CN104941383A - 一种一氯甲烷尾气深度回收的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一氯甲烷尾气深度回收的方法及装置，它采用膨胀机制冷的深冷分离技术，将一氯甲烷尾气经预冷、气液分离得富一氯甲烷液体和含烃类气体，富一氯甲烷液体为尾气的预冷提供冷量，含烃类气体再经深冷后进行第二次气液分离，得到含烃类液体和含氮气体，含氮气体经膨胀机膨胀后与含烃类液体和依次为尾气的深冷和预冷提供冷量，烃类、一氯甲烷及排放气分别排放或收集。本发明回收后的一氯甲烷等物质可作为原料重新返回生产装置使用，膨胀后的含氮气体作为最终排放尾气，其中一氯甲烷含量控制在60mg/m3以下，满足环保要求，整个深冷分离系统不需要输入额外的动力和冷剂，因此该工艺具有能耗低、运行费用省、回收率高的特点。

Description

一种一氯甲烷尾气深度回收的方法及装置
技术领域
本发明属于一氯甲烷回收技术领域，具体涉及一种一氯甲烷尾气深度回收的方法及装置，特别是有机硅生产尾气中一氯甲烷尾气深度回收的方法及装置。
背景技术
有机硅产品目前广泛地应用在化工、金属加工、涂料生产、建筑、运输、制药、化妆品等工业领域中，对于国民经济的发展起着极其重要的影响。从上世纪末八九十年代开始，我国国内对于有机硅产品需求量呈现出较为快速的增长趋势，年需求量平均增长率高达35%以上，因此作为有机硅单体甲基氯硅烷的生产也迅猛发展。其中一氯甲烷作为甲基氯硅烷重要的合成原料，成本占40％左右。与此同时，目前生产工艺中的排放尾气中含有大量一氯甲烷，难以达到环保排放标准。目前甲基氯硅烷生产工艺中产生的尾气具体成分如下表：
因此通过合理的工艺回收有机硅工业尾气中的一氯甲烷，可以有效地降低物料损耗，提高生产经济性，同时保证排放气达标减少环境污染。
目前脱除一氯甲烷尾气的主要方法有吸附法、冷凝法、吸收法等。
1) 吸附法
吸附法是利用吸附剂与废气中各组分分子间作用力的差异进行分离，一般采用活性炭等吸附剂对有机废气进行吸附分离。该方法具有设备简单、能耗低的特点，但主要适用于高通量、低浓度有机废气，对于有机硅生产中的高浓度一氯甲烷尾气去除率较低，排放尾气无法达标，而且需要频繁再生吸附剂，提高运行成本。
2) 吸收法
吸收法先是将混合气体与适当的液体相接处，气体中某个或某些拟回收组分便会溶于该液体内从而形成溶液，而其它组分则被存留在气相中，最后通过把气液两相分开来达到回收目的的一种处理方法。比如公开号CN1446782A、CN1629111A、CN1629112A的专利公开了回收草甘膦酸等农药生产过程中产生的一氯甲烷的工艺，利用溶剂吸收杂质或者将部分杂质如甲醇、甲缩醛加入含有氯化氢的流体中使其转化为氯甲烷，得到高纯度的一氯甲烷。该工艺将一氯甲烷的流体通过有机溶剂, 采用吸收的方法使一氯甲烷转入溶剂中，必然会用到大量的溶剂，造成二次环境污染。
3) 冷凝法
冷凝法是利用混合气体中各组分在不同温度、不同压力下的气液平衡差异进行分离，一般采取降低温度或提升压力的方法。目前常用的直冷方法可以得到较高纯度的回收产物，但是达到较高的回收率所要求的冷剂温度低品位高，由于有机硅生产废气中的一氯甲烷含量较高，将其绝大部分进行回收使得排放气达到环保排放标准，则需要采用大量的高品位冷剂比如液氮等，这大大增加了运行成本。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种一氯甲烷尾气深度回收的方法及装置，该方法能克服之前方法的缺点同时具有能耗低、回收率高、运行费用省的优势，彻底解决有机硅等高浓度一氯甲烷尾气对环境的影响，同时也适用于草甘膦等产生大量一氯甲烷的化工工艺。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于采用膨胀机制冷的深冷分离技术，将一氯甲烷尾气经预冷后进行气液分离，得到富一氯甲烷液体和含烃类气体，富一氯甲烷液体为尾气的预冷提供冷量，含烃类气体再经深冷后进行第二次气液分离，得到含烃类液体和含氮气体，含氮气体经膨胀机膨胀至接近常压，含烃类液体和膨胀后的含氮气体依次为尾气的预冷和深冷提供冷量，使其达到足够低的温度，从而废气中的烃类、一氯甲烷及排放气得到分别排放或收集。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）带压力的一氯甲烷尾气进入第一换热器吸收冷量后降温变成气液混合物，气液混合物进入第一分离罐进行气液分离，得到富一氯甲烷液体和含烃类气体；
