CN103007714B

CN103007714B - 低泡有机废气吸收剂及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN103007714B
Application number: CN201210540915.2A
Authority: CN
Inventors: 陈定盛; 岑超平; 唐志雄; 方平; 陈志航; 陈雄波
Original assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Current assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: CN103007714A

Abstract

本发明公开了一种低泡有机废气吸收剂及其制备方法和应用。所述低泡有机废气吸收剂由以下按质量百分比计的组分组成：水96.2％～99.8%、表面活性剂0.001%～3%、助剂0.1％～2％、无机盐0.05％～2％。所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、支链脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯（15）醚、脂肪醇聚氧乙烯（20）醚和脂肪酸单乙醇酰胺聚乙二醇醚中的一种以上。由于该吸收剂具有低泡沫性，并对VOCs有独特增溶能力，使得吸收净化系统在易起泡及不易起泡的各种物系下正常稳定运转，适合治理各种工业有机废气。

Description

低泡有机废气吸收剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于大气污染控制技术领域，特别涉及一种低泡有机废气吸收剂及其制备方法和利用其净化含芳香烃、烷烃、酯类、醛酮醇类、卤代烃、有机硫化物和氯化物等工业有机废气的方法。

背景技术

工业排放的有机废气是挥发性有机物（VOCs）的重要来源，所涉及的行业众多，具有排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长等特点。VOCs主要包括烷烃、烯烃和芳香烃以及各种含氧烃、卤代烃、氮烃、硫烃、低沸点多环芳烃等，排放到大气中会造成严重的环境污染，对生态系统、大气环境以及人类健康造成很严重的危害。一些活性强的VOCs可以在一定条件下与氮氧化物发生光化学反应，引起地表臭氧浓度的增加，形成光化学烟雾污染，也可以与大气中的一些自由基反应，形成二次有机气溶胶。部分VOCs如氯代烃类则消耗平流层的臭氧，形成臭氧空洞。此外，VOCs还会对人体健康造成一定的危害，比如苯、甲苯、乙苯、二甲苯等，具有神经性毒性和遗传性毒性，长期接触可以导致白血病和贫血症。

目前VOCs处理方法主有吸附法、燃烧法、催化燃烧法、吸收法、生物法、光催化法、等离子体法等，其中吸收法具有对有机废气的成分、浓度和风量适应范围广、操作控制简单、且无需对废气进行预处理的优点，得到广泛地应用。近年来，表面活性剂作为活性组分得到广泛的研究和应用，但是在某些应用场合，特别是易起泡的物料体系，存在如下问题：1）吸收过程中产生大量稳定气泡，影响传质效率和VOCs去除效果；2）由于泡沫产生对颗粒物的携带作用，导致除尘效率降低；3）由于泡沫占据吸收塔大量的空间，使得系统通风量降低，影响水泵运转和生产安全；4）吸收剂回收到循环池时，由于大量气泡的产生与累积导致吸收剂从循环池边缘溢出，造成严重的浪费并且污染环境。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种低泡型能同时处理多种污染物的有机废气吸收剂，该吸收剂具有低泡沫性，对VOCs的去除效率高，投资和运行成本低，且原料来源广泛等特点，对减轻大气中挥发性有机物污染、光化学烟雾和PM2.5的危害有着重要意义。

本发明的另一目的在于提供上述低泡有机废气吸收剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述低泡有机废气吸收剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种低泡有机废气吸收剂，所述低泡有机废气吸收剂由以下按质量百分比计的组分组成：

所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、支链脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯（15）醚、脂肪醇聚氧乙烯（20）醚和脂肪酸单乙醇酰胺聚乙二醇醚的一种以上，优选为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、支链脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪酸单乙醇酰胺聚乙二醇醚中的一种以上；更加优选为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、支链脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪酸单乙醇酰胺聚乙二醇醚，三者的重量比为1：1：1～2。

