CN101143282A

CN101143282A - 有机废气的净化方法

Info

Publication number: CN101143282A
Application number: CNA2006100477919A
Authority: CN
Inventors: 王新; 刘忠生; 王海波; 周旗; 陈玉香
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: CN100558445C

Abstract

本发明提供了一种有机废气的净化方法，特别是含乙醛、乙二醇及PTA粉尘等的有机物废气的净化方法，如聚酯废气的处理方法。聚酯废气从排放口排出后首先进入装有多孔固体吸附剂的吸附均化罐，然后进行催化燃烧处理。在吸附均化罐中，乙二醇等组份被全部吸附，PTA粉尘被过滤，同时乙醛等组份在吸附－解吸作用下，浓度得到均化；浓度得到均化的废气进入催化燃烧反应器中，在催化剂的作用下完全氧化为二氧化碳和水，达标排放。本发明所用的特种活性炭的作用不是浓缩，而是吸附、过滤和均化。本发明可以延长催化燃烧催化剂的使用寿命，净化效果好，装置安全稳定。

Description

有机废气的净化方法

技术领域

本发明涉及一种有机废气的净化方法，特别是含乙醛、乙二醇及对苯二甲酸(以下称PTA)粉尘等的有机物废气的净化处理方法，更具体地说，涉及一种聚酯生产过程排放的含有乙醛、乙二醇以及PTA粉尘等污染物废气的净化处理方法。

背景技术

聚酯废气是在聚酯(又称聚对苯二甲酸乙二酯，PET)的生产过程中排放的一种工艺废气，它主要含有乙醛、乙二醇、水蒸汽以及PTA粉尘等污染物。这些物质在装置区的弥漫扩散，产生辛辣刺激性气味，严重地损害职工的身体健康，对周围大气产生了严重污染。

对聚酯废气的处理，目前应用较多的采用水吸收法来处理，聚酯废气经水喷淋吸收处理后，高空排放。但采用低温水吸收法脱除聚酯生产工艺废气中的乙醛等污染物，还存在如下三个问题：(1)净化后气体中的乙醛、非甲烷总烃浓度很高，远远超过排放标准。(2)在处理过程中采用了大量的水，不仅能耗高，而且造成了污水的二次污染。(3)由于乙醛的沸点仅为20.2℃，低温的含乙醛污水在去往污水处理场的途中，随着温度升高和不断搅动，乙醛很容易从污水中再挥发出来，污染周围环境，造成大气的二次污染。也有采用热力焚烧的方法，但由于需要外加燃料，使得消耗费用增大，且存在严重的安全问题，因此应用此法的也较少。也有的聚酯生产企业将聚酯废气直接送装置配套的热媒炉进行焚烧，但同样存在上述问题，且聚酯废气的加入影响到了系统的压力平衡问题、安全问题以及热媒炉燃烧效率。

CN94192716提出一种催化燃烧法净化潮湿气流方法，气流通过冷却去湿，然后重新加热后进行杂质吸附，然后用热气流进行解吸，解吸热气流进行催化燃烧处理。CN93222819.4提出了一种处理有机废气的空气净化装置，将吸附浓缩与催化燃烧相结合处理有机废气，主要利用了活性炭的吸附浓缩性能，将低浓度的有机废气浓缩为高浓度的有机废气后再进行催化燃烧处理，它尤其适用于大风量、低浓度有机废气的治理。

CN96194725提出一种低浓度有机废气催化燃烧净化处理方法，向气流中加入一定量的可燃流体后进行催化燃烧处理，以促进有机污染物的催化氧化，控制可燃流体的数量的控制装置，可为催化氧化反应提供充足的反应物，以维持合适的反应温度。US6019952公开了一种有机废气的净化方法，将含有机物的车间废气吸附浓缩，然后用含分子筛的催化燃烧催化剂进行处理。

催化燃烧法由于使用催化剂，一般在400℃以下即可使大部分有机物氧化为CO2和H2O，不产生NOx等二次污染问题。它是处理含可燃性有机物废气的一种有效方法，当然也适用于处理聚酯废气，但是，针对不同的废气，在催化燃烧前需要进行适当的预处理。CN1198080C介绍了一种含水溶性有机物废气的催化燃烧净化方法，采用装有水的吸收均化器，将高沸点水溶性有机物脱除，同时低沸点水溶性物质在水中形成吸收-气提过程，使其浓度得到缓冲和均化，有利于其后催化燃烧过程的稳定运行。该专利处理此类废气时具有理想的效果，但由于气液接触效率有限，浓度缓冲效果需进一步提高。特别是对PTA粉尘的净化效果较差，而PTA粉尘对催化燃烧催化剂的活性中心有较明显的覆盖作用，使催化燃烧催化剂的活性下降较快，因此还需增加过滤装置将其滤除。