2）步骤1）中的富一氯甲烷液体返回第一换热器中，作为冷源使用，回收冷量后的一氯甲烷进行收集再利用，其纯度达到75%以上，回收冷量后可作为原料返回装置；
步骤1）中的含烃类气体进入第二换热器吸收冷量后降温变成气液混合物，气液混合物进入第二分离罐进行气液分离，得到含烃类液体和含氮气体；
3）步骤2）中的含烃类液体依次返回第二换热器、第一换热器作为冷源，再从第一换热器出来后作为原料或者燃料进行回收或再利用，如果低温下粘度较大或者量较小可以直接作为燃料利用；
4）步骤2）中的含氮气体送入膨胀机中膨胀制冷，再依次返回第二换热器、第一换热器作为冷源，回收冷量后作为合格排放气进行排放，完成一氯甲烷尾气的深度处理及回收。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于第一分离罐和第一换热器之间的一氯甲烷液体流经的管道上设置用于降压的节流阀。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于一氯甲烷液体通过节流阀后其压力降到1-3 bar。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于步骤1）中的带压力的一氯甲烷尾气为有机硅生气尾气，其压力为8-10 bar，若该尾气压力较低，可利用压缩机调整到8bar以上，其温度为常温。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于第一换热器、第二换热器为多股流换热器。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于步骤1）中一氯甲烷尾气经过第一换热器吸收冷量后温度降为-30-100 ℃，步骤2）中含烃类气体经过第二换热器吸收冷量后温度降为-80-150 ℃。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于第二分离罐后设置膨胀机用于膨胀含氮气体。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于步骤4）中的含氮类气体经膨胀机膨胀后压力降为1-3 bar。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于步骤4）中的排放气中的一氯甲烷含量＜60mg/m3以下。
所述的一种一氯甲烷尾气深度回收装置，包括第一换热器、第一分离罐、第二换热器、第二分离罐、节流阀和膨胀机，每个换热器设有多个进口和出口，每个分离罐顶部设置气体出口，底部设置液体出口，其特征在于第一换热器的出口连接第一分离罐，第一分离罐的气体出口连接第二换热器的进口，第一分离罐的液体出口依次连接节流阀和第一换热器的进口，第二换热器的出口连接第二分离罐，第二分离罐的气体出口连接膨胀机的进口，膨胀机的出口依次连接第二换热器、第一换热器的进口；第二分离罐的液体出口依次连接第二换热器、第一换热器的进口。
本发明的高浓度一氯甲烷尾气主要来自于有机硅生产装置，同时也适用于草甘膦等产生大量一氯甲烷的化工工艺。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明通过双重换热和分离，将一氯甲烷尾气中的各沸点不同的组份进行分类，再回收或排放，它利用气体在膨胀机内绝热膨胀对外做功，因而可以为系统提供足够的冷量，使其达到足够低的温度，整个深冷分离系统不需要输入额外的动力和冷剂，其成本低、经济效益提高；
