CN104248906A - 一种高浓度间歇排放有机废气处理工艺 - Google Patents
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Abstract
石油化工生产过程中间歇排放的有机废气限制了一般恶臭气体处理工艺和有机气体处理工艺的使用，造成环境污染。目前有机废气处理方法主要有吸附法、吸收法、催化焚烧法、冷凝回收法、液相催化氧化等。各自适用于不同对象，但均不适用于本发明所述的中高浓度间歇排放有机废气的处理。本发明技术方案为：利用一种酸性吸收液，向其中适时配入可分解出气体氧化剂的氧化剂NaClO或NaClO3溶液作为废气吸收液，吸收后接活性炭吸附反应器，分解出的气体氧化剂、废气中的有机物可在吸附剂上发生氧化反应，生成液相产物而使气体净化，工艺优点在于吸附剂可作为有机物或氧化剂的缓冲容器，以适用于不稳定的废气排放量和浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种高浓度、间歇排放有机废气处理工艺，该方法属于有机废气的治理工艺，具体说是一种低温下对高浓度、间歇排放有机废气稳定氧化的无害化处理工艺。
背景技术
石油化工生产过程中都要排放大量有机废气。这类气体中污染物含量较高，排放量不稳定或者间歇排放，限制了一般恶臭气体处理工艺和有机气体处理工艺的使用。造成环境污染，严重影响员工健康，并形成厂区安全隐患。
有机废气处理方法主要有吸附法、吸收法、催化焚烧法、冷凝回收法、液相催化氧化等。
吸附法，适用于低浓度废气的处理，对于污染物浓度较高的废气，受吸附容量的限制，运行成本高，吸附放热引来安全问题；催化焚烧法，适用于稳定排放的废气源，对于不稳定废气源工艺无法稳定运行；吸收法，油吸收工艺是油气回收常用工艺，但对于间歇排放的废气，在无排放的时间段吸收剂同样在挥发，虽然降低了瞬时排放浓度，但总的排放量并没有降低，甚至有所增加；冷凝回收法仅适用于浓度非常高、排放量较大的且有回收价值的有机气体；液相催化氧化法，对有机组分氧化效率低。为了解决这类废气的处理难题，就要有开发一种安全高效、稳定运行的处理工艺。
由于普通的液相氧化工艺对挥发性有机气体氧化效率较差，气相氧化效果较好，气相氧化剂常见的有Cl2、ClO2、O3等，Cl2、ClO2来源较少，O3生产电耗较高。若控制不好比例或反应效率，Cl2、ClO2、O3本身排放到大气也是一种污染物。
专利CN201110114513.1介绍了一种有机废气的处理方法，采用了两级吸收，一级用于吸收废气体中的水溶性气体，一级用于非水溶性气体处理，当吸收液饱和时，该工艺需要通过蒸馏实现吸收剂与被吸收有机溶剂的分离，使吸收剂再生，成本较高。专利CN200810094445.5公开了一种低浓度湿式洗涤有机气体的净化装置，该发明装置包括洗涤塔、氧化处理单元和触媒吸附单元，氧化处理单元可将水溶性较差的VOCs氧化处理为CO2和H2O，或部分氧化处理为水溶性较高的成分，但该方法仅适用于一般时间总碳氢化合物浓度范围介于0.01～500ppm之间的有机气体，对间歇性排放的，且高浓度有机气体不适用。
发明内容
本发明采用了简单的工艺随时产生气体氧化剂，同时限制过剩的氧化剂排放大气，具体工艺如下：
一种间歇排放有机废气处理工艺，其特征在于有机废气1从氧化吸收塔2底部送入塔内，吸收液3与氧化剂4在氧化吸收塔2塔顶混合形成混合液自上而下喷淋，在混合液下落过程中相互反应，放出气体氧化剂，自下而上的废气与放出的气体氧化剂接触反应被氧化，氧化产物呈液态进入吸收液槽内，产生的过剩气体氧化剂或者有机废气中未被氧化的挥发性有机物随废气进入吸附塔5内，被吸附塔内吸附剂6吸附，吸附后的净化气7从吸附塔顶排出，产生的废液从吸附塔底排出。
当废气1中污染物浓度升高而产生的气体氧化剂量不足时，挥发性有机物过剩，进入吸附塔5内，与吸附剂6上的氧化剂反应，得以净化；当吸附剂上的氧化剂已耗尽，挥发性有机物仍有过剩时，挥发性有机物被吸附，等氧化剂过剩时，过剩的氧化剂将吸附剂上的有机物氧化，氧化产物从吸附塔5底部排出。
