CN101721833A - 冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法，含烃废气首先冷凝除去水蒸汽，然后进一步冷凝回收烃类，不凝气进行活性炭吸附，活性炭吸附尾气排放，活性炭吸附至少包括两个活性炭吸附罐进行吸附-再生切换操作，活性炭吸附罐内至少包括两个活性炭床层，再生操作时，再生气通过活性炭床层过程中至少经过一次蒸汽换热升温。本发明方法具有烃类物质回收率高，活性炭再生效率高，再生气浓度高易于利用等特点，可以用于如酸性水罐排放气、氧化脱硫醇尾气等含烃废气的回收净化处理。

Description

冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法

技术领域

本发明涉及一种冷凝-吸附回收净化含类废气的方法，特别是轻质烃类物质氧化脱硫醇尾气、酸性水罐区排放废气等的回收处理方法。

背景技术

轻质烃类物质的硫醇含量是重要的质量指标之一，如液态烃、汽油、煤油等。许多工艺生产的轻质烃类均含有一定量的硫醇，因此需要适宜的方法脱除处理。加氢工艺可以用于轻质烃类脱硫醇，但加氢法装置复杂，投资大，运行费用高，轻质烃类某些指标(如汽油的辛烷值)受影响，如CN1478866A公开的汽油脱硫方法等。氧化脱硫是轻质烃类脱硫醇的重要方法，即在一定条件下，用空气将轻质烃类中的硫醇氧化为二硫化物等，并进一步分离去除，如US4,090,954公开的氧化脱硫醇方法等。空气氧化脱硫醇过程一般在一定温度下，用过量的空气进行氧化脱硫醇反应，由于轻质烃类物质的沸点相对较低，因此氧化尾气中含有大量的烃类，一般体积分数可达5％～65％。

由于氧化脱硫醇尾气中含有大量的烃类，目前采用的处理方法包括去焚烧炉焚烧、直接排入大气、吸收后排入大气、冷凝与催化氧化结合等方法。焚烧处理方法的不足在于造成大量资源浪费，并且由于尾气中还含有氧气而存在安全隐患。直接排入大气不但浪费资源，还造成严重的环境污染。吸收方法是一种采用溶剂吸收废气中的烃类，吸收后尾气排入大气，该方法可以回收大部分烃类，但由于环保法规的日益严格，不能实现达标排放。如《炼油设计》第28卷第6期第31～32页介绍的催化裂化汽油脱硫醇尾气处理方法，采用填料塔进行吸收，该方法采用常规吸收技术，其处理效果需进一步提高。冷凝与催化氧结合即可以回收大部分挥发性烃类，也可以实现尾气达标排放，但其不足之处在于工艺流程长，操作费用高，经济性受到影响。

各种油品贮罐、污油贮罐、酸性水宜罐等在正常操作条件下一般向外排放一定量的废气，这些废气中含有较高浓度的烃类，有时还含有一些非烃类物质，如硫化氢、有机硫化物等，如不有效回收处理，一方面造成对资源的大量浪费，另一方面造成严重的环境污染，同时还存在一定的安全隐患。

油品贮罐排放含烃废气的回收处理方法较常用有吸收法、吸附法、冷凝法、膜法油气回收技术等，如黄维秋等在《中外能源》2006年第5期“油气回收技术的应用研究”一文所述，一般认为常压常温吸收法回收技术宜作为目前首选方案。也可以是一些工艺的组合，如CN03135766.0公开的油气回收方法中，首先采用增压去热法回收掉大量的油气后，再采用压力吸收法、压力吸附法、乳化吸附法进一步回收。

吸附法是有机废气回收净化的重要方法之一，可以单独使用，也可以与其它方法组合使用。活性炭具有很大的比表面积，对多种有机、无机物质具有较强的吸附能力，因此是广泛使用的吸附剂。CN1334313A、CN1522785A等采用活性炭吸附的方法回收油气。CN1334313A采用吸收-吸附组合工艺回收油气，先通过吸收回收部分油气，然后再通过吸附进一步回收油气。CN1522785A将油气压缩冷却，然后在加压条件下吸收或吸附。上述方法活性炭吸附饱和后采用真空再生方式恢复活性炭吸附能力。CN1167813A公开了一种煤气活性炭脱硫净化和再生工程与设备，用活性炭为脱硫剂，活性炭饱和后用过热蒸汽再生。