2）本发明回收后的一氯甲烷等物质可作为原料重新返回生产装置使用，膨胀后的气体作为最终排放尾气，其中一氯甲烷含量控制在60mg/m3以下，满足环保要求，该工艺具有能耗低、运行费用省、回收率高的特点，适于推广应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-第一换热器，2-第一分离罐，3-第二换热器，4-第二分离罐，5-膨胀机，6-节流阀。
具体实施方式
以下结合说明书附图及实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
如图1所示，本发明一氯甲烷尾气深度回收装置，用于有机硅生产中产生的一氯甲烷尾气处理，也适用于草甘膦等产生大量一氯甲烷的化工工艺。该装置包括第一换热器1、第一分离罐2、第二换热器3、第二分离罐4、膨胀机5和节流阀6，每个换热器设有多个进口和出口，每个分离罐顶部设置气体出口，底部设置液体出口，第一换热器1的出口连接第一分离罐2，第一分离罐2的气体出口连接第二换热器3的进口，第一分离罐2的液体出口依次连接节流阀6和第一换热器1的进口，第二换热器3的出口连接第二分离罐4，第二分离罐4的气体出口连接膨胀机5的进口，膨胀机5的出口依次连接第二换热器3、第一换热器1的进口；第二分离罐4的液体出口依次连接第二换热器3、第一换热器1的进口。
实施例1
将1000Nm3/h有机硅生产的一氯甲烷尾气进入本发明的一氯甲烷尾气深度回收装置，其压力为8bar，温度为6℃，其组成如下:
该尾气进入第一换热器1换热后其温度降到-35℃得到气液混合物，气液混合物进入第一分离罐2进行气液分离，液体为富一氯甲烷液体，经过管道在节流阀6降压后进入第一换热器1作为冷源，换热后从第一换热器1流出，或收集或回收利用，其含烃类气体进入第二换热器3继续降温到-80℃得到气液混合物，再经过第二分离罐4气液分离，得到含烃类液体和含氮气体，含烃类气体直接依次回到第二换热器3和第一换热器1作为冷源，最后烃类从第一换热器1的出口流出，或燃烧或利用，含氮类气体相经过膨胀机5膨胀到1bar压力后依次回到第二换热器3和第一换热器1后，氮气等直接放空，其最终排放气中一氯甲烷含量为55mg/m3，同时装置可回收一氯甲烷及轻烃类552kg/h，其中一氯甲烷回收率达到99.9%以上。
本发明实施例中的一氯甲烷尾气、最终排放气等组分分析采用气相色谱进行分析。
本实施例的方法同样适用于草甘膦等产生大量一氯甲烷的回收处理。
实施例2
将2000Nm3/h有机硅尾气进入废气回收系统，其压力为9bar，温度为10℃，其组成如下:
 组成 N2 CO2 CH4 其他烃类 CH3Cl
含量/V% 49 2 29 2 18
其具体过程同实施例1：尾气进入第一换热器1后降温到-45℃，气液分离后进入第二换热器3继续降温到-90℃，经过气液分离后气相经过膨胀机5膨胀到1.5bar压力后依次回到第二换热器3和第一换热器1，其最终排放气中一氯甲烷含量为51mg/m3，同时装置可回收一氯甲烷及轻烃类1042kg/h，其中一氯甲烷回收率达到99.9%以上。
实施例3
将2500Nm3/h有机硅尾气进入废气回收系统，其压力为10bar，温度为0℃，其组成如下:
 组成 N2 CO2 CH4 其他烃类 CH3Cl
含量/V% 46 1 34 3 16
其具体过程同实施例1：尾气进入第一换热器1后降温到-50℃，气液分离后进入第二换热器3继续降温到-95℃，经过气液分离后气相经过膨胀机膨胀到2bar压力后依次回到第二换热器3和第一换热器1后，其最终排放气中一氯甲烷含量为45mg/m3，同时装置可回收一氯甲烷及轻烃类1220kg/h，其中一氯甲烷回收率达到99.9%以上。

Claims (10)