对聚酯废气来说，由于含有乙二醇，它的沸点很高，极易在管壁或设备上凝结，造成安全隐患。同时废气中含有PTA粉尘，这种细小粉尘很难用普通的过滤器去除，并且通过实验发现，这种PTA粉尘极易和废气中的乙二醇、水蒸汽等混成粘性物质，会很快堵塞过滤设备，过滤设备无法正常操作，采用高效过滤器时堵塞情况更为严重。另外，这种废气的浓度极不稳定，使后面的催化燃烧装置操作不平稳，催化剂床层温度波动大，影响催化剂及装置的寿命。因此，催化燃烧法不能直接用于聚酯生产过程废气，上述专利技术中提出的联合处理方法处理此种废气的效果需进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种彻底解决聚酯生产过程中排放废气的污染问题的净化处理方法，本发明方法流程简单、操作稳定、净化率高、可以长期周稳定运转。

本发明有机废气的净化方法过程包括如下内容：有机废气中含有乙醛、乙二醇及PTA粉尘等污染物，废气首先经过固体吸附剂床层，然后加热至适宜温度进行催化燃烧处理，废气中有机污染物转化为二氧化碳和水后洁净排放。其中固体吸附剂床层使用颗粒多孔固体吸附材料，如活性炭、分子筛、氧化铝、硅胶等，或者是它们中几种的组合，废气通过固体吸附剂床层的体积空速为500～5,000h^-1。

多孔固体吸附材料颗粒可以是各种形状，如球形、柱形、环形、片形、拉西环、矩鞍环等，颗粒大小(直径、长度等尺寸)可以是1～50mm。多孔固体吸附材料可以采用市售商品，也可以自行制备。废气通过固体吸附剂床层的温度为废气的实际温度，一般不需调整，压力为常压或正压(低于1MPa)操作即可。

催化燃烧过程是按本领域技术人员所熟知的内容。如将废气加热至适宜温度，通过装有催化燃烧催化剂的反应器，其中的有机污染物在催化剂的作用下氧化为二氧化碳和水，净化处理后的可以通过换热器用于废气的加热。催化燃烧催化剂可以采用蜂窝状贵金属催化剂，载体为蜂窝陶瓷体，其上担载贵金属Pt、Pd以及CeO₂等活性组分。使用贵金属催化剂时，催化燃烧反应器的入口温度范围一般为150～400℃，使用空速范围一般为10,000～100,000h^-1。催化燃烧催化剂也可以采用蜂窝状非贵金属氧化物催化剂，载体为蜂窝陶瓷体，其上担载Cu、Mn、Co等的氧化物作为活性组分以及CeO₂等。使用非贵金属催化剂时，催化燃烧反应器的入口温度范围一般为200℃～400℃，使用空速范围为10,000～50,000h^-1。

若进入催化燃烧反应器的废气中含有固体粉尘，则粉尘很容易附着在催化剂的表面，覆盖了活性中心；或者摩擦掉催化剂表面的活性组份涂层，降低催化剂的活性，从而影响催化剂的寿命；因此，进入反应器的废气必须不含粉尘。另外，进入催化燃烧反应器废气中有机物的浓度不宜波动过大，否则催化燃烧处于一种温度波动较大的操作状态，对催化剂的性能稳定性和设备的寿命均有不利的影响。

本发明方法处理的有机废气中含有乙醛、乙二醇及PTA粉尘等。其中的乙二醇由于沸点较高，难以汽化，在废气中主要呈雾滴状态存在，很容易凝结在管壁或设备边壁上，形成安全隐患；乙醛沸点很低，在且浓度较大，浓度波动很大；PTA粉尘则是几μm到几十μm的PTA微尘粒。该废气用现有的方法很难获得稳定的处理效果。特别是PTA粉尘易于和乙二醇、水蒸汽等混成粘性物质，过滤设备堵塞严重，无法长周期稳定运转。

针对聚酯废气的特点，本发明提出了一种切实可行的解决方案：吸附+过滤+均化+催化燃烧。前三项属预处理过程，在颗粒多孔固体吸附剂床层上完成，吸附用于去除废气中的乙二醇，过滤用于去除废气中的PTA粉尘，均化用于均化废气中不断波动的乙醛浓度。废气中的乙二醇的沸点较高，可以利用吸附剂把它吸附下来；废气中的细小的PTA粉尘被吸附剂吸附过滤，防止进入后面的催化燃烧反应器中；乙醛的沸点较低，被吸附剂吸附后，随着废气中乙醛浓度的变化，通过吸附—解吸作用，使得废气中的乙醛浓度保持一个相对稳定的范围，形成一个不断变化的吸附—解吸动态平衡。

