專利名稱：處理大氣量工業(yè)廢氣中有機物的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種處理工業(yè)廢氣中有機物的方法，特別是處理有機物濃度在 20-999mg/m3的工業(yè)廢氣。
背景技術(shù)：
有機污染物特別是揮發(fā)性有機物的產(chǎn)生主要是石油加工、化工產(chǎn)品生產(chǎn)、煤炭加 工過程中的排放以及有機化工產(chǎn)品應用過程的揮發(fā)等。揮發(fā)性有機物大多數(shù)是有毒性的、 部分還有致癌性，在陽光照射下，有機物與大氣中的氮氧化合物結(jié)合形成光化學煙霧，會危 害人體健康和生物生長，鹵代烴類有機物還可破壞大氣中臭氧層，使人類居住的環(huán)境受到 威脅。對有機廢氣的處理，目前已經(jīng)開發(fā)出一些成熟的技術(shù)，處理的原則一般是控制和減少 有害原料的使用和開發(fā)無害的替代原料、控制廢氣排放量、對排放的有機物進行回收利用 或進行無害化處理，常用的處理方法有燃燒法、吸收法、吸附法、膜分離法等。直接燃燒法是在高溫(800-120(TC )下進行，適合處理有機物濃度高(》2000mg/ m3)、燃燒熱值高的氣體，其缺點是有機物燃燒不完全時釋放出黑煙會引起二次污染從而需 對釋放的煙霧進行處理，因此需要添加過量的空氣。同時為解決二次污染，人們開發(fā)了催化 燃燒用的催化劑，采用此種催化劑后，有機氣體可以在較低溫(300°C)條件下進行無煙燃 燒，一般不會造成二次污染。吸收法是通過一定溶劑將有機物溶解、收集利用的方法。有機廢氣的凈化度越高， 吸收用溶劑的量也就越大，費用也越高。通常吸收法采用水作為溶劑，因為大部分有機物微 溶于水，因此吸收法溶劑噴淋密度通常不得低于某一設定值。含有有機物的大量水需要進 行進一步的處理才能排放，因此此方法產(chǎn)生大量的水污染。吸附法是使用吸附劑(活性炭、 分子篩、硅膠等)對有機物進行吸附處理，并將吸附濃縮的有機物進行回收利用的方法。與 吸收法相比，吸附法具有有機廢氣的去除率高、能耗低、吸附劑可以重復再生利用、適用面 廣等特點，但是目前該方法多采用水蒸汽再生的方法，也將產(chǎn)生二次水污染。許多工業(yè)化生產(chǎn)中的廢氣含較低的有機物濃度(20 999mg/m3)，這些有機物雖 然含量低，但毒性大(易致癌)，氣味大，國家環(huán)保標準對其排放的濃度要求越來越苛刻，因 此，對大氣量下有機物低濃度工業(yè)廢氣進行有效處理一直是環(huán)保方面關心問題。為了保證 連續(xù)控制排入大氣的工業(yè)廢氣中有機物含量，并使生產(chǎn)操作費用達到最低，目前通常采用 的方法是上述方法組合模式。如采用吸附與催化燃燒結(jié)合的處理方法，由于催化燃燒用催 化劑基本采用貴金屬(Pt和Pd)，操作成本較高，為降低操作成本，用吸附法將廢氣中有機 氣體進行富集，然后將解吸氣體進行燃燒處理，增加單位氣體中有機氣體的處理量。專利CN1679999A采用專用的旋轉(zhuǎn)吸附裝置進行吸附處理，然后將有機物富集氣 體燃燒。旋轉(zhuǎn)吸附裝置將多個吸附床緊密結(jié)合，減少了吸附管道。但是由于采用了旋轉(zhuǎn)裝 置，動設備部件維護要求提高。而對富集有機氣體燃燒，利用產(chǎn)生的熱量進行解吸，大大降 低系統(tǒng)能量消耗，但是專利采用風機推動再生熱氣進行吸附裝置的解吸，相應又增加了系 統(tǒng)電能消耗和設備投資。
專利CN1883761A提出了一種靜態(tài)下吸附、脫附，再進行富集氣體催化燃燒的方 法。該方法解決了連續(xù)吸附與解吸的生產(chǎn)問題，不采用動設備，大大降低了動密封所產(chǎn)生 的費用。在進行吸附裝置脫附時，采用與專利CN1679999A相同的方法，既將催化燃燒后的 200°C熱氣作為解吸氣源，由于管道壓力降原因，此方法需要增加耐高溫的風機增加管道壓 頭。