CN104275085B - 环氧乙烷废气回收处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废气处理系统，尤其涉及了一种环氧乙烷废气回收处理系统。其包括通过管路依次连接的气液分离器(1)、喷雾柜(2)、集水箱(3)，集水箱(3)内设有N个依次吸收环氧乙烷的填料净化吸收塔(7)，填料净化吸收塔(7)内部均设有填料层，前N-1个填料净化吸收塔(7)顶端均设有与集水箱连接的管道，第N个填料净化吸收塔(7)的填料层上部设有活性炭固体酸层(8)。本发明先对环氧乙烷进行降温处理，并使其与水汽更多接触，再使其在多级吸收塔内生成具有广泛用途的乙二醇，最后通过活性炭固体酸进行吸附和再次转化，使环氧乙烷的排放量达到最低。
Description
技术领域
本发明涉及一种废气处理系统，尤其涉及了一种环氧乙烷废气回收处理系统。
背景技术
目前市场中产生EO废气的主要来源是生产制造一次性医疗器械以及一次性卫生用品的企业，产品如：一次性针头，医用纱布，创可贴，卫生巾等等。自市场采用EO灭菌技术以来，产废企业处理EO废气的方法一般为水溶法或高温催化燃烧法。
水溶法是将大量的EO废气直通入自来水中，但是此法存在以下缺点：(1)由于EO溶解需要一定的时间、温度等条件，每立方米的自来水对于吸收EO的量及吸收效果都很有限，无法达到EO排放标准；(2)水吸收的EO溶液容易再次挥发；需要大量的自来水来溶解EO，浪费水资源；(3)废水无利用价值，需要环保部门处理，企业将产生额外经济负担。
高温催化燃烧法是将环氧乙烷在高温以及催化剂的作用下燃烧，此法存在以下缺点：(1)环氧乙烷为活性气体，燃烧易发生爆炸，安全性能低；(2)燃烧后会产生大量二氧化碳，污染环境；(3)需要大量的空气进行预稀释，浪费资源并且操作复杂。
发明内容
本发明针对现有技术中对于环氧乙烷采用水溶法或者高温催化燃烧法具存在一定缺陷，提供了一种环氧乙烷废气回收处理系统。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
环氧乙烷废气回收处理系统，包括通过管路依次连接的气液分离器、喷雾柜、集水箱，集水箱分别连接有给集水箱加酸的加酸罐、控制集水箱内温度的冷冻机组和收集乙二醇的存储罐，集水箱内设有N个依次吸收环氧乙烷的填料净化吸收塔，填料净化吸收塔内部均设有填料层，前N-1个填料净化吸收塔顶端均设有与集水箱连接的管道，第N个填料净化吸收塔的填料层上部设有活性炭固体酸层，填料净化吸收塔的高度为3-6m。
环氧乙烷废气通过气液分离器将液体回收，气体经喷雾柜进入集水箱，喷雾柜对环氧乙烷气体进行喷雾处理，使集水箱内的水雾化成水汽，水被雾化后可以接触到更多的环氧乙烷气体，从而使集水箱内水与环氧乙烷气体混合更加充分。另外，喷雾柜还可以对环氧乙烷进行降温；通过加酸罐给集水箱加酸，使集水箱内为混有酸的水溶液。因为进入集水箱内的环氧乙烷废气为高温气体，且与水进行化学反应时为放热反应，会释放出大量热量，所以会使集水箱内温度升高，所以需要通过冷冻机组对集水箱内水温进行冷却，使集水箱内保持所需恒温状态。在风机的作用下，环氧乙烷迅速充满进气段的空间，再通过均布网上升到填料层段，填料净化吸收塔通过泵将集水箱内混有酸的水溶液抽到塔顶端，在酸催化以及所需温度条件下，水溶液与环氧乙烷气体在填料层段进行吸收反应，生产乙二醇，在第一个填料净化吸收塔内吸收后剩余的环氧乙烷气体再次进入下一个填料净化吸收塔内进行同样的吸收反应，最后在最后一个填料净化吸收塔内内吸收反应后进入活性炭固体酸层，活性炭固体酸层对剩余的环氧乙烷进行再次转换、吸收，使最后排入大气的环氧乙烷量接近零排放。
