CN104722174A - 一种氮气辅助的回收挥发性有机化合物的方法 - Google Patents

一种氮气辅助的回收挥发性有机化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，包括如下步骤，一级吸附：其中吸附剂为超高交联吸附树脂；一级脱附：第一吸附器（4）内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的挥发性有机化合物组分从吸附剂上被解吸下来得到第一脱附气体；二级吸附：其中吸附剂为活性炭；二级脱附：第二吸附器（5）内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的挥发性有机化合物组分从吸附剂上被解吸下来得到第二脱附气体；回收：第一脱附气体和第二脱附气体汇合后通过冷凝或吸收处理回收VOCs，从第二吸附器（5）中排出的二级吸附处理后的挥发性有机化合物组分通过净化气排放口（11）排出。

Description

一种氮气辅助的回收挥发性有机化合物的方法
技术领域
本发明涉及一种回收挥发性有机化合物的方法，具体涉及一种氮气辅助的回收挥发性有机化合物的二级吸附方法。
背景技术
酮、酯、醇、醚、卤代烷烃等有机溶剂在石油、化工、农药、制药、包装印刷、涂布、装饰材料、地板革等行业被广泛使用，生产过程中由于挥发会直接排出挥发性有机化合物，世界卫生组织定义，挥发性有机化合物（VOCs）是指在常温下，沸点50℃—260℃的各种有机化合物，VOCs按其化学结构，可以进一步分为：烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他等。目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯（TDI）、二异氰甲苯酯、醋酸乙酯、醋酸正丙酯、醋酸丁酯等。挥发性有机化合物(VOCs)的直接排放会造成资源的浪费，此外，挥发性有机化合物（VOCs）浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、或呈酩醉状；重者会出现肝中毒甚至很快昏迷，有的还可能有生命危险。长期居住在挥发性有机化合物污染的室内，可引起慢性中毒，损害肝脏和神经系统等，苯和二甲苯还能损害系统，以至引发白血病。近年来，我国城市雾霾危害日益严重，挥发性有机化合物（VOCs）是PM2.5形成的重要原因，由挥发性有机化合物（VOCs）引发的一系列健康、环境和安全问题，引起了社会的广泛关注，因此高效回收VOCs的工作，具有重大的社会意义。
吸附法是工业有机废气治理的主流技术之一，广泛采用的是水蒸气脱附的变温吸附工艺，即挥发性有机化合物（VOCs）吸附在常温下进行，而脱附采用高温的水蒸气；水蒸气脱附出的VOCs气体经冷凝变为液体，再经静置分层或精馏处理可回收VOCs。水蒸气作为脱附介质有相变热高，脱附完全、易冷凝等优点，但分离时会产生含VOCs的有机废水，需要进一步处理；特别是对于与水互溶或者水中溶解度大的一些酮类、酯类、醚类和醇类物质，必须通过进一步的精馏处理才可回收到纯度较高的VOCs，延长了工艺流程，增加了处理费用。 针对水蒸气脱附的变温吸附工艺所存在的技术问题， ZL201110090661.4公开了使用活性炭作为吸附剂，采用真空脱附、60-80℃的热氮气依次解吸的再生工艺。用热氮气作为脱附介质不产生有机废水，回收与水互溶或者水中溶解度大的一些酮类、酯类、醚类和醇类等物质时，不需进一步的精馏处理等优点，但是活性炭表面含有的金属杂原子使其具有一定的催化性能，吸附化学性质较活泼的酮类、酯类等物质时易发生化学反应；而且，活性炭的孔主要分布在微孔区，微孔强吸附作用力致使脱附效率低、再生不完全，在使用过程中吸附能力表现较明显的下降趋势，从而降低吸附剂使用寿命。吸附树脂是一种人工合成的高分子化合物，表面无金属杂原子和羧基、酚羟基、羰基等基团，因而不具有催化性能，安全性高，而且机械强度好，这些性能都是活性炭和活性炭纤维所不具备的，其中，超高交联吸附树脂对VOCs有很好的吸附能力，ZL2011102877175公开了用于中高浓度VOCs分离与回收的超高交联树脂及其制备方法和应用，由于树脂表面无催化性能，可有效吸附酮类、酯类、卤代烃类化合物，对中高浓度的VOCs的吸附、脱附效率有明显的提高，而吸附低浓度VOCs时脱附效率提高不显著，这主要是因为吸附低浓度VOCs时是吸附剂的微孔在起作用，导致VOCs回收不充分，降低吸附剂使用寿命。
