CN106139859A - 一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法及其治理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法及其治理装置。曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，包括一级硫酸曝气接触冷却罐、二级硫酸曝气接触冷却罐、碱液喷淋塔、等离子光催化一体机，废气输送管道通过第一罗茨风机连接一级硫酸曝气接触冷却罐底端的曝气器输送管，一级硫酸曝气接触冷却罐内安装有循环冷冻盘管，一级硫酸曝气接触冷却罐的顶端安装有第一废气导管。本发明的二甲胺废气治理方法和装置，使用通过废气再硫酸溶液中循环，通过曝气器的设计控制气泡的体积和数量，提高了硫酸液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长了气泡与处理材料的接触时间，进一步提高了二甲胺的治理效率。

Description

一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法及其治理装置
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法及其治理装置。
背景技术
合成革又称人造革，在生产过程中，二甲基甲酰胺DMF作为溶剂广泛应用于合成革的表面处理和二层皮湿法移膜表面处理工艺中，由于DMF 仅作为载体溶剂而不发生化学反应，全部进入生产废水中。目前多数采用精馏法回收DMF，但是在回收过程中，DMF会与水发生反应，生成二甲胺和甲酸。
二甲胺，分子式为(CH3)2NH，常温下具有类似鱼腥胺臭的气体。沸点6.8℃，极易02溶于水，40℃条件下，水中溶解度为163g/100g 水，空气中嗅阈值0.047ppm。二甲胺沸点低、易挥发、易溶于水，有着强烈的恶臭气味。当前国内合成革企业基本上不治理二甲胺，直接排入大气，造成环境污染。即使处理，也是将二甲胺气体经冷凝后，送入锅炉燃烧，但是在设备、技术和工艺方面不成熟，无法达到环保的要求，存在其向另一种形式污染物的转移问题，同样造成了空气质量的恶化。
处理工艺方面：现有含二甲胺的废气常用处理方法有水吸收法、活性炭吸附法、低温等离子体法。水吸收法由于二甲胺的溶解度有限且易从水中逃逸回废气中而造成吸收效率的有限，很难保证尾气的稳定达标，同时有废水二次污染情况；活性炭吸附法由于运行费用极高，且容易出现堵塞现象，企业难以保证长期稳定正常运行；低温等离子体使用要求二甲胺浓度小于300mg/m3, 同时由于其处理原理为放电氧化，如果电压不够会因氧化不彻底而造成二次污染，故低温等离子体往往需要配合吸收法才能保证尾气的达标，投资费用较高。目前最有效的治理方法是采用酸喷淋塔进行喷淋吸收，但面临的主要问题是：
1、酸与二甲胺废气达不到充分混合，有效接触或接触面及停留时间不够。
2、酸与碱反应产生了盐变成了密度大的颗粒性粒子盐，致使泵的扬程不足，喷淋的喷淋嘴易堵塞。
3、二甲胺与酸反应会使二甲胺硫酸盐溶液温度增大，高温度情况会产生二次二甲胺及二甲胺中的不凝气无法冷凝到位。
处理设备方面：板式塔和填料塔是现有最常用的吸收设备，填料塔根据选用填料的不同吸收效果相差甚远，散装填料布液不均匀、容易出现壁流现象、吸收效果较差，但操作阻力小且造价便宜；规整填料布液均匀、吸收效果好，但阻力大、造价高、且容易出现堵塞现象；板式塔具有较大的操作范围、清洗方便、造价便宜，但操作阻力较大、吸收效果较差。目前，在废气处理方面已有专家将填料塔和板式塔串联使用，但还没有将填料塔与板式塔在同一塔内结合使用的实例。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过调整曝气效果延长反应时间提高治理效果的曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法。
