炭黑尾气中气体分离和综合利用的方法及实现方法的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及炭黑尾气的分离和综合利用，尤其涉及将炭黑尾气中的高热值尾气和队进行分离和综合利用的方法及实现该方法的装置。
【背景技术】
[0002]炭黑尾气是炭黑生产中经主袋滤器过滤炭黑烟气产生的，主要成分为:H210-12%(体积分数)，CO 9-13% (体积分数)，CO2 2-3% (体积分数)，N236-38% (体积分数)，H2O 36-40% (体积分数)，H2S 250-800mg/m3等。
[0003]炭黑生产企业对尾气都不进行处理，尾气的热值较低，仅为900-1000kcal/m3，其中30%供尾气燃烧炉燃烧来提供炭黑干燥所需的能量；70%供低热值尾气锅炉进行燃烧产生蒸汽供汽轮机进行发电，同时，一部分蒸汽供生产和民用使用。
[0004]炭黑尾气大量的N2是造成尾气热值低的原因之一，低热值造成尾气燃烧炉和尾气锅炉热效率低，特别是低热值尾气锅炉需要很大的内部容积来满足低热值尾气燃烧的需要，尾气锅炉一次性投资大，占地面积大。
[0005]另一方面，炭黑尾气含有H2S,如果不经过脱硫处理，从尾气燃烧炉和尾气锅炉燃烧产生的废气中含有的S02、SO3等直接排放大气中，污染大气，对环境造成危害。
[0006]201010577069.2专利文献公开了一种炭黑尾气的处理方法，其采用喷淋去除H2O和H2S、变压吸附去除水、变温吸附去除H2S和SO2，然后采用非低温变压吸附方法吸附分离N2，以提高尾气热值，并对产生的氮气进行利用。该专利文献存在如下问题和缺点:
[0007]DH2O和含硫气体的分离采用喷淋、变压吸附和变温吸附三个步骤实现，喷淋方法对1120去除不充分，去除率仅为70-80%，含硫气体与水混合产生含硫的酸性物质，不容易进行处理，产生二次污染；并且变温吸附采用温度变化实现吸附和解吸循环，温度变化需要较长时间，延长了工作周期，温度的升高需耗费大量的能源，在经济和社会效益上都有很大的不足。
[0008]2)炭黑尾气中HJPN2均难以吸附，分离后的尾气中仍含有一定量的N2，严重影响了尾气的热值；另一方面，H2同样为高热值的燃烧原料，采用此方法并不能将化完全分离到高热值的尾气中，进一步的降低了尾气的热值。
【发明内容】
[0009]为了克服现有技术中采用喷淋方法造成二次污染，采用变温吸附工作周期长、耗能高的问题，本发明提供了一种炭黑尾气中气体分离和综合利用的方法。
[0010]本发明的技术方案为:
[0011]一种炭黑尾气中气体分离和综合利用的方法，采用第一级变压吸附分离出H2O和含硫气体，再采用第二级变压吸附将4和N 2、0)、0)2进行分离，然后采用第三级变压吸附将队和CO、CO 2进行分离，第二级变压吸附分离的H2与第三级变压吸附分离的CO、CO2用于炭黑燃烧和尾气燃烧的燃料，第三级变压吸附分离的N2用于炭黑表面处理。
[0012]与现有技术相比，本发明采用第一级变压吸附将H2O和含硫气体从炭黑尾气中分离出来，简化了分离步骤，避免了喷淋造成的二次污染以及变温吸附造成工作周期长、耗能高的问题，并且大比例的H2O的分离提高了尾气的热值，避免了对后续变压吸附的影响；实验发现，H2是最难吸附的气体，在第二级变压吸附中对其进行分离并进行收集，避免了 1和N2混合气体中\分离困难的问题；N2分离难度仅次于!12，第三级变压吸附将4与0)、0)2分离，分离后的CO、CO2与第二次变压吸附分离出的H2用于炭黑燃烧和尾气燃烧的燃料，充分提高了尾气的热值，热值可达3500kcal/m3以上；分离后的N 2纯度达到99.5-99.9 %，一方面可用于炭黑表面处理，另一方面，该纯度的N2可用于氮肥原料和食品保鲜用途。