当集水箱内乙二醇浓度达到一定时，连通存储乙二醇的存储罐，将乙二醇排出存储。乙二醇俗名甘醇，用途广泛，可用来合成“涤纶”等高分子化合物，还可用作薄膜、橡胶、增塑剂、干燥剂、刹车油等原料，又是常用的高沸点溶剂，其60％的水溶液的凝固点为-40℃，所以可用作冬季汽车散热器的防冻剂和飞机发动机的致冷剂。也可用于玻璃纸、纤维、皮革、粘合剂的湿润剂。
其中，活性炭固体酸层8内活性炭固体酸的制备方法为：
先取体积为0.2-0.8m3的煤基活性炭，研磨过筛，得到30-40目活性炭0.02-0.05m3，然后放入洗涤器中，用20-30L蒸馏水反复洗涤6-8次；再将洗涤后的煤机活性炭在电热恒温鼓风干燥箱中以100℃-200℃烘干备用，烘干时间4-6小时；将预处理后的体积为0.02-0.05m3，目数为30-40目的活性炭放入耐酸恒温水浴锅中，使用电动搅拌机边搅拌边用加酸箱匀速加入70％-90％的浓硫酸20-40kg，然后静置吸附16小时，得到活性炭固体酸；将吸附好的活性炭固体酸用电热恒温鼓风干燥箱以100℃-150℃烘6小时；然后冷却3-5小时，再置于温度为80-100℃，体积为20-40L无水乙醇中洗涤；最后在电热恒温鼓风干燥箱中以100℃-150℃烘干，再放入耐酸容器中备用。
活性炭表面含有大量的磺酸基团，可以简单理解为具有吸附作用的固体硫酸。其有两个作用，既保持了活性炭的吸附性能，又具有酸催化剂的作用，是一种强大的酸催化剂，可以替代液体硫酸。
活性炭固体酸可采用的活性炭原料种类包括煤基活性炭、木质活性炭、椰壳活性炭、活性炭纤维等，酸值可控制在0.1mmol/g-1.5mmol/g范围内。制备成的固体酸相比活性炭而已，灰分减少，孔容变大。相比活性炭而言，其吸附气体的能力，对中性气体没有太大改变，对碱性气体的吸附能力增强2-10倍。环氧丙烷是中性气体，或者相对中性的水来说，略偏碱性，此外环氧丙烷为非极性气体，非常适宜于活性炭吸附，而固体酸对此类气体的吸附能力与活性炭相比基本保持不变，当然如果有少量水蒸气存在的话，固体酸对环氧丙烷吸收能力远大于活性炭，因为活性炭会饱和，而固体酸可以使环氧丙烷不断转化。活性炭固体酸吸处理100ppm环氧丙烷气体在95％以上。
作为优选，气液分离器上设有进气口、出气口和出液口，进气口处连接真空泵，出气口与集水箱连接，出液口处连接循环泵，循环泵与真空泵连接。废气在真空泵和风机的带动下，从风管进入到气液分离器，在气液分离器中实现气体与液体的分离，气体通过气液分离器上面的气管进入到集水箱中，水在循环泵的带动下回到真空泵，供真空泵循环使用，可以对水进行循环利用，很好的节约了水资源。
作为优选，填料净化吸收塔内自上而下依次设有第一液体均布器、第二液体均布器和气体均布器，第一液体均布器和气体均布器均为设有蜂窝孔的圆形平板结构，第二液体均布器为自上而下直径逐渐减小的空心圆台结构，空心圆台的下表面设有蜂窝孔。在填料净化吸收塔设置液体均布器和气体均布器，可使环氧乙烷气体和水溶液接触更加充分，其中第二液体均布器的结构可使留下来的水溶液尽可能的处于填料净化吸收塔的中部，避免液体沿侧壁流下，使环氧乙烷气体和水溶液接触更加充分。
作为优选，填料净化吸收塔底部与集水箱通过弧形段连接，弧形段内填料净化吸收塔的直径自上而下逐渐增大。采用该弧形设计可以减少环氧乙烷进入填料净化吸收塔内的阻力，从而减少风机的风量损耗。
作为优选，加酸罐内的酸溶液为浓度为8％-16％稀硫酸；集水箱内的水溶液的温度为20℃-50℃。酸催化剂的种类、浓度以及集水箱内水溶液的温度范围为环氧乙烷与水发生反应并且吸收效果最好的反应条件，可以最大程度的对环氧乙烷进行吸收、反应。
作为优选，填料净化吸收塔的内填料层为泰勒环填料。
作为优选，第N个填料净化吸收塔的填料层与固体酸之间设有鲍尔环填料。鲍尔环填料可以起到防止风机的风把大颗粒水汽吹到活性炭固体酸层。