所述有机废气吸收剂优选由以下按质量百分比计的组分组成：

所述助剂为聚乙二醇和聚乙烯醇的一种以上；所述聚乙二醇平均分子量优选为200～400。

所述无机盐为偏硅酸钠、层状硅酸钠、聚丙烯酸钠、硅酸钠、碳酸钠和氯化钠的一种以上；无机盐更加优选为偏硅酸钠、层状硅酸钠、硅酸钠和氯化钠的一种以上。

所述助剂和无机盐能强化吸收效果和增大挥发性有机污染物在吸收剂中的溶解度。

上述低泡有机废气吸收剂界面活性高，能使VOCs/水界面张力降到10-3mN/m以下，提高吸收净化效率；表面活性剂用量低，且在较宽的浓度范围内均可获得超低界面张力，增溶的VOCs的质量是表面活性剂使用量的1～20倍。

上述低泡有机废气吸收液的制备方法，包括如下步骤：将表面活性剂用水进行溶解，得到溶液；将助剂和无机盐加入到所得溶液中，同时不断地搅拌均匀，得到低泡有机废气吸收剂。

上述低泡有机废气吸收剂在工业有机废气处理的应用，包括如下步骤：将低泡有机废气吸收剂从吸收塔上端送入吸收塔内，雾化喷淋而下；将有机废气经集气罩收集并由风机增压后由吸收塔底端进入吸收塔，气液两相在吸收塔内充分接触，完成吸收反应后，得到饱和的低泡有机废气吸收剂；然后将饱和的低泡有机废气吸收剂经过蒸馏或者热吹脱，回收低泡有机废气吸收剂中的有用组分，将回收后的残余液作为吸收剂循环使用，有机废气得到净化后排向大气，对环保要求更高的污染物（例如禁排的有机污染物）进行二级处理如吸收或吸附。

本发明针对家具、各种喷涂、制鞋、印刷、电子和材料等工业产生的复杂工业有机废气，研究了一种由表面活性剂、助剂和无机盐组成的低泡吸收剂对工业有机废气进行吸收净化。由于该吸收剂具有低泡沫性，并对VOCs有独特增溶能力，使得吸收净化系统在易起泡及不易起泡的各种物系下正常稳定运转，适合治理各种工业有机废气。

本发明选择的表面活性剂，首先，除具有降低溶液的表面张力、界面张力、增溶及清洗等一般表面活性剂的性能外，还具有发泡率适中、泡沫直径小、易生成、易破裂（2秒内完成生成与破裂）等特点。随着吸收剂中表面活性剂浓度的增加，吸收剂表面张力及界面张力均迅速下降，使得吸收剂能更好地湿润填料表面，增大气液接触界面，加强吸收剂的吸收与增溶作用。对使用已久且表面积有垢层和油污的填料有清洗作用，使得填料的传质效果也大为改善。其次，当气液接触形成数量多、直径小的泡沫时，等量液体的体积将扩大数十倍，表面积扩大数百倍。因此，少量液体就能充满填料间空隙，增加气液接触面积和接触机会，此即在小喷淋量下仍具有高效率的原因。再者，由于直径小、数量多的泡沫在高度湍动下易破裂、易生成，这种破裂，生成的重复过程，使气液接触面不断更新，强化传质。以上所述即为吸收净化效率提高的原因。而一般的表面活性剂产生的泡沫直径大，且难破裂（稳定泡沫），因而易被气流带出塔外（有时携带颗粒物），并在塔内产生沟流使得效率下降，这也是其作为吸收剂组分吸收效率下降的原因之一。

本发明低泡有机废气吸收剂对挥发性有机物溶解度大，在使用条件下（包括水的硬度、吸收剂溶液的浓度以及温度），不会出现吸收塔结垢、堵塞现象，也不会出现对环境的二次污染现象。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：

（1）本发明吸收剂较一般的阴离子或非离子表面活性剂具有更强的增溶能力，对苯系物、卤代烃、醇类、多环芳烃、有机硫化物和有机氯化物都有较大的溶解度，吸收净化效率高；

（2）在吸收传质过程中不会产生大量气泡，降低由于泡沫的形成对颗粒物的携污作用，传质效率和废气净化效果好；对通风系统和水泵运转及周边环境影响小。

（3）能为气液吸收反应提供较大的相界面积，加速吸收反应，吸收工艺简单，操作简便；

（4）吸收剂原料来源广，生产工艺简单，价格便宜，成本较低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