上述方法在處理大氣量中有機氣體時，與傳統(tǒng)處理方法相比，顯示出一些優(yōu)勢，但 是在吸附濃縮后的解吸中，都采用將富集的氣體燃燒處理后的熱氣作為解吸氣體，雖然一 定程度上有效利用了燃燒產(chǎn)生的熱能，但是就整個處理系統(tǒng)而言，增加了處理的氣體量，與 采用外來的熱氣體相比，吸附-解吸過程中單位體積吸附劑處理的氣體量相當。不僅增加 輔助設備數(shù)量，也增加了有機廢氣處理系統(tǒng)的處理負荷，最終使系統(tǒng)操作過程復雜，操作費 用高，也增加系統(tǒng)建設成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種處理工業(yè)廢氣中有機物的方法，可以連續(xù)進行工業(yè)廢 氣的吸附、脫附和催化燃燒的新方法，采用此方法可以使單位體積吸附裝置處理更大氣量 的工業(yè)廢氣，也使加壓工業(yè)廢氣能量進一步回收利用，同時也充分凈化工業(yè)廢氣中的有機 氣體，不產(chǎn)生二次污染，也將有機氣體燃燒產(chǎn)生熱量充分回收利用，凈化系統(tǒng)流程更加簡 化、裝置數(shù)量減少、建設成本降低、操作與維護費用減少，同時也節(jié)約了能量。本發(fā)明方法包括如下步驟a、將工業(yè)裝置產(chǎn)生的廢氣加壓并進行洗滌處理；b、將洗滌處理的廢氣進一步加熱后，進入一級膨脹機作功，一級膨脹做功后的氣 體進一步在換熱器中加熱，然后在二級膨脹機中進行膨脹作功；C、二級膨脹作功后的氣體進入吸附床進行吸附處理，吸附采用多級吸附區(qū)交替進 行的方式，引入解吸氣對吸附床進行解吸，采用依次吸附與解吸，實現(xiàn)過程連續(xù)操作；d、解吸后的氣體在催化劑的存在下進行催化燃燒，得燃燒工業(yè)廢氣，催化燃燒產(chǎn) 生的燃燒熱量通過與燃燒反應器、膨脹機入口氣體熱量充分交換進行熱量回收與再利用， 使解吸后的有機物富集氣體進一步加熱；e、經(jīng)過充分換熱的燃燒工業(yè)廢氣經(jīng)過堿洗處理，去除廢氣中含有的含鹵素化合 物。步驟a中，洗滌步驟采用至少一步洗滌的方法，洗滌采用水洗或堿洗的方法，以除 去廢氣中存在的腐蝕性可凝酸汽和水；步驟b中，進入膨脹機16a或25a的溫度在120 450°C之間，較優(yōu)在200 250°C。所述的一級膨脹作功后出口氣體溫度160 170°C，出口氣體壓力控制在2 IOatm0所述的氣體進一步加熱，進入二級膨脹機16b或25b溫度在170 200°C，較優(yōu)溫度在180 190°C，二級膨脹機16b或25b作功后出口氣體溫度在20 30°c，壓力為1 2atm。步驟c中、二級膨脹作功后的氣體進入吸附床14或24與吸附劑接觸進行吸附處 理，吸附采用多級吸附區(qū)交替進行吸附與解吸，實現(xiàn)過程連續(xù)操作。解吸氣體可以是一級膨脹作功后的部分熱氣體，也可以在二級膨脹作功后分流一部分氣體進行加熱，作為解吸 氣。采用這股解吸氣體依次對各吸附床14或24進行解吸處理；在進行吸附操作時，吸附床 14是吸附床，在進行解吸操作時，原吸附床14變成解吸床(以下14也可稱為吸附床或解 吸床)解吸過程中的解吸氣體直接來自于工業(yè)廢氣，這樣大大減少各個吸附區(qū)域氣體處理 量，增加吸附系統(tǒng)處理能力。經(jīng)過吸附床14的解吸氣體(含富集有機物)與部分未經(jīng)過吸附床14的氣體進行 混合后，進入到催化燃燒反應器17或27進口，控制兩者流量使混合后有機物的濃度以質(zhì)量 計始終低于有機組分爆炸極限的25%。所述吸附劑為木質(zhì)活性碳、煤基活性碳、活性碳纖維、硅膠、氧化鋁或分子篩中的 一種或多種，所述的吸附劑組成單層或多層的吸附床。每個吸附床進出口都設有連鎖互動 的開、關閥，通過DCS控制系統(tǒng)，在不同時間可依此開、關吸附管道和解吸管道的閥門，實現(xiàn) 了吸附與解吸、冷卻的連續(xù)操作。解吸氣體采用熱工業(yè)廢氣替代水蒸汽和風機輸送的熱氮氣或熱凈化氣體，減少了 吸附床數(shù)量和風機數(shù)量。當吸附床高溫解吸后需要冷卻時，通過調(diào)節(jié)閥動作，關閉進入解吸 床的熱氣體，使其直接進入到催化燃燒反應器17或27前的預熱器，然后進行催化燃燒。