CN1266820A以活性炭纤维吸附剂处理硝基苯类化合物工业废水，吸附剂进行再生操作时，由吸附塔内置的加热系统对吸附剂加热至250～350℃进行再生。CN1462729A公开一种辛醇合成工艺系统排放废碱液的二级回收处理方法，采用“余热-自萃取”和“活性炭吸附”对废碱液进行二步处理。萃取后的萃余相用颗粒活性炭进行吸附处理，失活的活性炭采用低温过热水蒸汽解吸及高温过热水蒸汽活化再生。

如上所述，在吸附处理工艺中，活性炭吸附饱和后需要再生处理。再生方法主要包括两种，一种是真空再生，即在真空条件下将吸附在活性炭孔道中的物质脱附出来；另一种再生方法为加热再生，将吸附剂直接加热或通入蒸汽(或氮气)等高温介质进行再生。真空再生一般需要较高的真空度，对设备要求较高。加热再生时，如果不通入加热介质，由于活性炭属于热不良导体，容易造成活性炭床层温度不均匀，甚至造成热点，造成再生不均匀，会降吸附剂的使用性能；使用热介质时，可能造成再生尾气浓度降低，不利于进一步处理和利用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法以及该方法使用的活性炭吸附罐等装置，该方法具有烃回收率高，吸附剂再生效率高等特点。

本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法包括如下内容，含烃废气首先冷凝除去水蒸汽，然后进一步冷凝回收烃类，不凝气进行活性炭吸附，活性炭吸附尾气排放。活性炭吸附至少包括两个活性炭吸附罐进行吸附-再生切换操作，活性炭吸附罐内至少包括两个活性炭床层，再生操作时，再生气通过活性炭床层过程中至少经过一次蒸汽换热升温。

本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法中，针对不同来源的含类废气，可以采用相应的预处理方法，如对于含固体颗粒的含烃废气，可以进行过滤预处理；对于含有硫化氢及有机硫化物的含烃废气，可以进行脱硫预处理等。如酸性水罐区排放的废气中含有硫化氢和有机硫化物，可以采用碱洗的方法进行脱硫预处理。

本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法中，冷凝除水蒸汽和冷凝回收烃类可以采用现有的冷凝技术，冷凝除水蒸汽的冷凝温度为0～5℃，冷凝回收烃类的冷凝温度为-70～-55℃。

本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法中，活性炭吸附可以采用市售商品活性炭，也可以按现有技术制备活性炭。活性炭用量根据设计的再生周期确定，设计的再生周期较短，即再生较频繁时，活性炭用量较少，设计的再生周期较长，即再生频率较低时，活性炭用量较多，一般可以按每24小时再生一次或48小时再生一次进行设计。废气通过吸附剂的体积空速一般为300～5000h^-1。

本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法中，活性炭吸附罐采用至少2个活性炭床层，一般2～4个即可。活性炭吸附罐内或外部设置至少一个蒸汽换热器，用于活性炭再生时加热再生气。蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐内部时，设置在任两个相邻活性炭吸附床层之间，也可以在活性炭吸附罐底部设置一个蒸汽换热器。蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐外部时，将相邻活性炭床层之间隔断，蒸汽换热器串联在联通相邻活性炭床层的活性炭罐外部的管道上。蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐外部时，可以将不同活性炭床层的再生气加热集中在一个蒸汽换热器中，采用一个蒸汽换热器同时加热不同活性炭床层的再生气。活性炭再生结束后，所述的蒸汽换热器停止通入蒸汽，而通入冷却剂，如循环冷却水，可以快速降低活性炭床层温度。所需蒸汽一般为表压0.1～2MPa的饱和水蒸汽。在活性炭吸附罐顶部还可以设置冷却器，用于再生时降低再生气的温度。

本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法中，活性炭再生过程可以采用常压再生，也可以采用真空再生，优选真空再生。在再生过程中，可以补充适量惰性气体，如氮气等，补充的惰性气体的温度最好为100～250℃。也可以先常压再生，然后进行真空再生。真空再生时的真空度可以控制为-90～-50KPa。

本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法中，活性炭再生气经过冷却后可以循环回冷凝装置入口，因为再生气量较少，对冷凝系统基本不造成影响；由于再生气中有机物浓度很高，可以冷凝回收处理，也可以进入其它系统利用，如可以进入低压瓦斯管网。如果所处理的含烃废气来自污水罐区或油品罐区，再生气还可以做为罐区夜间吸气时的补充气。