发明内容
针对现有吸附材料中活性炭吸附时产生化学反应，超高交联吸附树脂吸附低浓度VOCs效率不显著的问题，本发明提供了一种氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，采用活性炭和超高交联吸附树脂作为吸附剂，采用二级吸附，先通过超高交联吸附树脂吸附酮类、酯类、卤代烃类化合物，随后使用活性炭吸附不发生化学反应的挥发性有机化合物，并在真空脱附时辅助常温氮气吹扫工艺，可以显著提高吸附VOCs和真空脱附的效率，使吸附剂的工作吸附能力显著增加，并延长了吸附剂的使用寿命。
本发明提供了一种氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，包括如下步骤，
(1)一级吸附：挥发性有机化合物经过进气口进入第一吸附器进行吸附，其中吸附剂为超高交联吸附树脂；
(2)一级脱附：第一吸附器内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的挥发性有机化合物组分从吸附剂上被解吸下来得到第一脱附气体；
(3)二级吸附：从第一吸附器中排出的一级吸附处理后挥发性有机化合物组分进入第二吸附器进行吸附，其中吸附剂为活性炭；
  (4)二级脱附：第二吸附器内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的挥发性有机化合物组分从吸附剂上被解吸下来得到第二脱附气体；
 (5)回收：第一脱附气体和第二脱附气体汇合后通过冷凝或吸收处理回收VOCs，从第二吸附器中排出的二级吸附处理后的挥发性有机化合物组分通过净化气排放口排出；
两个吸附器交替进行，其中一个吸附器进行吸附的同时，另一个吸附器进行脱附再生。
进一步优选，所述步骤(1)的挥发性有机化合物经过预处理单元，包括温度、酸碱度的调节和过滤处理。
进一步优选，所述第一吸附器和第二吸附器装有温度和压力传感器。
进一步优选，所述步骤(2)和(4)的脱附过程，采用真空泵抽真空，并且每间隔一定时间辅助氮气吹扫，抽真空是指抽真空至绝对压力2KPa以下，氮气吹扫是指在抽真空的同时通入氮气，对吸附剂床层进行吹扫，提高解吸效率。
进一步优选，所述的各步骤之间的切换可以通过可编程逻辑控制器PLC程序控制。
使用本方法，可以有效解决活性炭吸附时产生化学反应，超高交联吸附树脂吸附低浓度VOCs效率不显著的问题，可以显著提高吸附VOCs和真空脱附的效率，使吸附剂的工作吸附能力显著增加，并延长了吸附剂的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的一种氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的优选实施例的工艺系统的结构示意图：
其中，1、进气口，2、引风风机，3、预处理单元，4、第一吸附器，5、第二吸附器，6、真空泵，7、预冷器，8、溶剂回收装置，9、集液槽，10、氮气进入端，11、净化气排放口。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明。
如图1所示，本发明的一种氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，包括如下步骤，
(1)一级吸附：挥发性有机化合物经过进气口1通过引风风机2的动力，经过预处理单元3进行预处理后，进入第一吸附器4进行吸附，其中吸附剂为超高交联吸附树脂；
(2)一级脱附：第一吸附器4内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的挥发性有机化合物组分从吸附剂上被解吸下来得到第一脱附气体；
(3)二级吸附：从第一吸附器4中排出的一级吸附处理后的挥发性有机化合物组分进入第二吸附器5进行吸附，其中吸附剂为活性炭；
  (4)二级脱附：第二吸附器5内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的挥发性有机化合物组分从吸附剂上被解吸下来得到第二脱附气体；
