CN101920152A

CN101920152A - 处理大气量工业废气中有机物的方法

Info

Publication number: CN101920152A
Application number: CN2009100329465A
Authority: CN
Inventors: 刘建新; 刘波; 沈品德; 朱伟; 陈绍辉
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Yangzi Petrochemical Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Yangzi Petrochemical Co Ltd
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: CN101920152B

Abstract

本发明涉及处理大气量工业废气中有机物的方法，主要解决现有技术中大气量工业废气处理量大、难以处理、能量不易回收的问题，本发明通过采用对工业尾气进行洗涤处理、后进行膨胀作功；作功后的气体进入吸附床进行吸附处理与解吸，解吸后的气体在催化剂的存在下进行催化燃烧，燃烧后的工业废气经过碱洗处理，去除尾气中含有的含卤素化合物的技术方案，较好的解决了该问题，可用于工业生产产生的废气处理。

Description

处理大气量工业废气中有机物的方法

技术领域

本发明涉及一种处理工业废气中有机物的方法，特别是处理有机物浓度在20-999mg/m³的工业废气。

背景技术

有机污染物特别是挥发性有机物的产生主要是石油加工、化工产品生产、煤炭加工过程中的排放以及有机化工产品应用过程的挥发等。挥发性有机物大多数是有毒性的、部分还有致癌性，在阳光照射下，有机物与大气中的氮氧化合物结合形成光化学烟雾，会危害人体健康和生物生长，卤代烃类有机物还可破坏大气中臭氧层，使人类居住的环境受到威胁。对有机废气的处理，目前已经开发出一些成熟的技术，处理的原则一般是控制和减少有害原料的使用和开发无害的替代原料、控制废气排放量、对排放的有机物进行回收利用或进行无害化处理，常用的处理方法有燃烧法、吸收法、吸附法、膜分离法等。

直接燃烧法是在高温(800-1200℃)下进行，适合处理有机物浓度高(≥2000mg/m³)、燃烧热值高的气体，其缺点是有机物燃烧不完全时释放出黑烟会引起二次污染从而需对释放的烟雾进行处理，因此需要添加过量的空气。同时为解决二次污染，人们开发了催化燃烧用的催化剂，采用此种催化剂后，有机气体可以在较低温(300℃)条件下进行无烟燃烧，一般不会造成二次污染。

吸收法是通过一定溶剂将有机物溶解、收集利用的方法。有机废气的净化度越高，吸收用溶剂的量也就越大，费用也越高。通常吸收法采用水作为溶剂，因为大部分有机物微溶于水，因此吸收法溶剂喷淋密度通常不得低于某一设定值。含有有机物的大量水需要进行进一步的处理才能排放，因此此方法产生大量的水污染。吸附法是使用吸附剂(活性炭、分子筛、硅胶等)对有机物进行吸附处理，并将吸附浓缩的有机物进行回收利用的方法。与吸收法相比，吸附法具有有机废气的去除率高、能耗低、吸附剂可以重复再生利用、适用面广等特点，但是目前该方法多采用水蒸汽再生的方法，也将产生二次水污染。

许多工业化生产中的废气含较低的有机物浓度(20～999mg/m³)，这些有机物虽然含量低，但毒性大(易致癌)，气味大，国家环保标准对其排放的浓度要求越来越苛刻，因此，对大气量下有机物低浓度工业废气进行有效处理一直是环保方面关心问题。为了保证连续控制排入大气的工业废气中有机物含量，并使生产操作费用达到最低，目前通常采用的方法是上述方法组合模式。如采用吸附与催化燃烧结合的处理方法，由于催化燃烧用催化剂基本采用贵金属(Pt和Pd)，操作成本较高，为降低操作成本，用吸附法将废气中有机气体进行富集，然后将解吸气体进行燃烧处理，增加单位气体中有机气体的处理量。

专利CN1679999A采用专用的旋转吸附装置进行吸附处理，然后将有机物富集气体燃烧。旋转吸附装置将多个吸附床紧密结合，减少了吸附管道。但是由于采用了旋转装置，动设备部件维护要求提高。而对富集有机气体燃烧，利用产生的热量进行解吸，大大降低系统能量消耗，但是专利采用风机推动再生热气进行吸附装置的解吸，相应又增加了系统电能消耗和设备投资。

专利CN1883761A提出了一种静态下吸附、脱附，再进行富集气体催化燃烧的方法。该方法解决了连续吸附与解吸的生产问题，不采用动设备，大大降低了动密封所产生的费用。在进行吸附装置脱附时，采用与专利CN1679999A相同的方法，既将催化燃烧后的200℃热气作为解吸气源，由于管道压力降原因，此方法需要增加耐高温的风机增加管道压头。

