CN105344201A - 基于冷凝-萃取法有机废气回收方法 - Google Patents

Abstract

一种基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，包括废气浓度调整步骤、分步预冷步骤、深冷步骤、循环步骤、除冰或除霜步骤、萃取步骤、萃取剂回收步骤，其方法特点是：废气浓度调整步骤是基于客户端有机废气浓度和国标所规定废气浓度的安全标准,采用加大或减小风量的方式调整客户端有机废气的浓度,确保有机废气浓度在国标所限定的浓度范围之内,保证系统的安全。基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，利用相对闭式循环系统进行废气回收以及萃取剂循环利用，对高、中、低沸点有机废气均有突出的回收效果。

Description

基于冷凝-萃取法有机废气回收方法

技术领域

本发明涉及一种有机废气回收方法，特别是涉及一种基于冷凝-萃取法有机废气回收方法。属于废气回收方法技术领域。

背景技术

我国目前大气污染严重，而工业废气是大气污染的重要来源。在工业废气中最难处理的是有机废气。有机废气的大量排放，一方面给人体健康带来严重威胁，另一方面会引起资源的浪费。有机废气的排放不仅污染环境，还对给企业、国家造成巨大的经济损失。我国环境保护“十二五”规划明确指出，需加强挥发性有机污染物和有毒废气的控制。加强石化行业生产、输送和存储过程挥发性有机污染物排放控制。鼓励使用水性、低毒或低挥发性的有机溶剂，推进精细化工行业有机废气污染治理，加强有机废气回收利用，实施加油站、油库和油罐车的油气回收综合治理工程。开展挥发性有机污染物和有毒废气监测，完善重点行业污染物排放标准。严格污染源监管，减少含汞、铅和二噁英等有毒有害废气排放。

针对以上问题，现有技术中主要以消除法和回收法处理有机废气，这两种方法具有如下缺点：

1)消除法主要是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂或微生物将有机物转变为二氧化碳和水等无毒物质。其主要包括：利用RTO(蓄热式热力焚化炉英文名为“RegenerativeThermalOxidizer”，故简称为“RTO”)、微生物治理、低温等离子、UV光解(紫外光，英文名为’ultraviolet”,简称“UV”，故为紫外光光解)、催化燃烧、电化学氧化、臭氧分解法、微波催化氧化及脉冲电晕法等。该类方法仅能在一定程度上解决有机废气的污染问题，减少有害物质的排放(部分技术可实现余热回收)，但不能实现有机废气的循环利用，企业、国家资源浪费导致生产成本高的问题并未得到根本解决。故该类技术只能针对无回收价值有机废气的处理，或作为有机废气回收项目的辅助手段。

2)回收法主要是通过物理的方法，在一定温度、压力下采用选择性吸附剂、吸收剂及渗透膜等分离挥发性有机化合物，其主要方法包括：吸收法、吸附法、冷凝法及膜分离法等。回收法通过对有机废气吸收，并加以利用，是一种同时兼顾绿色环保与经济效益的措施，在环境保护、企业发展以及国民经济的提升方面扮演着重要角色。

在几种有机废气回收方法中其缺点如下：

A)吸附法：利用吸附剂的多孔结构，捕获VOC(挥发性有机物化合物，英文是“volatileorganiccompounds”，简称为“VOC”，环保意义上的定义是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物)。该方法可适用于大风量、中低浓度、低湿、低温VOC的环境中。虽然其工艺成熟、净化较彻底，但是吸附环己酮等酮类有机废气时易引起炭床起火燃烧，并且不耐高温、不耐湿、脱附能耗高、设备庞大、工艺较复杂、废气中的杂质易引起吸附剂中毒、吸附剂再生困难、引起二次污染。

B)冷凝法：通过降低系统温度或提高系统压力，使处于过饱和状态的VOC冷凝。该方法适用于小风量、高沸点、高浓度VOC的有机废气。虽然其理论净化程度、所需设备和操作条件较简单、回收物较纯净，但是传统冷凝法投资较大、能耗较高、低温冰堵、二次污染、实际使用不经济。

C)膜分离：根据气体中各组分透过膜的速率差异，实现有机物的选择性渗透和分离。该方法适用于高浓度VOC的有机废气。虽然分离效果好、操作简单、控制方便，但是渗透膜易被污染、运行成本高。

D)吸收法：利用吸收剂与VOC的相似相溶原理达到实现VOC的回收。该方法适用于大风量、中低浓度、低温VOC的有机废气。虽然工艺简单成熟、管理方便、运行成本低，但是净化效率稍低、消耗吸收剂、引起二次污染。

其中，吸附法应用最为广泛，为克服的缺点，相关企业采用热稳定性优异且不易燃的憎水性沸石吸附剂代替活性炭吸附剂，同时采用氮气脱附或减压脱附代替水蒸气脱附，降低运行能耗，但该技术仍未得到广泛的工业应用。

