脱除非甲烷总烃，最后经过换热器直接放空。一个回收塔再生结束后，利用部分净化
气对其升压至吸附压力，准备进入下一次吸附过程。整个过程由至少3台回收塔循环工作，时间上均匀错开，全部切换过程由预先设置好的程序系统自动控制，保证装置连续、稳定、安全的运行。各塔的循环单元过程为：a(吸附)
‑
ed(均压降)
‑
d(逆放)
‑
v/vp(抽空及抽空冲洗)
‑
er(均压升)
‑
fr(终升)。
[0064]
经过本实用新型中所述的装置处理过后，副产氢气含量≥99.9％，排放气达到新的国家排放标准。
[0065]
前述本实用新型中的基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
[0066]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。