本发明处理工艺可以处理含硫化氢、硫醇、硫醚、氨挥发性有机物的废气，所处理的挥发性有机废气1属于浓度不稳定、排放量不稳定的废气，但存在一定规律，比如一小时或一天内排放的污染物总量相对稳定，加入氧化剂4的量是根据前面相对稳定的污染物总量计算而得，使得在同一段时间内的氧化剂恰好能将这段时间的挥发性有机物完全氧化。
本发明所述的氧化剂为氯酸钠或次氯酸钠。氯酸钠NaClO3在酸性条件下发生酸解反应，ClO3 -+2H+=ClO2↑+H2O，次氯酸钠NaClO在液相中与溶解的还原性物质发生氧化还原反应ClO-+3e+4H+→Cl-+2H2O，未反应的ClO-酸性条件下与Cl-发生反应，ClO-+2H++Cl-=Cl2+2H2O，ClO2、Cl2均是具有强氧化性的气体，随废气一起进入吸附氧化反应器进一步氧化挥发性有机气体，选择液相氧化剂可发生高效液相氧化反应，同时释放气相氧化剂，系统保持微正压状态，易于控制。
本发明所述的吸收液为酸性吸收液，选自盐酸、硫酸或其它无还原性物质存在的废酸。
本发明中酸性吸收液循环使用，使用量以保证塔器正常运行为准，使用中通过补加新鲜吸收液调整pH值，使其低于6，使用中也通过补加新鲜吸收液补充损失的液位。
本发明中吸收液与氧化剂形成的混合液pH值小于6，碱性条件下ClO-、ClO3 -均可稳定存在，且氧化性较差，中性条件下虽然可释放出气体氧化剂，但释放速度缓慢，不利于后续的吸附氧化过程，在pH值小于6的条件下，ClO-、ClO3 -可释放出足量气相氧化剂，保证后续吸附氧化过程稳定运行。
废气中的硫化氢、硫醇在液相氧化过程中生成Sx滞留在吸收液中，经沉降分离除去，次氯酸钠、氯酸钠在酸性条件下释放出氯气或二氧化氯，将氨氧化成N2，将挥发性有机物氧化成氯代物，在常温下氯代烃除氯甲烷、氯乙烷外均是液体，甲烷较稳定不易被氧化，而且废气排放标准对甲烷排放并无要求，少量的乙烷大部分被氧化成沸点较高的二氯乙烷，生成少量的氯乙烷溶解可溶解在生成的大量氯代烃中，最终产物呈液态在塔底排放。
为了使废气中的挥发性有机物能够被氧化剂全部氧化，配入的氧化剂的量要保证氧化电荷与有机废气平均还原电荷平衡。在实际的应用中，以废气排放规律和处理后尾气分析结果作为氧化剂添加量的依据。
在酸性条件下，次氯酸钠与H+反应释放出氧化剂，离子方程式：2H++ClO-+2e=H2O+Cl-,2H++Cl-+ClO-=Cl2↑+H2O，即每个NaClO在液相转换中产生2个ev的氧化电荷，而每两个NaClO释放一个气相氧化剂Cl2，Cl2在气相中发生氧化还原反应，方程式为Cl2+2e=2Cl-，整个过程中2个NaClO总共产生4ev氧化电荷；酸性条件下氯酸钠与H+反应释放出氧化剂，离子方程式为ClO3 -+2H++e=ClO2↑+H2O，ClO2+5e=Cl-+2O2-，每个NaClO3共释放6个ev的氧化电荷，而废气中还原性物质浓度不稳定，呈周期性波动，根据操作人员长期监测数据确定。通常情况下，有机废气中主要成分为饱和烃类，每个饱和烃分子还原电荷为2ev，单烯烃还原电荷为4ev，其它类型有机物含量较少，实际应用中可直接监测有机物总还原电荷而不用考虑具体组成，需要配入的氧化剂平均氧化电荷与挥发性有机物平均还原电荷监测值一致，可允许±50%操作空间。废气排放的稳定性影响工艺稳定运行周期，可通过净化尾气的分析结果适时调整氧化剂加入量延长运行周期。
释放出气体氧化剂与废气一起进入吸附塔，吸附塔中填装一种高比表面吸附剂。
本发明所述吸附剂可选择煤质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭、活性炭纤维、分子筛等，可吸附硫化物、有机物、氯气、二氧化氯等。
在酸性吸收液中氨气被吸收，硫化物在吸收液中氧化剂作用下被氧化为Sx，氯酸钠、次氯酸钠在酸性条件下释放出气体氧化剂氯气或二氧化氯，从而实现上述发明的氧化过程。
