CN103285734A - 一种基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺及系统，所述工艺包括对废有机溶剂进行有机溶剂、水、渣的初步分离和对初步分离后的废有机溶剂进行纳米膜分离的步骤，所述系统包括初步分离装置和纳米膜分离装置。本发明区别于现有的有机溶剂回收工艺和系统，采用先初步分离再纳米膜分离的技术对废有机溶剂进行回收处理，整个处理过程不需要很高的温度，且设备多在密闭加压条件下进行，既让废有机溶剂中的成分无法挥发对人体形成伤害，又解决了有机分子在高温下容易分解的问题，从而适用于各种不同有机溶剂的回收处理；纳米膜分离装置主要是通过物理而不是化学的处理方式，因此从根本上解决了废有机溶剂回收处理带来的技术和环保问题，且处理成本低、处理效率高、回收率高。

Description

一种基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺及系统

技术领域

本发明涉及有机化工技术领域，具体说是一种基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺及系统。

背景技术

目前，有机溶剂的回收工艺主要有稀释法、焚烧法、减压蒸馏法等，但部分有机溶剂不能通过上述传统工艺回收，譬如食品油炼厂常用的萃取液正己烷，由于正己烷的沸点只有69℃，在作业环境中很容易挥发成蒸气状态，其对人体的神经组织具中度麻醉性，对皮肤黏膜具轻微刺激性，可引起头痛、目眩、失神现象。如果蒸馏蒸气逸出被人体吸入，会引起头晕、手足麻痹、步行困难等多发性神经炎及刺激支气管炎等症状。因此，需要研究开发出一种适用范围更广、处理效果更好的有机溶剂回收处理工艺及系统。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种适用范围广、处理效果好的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺，包括以下步骤：

步骤1、对废有机溶剂进行有机溶剂、水、渣的初步分离；

步骤2、对初步分离后的废有机溶剂进行纳米膜分离，所述纳米膜分离是指采用分离层在有机溶剂中保持稳定不溶解且过滤孔径及切割分子量属于纳米过滤范围内的滤膜进行过滤。

其中，在步骤1中，所述初步分离包括絮凝、沉降、闪蒸和离心分离。

其中，在步骤2之后，还包括对废有机溶剂进行降膜蒸发处理的步骤。

其中，在步骤2之后，还包括对废有机溶剂进行吸附精制处理的步骤。

本发明区别于现有的有机溶剂回收工艺，采用先初步分离再纳米膜分离的工艺对废有机溶剂进行回收处理，具有以下有益效果：

1、整个处理过程不需要很高的温度，且多在密闭加压条件下进行，保证了有机分子不容易发生缩合裂解等变质现象，另外，在该环境中废有机溶剂中的成分也无法挥发对人体形成伤害，从而适用于各种不同有机溶剂的回收处理；

2、纳米膜分离主要是通过物理而不是化学的处理方式，因此从根本上解决了废有机溶剂回收处理带来的技术和环保问题，且过程能耗小、处理成本低、处理效率高、回收率高；

3、经初步分离后的废有机溶剂具有基本相同的质量指标和较少的杂质含量，减轻了滤膜的工作压力，延长了滤膜的使用寿命，并提高了处理效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：

一种基于纳米滤膜的废有机溶剂处理系统，包括：

对废有机溶剂进行有机溶剂、水、渣的初步分离的初步分离装置；

与初步分离装置相连接的纳米膜分离装置，所述纳米膜分离装置包括过滤废有机溶剂的滤膜，所述滤膜包括在有机溶剂中保持稳定不溶解且过滤孔径及切割分子量属于纳米过滤范围内的分离层。

其中，所述初步分离装置包括依次管路连接的絮凝搅拌罐、沉降池、闪蒸罐和离心机，所述纳米膜分离装置与离心机管路连接。

其中，所述纳米膜分离装置包括进料口、过滤通道、出料口和回料口，所述滤膜设置在所述过滤通道内，所述进料口和出料口分设于所述滤膜的两侧，所述回料口与进料口位于滤膜的同一侧，所述进料口与所述离心机管路连接，所述回料口与进料口管路连接。