传统冷凝法，因其投资大、能耗高、存在低温冰堵、且只针对高浓度有机废气等问题较少应用于有机废气的高度净化，其主要用于其它回收方法的预操作。有企业采用闭式循环冷凝回收技术突破了冷凝法只能运用于高浓度有机废气处理的传统技术，但冷凝时存在低温冰堵的问题仍未得到根本解决。且回收的有机溶剂远未达到回用的标准，需要加工后才可投入使用。

为此，需要设计一种基于冷凝-萃取法有机废气回收方法。具有不产生低温冰堵，且回收的有机溶剂的含水量达到回用标准的特点。

发明内容

本发明的目的，是为了解决现有技术中，冷凝法存在低温冰堵，且回收的有机溶剂远未达到回用的标准，需要加工后才可投入使用的问题。提供一种基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，在传统闭式循环冷凝法的基础上,通过向系统中添加适量兼具防冻和萃取能力的溶剂,实现高效换热,冷量、残余有机废气及工业气体的三重循环,解决了传统冷凝法能耗较高及仅适用于高沸点有机废气回收的问题；选择兼具优良萃取能力的防冻液,解决低温冰堵与所回收有机溶剂含水量超标的问题。

本发明的目的可以通过采取以下技术方案达到：

一种基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，包括废气浓度调整步骤、分步预冷步骤、深冷步骤、循环步骤、除冰或除霜步骤、萃取步骤、萃取剂回收步骤，其方法特点是：

1)废气浓度调整步骤是基于客户端有机废气浓度和国标所规定废气浓度的安全标准,采用加大或减小风量的方式调整客户端有机废气的浓度,确保有机废气浓度在国标所限定的浓度范围之内,保证系统的安全；

2)分步预冷步骤是将调整浓度后的有机废气的温度依次降至第一温度界面(高于室温)、室温及0℃，逐步冷凝废气中绝大部分的水蒸气；通过逐步降温，降低每一次降温时所需的冷量以及出现结冰堵塞的可能性,在此步中,由于不同有机废气的蒸汽压、爆炸下限以及水溶性各不相同,故设备的工艺结构及相应的后续处理方式应视具体情况而定；

3)深冷步骤是将步骤2)的有机废气进一步降温,以此回收绝大部分有机废气；

4)循环步骤是有机废气在步骤2)与步骤3)之间循环流动；

5)除冰或除霜步骤是在步骤3)中产生的冰或霜通过添加防冻液及时有效地去除，避免冰堵的发生,保证设备的正常运转；

6)萃取步骤是在步骤3)中的有机废气加入可萃取水分的萃取剂；

7)萃取剂回收步骤是将步骤6)中的萃取剂水溶液浓缩,循环利用萃取剂。

本发明的目的还可以通过以下技术方案达到：

作为一种优选方式，步骤6)中针对水溶性较差的有机废气,添加具备兼顾防冻与对水有强萃取能力的萃取剂。

作为另一种优选方式，步骤6)中针对与水互溶的有机废气,添加对水有强萃取能力的萃取剂。

作为第三种优选方式，步骤5)中所添加防冻液对水分具有良好的萃取能力，以降低回收的萃取剂含有的水分。

作为第四种优选方式，步骤7)中采用减压蒸馏或萃取蒸馏或加盐萃取蒸馏对萃取剂水溶液进行浓缩，将含有的少量水分除去，萃取剂水溶液及时循环使用。

本发明具有如下突出的有益效果：

1.基于冷凝-萃取法有机废气回收方法采取相对闭式循环系统的操作方式，有如优点：(1)增大待处理有机废气的浓度，以此提高有机废气的回收率，(2).尽可能地减少有机废气的无组织挥发，减少其排放；

2.采取相对闭式循环系统的操作方式，减少系统中热量和冷量的损失，降低系统能耗及运行成本；

3.除冰或除霜步骤中添加防冻液，确保系统在低温下不发生结冰堵塞，保证回收系统顺利进行；

4.所添加防冻液兼具优良的萃取能力，其对所回收萃取剂中的水分具有良好的萃取能力，以此保证回收的萃取剂具有较低比率的水分，保证其达到回用标准；

5.采用减压蒸馏或萃取蒸馏或加盐萃取蒸馏等方式对萃取剂水溶液进行浓缩，将进入系统中的少量水分除去即可，萃取剂水溶液循环使用，减少其损失，该过程所需的分离能耗较低，对系统的运行成本影响较小。

本发明所采用的方法相对于传统冷凝法、膜分离法、吸附法及吸收法等其它常见有机废气回收技术具有运行成本低、适用性广、操作安全且所回收溶剂可直接回用等突出优点。

附图说明

图1是冷凝-萃取法有机废气回收方法在相对闭式循环系统中的工作原理图

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：

在工业应用中，所处理有机废气按其与水的溶解性不外乎分为三大类：1.微溶于水；2.部分互溶于水；3.混溶于水。下面结合理论计算就采用基于冷凝-萃取法有机废气回收方法回收的三类有机废气分别举例进行系统分析。