与普通的吸附工艺不同的是，本发明中的吸附剂起到缓冲存储作用，随时被再生，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明间歇排放有机废气处理工艺流程图。
其中，1-废气，2-氧化吸收塔，3-吸收液，4-氧化剂，5-吸附剂，6-吸附塔，7-净化气，8-氧化产物，9-废吸收液，10-循环泵。
图2～图9为本发明实施例与对比例处理结果图。
其中①-时间，图3、图5中时间单位为min（分钟），图2、图4、图6、图7、图8、图9中时间单位为hr(小时)，②-挥发性有机物去除率（%）。
具体实施方式
本发明有机废气处理工艺的具体工作过程和工作原理如下：
首先有机废气1从氧化吸收塔2底部送入塔内，吸收液3与液相氧化剂4在氧化吸收塔2塔顶混合形成混合液自上而下喷淋，在混合液下落过程中相互反应，放出气体氧化剂，自下而上的废气与放出的气体氧化剂接触反应被氧化，氧化产物呈液态进入吸收液槽内，产生的过剩气体氧化剂随废气进入吸附塔5内，被吸附剂6吸附，吸附后的净化气7从吸附塔顶排出，产生的废液从吸附塔底排出；由于废气1是间歇排放过程，在无废气排放或排放浓度较低时，产生的气体氧化剂将过剩，过剩的氧化剂随废气进入吸附塔5内，被吸附剂6吸附，当废气1中污染物浓度升高而产生的气体氧化剂量不足时，挥发性有机物过剩，进入吸附塔内，与吸附剂上的氧化剂反应，得以净化；当吸附剂上的氧化剂已耗尽，挥发性有机物仍有过剩时，挥发性有机物被吸附，等氧化剂过剩时，过剩的氧化剂将吸附剂上的有机物氧化，氧化产物从塔底排出。
为了使废气中的挥发性有机物能够被氧化剂全部氧化，配入的氧化剂的量要保证氧化电荷与有机废气平均还原电荷平衡。比如酸性水储罐的废气平均排放量为200m3/h，其中的还原性物质浓度不稳定，波动周期一般为24h，根据操作人员长期监测数据，平均还原电荷为30mol ev/h，最大浓度时还原电荷120molev/h。在酸性条件下，次氯酸钠与H+反应释放出氧化剂，离子方程式：2H++Cl-+ClO-=Cl2↑+H2O，即每个NaClO产生2个ev的氧化电荷，因此需要配入的NaClO平均量为15mol/h，即1.1kg/h。操作中规定氧化剂平均加入速度为1.1kg/h。吸附剂对污染物的吸附容量为366kg/m3，吸附剂量为0.1m3，总还原电荷约0.46kmol ev，所需氧化剂量0.23kmol，即17kg，当尾气分析污染物超标时，说明吸附剂上的污染物已达吸附饱和，按最大排放浓度所需配入氧化剂，即4.4kg/h的加入速度调节比例，直至17kg氧化剂全部加入再恢复正常，需时5h。吸附剂对氧化剂吸附容量为100kg/m3，当尾气中氧化剂含量增加时，说明吸附剂上氧化剂已达饱和，总氧化电荷约280mol ev，此时，停止氧化剂加入，24h后恢复正常。
下面将结合实例详述本发明处理工艺的实施过程和效果。
本发明中废气组成测定方法遵照国标，H2S采用GB-T11060.1-1998分析,NH3采用GB-T14679-1993分析，甲硫醇、二甲硫醚、乙硫醇采用GBT14678-1993分析，挥发性有机物采用安捷伦6890N测定，色谱柱为HP-5毛细管柱，长度30m，检测器为FID。
下文中所述的“%w”表示质量浓度。
实施例1：
废气组成为H2S 2000mg/m3，NH3 2000mg/m3，甲硫醇100mg/m3，二甲硫醚50mg/m3，乙硫醇60mg/m3，挥发性有机物6000mg/m3；废气流量0～100m3/h，平均60m3/h；常温常压。
吸收液组成为0.1%wH2SO4，氧化剂为5%w次氯酸钠，其流量为0.036m3/h。
吸附剂为大颗粒煤质活性炭1m3。
处理效果：
净化气组成：H2S 0.8mg/m3，NH3 2.0mg/m3，甲硫醇0.5mg/m3，二甲硫醚0.3mg/m3，乙硫醇0.8mg/m3，挥发性有机物500mg/m3。废气处理能力1752km3/m3，实际效果图见附图2。