通过研究发现，颗粒多孔固体吸附剂床层并不象过滤设备一样，易于被PTA粉尘形成的粘性物质堵塞。其原因是颗粒多孔固体吸附材料将乙二醇等小分子吸附至其微孔内，而PTA粉尘比乙二醇分子较大，只能吸附至吸附剂的大孔内，这就使得PTA粉尘和乙二醇在吸附剂上实际接触的机会大大减少，所以不能形成粘性物质堵塞吸附剂床层。另外，多孔固体吸附材料以颗粒形式堆积，颗粒与颗粒之间的空隙以及颗粒本身的空隙(如拉西环形颗粒等)，远远大于PTA粉尘的颗粒直径，PTA粉尘在未形成粘性物质时的流动性好，因此PTA粉尘一般只吸附于吸附剂中，不易在吸附剂颗粒间沉积，所以，首先与废气接触的吸附剂吸附饱和后，粉尘会随着气流方向不断向后推进，被后部吸附剂吸附，而不会象过滤装置那样，粉尘全部收集在一层滤袋上，造成堵塞。当全部吸附剂吸附乙二醇或PTA粉尘饱和后，可以更换新的吸附剂。

使用以上净化方法处理含乙醛、乙二醇及PTA粉尘等的有机物废气，能够将乙二醇完全吸附，消除了安全隐患。同时，废气中的乙醛等有害组分在吸附剂中进行吸附一解吸作用，当废气中乙醛等组分浓度降低时，解吸作用可以使溶液中乙醛等进入气体中而提高气相中的浓度；当废气中乙醛等组分浓度升高时，吸附作用占主导地位，吸附剂吸附乙醛的速率增大，从而降低了气相中的浓度。这样，通过吸附一解吸过程，可以有效地缓冲废气中的浓度波动情况，使废气中的乙醛和总烃浓度得到均匀化处理，避免废气中总烃浓度的剧烈波动引发的催化燃烧反应器温度波动，进而避免由于温度波动而损害催化剂和反应器。

废气经过本发明方法所述的方法出来，可以使乙醛和总烃的排放满足国家标准，且设备简单、操作稳定、净化率高，具有良好的社会效益和环境效益。

具体实施方式

本发明的处理方案为：预处理+催化燃烧联合流程。其中预处理是本发明阐述的重点。本发明采取的预处理使用吸附均化罐，内装颗粒状固体多孔吸附剂，吸附剂可以是活性炭、分子筛、硅胶、氧化铝中的一种或几种。气体通过吸附均化罐的空速为500～5,000h^-1。在吸附均化罐中，废气中沸点较高的乙二醇被吸附剂吸附下来；废气中的细微的PTA粉尘被吸附剂吸附过滤，防止进入后面的催化燃烧反应器中；乙醛的沸点较低，被吸附剂吸附后，随着废气中乙醛浓度的变化，可以通过吸附一解吸作用，使得废气中的乙醛浓度保持一个相对稳定的数值，浓度得到均化。

经过预处理后的废气进入气体换热器，与催化燃烧反应器排出气体换热，换热后的废气进入加热器，如果其温度已经达到催化燃烧反应器要求的入口温度150～350℃，则不需要进一步加热；反之，则要使用加热器设备加热至所需温度。具体的温度值，与所选的催化燃烧催化剂有关。加热器可以是防爆电加热器，也可以是与装置外的其它物流换热。如果热物流为700℃以上的烟气，也可以与废气直接混合后一同进入催化燃烧反应器。

经过加热器后，废气进入催化燃烧反应器。反应器内装有蜂窝型贵金属催化剂或蜂窝型非贵金属氧化物催化剂。当装有蜂窝型贵金属催化剂时，催化燃烧反应器的入口温度范围一般为150～400℃，使用空速范围为10,000～100,000h^-1。当装有蜂窝型非贵金属氧化物催化剂时，反应器的入口温度范围一般为200℃～400℃，使用空速范围为10,000～5，0000h^-1。

下面结合实例进一步阐明本发明，但并不限于本发明的保护范围。

实施例1～7

某聚酯生产装置排放废气，其废气排放量为100～1000m³/h；废气中主要含有含有乙醛、三聚乙醛、乙二醇雾滴等污染物，此外还含有PTA粉尘、水蒸汽等组份，其总烃范围为3000～20000 μL/L。用风机将废气引出，进入吸附罐进行吸附一过滤一浓度均化预处理；预处理后的废气进入换热器，与催化燃烧反应器排放的气体换热到一定温度后进入加热器；进入加热器的废气温度达到反应器入口温度时，加热器停止加热；否则，则需要将废气加热到需要的反应器入口温度，进入催化燃烧反应器，在催化剂作用下完全氧化。净化气进换热器换热后排放。表1为实施例1～7的操作条件和处理结果，其中1～4实施例中催化燃烧催化剂为含Pt、Pd的蜂窝状贵金属催化剂，5～7实施例中催化燃烧催化剂为含CuO、MnO2等活性组份的蜂窝状金属氧化物催化剂。吸附均化罐入口气体总烃浓度为3000～20000μL/L，乙醛为800～10000μL/L。催化燃烧反应器入口废气中总烃浓度高于12000μL/L时，混入适量空气，使入口总烃浓度保持在12000μL/L以下，以保证操作安全。所述活性炭颗粒和氧化铝球均为普通市售产品，活性炭颗粒和氧化铝球直径为3mm。