1.一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于采用膨胀机制冷的深冷分离技术，将一氯甲烷尾气经预冷后进行气液分离，得到富一氯甲烷液体和含烃类气体，富一氯甲烷液体为尾气的预冷提供冷量，含烃类气体再经深冷后进行第二次气液分离，得到含烃类液体和含氮气体，含氮气体经膨胀机膨胀至接近常压，含烃类液体和膨胀后的含氮气体依次为尾气的预冷和深冷提供冷量，使其达到足够低的温度，从而废气中的烃类、一氯甲烷及排放气得到分别排放或收集。
2.根据权利要求1所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）带压力的一氯甲烷尾气进入第一换热器（1）吸收冷量后降温变成气液混合物，气液混合物进入第一分离罐（2）进行气液分离，得到富一氯甲烷液体和含烃类气体；
2）步骤1）中的富一氯甲烷液体返回第一换热器（1）中，作为冷源使用，回收冷量后的一氯甲烷进行收集再利用；
步骤1）中的含烃类气体进入第二换热器（3）吸收冷量后降温变成气液混合物，气液混合物进入第二分离罐（4）进行气液分离，得到含烃类液体和含氮气体；
3）步骤2）中的含烃类液体依次返回第二换热器（3）、第一换热器（1）作为冷源，再从第一换热器（1）出来后作为原料或者燃料进行回收或再利用；
4）步骤2）中的含氮气体送入膨胀机（5）中膨胀制冷，再依次返回第二换热器（3）、第一换热器（1）作为冷源，回收冷量后作为合格排放气进行排放，完成一氯甲烷尾气的深度处理及回收。
3.根据权利要求2所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于第一分离罐（2）和第一换热器（1）之间的一氯甲烷液体流经的管道上设置用于降压的节流阀（6）。
4.根据权利要求3所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于一氯甲烷液体通过节流阀（6）后其压力降到1-3 bar。
5.根据权利要求2所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于步骤1）中的带压力的一氯甲烷尾气为有机硅生气尾气，其压力为8-10 bar，温度为常温。
6.根据权利要求2所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于第一换热器（1）、第二换热器（3）为多股流换热器。
7.根据权利要求2所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于步骤1）中一氯甲烷尾气经过第一换热器（1）吸收冷量后温度降为-30-100 ℃，步骤2）中含烃类气体经过第二换热器（3）吸收冷量后温度降为-80-150 ℃。
8.根据权利要求2所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于第二分离罐（4）后设置膨胀机（5）用于膨胀含氮气体，含氮气体经膨胀机（5）膨胀后压力降为1-3 bar。
9.根据权利要求2所述的一种一氯甲烷尾气深度回收的方法，其特征在于步骤4）中的排放气中的一氯甲烷含量＜60mg/m3以下。
10.一种根据权利要求1或2所述的一种一氯甲烷尾气深度回收装置，包括第一换热器（1）、第一分离罐（2）、第二换热器（3）和第二分离罐（4）、膨胀机（5）和节流阀（6），，每个换热器设有多个进口和出口，每个分离罐顶部设置气体出口，底部设置液体出口，其特征在于第一换热器（1）的出口连接第一分离罐（2），第一分离罐（2）的气体出口连接第二换热器（3）的进气口，第一分离罐（2）的液体出口依次连接节流阀（6）和第一换热器（1）的进口，第二换热器（3）的出口连接第二分离罐（4），第二分离罐（4）的气体出口连接膨胀机（5）的进口，膨胀机（5）的出口依次连接第二换热器（3）、第一换热器（1）的进气口；第二分离罐（4）的液体出口依次连接第二换热器（3）、第一换热器（1）的进口。
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