步驟d中，催化燃燒后氣體溫度上升到400 500°C，氣體進入到換熱器13E或23f 內(nèi)進行熱交換，最終使進入到燃燒反應器的廢氣出口溫度保證在250 350°C，較優(yōu)溫度在 300 320°C。所述催化劑是巴斯夫公司生產(chǎn)的V0Cat450型催化劑，是以堇青石為載體，氧 化鋁或SiO2復合氧化物作為涂層的Pt/Pd貴金屬催化劑。步驟e中，催化燃燒后凈化氣體含有的鹵素化合物通過堿洗塔12或22進行至少 一步堿液洗滌的方式進一步處理，減少環(huán)境污染，堿洗采用常規(guī)方法堿洗。本發(fā)明的由于采用上述方案，具有如下的優(yōu)點本發(fā)明采用多級加熱膨脹作功，可 以將工業(yè)裝置中低品位熱能和催化燃燒產(chǎn)生的熱能、帶壓工業(yè)廢氣的動能充分利用，降低 生產(chǎn)裝置能耗；本發(fā)明與現(xiàn)有的直接燃燒凈化技術(shù)比較，由于采用了吸附濃縮手段和新的 熱廢氣再生方法，在保證吸附床數(shù)量不變前提下，與其它解吸方法相比，按附圖1和圖2所 示，本發(fā)明從待吸附的氣體中抽出一股氣體直接作為解吸氣體用，使得每個吸附床通過的 氣體處理量減少，相應可提高反應系統(tǒng)的處理量，吸附床壓降降低，減少了系統(tǒng)故障率。同 時后續(xù)的催化燃燒處理氣量減少到直接燃燒處理量以質(zhì)量計的10% _30%，相應的燃燒反 應催化劑用量也由此減少直接燃燒處理量以質(zhì)量計的10% _30%，大大地節(jié)省工業(yè)廢氣處 理單元的改造投資。吸附系統(tǒng)中再生用水蒸汽不再使用，也減少二次污染的水量；本發(fā)明采 用DCS控制的連鎖互動的開、關程序，實現(xiàn)了凈化裝置連續(xù)吸附、解吸和冷卻操作，保證了 進入催化燃燒反應器有機物濃度的穩(wěn)定性。而采用凈化的廢氣再洗滌處理，消除了含有鹵 素化合物的大氣污染；本發(fā)明中催化燃燒采用以堇青石為載體，氧化鋁或SiO2復合氧化物 作為涂層的Pt/Pd貴金屬催化劑，可適合于含有鹵素化合物的有機氣體凈化；由于本發(fā)明 同時考慮了大工業(yè)廢氣有機物凈化和能量利用，充分利用有限裝置的凈化能力，既可以使 大氣量有機廢氣達到環(huán)保要求，可以節(jié)約能源，降低建設和操作費用，因此，特別適合于裝 置擴能改造。


圖1本發(fā)明的流程示意圖之一圖2本發(fā)明的流程示意圖之二
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明進行詳細描述，實施例不對本發(fā)明產(chǎn)生任何限制。 本例中以對苯二甲酸(PTA)生產(chǎn)中氧化工業(yè)廢氣的凈化處理為例來說明。其流程如圖1和 圖2所示。PTA氧化廢氣主要的組成為氮氣、氧氣、二氧化碳、一氧化碳、醋酸甲酯、苯、對二甲 苯、甲苯、溴甲烷、醋酸和水等，通常它在生產(chǎn)系統(tǒng)操作壓力為IOatm左右，溫度在110°C左 右。廢氣中有機物苯、對二甲苯、甲苯、溴甲烷濃度分別在20 100mg/m3，都屬于有毒致癌 物，容易對人體造成極大傷害，需要進行處理。如圖1所示，首先將氧化產(chǎn)生的廢氣111經(jīng)過高壓洗滌塔洗滌11，去除其中大部 分醋酸和水，然后進入到換熱器13a加熱提溫，加熱后的工業(yè)廢氣進入一級膨脹機16a絕熱 膨脹作功，完成一級膨脹機做功后的氣體壓力達到2 lOatm，溫度為160 170°C左右， 從此氣體中分流一股熱流體作為解吸氣，剩余的大部分熱廢氣通過二級換熱器13b，13c加 熱升溫到200 250°C，然后進入二級膨脹機16b絕熱膨脹做功，膨脹做功后的氣體壓力為 1 2atm，溫度20 30°C。完成二級膨脹作功的這股氣體均勻分配到6個吸附床14中，吸 附床的進出口設置有開關閥，當該吸附床出于吸附狀態(tài)時，進冷氣閥15a和連接大氣的出 氣閥15b同時打開，對氧化廢氣進行吸附處理，等到吸附床吸附達到傳透點，凈化廢氣中有 機物開始存在時，停止吸附，開始進入解吸狀態(tài)，此時關閉15a，15b，同時打開15c，15d，壓 力為2 lOatm，溫度為160 170°C左右的氧化廢氣對吸附床層進行脫附處理，吸附于吸 附劑上的有機物在高溫的條件下解吸進入熱氧化廢氣中。