其中，还包括降膜蒸发器，所述降膜蒸发器与所述出料口管路连接。

其中，还包括吸附柱和连接在吸附柱出口的微米级过滤器，所述吸附柱的入口与所述降膜蒸发器的出口管路连接。

其中，所述吸附柱上还设有进气口和出气口，所述进气口依次与气体加热装置和鼓风机管路连接，所述出气口与旋风分离罐管路连接。

本发明区别于现有的有机溶剂回收系统，采用初步分离装置和纳米膜分离装置对废有机溶剂进行回收处理，具有以下有益效果：

1、整个处理过程不需要很高的温度，且设备多在密闭加压条件下进行，保证了有机分子不容易发生缩合裂解等变质现象，另外，在该环境中，废有机溶剂中的成分无法挥发对人体形成伤害，从而适用于各种不同有机溶剂的回收处理；

2、纳米膜分离装置主要是通过物理而不是化学的处理方式，因此从根本上解决了废有机溶剂回收处理带来的技术和环保问题，且过程能耗小、处理成本低、处理效率高、回收率高；

3、经初步分离装置处理后的废有机溶剂具有基本相同的质量指标和较少的杂质含量，减轻了滤膜的工作压力，延长了滤膜的使用寿命，并提高了处理效率。

附图说明

图1所示为本发明实施例的工艺流程示意图。

标号说明：

1、絮凝剂罐；2、计量泵；3、絮凝搅拌罐；4、板框换热器；5、列管加热器；6、出料泵；7、沉降池；8、闪蒸罐；9、真空泵；10、板框换热器；11、三足离心机；12、碟式离心机；13、管式离心机；14、中间储罐；15、列管加热器；16、暖风机；17、动力泵；18、纳米膜分离装置；19、降膜蒸发器；20、暖风机；21、板框换热器；22、进料泵；23、吸附柱；24、鼓风机；25、旋风分离罐；26、尾气处理装置；27、中间罐；28、渣罐；29、轻组分回收罐；30、管式换热器；31、冷水塔；32、鼓风机；33、活性炭罐。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1所示，本实施方式的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺，包括：

步骤1、对废有机溶剂进行有机溶剂、水、渣的初步分离；

初步分离过程如下：原料通过板框换热器4、列管加热器5，一次性加热到指定温度，进入絮凝搅拌罐3，同时向絮凝搅拌罐3内加入絮凝剂，所述絮凝剂可通过以下方法配制：向絮凝剂罐1内通入自来水到一定液位后加热并按比例倒入絮凝剂原料，启动搅拌桨搅拌。絮凝剂罐1与絮凝搅拌罐3间通过计量泵2连接，计量泵2的控制与絮凝搅拌罐3的进料控制之间关联。搅拌均匀的原料（絮凝出料）通过出料泵6打至沉降池7进行保温沉降；如需加快沉降速度，则将料液（沉降出料）打入闪蒸罐8，闪蒸罐8连接有真空泵9，通过对闪蒸罐8内抽真空可降低水的沸点，从而在较低的温度下把原料的水含量蒸发到1%以下；蒸发出的水分通过暖风机冷凝，如处理量较大，则选用凉水塔搭配管式换热器冷凝。闪蒸后的料液（闪蒸出料）经板框换热器10实现出料与进料换热，回收大部分热量，随后打入离心机（可根据实际处理量需要配备三足离心机11、碟式离心机12或管式离心机13），利用混合物中各种组分的密度差去除掉大部分的胶质、沥青质、机械杂质等，处理后的原料（离心出料）经检测符合要求即打入中间储罐14，中间储罐14可根据实际需要配套加热保温装置（如图1中所示的列管加热器15和暖风机16）。

通过上述的絮凝、沉降、闪蒸、离心分离等一系列初步分离后，进入纳米膜分离步骤的废有机溶剂的质量指标基本均一化，避免了质量指标参差不齐的废有机溶剂进入纳米膜分离装置后对其正常运行产生的不良影响，且经过初步分离后的废有机溶剂，除去了其中大量的机械杂质、残碳、水分、胶质、沥青质等杂质，因此大大降低了纳米膜分离装置的工作压力，延长了滤膜的使用寿命，同时提高了处理效率。