具体实施例1：

参照图1，微溶于水有机废气的回收以甲苯为例进行微溶于水有机废气回收的系统分析。相关基础数据和工艺计算结果见表2。

表2.基于冷凝-萃取法有机废气回收方法处理甲苯废气的工艺计算

本实施例的基本原理是：基于有机溶剂的蒸汽压随温度的降低而减小的原理对闭式循环体系中的有机废气进行回收。全部处理过程为物理过程，无化学反应。其工艺流程是：首先，将温度降至4℃左右，除掉体系中绝大部分水分；其次，将体系温度降至零下40℃左右，并添加兼具优良萃取能力的防冻液，以此解决体系的低温冰堵问题，同时将所回收有机溶剂的含水量降至可回用的标准；最后，将萃取剂水溶液进行蒸馏浓缩，确保萃取剂水溶液达到循环回用的标准。

由表2可知，所得可直接回用的甲苯回收率高于97％。在整个冷凝-萃取工艺过程中，萃取剂的损失较小，按照设备运行300天，每天24h计算，共损失萃取剂约为200kg左右。本工艺的整体能耗约为65kW。

具体实施例2：

部分互溶于水有机废气的回收以乙酸乙酯为例进行部分互溶于水有机废气回收的系统分析。相关基础数据和工艺计算结果见表3。

表3.基于冷凝-萃取法有机废气回收方法处理乙酸乙酯废气的工艺计算

本实施例的基本原理和流程类似于具体实施例1所述。由表3可知，乙酸乙酯回收率高于90％，其纯度不低于99％。在整个冷凝-萃取过程中，萃取剂的损失较小，按照设备运行300天，每天24h计算，共损失萃取剂约为400kg左右。本工艺的整体能耗约为55kW。

具体实施例3:

混溶于水有机废气的回收，以DMF(二甲基甲酰胺，英文为“DimethylFormamide”)为例进行混溶于水有机废气回收的系统分析。相关基础数据和工艺计算结果见表4。

表4.基于冷凝-萃取处理DMF废气的工艺计算

水溶性有机废气的处理工艺与具体实施例1、具体实施例2这两种水溶性较差的有机废气的处理工艺有所不同。其主要区别是：在低温冷凝阶段，不需要添加任何防冻液，工艺结构相对简单。针对所回收的有机溶剂，可直接在常温下添加优良萃取剂对其进行分离提纯，由于所添加萃取剂不需要具备防冻能力，故其选择范围较宽，但因其与水互溶，所以在分离提纯所回收有机溶剂的萃取剂量增多，以至于分离萃取剂水溶液时的能耗增大。

由表4可知，DMF回收率高于98％，其纯度不低于99％。在整个冷凝-萃取工艺过程中，萃取剂的损失量稍大，按照设备运行300天，每天24h计算，共损失萃取剂约为1000kg左右。本工艺的整体能耗约为65kW。

基于冷凝-萃取法有机废气回收方法处理的常见有机废气的相关理论计算数据汇总见表5。

表5.基于冷凝-萃取法有机废气回收方法处理常见有机废气的工艺计算数据汇总

综上所述，基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，利用相对闭式循环系统进行废气回收以及萃取剂循环利用，对高、中、低沸点有机废气均有突出的回收效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，包括废气浓度调整步骤、分步预冷步骤、深冷步骤、循环步骤、除冰或除霜步骤、萃取步骤、萃取剂回收步骤，其特征在于：废气浓度调整步骤是基于客户端有机废气浓度和国标所规定废气浓度的安全标准,采用加大或减小风量的方式调整客户端有机废气的浓度,确保有机废气浓度在国标所限定的浓度范围之内,保证系统的安全；

分步预冷步骤是将调整浓度后的有机废气的温度依次降至第一温度界面(高于室温)、室温及0℃，逐步冷凝废气中绝大部分的水蒸气；

深冷步骤是将步骤2)的有机废气进一步降温,以此回收绝大部分有机废气；

循环步骤是有机废气在步骤2)与步骤3)之间循环流动；

除冰或除霜步骤是在步骤3)中产生的冰或霜通过添加防冻液及时有效地去除，避免冰堵的发生,保证设备的正常运转；

萃取步骤是在步骤3)中的有机废气加入可萃取水分的萃取剂；

7)萃取剂回收步骤是将步骤6)中的萃取剂水溶液浓缩,循环利用萃取剂。

2.根据权利要求1所述的基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，其特征在于：步骤6)中针对水溶性较差的有机废气,添加具备兼顾防冻与对水有强萃取能力的萃取剂。

3.根据权利要求1所述的基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，其特征在于：步骤6)中针对与水互溶的有机废气,添加对水有强萃取能力的萃取剂。

4.根据权利要求1所述的基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，其特征在于：步骤5)中所添加防冻液对水分具有良好的萃取能力，以降低回收的萃取剂含有的水分。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于冷凝-萃取法有机废气回收方法，其特征在于：步骤7)中采用减压蒸馏或萃取蒸馏或加盐萃取蒸馏对萃取剂水溶液进行浓缩，将含有的少量水分除去，萃取剂水溶液及时循环使用。