壓力為2atm，溫度為170°C左右 的氧化熱廢氣有一部分通過調(diào)節(jié)閥直接達到解吸床出口，調(diào)節(jié)閥18調(diào)整進入催化燃燒反 應器有機物濃度，保證其在爆炸極限下的25%以下經(jīng)過一定時間解吸，關閉15c、15d，對解 吸床進行冷卻，所有壓力為2 lOatm，溫度為160 170°C左右的氧化熱廢氣通過調(diào)節(jié)閥 18進入換熱器13e，使其進入燃燒反應器溫度達到250 350°C。開車時，采用電加熱或高 溫蒸汽加熱方式，將這股氣體加熱到預定溫度，當開始穩(wěn)定運行，催化燃燒后凈化氣體溫度 達到400 500°C時，可關閉開車加熱器13d，利用高溫凈化氣體與其在13e中換熱。經(jīng)預 熱器13e加熱至250 350°C后，進入催化燃燒反應器分解，在此反應器內(nèi)反應后使所有有 機物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，其中一氧化碳也氧化為⑶2，由于催化燃燒使出口氣體溫度達到 400 50(TC，如上所述，將凈化后高溫氣體進入13e換熱器一側(cè)，與進口氣體熱交換，然后 再將這股高溫氣體與進膨脹機氣體在13a中進一步熱交換，充分回收燃燒產(chǎn)生的熱能，由 于含有溴化物無法燃燒，因此，燃燒凈化后的氣體，排入大氣前，經(jīng)過堿液吸收處理后，回收 溴化物。如圖2所示，首先將氧化產(chǎn)生的廢氣111經(jīng)過高壓洗滌塔洗滌21，去除其中大部分 醋酸和水，然后進入到換熱器23a加熱提溫，加熱后的的工業(yè)廢氣進入一級膨脹機25a絕熱 膨脹作功，完成一級膨脹機做功后的氣體壓力達到2 lOatm，溫度為160 170°C左右，然 后通過二級換熱器23b，23c加熱升溫到200°C以上，進入二級膨脹機16b絕熱膨脹做功，膨脹做功后的氣體壓力為1 2atm，溫度為20 30°C。完成二級膨脹作功的氣體分出一股氣 體，進入24風機增壓，然后進入23c加熱，用于吸附床解析熱氣。二級膨脹作功的剩余的大 部分氣體均勻分配到6個吸附床14中，吸附床的進出口設置有開關閥，當該吸附床出于吸 附狀態(tài)時，進冷氣閥26d和連接大氣的出氣閥26b同時打開，對氧化廢氣進行吸附處理，等 到吸附床吸附達到傳透點，凈化廢氣中有機物開始存在時，停止吸附，開始進入解吸狀態(tài)， 此時關閉26d，26b，同時打開26c，26a，用氧化熱廢氣對吸附床層進行脫附處理，吸附于吸 附劑上的有機物在高溫的條件下解吸進入熱氧化廢氣中。壓力為2 lOatm，溫度為160 170°C左右的氧化熱廢氣有一部分通過調(diào)節(jié)閥直接達到解吸床出口，調(diào)節(jié)閥28調(diào)整進入催 化燃燒反應器有機物濃度，保證其在爆炸極限下的25%以下經(jīng)過一定時間解吸，關閉26c， 26a，對解吸床進行冷卻，所有壓力為2 lOatm，溫度為160 170°C左右的氧化熱廢氣通 過調(diào)節(jié)閥28進入換熱器23f，使其進入燃燒反應器溫度達到250 350°C。開車時，采用電 加熱或高溫蒸汽加熱方式，將這股氣體加熱到預定溫度，當開始穩(wěn)定運行，催化燃燒后凈化 氣體溫度達到400 500°C時，可關閉開車加熱器23e，利用高溫凈化氣體與其在23f中換 熱。經(jīng)預熱器23f加熱至250 350°C后，進入催化燃燒反應器分解，在此反應器內(nèi)反應后 使所有有機物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，其中一氧化碳也氧化為C02，由于催化燃燒使出口氣體 溫度達到400 500°C，如上所述，將凈化后高溫氣體進入23f換熱器一側(cè)，與進口氣體熱交 換，然后再將這股高溫氣體與進膨脹機氣體在23a中進一步熱交換，充分回收燃燒產(chǎn)生的 熱能，由于含有溴化物無法燃燒，因此，燃燒凈化后的氣體，排入大氣前，經(jīng)過堿液吸收處理 后，回收溴化物。