作为优选，集水箱内依次连接的填料净化吸收塔的数量N的取值范围为：3≤N≤8。对环氧乙烷进行多次吸收，填料净化吸收塔的数量N即为对环氧乙烷吸收的次数，该次数范围在节约设备成本的基础上，可以对环氧乙烷废气达到大于99.99％的去除率。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明根据环氧乙烷的特性，先通过喷雾柜进行预处理，使集水箱内的水雾化为水汽，从而保证水汽与环氧乙烷气体更多接触，对环氧乙烷在多级吸收塔内进行多次水合反应，使之生成具有广泛用途的乙二醇，最后通过活性炭固体酸进行吸附和再次转化，从而能使环氧乙烷的排放量达到最低。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1的系统流程图；
图3是本发明实施例1的工作流程图；
图4是图1中填料净化吸收塔的结构示意图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—气液分离器、2—喷雾柜、3—集水箱、4—加酸罐、5—冷冻机组、6—存储罐、7—填料净化吸收塔、8—活性炭固体酸层、9—弧形段、10—鲍尔环填料、71—第一液体均布器、72—第二液体均布器、73—气体均布器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
环氧乙烷废气回收处理系统，如图1、图2、图3以及图4所示，包括通过管路依次连接的气液分离器1、喷雾柜2、集水箱3，集水箱3分别连接有给集水箱3加酸的加酸罐4、控制集水箱3内温度的冷冻机组5和收集集水箱3内乙二醇的存储罐6，其中加酸罐4内的酸为浓度为12％的稀硫酸；集水箱3内水溶液的温度为30℃，集水箱3内设有4个依次吸收环氧乙烷的填料净化吸收塔7，填料净化吸收塔7内部均设有填料层，前3个填料净化吸收塔7顶端均设有与集水箱连接的管道，第4个填料净化吸收塔7的填料层上部设有活性炭固体酸层8，填料层与活性炭固体酸层8之间设有鲍尔环填料10，填料层为泰勒环填料，鲍尔环填料可以起到防止风机的风把大颗粒水汽吹到活性炭固体酸层，填料净化吸收塔7的高度为4.5m。
其中活性炭固体酸的制备方法为：先取体积为0.5m3的煤基活性炭，研磨过筛，得到30目活性炭0.035m3，然后放入洗涤器中，用25L蒸馏水反复洗涤7次；再将洗涤后的煤机活性炭在电热恒温鼓风干燥箱中以140℃烘干备用，烘干时间5小时；将预处理后的体积为0.035m3，目数为30目的活性炭放入耐酸恒温水浴锅中，使用电动搅拌机边搅拌边用加酸箱匀速加入85％的浓硫酸35kg，然后静置吸附16小时，得到活性炭固体酸；将吸附好的活性炭固体酸用电热恒温鼓风干燥箱以120℃烘6小时；然后冷却4小时，然后置于温度为90℃，体积为30L无水乙醇中洗涤；最后在电热恒温鼓风干燥箱中以120℃烘干，再放入耐酸容器中备用。
气液分离器1上设有进气口、出气口和出液口，进气口处连接真空泵，出气口与集水箱3连接，出液口处连接循环泵，循环泵与真空泵连接。
填料净化吸收塔7内自上而下依次设有第一液体均布器71、第二液体均布器72和气体均布器73，第一液体均布器71和气体均布器73均为设有蜂窝孔的圆形平板结构，第二液体均布器72为自上而下直径逐渐减小的空心圆台结构，空心圆台的下表面设有蜂窝孔。在填料净化吸收塔7内设置液体均布器和气体均布器，可是环氧乙烷气体和水溶液接触更加充分，其中第二液体均布器72的结构可使留下来的水溶液尽可能的处于填料净化吸收塔7的中部，避免液体沿侧壁流下，使环氧乙烷气体和水溶液接触更加充分。