 (5)回收：第一脱附气体和第二脱附气体汇合后经过预冷器7和溶剂回收装置8后得到VOCs进入集液槽9，从第二吸附器5中排出的二级吸附处理后的挥发性有机化合物组分通过净化气排放口11排出。
两个吸附器交替进行，其中一个吸附器进行吸附的同时，另一个吸附器进行脱附再生。
所述步骤(1)的挥发性有机化合物经过预处理单元3，进行温度、酸碱度的调节和过滤处理，所述第一吸附器4和第二吸附器5装有温度和压力传感器，用于工艺过程中的预警监测，所述步骤(2)和(4)的脱附过程，采用真空泵抽真空，并且每间隔一定时间辅助氮气吹扫，所述抽真空是指抽真空至绝对压力2KPa以下，氮气吹扫是指在抽真空的同时通入来自氮气进入端10的氮气，对吸附剂床层进行吹扫，提高解吸效率，所述的各步骤之间的切换可以通过可编程逻辑控制器PLC程序控制。
实施例1：
处理挥发性有机化合物（VOCs），其中组分含量为苯1g/m3、甲苯2g/m3、二甲苯1g/m3、苯乙烯2g/m3、三氯乙烯3g/m3、三氯甲烷1g/m3、三氯乙烷2g/m3、二异氰酸酯（TDI）1g/m3、二异氰甲苯酯1g/m3、醋酸乙酯1g/m3、醋酸正丙酯2g/m3、醋酸丁酯1g/m3，主要的参数有：引风机风量80CMH，进气温度常温，压力常压。第一吸附器直径DN＝150mm，吸附剂为超高交联吸附树脂，其装填高度H＝250mm，吸附时间90min，第二吸附器直径DN＝150mm，吸附剂为活性炭，其装填高度H＝250mm，吸附时间90min，真空脱附真空泵抽气时间15min，抽真空同时每隔5min冲入氮气进行吹扫，持续1min。经过二级吸附后的尾气中苯0.07g/m3、甲苯0.015g/m3、二甲苯0.05g/m3、苯乙烯0.08g/m3、三氯乙烯0.01g/m3、三氯甲烷0.01g/m3、三氯乙烷0.01g/m3、二异氰酸酯（TDI）0.01g/m3、二异氰甲苯酯0.02g/m3、醋酸乙酯0.01g/m3、醋酸正丙酯0.02g/m3、醋酸丁酯0.003g/m3，挥发性有机化合物（VOCs）总体回收率达到97.6％。
对比例1：
处理挥发性有机化合物（VOCs），其中组分含量为苯1g/m3、甲苯2g/m3、二甲苯1g/m3、苯乙烯2g/m3、三氯乙烯3g/m3、三氯甲烷1g/m3、三氯乙烷2g/m3、二异氰酸酯（TDI）1g/m3、二异氰甲苯酯1g/m3、醋酸乙酯1g/m3、醋酸正丙酯2g/m3、醋酸丁酯1g/m3，主要的参数有：引风机风量80CMH，进气温度常温，压力常压。吸附器直径DN＝150mm，吸附剂为超高交联吸附树脂，其装填高度H＝250mm，吸附时间90min，真空脱附真空泵抽气时间15min，抽真空同时每隔5min冲入氮气进行吹扫，持续1min。经过吸附后的尾气中苯0.4g/m3、甲苯0.35g/m3、二甲苯0.5g/m3、苯乙烯0.4g/m3、三氯乙烯0.3g/m3、三氯甲烷0.7g/m3、三氯乙烷0.6g/m3、二异氰酸酯（TDI）0.1g/m3、二异氰甲苯酯0.2g/m3、醋酸乙酯0.01g/m3、醋酸正丙酯0.03g/m3、醋酸丁酯0.08g/m3，挥发性有机化合物（VOCs）总体回收率为66.3％。
对比例2：
处理挥发性有机化合物（VOCs），其中组分含量为苯1g/m3、甲苯2g/m3、二甲苯1g/m3、苯乙烯2g/m3、三氯乙烯3g/m3、三氯甲烷1g/m3、三氯乙烷2g/m3、二异氰酸酯（TDI）1g/m3、二异氰甲苯酯1g/m3、醋酸乙酯1g/m3、醋酸正丙酯2g/m3、醋酸丁酯1g/m3，主要的参数有：引风机风量80CMH，进气温度常温，压力常压。吸附器直径DN＝150mm，吸附剂为活性炭，其装填高度H＝250mm，吸附时间90min，真空脱附真空泵抽气时间15min，抽真空同时每隔5min冲入氮气进行吹扫，持续1min。经过吸附后的尾气中苯0.04g/m3、甲苯0.05g/m3、二甲苯0.05g/m3、苯乙烯0.03g/m3、三氯乙烯0.02g/m3、三氯甲烷0.1g/m3、三氯乙烷0.07g/m3、二异氰酸酯（TDI）0.1g/m3、二异氰甲苯酯0.2g/m3、醋酸乙酯0.4g/m3、醋酸正丙酯0.2g/m3、醋酸丁酯0.5g/m3，挥发性有机化合物（VOCs）总体回收率为78.5％。