主要的参数与工艺如下：

吸收塔规格：塔高3.0m，内径0.8m，填料层高度2.0m。

液气比1～3L/m³，空塔气速1～2m/s，每米填料阻力损失约500Pa。

将表面活性剂用水进行溶解，得到溶液；将助剂和无机盐加入到所得溶液中，同时不断地搅拌均匀，得到低泡有机废气吸收剂。将低泡有机废气吸收剂从吸收塔上端送入吸收塔内，雾化喷淋而下；将待处理的有机废气经集气罩收集后，由风机增压后由吸收塔底端进入吸收塔，气液两相在吸收塔内充分接触并完成吸收反应，得到饱和的低泡有机废气吸收剂；然后将饱和后的低泡有机废气吸收剂经过蒸馏或热吹脱，回收低泡有机废气吸收剂中的有用组分（甲苯、正己烷、丁酮、丙酮、甲乙酮等）或难降解有机物吹脱燃烧，残余液作为吸收液循环使用，有机废气得到净化后排向大气。

对不同类型的有机废气，特别是对于易起泡的被净化物料体系，采用本发明低泡有机废气吸收剂能使整个净化装置稳定运行，当脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、支链脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪酸单乙醇酰胺聚乙二醇同时存在能获得更好的净化效果，吸收剂组成以及净化效果见实施例。

实施例1

某合成革生产有机废气，其主要挥发性有机物浓度为：甲苯200～500mg/m³，丁酮200～400mg/m³，二甲苯100～200mg/m³，风量为3000～5000m³/h，温度：30～60℃。

未处理的有机废气平均排放浓度为：甲苯176.5mg/m³，丁酮238.2mg/m³，二甲苯121.2mg/m³。低泡有机废气吸收剂组成及净化前有机废气浓度见表1，吸收净化的VOCs质量可以达到是表面活性剂使用量的1～20倍。

表1实施例1中低泡有机废气吸收剂组成和净化效果

实施例2

某石化厂排放的有机废气，其主要挥发性有机物浓度为：苯50～150mg/m³，甲苯100～250mg/m³，二甲苯50～150mg/m³，氯苯10～150mg/m³，风量为3000~5000m³/h，温度：20～50℃。

未处理的有机废气平均排放浓度为：苯123.1mg/m³，甲苯116.1mg/m³，二甲苯167.2mg/m³，氯苯72.6mg/m³。低泡有机废气吸收剂组成及净化后有机废气浓度见表2，吸收净化的VOCs质量可以达到是表面活性剂使用量的1～20倍。

表2实施例2中低泡有机废气吸收剂组成和净化效果

实施例3

某半导体生产排放的有机废气，其主要挥发性有机物浓度为：丙酮50～200mg/m³，甲乙酮50～200mg/m³，甲苯100～200mg/m³，风量为3000～3000m³/h，温度：20～40℃。

未处理的有机废气平均排放浓度为：丙酮113.2mg/m³，甲乙酮126.1mg/m³，甲苯126.2mg/m³。低泡有机废气吸收剂组成及净化后有机废气浓度见表3，吸收净化的VOCs质量可以达到是表面活性剂使用量的1～20倍。

表3实施例3中低泡有机废气吸收剂组成和净化效果

实施例4

某喷涂有机废气，其主要挥发性有机物浓度为：苯10～50mg/m³，甲苯100～150mg/m³，二甲苯50～200mg/m³，正己烷50～150mg/m³，正庚烷50～100mg/m³，风量为3000~5000m³/h，温度：30～60℃。

未处理的有机废气平均排放浓度为：苯31.2mg/m³，甲苯131.1mg/m³，二甲苯132.2mg/m³，正己烷76.3mg/m³，正庚烷63.4mg/m³。低泡有机废气吸收剂组成和处理后的有机废气净化效果见表4，吸收净化的VOCs质量可以达到是表面活性剂使用量的1～20倍。

表4实施例4中低泡有机废气吸收剂组成和净化效果

实施例5

某线路板厂排放的三苯废气，其主要挥发性有机物浓度为：醋酸丁酯50～150mg/m³，甲苯50～100mg/m³，二甲苯50～150mg/m³，风量为3000~5000m³/h，温度：30～50℃。