对比例1：
废气组成为H2S 2000mg/m3，NH3 2000mg/m3，甲硫醇100mg/m3，二甲硫醚50mg/m3，乙硫醇60mg/m3，挥发性有机物6000mg/m3；废气流量0～100m3/h，平均60m3/h；常温常压。
吸收液组成为0.1%wH2SO4，不添加次氯酸钠氧化剂。
吸附剂为大颗粒煤质活性炭1m3。
处理效果：
吸附剂在1680分之前对有机物的吸附率大于99%，其后迅速下降，因此，活性炭吸附容量就是1680分之前所吸附的有机物总量，计算得废气处理能力为1680/60×100=2800m3/m3。实际效果图见附图3。
对比结果：单纯的活性炭吸附法处理挥发性有机物具有较高的去除率，但因吸附容量有限，在短时间内活性炭达到吸附饱和，需要对活性炭进行再生处理，活性炭再生处理成本高而且存在着火爆炸危险。实施例1与对比例1的区别在于实施例1中每m3活性炭的废气处理能力为1752km3，而对比例1中每m3活性炭的废气处理能力仅2.8km3。
实施例2：
废气组成为H2S 1200mg/m3，NH3 2000mg/m3，甲硫醇 60mg/m3，二甲硫醚50mg/m3，乙硫醇60mg/m3，挥发性有机物3600mg/m3；废气流量0～100m3/h，平均60m3/h；常温常压。
吸收液组成为0.1%wH2SO4，氧化剂为5%w氯酸钠，其流量为0.045m3/h。
吸附剂为大颗粒煤质活性炭1m3。
处理效果：
净化气组成：H2S 0.5mg/m3，NH3 2.0mg/m3，甲硫醇0.4mg/m3二甲硫醚0.3mg/m3乙硫醇0.7mg/m3，挥发性有机物460mg/m3。废气处理能力3353km3/m3，实际效果图见附图4。
对比例2：
废气组成为H2S 1200mg/m3，NH3 2000mg/m3，甲硫醇60mg/m3，二甲硫醚50mg/m3，乙硫醇60mg/m3，挥发性有机物3600mg/m3；废气流量0～100m3/h，平均60m3/h；常温常压。
吸收液组成为0.1%wH2SO4，不添加氯酸钠氧化剂。
吸附剂为大颗粒煤质活性炭1m3。
处理效果：
吸附剂在2830分之前对有机物吸附率大于99%，其后迅速下降，因此，活性炭吸附容量就是2830分之前所吸附的有机物总量，计算得废气处理能力为2830/60×100=4717m3/m3。实际效果图见附图5。
对比结果：实施例2与对比例2是使用氯酸钠或不使用氯酸钠氧化剂的结果对比，单纯的活性炭吸附法处理挥发性有机物具有较高的去除率，但因吸附容量有限，在短时间内活性炭达到吸附饱和，需要对活性炭进行再生处理，活性炭再生处理成本高而且存在着火爆炸危险。实施例2与对比例2的区别在于实施例2中每m3活性炭的废气处理能力为3353km3，而对比例2中每m3活性炭的废气处理能力仅4.7km3。
实施例3：
废气组成为H2S 3000mg/m3，NH3 2000mg/m3，甲硫醇200mg/m3，二甲硫醚100mg/m3，乙硫醇80mg/m3，挥发性有机物6000mg/m3；废气流量0～100m3/h，平均60m3/h；常温常压。
吸收液组成为0.1%wH2SO4，氧化剂为5%w次氯酸钠，其流量为0.04m3/h。
吸附剂为大颗粒煤质活性炭1m3。
处理效果：
净化气组成：H2S 0.8mg/m3，NH3 2.0mg/m3，甲硫醇0.6mg/m3，二甲硫醚0.3mg/m3，乙硫醇0.8mg/m3，挥发性有机物500mg/m3。废气处理能力1528km3/m3，实际效果图见附图6。
对比例3：
废气组成为H2S 3000mg/m3，NH3 2000mg/m3，甲硫醇200mg/m3，二甲硫醚100mg/m3，乙硫醇80mg/m3，挥发性有机物6000mg/m3；废气流量0～100m3/h，平均60m3/h；常温常压。
吸收液组成为0.1%wH2SO4，氧化剂为5%wKMnO4，其流量为0.04m3/h。
吸附剂为大颗粒煤质活性炭1m3。
处理效果：