權(quán)利要求
處理大氣量工業(yè)廢氣中有機物的方法，包括以下步驟a、將工業(yè)裝置產(chǎn)生的廢氣加壓并進行洗滌處理；b、將洗滌處理的廢氣進一步加熱后，進入一級膨脹機作功，一級膨脹做功后的氣體進一步在換熱器中加熱，然后在二級膨脹機中進行膨脹作功；c、二級膨脹作功后的氣體進入吸附床進行吸附處理，吸附采用多級吸附區(qū)交替進行的方式，引入解吸氣對吸附床進行解吸，采用依次吸附與解吸，實現(xiàn)過程連續(xù)操作；d、解吸后的氣體在催化劑的存在下進行催化燃燒，得燃燒工業(yè)廢氣，催化燃燒產(chǎn)生的燃燒熱量通過與燃燒反應器、膨脹機入口氣體熱量充分交換進行熱量回收與再利用，使解吸后的有機物富集氣體進一步加熱；e、經(jīng)過充分換熱的燃燒工業(yè)廢氣經(jīng)過堿洗處理，去除廢氣中含有的含鹵素化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述步驟a中，洗滌步驟采用至少一步洗滌的 方法，洗滌采用水洗或堿洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟b中，進入一級膨脹機的氣體溫度在 120 450°C之間，一級膨脹作功后出口氣體溫度160 170°C，出口氣體壓力控制在2 IOatm ；所述氣體2進一步加熱，進入二級膨脹機溫度在170 200°C，二級膨脹機作功后出口 氣體溫度在20 30°C，壓力為1 2atm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于步驟b中進入一級膨脹機的氣體溫度在200 250°C，進入二級膨脹機氣體溫度在180 190°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟c中，所述解吸氣是一級膨脹或二級膨脹 作功后的部分熱氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟c中，所述的吸附床選用的吸附劑為木質(zhì) 活性碳、煤基活性碳、活性碳纖維、硅膠、氧化鋁、或分子篩中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟c中一部分解吸氣通過吸附床對富集有 機物的吸附劑進行解吸處理，另一部分解吸氣體不通過吸附床直接到解吸床出口，與解吸 氣混合后進入氣體加熱器，然后催化燃燒進行凈化處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于經(jīng)過吸附床的解吸氣與部分未經(jīng)過吸附床的 氣體進行混合后，進入到催化燃燒反應器進口，調(diào)節(jié)兩者流量使混合后有機物的濃度以質(zhì) 量計始終低于有機組分爆炸極限的25%。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理大氣量工業(yè)廢氣中有機物的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中大氣量工業(yè)廢氣處理量大、難以處理、能量不易回收的問題，本發(fā)明通過采用對工業(yè)尾氣進行洗滌處理、后進行膨脹作功；作功后的氣體進入吸附床進行吸附處理與解吸，解吸后的氣體在催化劑的存在下進行催化燃燒，燃燒后的工業(yè)廢氣經(jīng)過堿洗處理，去除尾氣中含有的含鹵素化合物的技術(shù)方案，較好的解決了該問題，可用于工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣處理。
文檔編號B01D53/75GK101920152SQ20091003294
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者劉建新, 劉波, 朱偉, 沈品德, 陳紹輝 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石化揚子石油化工有限公司