本发明使用的活性炭吸附罐，活性炭吸附罐采用至少2个活性炭床层，活性炭吸附罐内或外部设置至少一个蒸汽换热器，蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐内部时，设置在任两个相邻活性炭吸附床层之间，活性炭吸附罐底部也可以同时设置一个蒸汽换热器。蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐外部时，将相邻活性炭床层之间隔断，蒸汽换热器串联在联通相邻活性炭床层的活性炭罐外部的管道上。

本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法中，具有烃回收率高、不产生二次污染、操作安全性高等特点。特别是采用本发明的活性炭吸附及再生工艺，不但可以达到尾气达标排放，还可以有效提高再生气浓度，有利于进一步处理或使用。本发明活性炭再生方法中，通过考查再生过程的物理现象发现，再生过程是强烈吸热的过程，普通的采用热蒸汽或热氮气进行再生时，随着再生的进行，再生气温度降低很快，以至于后接触的活性炭的再生效果较差，如果加大再气用量或延长再生时间，则得到再生气中有机物的浓度则大大降低，不利于后续的进一步处理或使用。本发明使用的活性炭再生方法，采用活性炭床层间再次蒸汽换热的方式使再生气升温，有效地弥补了因有机物脱附吸热造成的再生气温度降低，有利于下段活性炭床层的有效再生，最终再生气中有机物浓度可以大大提高。本发明涉及的活性炭吸附罐具有结构合理，易于提高活性炭的再生效率，并可提高再生气的浓度，方便进一步处理或利用。

附图说明

图1是本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法工艺流程示意图。

图2-1、图2-2和图2-3是本发明冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法中使用的活性炭吸附罐结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明方法。

如图1和图2-1、图2-2、图2-3所示，含烃废气首先经过除水蒸汽冷凝器1，冷凝脱除其中的水蒸汽，然后进入烃冷凝回收器2，大部分烃类在此冷凝回收，不经气进入活性炭吸附罐，活性炭吸附罐设为两个3-1和3-2进行切换操作，经活性炭吸附后的尾气可以达标排放。

活性炭吸附罐内至少装置填两个活性炭床层(如图2-1所示)，在下层活性炭床层5和上层活性炭床层6之间设置蒸汽加热装置4，该蒸汽加热装置可以通入蒸汽将再生气加热，也可以通入冷却介质(如循环冷却水等)进行活性炭床层降温。蒸汽加热装置4可以设置在活性炭吸附罐之内(如图2-1和2-2所示)，也可以设置在活性炭吸附罐之外(如图2-3所示)，通过管路与活性炭罐相通。也可以同时在活性炭吸附罐底部设置蒸汽加热装置(如图2-1所示)。活性炭吸附罐顶部也可以设置冷却器7(如图2-1所示)，用于再生过程，将再生气冷却后进一步处理或使用。

下面通过具体实施例说明本发明的方案和效果。

实施例1

某企业酸性水储罐区排放废气中，总烃浓度为20×10⁴～60×10⁴mg/m³，硫化物浓度为50mg/m³左右。先采用氢氧化钠溶液吸收脱除硫化物，氢氧化钠溶液吸收后硫化物未检测出，接近于零。然后在脱水蒸汽冷凝器中冷凝至4℃左右脱水，然后在烃回收冷凝器中冷却至-65℃左右，排放的不凝气中总烃浓度为4×10⁴mg/m³左右，不凝气在活性炭罐中吸附，活性炭吸附罐内设两个活性炭床层，两个活性炭床层之间设置水蒸汽换热器，排放尾气总烃浓度低于120mg/m³，达到排放标准。

在活性炭再生过程中，一个活性炭罐吸附饱和后，切换到另一个活性炭罐进行吸附操作，吸附饱和的活性炭罐进行再生操作。再生时，切断进气阀和炭罐通往排气筒的阀门，打开罐顶通往真空泵的阀门和真空泵通往碱洗设备(氢氧化钠洗涤脱硫)入口的阀门，向活性炭罐两个活性炭床层之间的蒸汽换热器通入1.0MPa的饱和水蒸汽，启动真空泵，至活性炭罐内真空度达到-50kPa时，向活性炭罐内补充少量150℃氮气至活性炭罐内真空度为-10kPa，然后继续抽真空至-90kPa时结束再生，将活性炭罐冷却备用。再生过程中，再生气中烃类物质平均浓度210×10⁴mg/m³左右，再生气流量较小，循环时不影响装置的稳定操作。