上述方法在处理大气量中有机气体时，与传统处理方法相比，显示出一些优势，但是在吸附浓缩后的解吸中，都采用将富集的气体燃烧处理后的热气作为解吸气体，虽然一定程度上有效利用了燃烧产生的热能，但是就整个处理系统而言，增加了处理的气体量，与采用外来的热气体相比，吸附-解吸过程中单位体积吸附剂处理的气体量相当。不仅增加辅助设备数量，也增加了有机废气处理系统的处理负荷，最终使系统操作过程复杂，操作费用高，也增加系统建设成本。

发明内容

本发明的目的就是提供一种处理工业废气中有机物的方法，可以连续进行工业废气的吸附、脱附和催化燃烧的新方法，采用此方法可以使单位体积吸附装置处理更大气量的工业废气，也使加压工业废气能量进一步回收利用，同时也充分净化工业废气中的有机气体，不产生二次污染，也将有机气体燃烧产生热量充分回收利用，净化系统流程更加简化、装置数量减少、建设成本降低、操作与维护费用减少，同时也节约了能量。

本发明方法包括如下步骤：

a、将工业装置产生的废气加压并进行洗涤处理；

b、将洗涤处理的废气进一步加热后，进入一级膨胀机作功，一级膨胀做功后的气体进一步在换热器中加热，然后在二级膨胀机中进行膨胀作功；

c、二级膨胀作功后的气体进入吸附床进行吸附处理，吸附采用多级吸附区交替进行的方式，引入解吸气对吸附床进行解吸，采用依次吸附与解吸，实现过程连续操作；

d、解吸后的气体在催化剂的存在下进行催化燃烧，得燃烧工业废气，催化燃烧产生的燃烧热量通过与燃烧反应器、膨胀机入口气体热量充分交换进行热量回收与再利用，使解吸后的有机物富集气体进一步加热；

e、经过充分换热的燃烧工业废气经过碱洗处理，去除废气中含有的含卤素化合物。

步骤a中，洗涤步骤采用至少一步洗涤的方法，洗涤采用水洗或碱洗的方法，以除去废气中存在的腐蚀性可凝酸汽和水；

步骤b中，进入膨胀机16a或25a的温度在120～450℃之间，较优在200～250℃。

所述的一级膨胀作功后出口气体温度160～170℃，出口气体压力控制在2～10atm。

所述的气体进一步加热，进入二级膨胀机16b或25b温度在170～200℃，

较优温度在180～190℃，二级膨胀机16b或25b作功后出口气体温度在20～30℃，压力为1～2atm。

步骤c中、二级膨胀作功后的气体进入吸附床14或24与吸附剂接触进行吸附处理，吸附采用多级吸附区交替进行吸附与解吸，实现过程连续操作。解吸气体可以是一级膨胀作功后的部分热气体，也可以在二级膨胀作功后分流一部分气体进行加热，作为解吸气。采用这股解吸气体依次对各吸附床14或24进行解吸处理；在进行吸附操作时，吸附床14是吸附床，在进行解吸操作时，原吸附床14变成解吸床(以下14也可称为吸附床或解吸床)解吸过程中的解吸气体直接来自于工业废气，这样大大减少各个吸附区域气体处理量，增加吸附系统处理能力。

经过吸附床14的解吸气体(含富集有机物)与部分未经过吸附床14的气体进行混合后，进入到催化燃烧反应器17或27进口，控制两者流量使混合后有机物的浓度以质量计始终低于有机组分爆炸极限的25％。

所述吸附剂为木质活性碳、煤基活性碳、活性碳纤维、硅胶、氧化铝或分子筛中的一种或多种，所述的吸附剂组成单层或多层的吸附床。每个吸附床进出口都设有连锁互动的开、关阀，通过DCS控制系统，在不同时间可依此开、关吸附管道和解吸管道的阀门，实现了吸附与解吸、冷却的连续操作。

解吸气体采用热工业废气替代水蒸汽和风机输送的热氮气或热净化气体，减少了吸附床数量和风机数量。当吸附床高温解吸后需要冷却时，通过调节阀动作，关闭进入解吸床的热气体，使其直接进入到催化燃烧反应器17或27前的预热器，然后进行催化燃烧。