[0013]优选的是，第一级变压吸附步骤中增压对炭黑尾气中的H2O气体和含硫气体进行吸附，增压压力为0.1-0.5MPa，温度为10-30°c，然后减压至常压，将H2O气体和含硫气体分离。
[0014]优选的是，第一级变压吸附步骤中采用的吸附材料为活性氧化铝和分子筛，活性氧化铝对H2O气体进行吸附，分子筛对含硫气体进行吸附，更为优选的是，分子筛为5A和13X分子筛。
[0015]优选的是，经过第一级变压吸附的炭黑尾气进入第二级变压吸附，第二级变压吸附步骤中增压对炭黑尾气中的N2、CO、0)2进行吸附，增压压力为2.0-2.3MPa，温度为60-80 °C，提纯出的4进行尾气收集。
[0016]优选的是，第二级变压吸附步骤中采用的吸附材料为活性碳和分子筛，活性炭和分子筛均对N2、CO、CO2进行吸附，更为优选的是，分子筛为5A和13X分子筛。
[0017]优选的是，第二级变压吸附减压至常压，N2、C0、C02解吸后进入第三级变压吸附，增压对炭黑尾气中的0)、0)2进行吸附，增压压力为0.7-1.0MPa，温度为10_30°C，提纯出的N 2进行分离并用于炭黑表面处理；然后第三级变压吸附减压至常压，将CO、CO2解吸后进行尾气收集，并与第二级变压吸附分离出的4混合收集，作为炭黑反应及尾气燃烧所需的燃料。
[0018]优选的是，第三级变压吸附步骤中采用的吸附材料为活性碳，活性炭对于CO、CO2进行吸附。
[0019]本发明还提供了一种实现上述方法的装置，包括依次通过管线连接的第一级变压吸附塔、第二级变压吸附塔、第三级变压吸附塔，以及与第二级变压吸附塔、第三级变压吸附塔分别连接的尾气储罐。
[0020]优选的是，本发明中的每一级变压吸附塔为多个塔体并联，然后再与其他级变压吸附塔串联，采用多个塔体并联，通过阀门可控制同一级变压吸附塔的塔体分别实现增压和减压，大大提高了生产效率，并且保持了分离的连续性。
[0021]优选的是，第一级变压吸附塔内部设置活性氧化铝和分子筛吸附材料，活性氧化铝设置在吸附塔的底层，分子筛设置在吸附塔的上层，活性氧化铝和分子筛的体积比为1:1-1: 2;第二级变压吸附塔内部设置活性炭和分子筛吸附材料，活性炭设置在吸附塔的底层，分子筛设置在吸附塔的上层，活性炭和分子筛的体积比为1: 1-1: 2;第三级变压吸附塔内部设置活性炭。各级变压吸附塔塔内留出气体空间，吸附材料填充至变压吸附塔的2/3-3/4处。
[0022]优选的是，第一级变压吸附塔顶部通过阀门连接H2O气体和含硫气体收集装置，收集后的H2O气体和含硫气体进行中和处理；第三级变压吸附塔顶部通过阀门连接氮气储罐，分离出的N2储存在储罐中，用于其他应用。
[0023]本发明的有益效果为:
[0024]本发明采用第一级变压吸附代替喷淋-变压吸附-变温吸附方法，简化了分离步骤，缩短了工作周期，避免了喷淋造成的二次污染以及变温吸附造成工作周期长、耗能高的问题，并且大比例的H2O的分离提高了尾气的热值，避免了对后续变压吸附的影响，可有效去除尾气中的H2O气体和含硫气体，H2O气体的去除率为100%，H2O气体和含硫气体总的去除率达到98 %以上，避免了尾气燃烧对大气、地下水造成二次污染。
[0025]本发明通过实验发现，H2是最难吸附的气体，\分离难度仅次于H2,因此，本发明中采用第二级变压吸附和第三级变压吸附协同作用，分别对氏和\进行分离，避免了分离后的炭黑尾气中仍含有一定量的N2，且H2未完全分离到高热值的尾气的问题，提高了 !1