比较例1

按照实施例1所述的方法，其中活性炭再生过程中，不采用饱和水蒸汽换热操作，达到相同再生效果时，再生气中烃类物质平均浓度40×10⁴mg/m³左右，再生气流量为实施例1再生气流量的5倍左右，循环时对冷凝装置有一定的影响，对冷凝系统的稳定操作造成一定的冲击。

实施例2

某汽油氧化脱硫醇尾气和液态烃氧化脱硫醇尾气，总烃浓度为30×10⁴～80×10⁴mg/m³。在脱水蒸汽冷凝器中冷凝至2℃左右脱水，然后在烃回收冷凝器中冷却至-70℃左右，排放的不凝气中总烃浓度为3×10⁴mg/m³左右，不凝气在活性炭罐中吸附，活性炭吸附罐内设三个活性炭床层，每两个活性炭床层之间设置水蒸汽换热器，排放尾气总烃浓度低于120mg/m³，达到排放标准。

在活性炭再生过程中，一个活性炭罐吸附饱和后，切换到另一个活性炭罐进行吸附操作，吸附饱和的活性炭罐进行再生操作。再生时，切断进气阀和炭罐通往排气筒的阀门，打开罐顶通往真空泵的阀门和真空泵通往碱洗设备(氢氧化钠洗涤脱硫)入口的阀门，向活性炭罐两个活性炭床层之间的蒸汽换热器通入1.2MPa的饱和水蒸汽，向活性炭罐内补充少量150℃氮气，通入氮气量为吸附时废气流量的一半左右，再生1.5小时结束，将活性炭罐冷却备用。再生过程中，再生气中烃类物质平均浓度80×10⁴mg/m³左右，再生气流量较小，烃类物质含量较高，可以进入低压瓦斯管网，对低压瓦斯管网没有不利影响。

比较例2

按照实施例1所述的方法，其中活性炭再生过程中，不采用饱和水蒸汽换热操作，达到相同再生效果时，再生气中烃类物质平均浓度18×10⁴mg/m³左右，再生气流量为实施例1再生气流量的4倍左右，在短时间内对低压瓦斯管网内气体浓度有一定影响。

Claims (14)

1.一种冷凝-吸附回收净化含烃废气的方法，含烃废气首先冷凝除去水蒸汽，然后进一步冷凝回收烃类，不凝气进行活性炭吸附，活性炭吸附尾气排放，其特征在于：活性炭吸附至少包括两个活性炭吸附罐进行吸附-再生切换操作，活性炭吸附罐内至少包括两个活性炭床层，再生操作时，再生气通过活性炭床层过程中至少经过一次蒸汽换热升温。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：含烃废气采用包括如下方法进行预处理：对于含固体颗粒的含烃废气，进行过滤预处理；对于含有硫化氢及有机硫化物的含烃废气，进行脱硫预处理。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的含有硫化氢及有机硫化物的含烃废气为酸性水罐区排放的废气。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：冷凝除水蒸汽的冷凝温度为0～5℃，冷凝回收烃类的冷凝温度为-70～-55℃。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：活性炭吸附罐采用2～4个活性炭床层。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：活性炭吸附罐内或外部设置至少一个蒸汽换热器，用于活性炭再生时加热再生气。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐内部，蒸汽换热器设置在任两个相邻活性炭吸附床层之间。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐外部，将相邻活性炭床层之间隔断，蒸汽换热器串联在联通相邻活性炭床层的活性炭罐外部的管道上。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的蒸汽换热升温采用表压0.1～2MPa的饱和水蒸汽。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：活性炭再生过程采用常压再生，或者采用真空再生，或者先采用常压再生，然后进行真空再生。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在活性炭再生过程中，补充温度为100～250℃的惰性气体。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：活性炭再生气经过冷却后循环回冷凝装置入口，或者进入低压瓦斯管网。

13.一种活性炭吸附罐，其特征在于：采用至少2个活性炭床层，活性炭吸附罐内或外部设置至少一个蒸汽换热器。

14.按照权利要求13所述的活性炭吸附罐，其特征在于：蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐内部，蒸汽换热器设置在任两个相邻活性炭吸附床层之间；或者，蒸汽换热器设置在活性炭吸附罐外部，将相邻活性炭床层之间隔断，蒸汽换热器串联在联通相邻活性炭床层的活性炭罐外部的管道上。

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