Claims (5)

1.一种氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，包括如下步骤，
一级吸附：挥发性有机化合物经过进气口（1）进入第一吸附器（4）进行吸附，其中吸附剂为超高交联吸附树脂；
一级脱附：第一吸附器（4）内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的挥发性有机化合物组分从吸附剂上被解吸下来得到第一脱附气体；
二级吸附：从第一吸附器（4）中排出的一级吸附处理后的挥发性有机化合物组分进入第二吸附器（5）进行吸附，其中吸附剂为活性炭；
  二级脱附：第二吸附器（5）内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的挥发性有机化合物组分从吸附剂上被解吸下来得到第二脱附气体；
 回收：第一脱附气体和第二脱附气体汇合后通过冷凝或吸收处理回收VOCs，从第二吸附器（5）中排出的二级吸附处理后的挥发性有机化合物组分通过净化气排放口（11）排出；
两个吸附器交替进行，其中一个吸附器进行吸附的同时，另一个吸附器进行脱附再生。
2.根据权利要求1所述的氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，其特征在于，所述步骤(1)的挥发性有机化合物经过预处理单元（3），进行温度、酸碱度的调节和过滤处理。
3.根据权利要求1所述的氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，其特征在于，所述第一吸附器（4）和第二吸附器（5）装有温度和压力传感器。
4.根据权利要求1所述的氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，其特征在于，所述一级脱附和二级脱附过程，采用真空泵抽真空，并且每间隔一定时间辅助氮气吹扫，所述抽真空是指抽真空至绝对压力2KPa以下，氮气吹扫是指在抽真空的同时通入氮气，对吸附剂床层进行吹扫，提高解吸效率。
5. 根据权利要求1所述的氮气吹扫辅助的回收挥发性有机化合物的方法，其特征在于，所述的各步骤之间的切换可以通过可编程逻辑控制器PLC程序控制。
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C10 Entry into substantive examination
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C56 Change in the name or address of the patentee
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Yuhua District of Hebei city in Shijiazhuang Province Jian Tong Street 050000 No. 6 Zhuolong estate 301

Patentee after: Hebei Tianlong environmental protection Polytron Technologies Inc

Address before: Yuhua District of Hebei city in Shijiazhuang Province Jian Tong Street 050000 No. 6 Zhuolong estate 301

Patentee before: TIANLONG ENVIRONMENTAL PROTECTION EQUIPMENT CO., LTD.

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CP03 Change of name, title or address

Address after: 051430 in the equipment manufacturing base of Shijiazhuang City, Hebei Province (north of equipment Road, west of Fangxi street, south of Zheshang electromechanical Park, east of South to north water diversion water plant)

Patentee after: HEBEI TIANLONG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: Yuhua District of Hebei city in Shijiazhuang Province Jian Tong Street 050000 No. 6 Zhuolong estate 301

Patentee before: HEBEI TIANLONG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.