步骤d中，催化燃烧后气体温度上升到400～500℃，气体进入到换热器13E或23f内进行热交换，最终使进入到燃烧反应器的废气出口温度保证在250～350℃，较优温度在300～320℃。所述催化剂是巴斯夫公司生产的VOCat450型催化剂，是以堇青石为载体，氧化铝或SiO₂复合氧化物作为涂层的Pt/Pd贵金属催化剂。

步骤e中，催化燃烧后净化气体含有的卤素化合物通过碱洗塔12或22进行至少一步碱液洗涤的方式进一步处理，减少环境污染，碱洗采用常规方法碱洗。

本发明的由于采用上述方案，具有如下的优点：本发明采用多级加热膨胀作功，可以将工业装置中低品位热能和催化燃烧产生的热能、带压工业废气的动能充分利用，降低生产装置能耗；本发明与现有的直接燃烧净化技术比较，由于采用了吸附浓缩手段和新的热废气再生方法，在保证吸附床数量不变前提下，与其它解吸方法相比，按附图1和图2所示，本发明从待吸附的气体中抽出一股气体直接作为解吸气体用，使得每个吸附床通过的气体处理量减少，相应可提高反应系统的处理量，吸附床压降降低，减少了系统故障率。同时后续的催化燃烧处理气量减少到直接燃烧处理量以质量计的10％-30％，相应的燃烧反应催化剂用量也由此减少直接燃烧处理量以质量计的10％-30％，大大地节省工业废气处理单元的改造投资。吸附系统中再生用水蒸汽不再使用，也减少二次污染的水量；本发明采用DCS控制的连锁互动的开、关程序，实现了净化装置连续吸附、解吸和冷却操作，保证了进入催化燃烧反应器有机物浓度的稳定性。而采用净化的废气再洗涤处理，消除了含有卤素化合物的大气污染；本发明中催化燃烧采用以堇青石为载体，氧化铝或SiO₂复合氧化物作为涂层的Pt/Pd贵金属催化剂，可适合于含有卤素化合物的有机气体净化；由于本发明同时考虑了大工业废气有机物净化和能量利用，充分利用有限装置的净化能力，既可以使大气量有机废气达到环保要求，可以节约能源，降低建设和操作费用，因此，特别适合于装置扩能改造。

附图说明

图1本发明的流程示意图之一

图2本发明的流程示意图之二

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细描述，实施例不对本发明产生任何限制。本例中以对苯二甲酸(PTA)生产中氧化工业废气的净化处理为例来说明。其流程如图1和图2所示。

PTA氧化废气主要的组成为氮气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、醋酸甲酯、苯、对二甲苯、甲苯、溴甲烷、醋酸和水等，通常它在生产系统操作压力为10atm左右，温度在110℃左右。废气中有机物苯、对二甲苯、甲苯、溴甲烷浓度分别在20～100mg/m³，都属于有毒致癌物，容易对人体造成极大伤害，需要进行处理。

如图1所示，首先将氧化产生的废气111经过高压洗涤塔洗涤11，去除其中大部分醋酸和水，然后进入到换热器13a加热提温，加热后的工业废气进入一级膨胀机16a绝热膨胀作功，完成一级膨胀机做功后的气体压力达到2～10atm，温度为160～170℃左右，从此气体中分流一股热流体作为解吸气，剩余的大部分热废气通过二级换热器13b，13c加热升温到200～250℃，然后进入二级膨胀机16b绝热膨胀做功，膨胀做功后的气体压力为1～2atm，温度20～30℃。完成二级膨胀作功的这股气体均匀分配到6个吸附床14中，吸附床的进出口设置有开关阀，当该吸附床出于吸附状态时，进冷气阀15a和连接大气的出气阀15b同时打开，对氧化废气进行吸附处理，等到吸附床吸附达到传透点，净化废气中有机物开始存在时，停止吸附，开始进入解吸状态，此时关闭15a，15b，同时打开15c，15d，压力为2～10atm，温度为160～170℃左右的氧化废气对吸附床层进行脱附处理，吸附于吸附剂上的有机物在高温的条件下解吸进入热氧化废气中。压力为2atm，温度为170℃左右的氧化热废气有一部分通过调节阀直接达到解吸床出口，调节阀18调整进入催化燃烧反应器有机物浓度，保证其在爆炸极限下的25％以下经过一定时间解吸，关闭15c、15d，对解吸床进行冷却，所有压力为2～10atm，温度为160～170℃左右的氧化热废气通过调节阀18进入换热器13e，使其进入燃烧反应器温度达到250～350℃。开车时，采用电加热或高温蒸汽加热方式，将这股气体加热到预定温度，当开始稳定运行，催化燃烧后净化气体温度达到400～500℃时，可关闭开车加热器13d，利用高温净化气体与其在13e中换热。经预热器13e加热至250～350℃后，进入催化燃烧反应器分解，在此反应器内反应后使所有有机物转化为二氧化碳和水，其中一氧化碳也氧化为CO2，由于催化燃烧使出口气体温度达到400～500℃，如上所述，将净化后高温气体进入13e换热器一侧，与进口气体热交换，然后再将这股高温气体与进膨胀机气体在13a中进一步热交换，充分回收燃烧产生的热能，由于含有溴化物无法燃烧，因此，燃烧净化后的气体，排入大气前，经过碱液吸收处理后，回收溴化物。