表1 实施例1～7的操作条件和废气的处理结果

实施例	处理量，Nm³/h	吸附均化罐操作条件	催化燃烧反应器操作条件	总烃去除率
实施例	处理量，Nm³/h	吸附均化罐操作条件	催化燃烧反应器操作条件	总烃去除率	1	500	活性炭颗粒吸附剂床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状贵金属催化剂，床层温度250℃，床层空速20000h^-1	99～100％
2	200	氧化铝球状吸附剂床层温度常温，床层空速3000h^-1	蜂窝状贵金属催化剂，床层温度250℃，床层空速40000h^-1	98～99％	1	500	活性炭颗粒吸附剂床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状贵金属催化剂，床层温度250℃，床层空速20000h^-1	99～100％
2	200	氧化铝球状吸附剂床层温度常温，床层空速3000h^-1	蜂窝状贵金属催化剂，床层温度250℃，床层空速40000h^-1	98～99％	3	500	活性炭颗粒+氧化铝球组合吸附剂(体积比1∶1)床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状贵金属催化剂，床层温度200℃，床层空速20000h^-1	95～96％
4	1000	分子筛球状吸附剂床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状贵金属催化剂，床层温度290℃，床层空速60000h^-1	97～99％	3	500	活性炭颗粒+氧化铝球组合吸附剂(体积比1∶1)床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状贵金属催化剂，床层温度200℃，床层空速20000h^-1	95～96％
4	1000	分子筛球状吸附剂床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状贵金属催化剂，床层温度290℃，床层空速60000h^-1	97～99％	5	500	活性炭颗粒吸附剂床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状金属氧化物催化剂，床层温度250℃，床层空速10000h^-1	98～99％
6	200	氧化铝球状吸附剂床层温度常温，床层空速3000h^-1	蜂窝状金属氧化物催化剂，床层温度280℃，床层空速20000h^-1	97～99％	5	500	活性炭颗粒吸附剂床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状金属氧化物催化剂，床层温度250℃，床层空速10000h^-1	98～99％
6	200	氧化铝球状吸附剂床层温度常温，床层空速3000h^-1	蜂窝状金属氧化物催化剂，床层温度280℃，床层空速20000h^-1	97～99％	7	500	活性炭颗粒+氧化铝球组合吸附剂(体积比2∶1)床层温度常温，床层空速500h^-1	蜂窝状金属氧化物催化剂，床层温度240℃，床层空速10000h^-1	97～99％

实施例8

本例特别说明吸附均化罐对PTA粉尘和乙二醇雾滴的去除效果，以活性炭颗粒为吸附剂，吸附均化罐床层体积空速为500h^-1。废气处理量为200Nm³/h，吸附均化罐入口粉尘浓度为50 mg/m³，乙二醇雾滴为10mg/m³；经过处理，吸附均化罐出口气体中的乙二醇雾滴和粉尘浓度未检出。随着时间的推移，吸附剂所吸附的白色粉尘在吸附均化罐内的分布沿着气流方向不断向前推移。经过10个月的连续运转后，吸附均化罐的出口检测到了粉尘，这表明吸附均化罐内活性炭已经穿透，需要更换吸附剂。吸附剂的更换周期跟吸附剂的装填量及废气处理量有关。

Claims

1.一种有机废气的净化方法，有机废气中含有乙醛、乙二醇及PTA粉尘，废气首先经过固体吸附剂床层，然后加热至适宜温度进行催化燃烧处理，废气中有机污染物转化为二氧化碳和水后洁净排放；其中固体吸附剂床层使用颗粒多孔固体吸附材料，废气通过固体吸附剂床层的体积空速为500～5,000h^-1。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的固体吸附剂为活性炭、分子筛、氧化铝或硅胶，或者是上述几种的组合。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的催化燃烧过程采用蜂窝状贵金属催化剂，载体为蜂窝陶瓷体，催化燃烧反应器的入口温度为150～400℃，空速为10,000～100,000h^-1。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的催化燃烧过程采用蜂窝状非贵金属氧化物催化剂，催化燃烧反应器的入口温度为200℃～400℃，空速为10,000～50,000h^-1。