填料净化吸收塔7底部与集水箱3通过弧形段9连接，弧形段9内填料净化吸收塔7的直径自上而下逐渐增大。采用该弧形设计可以减少环氧乙烷进入填料净化吸收塔7内的阻力，从而减少风机的风量损耗。
处理时，进入废气处理设备的环氧乙烷气体为饱和气体，因为饱和气体在降温或者加压过程中，一部分可凝气体组分会形成小液滴随气体一起流动。气液分离器1作用就是处理含有少量凝液的气体，实现凝液回收或者气相净化。气液分离器1的结构一般就是一个压力容器，内部有相关进气构件、液滴捕集构件，一般气体由上部出口，液相由下部收集，即出气口位于气液分离器的上部，出液口位于气液分离器的下部。通过真空泵废气在真空泵和风机的带动下，从风管进入到气液分离器1，在气液分离器1中实现气体与液体的分离，气体通过气液分离器上面的气管进入到集水箱中，水在循环泵的带动下回到真空泵，供真空泵循环使用，可以对水进行循环利用，很好的节约了水资源。
高温环氧乙烷气体通过真空泵气液分离器1后进入喷雾柜2，通过喷雾柜2对环氧乙烷气体进行喷雾处理，喷雾柜2将集水箱3内的水溶液雾化成水汽，使雾化后的水汽与环氧乙烷更多的接触，使得气体和汽液充分地混合，同时还能起到对进入喷雾柜2内的环氧乙烷降温的效果，即在喷雾柜2处对环氧乙烷与水溶液发生反应进行预处理。
因为填料净化吸收塔7内的气体均布器73设置在填料净化吸收塔7的底端入口处，所以经喷雾柜2后进入集水箱3内的环氧乙烷气体经气体均布器73进入第一级填料净化吸收塔，在风机的动力作用下，迅速充满进气段的空间，然后通过上升到填料层吸收段，同时填料净化吸收塔7通过泵将集水箱3内混有酸的水溶液抽到塔顶端，水溶液从塔顶经第一液体均布器71和第二液体均布器72往下走，在填料层使得气体和液体得到充分接触反应，从而最大限度地去除废气中的环氧乙烷废气，第一级填料净化吸收塔吸收率能够达到80％。剩余残气在风机的带动下，继续进入第二级填料净化塔，进行同样的反应，此时吸收率达到90％，然后再次进入第三级填料净化塔和第四级填料净化塔，达到99.99％的净化率。最后经过处理的残气由活性炭固体酸层进行最后一次净化吸收，再由排气管经高速防腐蚀风机排入大气，排放至大气中的残气可达到2.5PPM的高标准。
实施例2
同实施例1，所不同的加酸罐4内的酸为浓度为8％的稀硫酸；集水箱3内水溶液的温度为20℃。集水箱3内设有3个依次吸收环氧乙烷的填料净化吸收塔7，填料净化吸收塔7的高度为3m。
活性炭固体酸层8内活性炭固体酸的制备方法为：
先取体积为0.2m3的椰壳活性炭，研磨过筛，得到40目活性炭0.02m3，然后放入洗涤器中，用20L蒸馏水反复洗涤6次；再将洗涤后的椰壳活性炭在电热恒温鼓风干燥箱中以100℃烘干备用，烘干时间6小时；将预处理后的体积为0.02m3，目数为40目的活性炭放入耐酸恒温水浴锅中，使用电动搅拌机边搅拌边用加酸箱匀速加入70％的浓硫酸40kg，然后静置吸附16小时，得到活性炭固体酸；将吸附好的活性炭固体酸用电热恒温鼓风干燥箱以100℃烘6小时；将烘干的活性炭固体酸冷却3小时，然后置于温度为100℃，体积为20L无水乙醇中洗涤；最后在电热恒温鼓风干燥箱中以100℃烘干，再放入耐酸容器中备用。
实施例3
同实施例1，所不同的加酸罐4内的酸为浓度为16％的稀硫酸；集水箱3内水溶液的温度为50℃。集水箱3内设有8个依次吸收环氧乙烷的填料净化吸收塔7，填料净化吸收塔7的高度为6m。
活性炭固体酸层8内活性炭固体酸的制备方法为：