净化气组成：H2S 0.8mg/m3，NH3 2.0mg/m3，甲硫醇0.9mg/m3，二甲硫醚0.5mg/m3，乙硫醇1.5mg/m3，挥发性有机物500mg/m3。废气处理能力5.0km3/m3。实际效果图见附图7。
对比结果：本发明中使用的次氯酸钠、氯酸钠等氧化剂在酸性条件下能够释放出气体氧化剂，而本实例中所采用的KMnO4氧化剂不能释放出气体氧化剂，因此本实例的工艺属于液相氧化+活性炭吸附工艺，液相氧化+活性炭吸附法处理挥发性有机物处理效果比吸附氧化法稍差，但因吸附容量有限，在短时间内活性炭达到吸附饱和，需要对活性炭进行再生处理，活性炭再生处理成本高而且存在着火爆炸危险。实施例3与对比例3的最大区别在于实施例3中每m3活性炭的废气处理能力为1528km3，而对比例3中每m3活性炭的废气处理能力仅5.0km3。
实施例4：
废气组成为H2S 3000mg/m3，NH3 2000mg/m3，甲硫醇200mg/m3，二甲硫醚100mg/m3，乙硫醇80mg/m3，挥发性有机物6000mg/m3；废气流量0～100m3/h，平均60m3/h；常温常压。
吸收液组成为0.1%wH2SO4，氧化剂为5%w次氯酸钠，其流量为0.04m3/h。
吸附剂为大颗粒煤质活性炭1m3。
处理效果：
净化气组成：H2S 0.8mg/m3，NH3 2.0mg/m3，甲硫醇0.6mg/m3，二甲硫醚0.3mg/m3，乙硫醇0.8mg/m3，挥发性有机物500mg/m3。废气处理能力1528km3/m3，实际效果图见附图8。
对比例4：
废气组成为H2S 3000mg/m3，NH3 2000mg/m3，甲硫醇200mg/m3，二甲硫醚100mg/m3，乙硫醇80mg/m3，挥发性有机物6000mg/m3；废气流量0～100m3/h，平均60m3/h；常温常压。
吸收液组成为H2O，氧化剂为5%w次氯酸钠，其流量为0.04m3/h。
吸附剂为大颗粒煤质活性炭1m3。
处理效果：
净化气组成：H2S 0.8mg/m3，NH3 2.0mg/m3，甲硫醇0.9mg/m3，二甲硫醚0.5mg/m3，乙硫醇1.5mg/m3，挥发性有机物500mg/m3。废气处理能力8.2km3/m3。实际效果图见附图9。
对比结果：酸性条件下次氯酸钠具有较强的氧化能力，并且放出气体氧化剂使吸附氧化过程得以延续，而在中性条件下，次氯酸钠不分解，活性炭床层上吸附的有机物不能被及时氧化脱出，因此在活性炭吸附饱和之后，废气处理效果明显降低，直观的表现为在实施例4中每m3活性炭的废气处理能力为1528km3，而对比例4中每m3活性炭的废气处理能力仅8.0km3。
Claims (6)
1.一种间歇排放有机废气的处理工艺，其特征在于有机废气（1）从氧化吸收塔（2）底部送入塔内，吸收液（3）与氧化剂（4）在氧化吸收塔（2）塔顶混合形成混合液自上而下喷淋，在混合液下落过程中相互反应，放出气体氧化剂，自下而上的废气与放出的气体氧化剂接触反应被氧化，氧化产物呈液态进入吸收液槽内，产生的过剩气体氧化剂或者有机废气中未被氧化的挥发性有机物随废气进入吸附塔（5）内，被吸附剂（6）吸附，吸附后的净化气（7）从吸附塔顶排出，产生的废液从吸附塔底排出。
2.如权利要求1所述的处理工艺，其特征在于所述工艺可用于处理含硫化氢、硫醇、硫醚、氨的挥发性有机物的废气。
3.如权利要求1所述的处理工艺，其特征在于所述的氧化剂为氯酸钠或次氯酸钠。
4.如权利要求1所述的处理工艺，其特征在于所述的吸收液选自盐酸、硫酸。
5.如权利要求1所述的处理工艺，其特征在于所述的吸收液与氧化剂形成的混合液pH值小于6。
6.如权利要求1所述的处理工艺，其特征在于所述吸附剂为煤质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭、活性炭纤维或分子筛。
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