本发明的目的还在于提供一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置。
本发明的目的是这样实现的：
曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法，包括如下步骤：
（1）一级硫酸曝气接触冷却：二甲胺废气经过第一罗茨风机鼓送进入一级硫酸曝气接触冷却罐的曝气器内形成二甲胺气泡进入一级硫酸曝气接触冷却罐内与硫酸充分接触混合，同时通过一级硫酸曝气接触冷却罐内的冷冻盘管对正在生成的二甲胺硫酸盐和二甲胺混合液进行充分冷却，将生成的二甲胺硫酸盐通过三效蒸馏进行蒸馏获取，未完成反应的二甲胺废气通过风管导向二级硫酸曝气接触冷却罐；
（2）二级硫酸曝气接触冷却：经过一级硫酸曝气接触冷却处理的未完成反应的二甲胺废气再次经过第二罗茨风机鼓送进入二级硫酸曝气接触冷却罐的曝气器内形成二甲胺气泡进入二级硫酸曝气接触冷却罐内与硫酸充分接触，同时通过二级硫酸曝气接触冷却罐内的冷冻盘管对正在生成的二甲胺硫酸盐和二甲胺混合液进行充分冷却，将生成的二甲胺硫酸盐通过三效蒸馏进行蒸馏获取，二甲胺废气处理完毕后将罐内剩余硫酸排入一级硫酸曝气接触冷却罐，同时将剩余的酸性废气通过风管导向碱液喷淋塔；
（3）碱液喷淋：对剩余的酸性废气通过风机鼓送至碱液三级喷淋塔，进行从下到上的碱液喷淋，并通过风管将剩余废气导向等离子光催化一体机；
（4）等离子光催化：等离子光催化一体机对剩余废气进行光催化反应；
（5）达标排放：检测光催化反应后的剩余废气，如果达标则直接排放，如果不达标则重新执行步骤（1）。
所述的冷冻盘管内为循环冷冻盐水，所述的碱液喷淋为从下到上的三级碱液旋流板喷淋。
一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，包括一级硫酸曝气接触冷却罐、二级硫酸曝气接触冷却罐、碱液喷淋塔、等离子光催化一体机，废气输送管道通过第一罗茨风机连接一级硫酸曝气接触冷却罐底端的曝气器输送管，一级硫酸曝气接触冷却罐内安装有循环冷冻盘管，一级硫酸曝气接触冷却罐的顶端安装有第一废气风管，第一废气风管通过第二罗茨风机连接二级硫酸曝气接触冷却罐底端的曝气器输送管，二级硫酸曝气接触冷却罐内安装有循环冷冻盘管，二级硫酸曝气接触冷却罐的顶端安装有第二废气风管，第二废气风管通过风机连接碱液喷淋塔底端的废气输入导管，碱液喷淋塔内部的碱液喷淋器通过碱泵喷淋碱液；碱液喷淋塔顶端的废气输出管连接等离子光催化一体机，等离子光催化一体机连接有达标气体排放管。
所述的喷淋塔为三级喷淋塔，三级喷淋塔底端从下到上依次安装有三个碱液喷淋器，碱液喷淋器通过碱泵喷淋碱液。
所述的硫酸曝气接触冷却罐采用φ1200mm,20%-50%浓度的硫酸。
所述的罗茨风机采用四氟材质加装变频控制器；
所述的曝气器的气管采取双头布管方式。
所述的碱液喷淋塔由复合玻璃钢贮液箱、加液管、进风段、两级喷淋段、旋流板、出风锥帽组成；喷淋形式采用双层填料，二级喷淋，碱液喷淋塔塔配用一台玻璃钢离心通风机和塑料水泵或不锈钢水泵。
所述的复合玻璃钢贮液箱在吸液管上加有滤液装置，进风段采用复合玻璃钢制作；第一、二级喷液段均采用一排Y-1型尼龙喷嘴，保尔环滤料和有机玻璃检查孔；复合玻璃钢贮液箱内设有旋流板增加挡水的效果；复合玻璃钢贮液箱采用玻璃钢风帽盖，内部装有F4-72型玻璃钢离心风机，所述的碱泵采用塑料水泵或不锈钢离心泵。
所述的碱泵处理风量在10000m³/小时以上时，采用两台塑料水泵或不锈钢水泵。