如图2所示，首先将氧化产生的废气111经过高压洗涤塔洗涤21，去除其中大部分醋酸和水，然后进入到换热器23a加热提温，加热后的的工业废气进入一级膨胀机25a绝热膨胀作功，完成一级膨胀机做功后的气体压力达到2～10atm，温度为160～170℃左右，然后通过二级换热器23b，23c加热升温到200℃以上，进入二级膨胀机16b绝热膨胀做功，膨胀做功后的气体压力为1～2atm，温度为20～30℃。完成二级膨胀作功的气体分出一股气体，进入24风机增压，然后进入23c加热，用于吸附床解析热气。二级膨胀作功的剩余的大部分气体均匀分配到6个吸附床14中，吸附床的进出口设置有开关阀，当该吸附床出于吸附状态时，进冷气阀26d和连接大气的出气阀26b同时打开，对氧化废气进行吸附处理，等到吸附床吸附达到传透点，净化废气中有机物开始存在时，停止吸附，开始进入解吸状态，此时关闭26d，26b，同时打开26c，26a，用氧化热废气对吸附床层进行脱附处理，吸附于吸附剂上的有机物在高温的条件下解吸进入热氧化废气中。压力为2～10atm，温度为160～170℃左右的氧化热废气有一部分通过调节阀直接达到解吸床出口，调节阀28调整进入催化燃烧反应器有机物浓度，保证其在爆炸极限下的25％以下经过一定时间解吸，关闭26c，26a，对解吸床进行冷却，所有压力为2～10atm，温度为160～170℃左右的氧化热废气通过调节阀28进入换热器23f，使其进入燃烧反应器温度达到250～350℃。开车时，采用电加热或高温蒸汽加热方式，将这股气体加热到预定温度，当开始稳定运行，催化燃烧后净化气体温度达到400～500℃时，可关闭开车加热器23e，利用高温净化气体与其在23f中换热。经预热器23f加热至250～350℃后，进入催化燃烧反应器分解，在此反应器内反应后使所有有机物转化为二氧化碳和水，其中一氧化碳也氧化为CO2，由于催化燃烧使出口气体温度达到400～500℃，如上所述，将净化后高温气体进入23f换热器一侧，与进口气体热交换，然后再将这股高温气体与进膨胀机气体在23a中进一步热交换，充分回收燃烧产生的热能，由于含有溴化物无法燃烧，因此，燃烧净化后的气体，排入大气前，经过碱液吸收处理后，回收溴化物。

Claims

1.处理大气量工业废气中有机物的方法，包括以下步骤：

a、将工业装置产生的废气加压并进行洗涤处理；

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述步骤a中，洗涤步骤采用至少一步洗涤的方法，洗涤采用水洗或碱洗。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于：步骤b中，进入一级膨胀机的气体温度在120～450℃之间，一级膨胀作功后出口气体温度160～170℃，出口气体压力控制在2～10atm；

所述气体2进一步加热，进入二级膨胀机温度在170～200℃，二级膨胀机作功后出口气体温度在20～30℃，压力为1～2atm。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于：步骤b中进入一级膨胀机的气体温度在200～250℃，进入二级膨胀机气体温度在180～190℃。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于：步骤c中，所述解吸气是一级膨胀或二级膨胀作功后的部分热气体。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于：步骤c中，所述的吸附床选用的吸附剂为木质活性碳、煤基活性碳、活性碳纤维、硅胶、氧化铝、或分子筛中的一种或多种。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于：步骤c中一部分解吸气通过吸附床对富集有机物的吸附剂进行解吸处理，另一部分解吸气体不通过吸附床直接到解吸床出口，与解吸气混合后进入气体加热器，然后催化燃烧进行净化处理。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于：经过吸附床的解吸气与部分未经过吸附床的气体进行混合后，进入到催化燃烧反应器进口，调节两者流量使混合后有机物的浓度以质量计始终低于有机组分爆炸极限的25％。