步骤2、对初步分离后的废有机溶剂进行纳米膜分离；

纳米膜分离过程如下：动力泵17将中间储罐14内的料液泵入纳米膜分离装置18，纳米膜分离装置18涵盖但不限于卷式膜、立式膜、管式膜、板式膜，只要其滤膜的分离层在有机溶剂中保持稳定不溶解，且过滤孔径及切割分子量属于纳米过滤的范围内，应用本工艺均能取得较好效果。取得较好效果的主要原因是各种组分透过滤膜时的速度不同：要处理的料液中，所有组分在分子层面，其分子量、分子大小、分子的电性、极性都有不同，由此造成透过滤膜速率的差异。分子量大、分子体积大且带有电荷的物质包括极性分子（大部分污染物的共同特征）很难通过滤膜，表现为透过速率慢；相反，分子量低于所选滤膜的切割分子量、分子体积小于过滤孔径且不带电荷（饱和的有机分子自身通常不带电）的物质因为受到滤膜的阻碍少而很容易通过，表现为透过速率快。利用这种过膜速度的差别，可以较容易地将废有机溶剂提纯。

在纳米膜分离的过程中，所述纳米膜分离装置18包括进料口、过滤通道、出料口和回料口，所述滤膜设置在所述过滤通道内，所述进料口和出料口分设于所述滤膜的两侧，所述回料口与进料口位于滤膜的同一侧，所述进料口与离心机直接或间接通过管路连接以输入原料，本实施例中，进料口与离心机之间还设有中间储罐14和动力泵17，动力泵17将中间储罐14内的料液泵入纳米膜分离装置18；所述出料口用于输出透过膜的提纯物质；所述回料口通过与进料口直接或间接管路连接以将暂时未能通过滤膜的物料导回到纳米膜分离装置18中进行循环过滤，直至原料中的目标组分全部提取干净，以达到充分回收有机溶剂的目的。在本实施例中，由于回料口与进料口之间的连接管路上还连有中间储罐14，因此从回料口出来的暂时未能通过滤膜的物料先进入中间储罐14后再导回到纳米膜分离装置18中。

在上述实施例中，当目标组分是出料口输出的较轻的物质时，里面可能还含有更小更轻的其它分子，即所谓的轻组分，为了进一步提纯纳米膜分离后的产品，最好在纳米膜分离后再设置降膜蒸发处理步骤，降膜蒸发处理步骤所用的降膜蒸发器19的主要部件是换热器与蒸发室，降膜蒸发处理步骤如下：

将出料口输出的料液（膜分离出料）通过泵送到降膜蒸发器19顶端，被分液盘平均分布到每一条换热管，料液在换热管内壁涂布成膜，极大地增加了蒸发面积，而换热管的外部是导热油或蒸汽一类的热载体，用于给料液加热。料液从上至下流动，进入下方的汽液分离罐在重力作用下实现汽液分离，较轻的汽从上部管道进入冷凝换热器冷凝，该处冷凝换热器可接暖风机20或冷却塔。由于设计预留了足够的冷凝功率，而且轻组分的比例非常有限，绝大部分一次性经过冷凝换热器以后即能被液化回收，所以出现物料逸出的几率很小。而去除了轻组分的料液直接在底部管道排出，通过板框换热器21与进料换热实现热量回收后排出到降膜成品罐。

在上述实施例中，降膜蒸发处理后的成品可依据物料实质决定是否进行矿物滤清精制处理（即吸附精制处理）。滤清精制可吸附料液中的不饱和、不稳定和额外的一些污染物组分（含硫、含氮化合物等），但对污染程度不高的有机溶剂，该步骤非必须。当进行吸附精制处理时，其步骤如下：将降膜蒸发处理后的料液（降膜出料）通过进料泵22打入吸附柱23，吸附柱23中填充有高性能的分子筛（所谓高性能是指比表面积大、耐高温、稳定性好，特殊情况下可用氧化铝或其它脱色矿物替代），料液与分子筛接触时，其中的大部分污染物包括不稳定、不饱和的物质会被吸附过滤掉。吸附柱23底部出口与一个微米级过滤器相连，专门用于过滤最终产品中可能混入的少量分子筛粉末颗粒。