先取体积为0.8m3的木质活性炭，研磨过筛，得到30目活性炭0.05m3，然后放入洗涤器中，用30L蒸馏水反复洗涤8次；再将洗涤后的木质活性炭在电热恒温鼓风干燥箱中以200℃烘干备用，烘干时间4小时；将预处理后的体积为0.05m3，目数为30目的活性炭放入耐酸恒温水浴锅中，使用电动搅拌机边搅拌边用加酸箱匀速加入90％的浓硫酸20kg，然后静置吸附16小时，得到活性炭固体酸；将吸附好的活性炭固体酸用电热恒温鼓风干燥箱以150℃烘6小时；然后冷却4小时后置于温度为80℃，体积为40L的无水乙醇中洗涤；最后在电热恒温鼓风干燥箱中以150℃烘干，再放入耐酸容器中备用。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (8)
1.环氧乙烷废气回收处理系统，其特征在于：包括通过管路依次连接的气液分离器(1)、喷雾柜(2)、集水箱(3)，集水箱(3)分别连接有给集水箱(3)加酸的加酸罐(4)、控制集水箱(3)内温度的冷冻机组(5)和收集集水箱(3)内乙二醇的存储罐(6)，集水箱(3)内设有N个依次吸收环氧乙烷的填料净化吸收塔(7)，填料净化吸收塔(7)内部均设有填料层，前N-1个填料净化吸收塔(7)顶端均设有与集水箱连接的管道，第N个填料净化吸收塔(7)的填料层上部设有活性炭固体酸层(8)。
2.根据权利要求1所述的环氧乙烷废气回收处理系统，其特征在于，活性炭固体酸层(8)内活性炭固体酸的制备方法为：
A、取体积为0.2-0.8m3的活性炭，研磨过筛，得到30-40目0.02-0.05m3的活性炭；
B、将步骤A中得到的体积为0.02-0.05m3，目数为30-40目的活性炭放入洗涤器中，用20-30L蒸馏水反复洗涤6-8次；
C、将步骤B中洗涤后的活性炭在电热恒温鼓风干燥箱中以100℃-200℃烘干备用，烘干时间4-6小时；
D、将步骤C处理后的体积为0.02-0.05m3，目数为30-40目的活性炭放入耐酸恒温水浴锅中，使用电动搅拌机边搅拌边用加酸箱匀速加入70％-90％的浓硫酸20-40kg，然后静置吸附16小时，得到活性炭固体酸；
E、将步骤D中的活性炭固体酸用电热恒温鼓风干燥箱以100℃-150℃烘6小时；
F、将步骤E中烘干的活性炭固体酸冷却3-5小时，然后置于温度为80-100℃，体积为20-40L无水乙醇中洗涤；
G、最后在电热恒温鼓风干燥箱中以100℃-150℃烘干，再放入耐酸容器中备用。
3.根据权利要求1所述的环氧乙烷废气回收处理系统，其特征在于：气液分离器(1)上设有进气口、出气口和出液口，进气口处连接真空泵，出气口与集水箱连接，出液口处连接循环泵，循环泵与真空泵连接。
4.根据权利要求1所述的环氧乙烷废气回收处理系统，其特征在于：填料净化吸收塔(7)内自上而下依次设有第一液体均布器(71)、第二液体均布器(72)和气体均布器(73)，第一液体均布器(71)和气体均布器(73)均为设有蜂窝孔的圆形平板结构，第二液体均布器(72)为自上而下直径逐渐减小的空心圆台结构，空心圆台的下表面设有蜂窝孔。
5.根据权利要求1所述的环氧乙烷废气回收处理系统，其特征在于：填料净化吸收塔(7)底部与集水箱(3)通过弧形段(9)连接，弧形段(9)内填料净化吸收塔(7)的直径自上而下逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的环氧乙烷废气回收处理系统，其特征在于：加酸罐(4)内的酸为浓度为8％-16％的稀硫酸；集水箱(3)内水溶液的温度为20℃-50℃。
7.根据权利要求1所述的环氧乙烷废气回收处理系统，其特征在于：第N个填料净化吸收塔(7)的填料层与活性炭固体酸层(8)之间设有鲍尔环填料(10)，填料层为泰勒环填料。
8.根据权利要求1所述的环氧乙烷废气回收处理系统，其特征在于：集水箱(3)内依次连接的填料净化吸收塔(7)的数量N的取值范围为：3≤N≤8。
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