未处理的有机废气平均排放浓度为：醋酸丁酯73.6mg/m³，甲苯113.2mg/m³，二甲苯86.2mg/m³。低泡有机废气吸收剂组成和处理后的有机废气净化效果见表5，吸收净化的VOCs质量可以达到是表面活性剂使用量的1～20倍。

表5实施例5中低泡有机废气吸收剂组成和净化效果

实施例6

某喷涂车间排放的有机废气，其主要挥发性有机物浓度为：正己烷50～150mg/m³，庚烷50～150mg/m³，甲苯50～130mg/m³，二甲苯50～150mg/m³，风量为25000~30000m³/h，温度：30～80℃。

未处理的有机废气平均排放浓度为：正己烷76.2mg/m³，庚烷71.2mg/m³，甲苯112.2mg/m³，二甲苯94.8mg/m³。低泡有机废气吸收剂组成和处理后的有机废气净化效果见表6，吸收净化的VOCs质量可以达到是表面活性剂使用量的1～20倍。

表6实施例6中低泡有机废气吸收剂组成和净化效果

实施例7

某家具生产车间排放的有机废气，其主要挥发性有机物浓度为：正己烷50~150mg/m³，乙酸乙酯100～200mg/m³，乙酸丁酯100～200mg/m³，风量为3000~5000m³/h，温度：30～60℃。

未处理的有机废气平均排放浓度为：正己烷112.7mg/m³，乙酯乙酯125.6mg/m³，乙酸丁酯127.2mg/m³。低泡有机废气吸收剂组成和处理后的有机废气净化效果见表7，吸收净化的VOCs质量可以达到是表面活性剂使用量的1～20倍。

表7实施例7中低泡有机废气吸收剂组成和净化效果

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低泡有机废气吸收剂，其特征在于：所述低泡有机废气吸收剂由以下按质量百分比计的组分组成：

水 96.2％～99. 8%

表面活性剂 0.001%～3%

助剂 0.1％～2％

无机盐 0.05％～2％，

所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、支链脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪酸单乙醇酰胺聚乙二醇醚中的一种以上；

所述助剂为聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种以上；所述聚乙二醇平均分子量为200～400；所述无机盐为偏硅酸钠、层状硅酸钠、聚丙烯酸钠、硅酸钠、碳酸钠和氯化钠的一种以上；

所述低泡有机废气吸收剂，能使VOCs/水界面张力降到10^-3mN/m以下，吸收净化的VOCs的质量是表面活性剂使用量的1～20倍。

2.根据权利要求1所述的一种低泡有机废气吸收剂，其特征在于：所述低泡有机废气吸收剂由以下按质量百分比计的组分组成：

水 96.2％～99.8%

表面活性剂 0.05%～1%

助剂 0.1％～2％

无机盐 0.05％～2％。

3．根据权利要求1所述的一种低泡有机废气吸收剂，其特征在于：所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、支链脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪酸单乙醇酰胺聚乙二醇醚，三者的重量比为1：1：1～2。

4．根据权利要求1所述的一种低泡有机废气吸收剂，其特征在于：所述无机盐为偏硅酸钠、层状硅酸钠、硅酸钠和氯化钠中的一种以上。

5．根据权利要求1所述的一种低泡有机废气吸收剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将表面活性剂用水进行溶解，得到溶液；将助剂和无机盐加入到所得溶液中，同时不断地搅拌均匀，得到低泡有机废气吸收剂。

6．权利要求1所述的低泡有机废气吸收剂在工业有机废气处理的应用，其特征在于：包括如下步骤：将低泡有机废气吸收剂从吸收塔上端送入吸收塔内，雾化喷淋而下；将有机废气经集气罩收集并由风机增压后由吸收塔底端进入吸收塔，气液两相在吸收塔内充分接触，完成吸收反应后，得到饱和的低泡有机废气吸收剂；然后将饱和的低泡有机废气吸收剂经过蒸馏或者热吹脱，回收低泡有机废气吸收剂中的有用组分，将回收后的残余液作为吸收剂循环使用，有机废气得到净化后排向大气。