在上述实施例中，当分子筛处理了一定量的料液以后，由于大量污染物的附着，吸附滤清能力会逐渐衰减直至完全丧失，如果每次饱和以后都进行更换，在耗费大量时间和精力之余，使用过的分子筛还无法处置，容易造成二次污染。因此本发明开发了在线翻新技术，在吸附柱23的顶端设置一进气口和旁路，旁路的一端与进气口相连，另一端接气体加热器，气体加热器的进口与鼓风机24相连，中间有阀门隔开；气体加热器也可通过在吸附柱23上安装加热带等加热装置替代。吸附柱23底部出口处同样增加一个出气口和旁路，旁路的一端与出气口相连，另一端安装阀，阀后连接旋风分离罐25用于汽液分离，旋风分离罐25底部有排液口，顶部有出气口连接尾气处理装置26。当分子筛饱和时，系统关闭吸附柱23上下料液进出口阀门，开启旁路的进气口和出气口阀门，启动鼓风机24及气体加热器，气体被鼓风机24吸入气体加热器后被一次性加热到高温，然后由进气口进入吸附柱23，因为供氧及燃点两个燃烧条件都达到，因此吸附柱23内部的耐高温分子筛上吸附的污染物和残留的有机溶剂这个时候会被点燃，燃烧达到一定时长后，内部污染物基本烧净并由气体通过出气口带出，出气口排出的气体中常常会夹带少量的有机溶剂，因此连接到旋风分离罐25作汽液分离，以最大程度减少料液损失。在燃烧以后，鼓风机24持续工作，利用气体带走吸附柱23内的热量降低温度，等吸附柱23温度降至100度以下，则翻新过程完成。翻新完成后，分子筛能再次使用，作为特制产品，其吸附能力衰减较小，一般翻新寿命按次数算最高可达到300次左右，大幅减少了本发明系统的废弃物排放量。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对废有机溶剂进行有机溶剂、水、渣的初步分离；

步骤2、对初步分离后的废有机溶剂进行纳米膜分离，所述纳米膜分离是指采用分离层在有机溶剂中保持稳定不溶解且过滤孔径及切割分子量属于纳米过滤范围内的滤膜进行过滤。

2.根据权利要求1所述的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺，其特征在于：在步骤1中，所述初步分离包括絮凝、沉降、闪蒸和离心分离。

3.根据权利要求1所述的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺，其特征在于：在步骤2之后，还包括对废有机溶剂进行降膜蒸发处理的步骤。

4.根据权利要求1所述的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理工艺，其特征在于：在步骤2之后，还包括对废有机溶剂进行吸附精制处理的步骤。

5.一种基于纳米滤膜的废有机溶剂处理系统，其特征在于，包括：

对废有机溶剂进行有机溶剂、水、渣的初步分离的初步分离装置；

与初步分离装置相连接的纳米膜分离装置，所述纳米膜分离装置包括过滤废有机溶剂的滤膜，所述滤膜包括在有机溶剂中保持稳定不溶解且过滤孔径及切割分子量属于纳米过滤范围内的分离层。

6.根据权利要求5所述的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理系统，其特征在于：所述初步分离装置包括依次管路连接的絮凝搅拌罐、沉降池、闪蒸罐和离心机，所述纳米膜分离装置与离心机管路连接。

7.根据权利要求6所述的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理系统，其特征在于：所述纳米膜分离装置包括进料口、过滤通道、出料口和回料口，所述滤膜设置在所述过滤通道内，所述进料口和出料口分设于所述滤膜的两侧，所述回料口与进料口位于滤膜的同一侧，所述进料口与所述离心机管路连接，所述回料口与进料口管路连接。

8.根据权利要求7所述的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理系统，其特征在于：还包括降膜蒸发器，所述降膜蒸发器与所述出料口管路连接。

9.根据权利要求8所述的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理系统，其特征在于：还包括吸附柱和连接在吸附柱出口的微米级过滤器，所述吸附柱的入口与所述降膜蒸发器的出口管路连接。

10.根据权利要求9所述的基于纳米滤膜的废有机溶剂处理系统，其特征在于：所述吸附柱上还设有进气口和出气口，所述进气口依次与气体加热装置和鼓风机管路连接，所述出气口与旋风分离罐管路连接。

Images