本发明的有益效果在于：本发明的二甲胺废气治理方法和装置，使用通过废气在硫酸溶液中充分混合，通过曝气器的设计控制气泡的体积和数量，提高了硫酸液体的紊流程度和接触面积，加大曝气器的安装深度，延长了气泡与硫酸溶液的接触时间，增加了冷却管使硫酸与二甲胺平和的反应，减少放热产生的热量，使硫酸与二甲胺稳定反应。罗茨风机采用变频控制器控制更好的控制二甲胺风量大小。进一步提高了二甲胺的治理效率。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
图2为本发明装置示意图。
图3为本发明数据实验图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
二甲胺废气来源回收脱胺塔、真空泵、二甲胺硫酸盐蒸发罐，此三种废气以前采用酸喷淋塔进行喷淋吸收，但是工艺控制过程中存在下列几点问题：
1、酸与二甲胺废气达不到充分混合，有效接触或接触面及停留时间不够。
2、酸与碱反应产生了盐变成了密度大的颗粒性粒子盐，致使泵的扬程不足，喷淋的喷淋嘴易堵塞。
3、二甲胺与酸反应会使二甲胺硫酸盐溶液温度增大，高温度情况会产生二次二甲胺及二甲胺中的不凝气无法冷凝到位。
针对以上3点经过实验，二甲胺可以用酸进行中和反应生成盐去除二甲胺但问题的关键在于如何充分接触混合增加停留时间及温度的冷却，本发明研究采用曝气充分接触冷却中和法来治理二甲胺废气。
此本发明方法增加了硫酸曝气接触罐内部布置冷冻盘管，采用一级二级正压式罗茨风机进行正压式曝气（二甲胺）与硫酸充分接触混合增加停留时间达到去除二甲胺气体的效果，二甲胺气体中的杂质气体采用等离子光催化去除。
工艺流程：一级硫酸曝气接触冷却→二级硫酸曝气接触冷却→碱喷淋塔→等离子光催化→达标排放
一级硫酸曝气接触冷却罐工艺参数：一级硫酸曝气接触冷却罐采用φ1200mm,20%-50%浓度的硫酸，罗茨风机采用四氟材质加装变频控制器（风量与硫酸曝气接触罐内部布置气管口风量匹配），内部布置气管采取双头布管方式，停留时间（硫酸的液位）与风量（流速越快停留时间越短，浓度越高停留时间需要越长）匹配，风量根据变频器进行控制，生产的二甲胺硫酸盐通过三效蒸馏进行蒸馏。曝气是使二甲胺与硫酸强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的二甲胺溶解于硫酸中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。空气中的二甲胺通过曝气传递到硫酸中，二甲胺由气相向液相进行传质转移。在“气-硫酸”界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态，不存在对流，在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中二甲胺的浓度低于硫酸中二甲胺的饱和浓度，空气中的二甲胺继续向内扩散透过液膜进入硫酸液体，因而液膜和气膜将成为二甲胺传递的障碍，这就是双膜理论。显然，克服液膜障碍最有效的方法是快速变换“气-液”界面。曝气搅拌正是如此，具体的做法就是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，提高液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长气泡与液体的接触时间。
二级硫酸曝气接触冷却罐工艺参数：与一级硫酸曝气接触冷却罐工艺参数相同，唯一区别在于二级硫酸曝气接触冷却罐中的二甲胺硫酸混合液排放至一级硫酸曝气接触冷却罐使用。
碱液喷淋塔：由贮液箱，进风段，两级喷淋，旋流板、出风锥帽等组成。其特点是：制作方便、便于安装检修、强度高、占地面积小。喷淋形式采用双层填料，二级喷淋，使气液充分接触，提高净化效率。本塔配用一台玻璃钢离心通风机和塑料水泵或不锈钢水泵即可。处理风量在10000m³以上时，采用两台水泵就能达到设计要求。
主体：
1复合玻璃钢贮液箱、加液管，在吸液管上加有滤液装置，进风段采用复合玻璃钢制作。
2第一、二级喷液段均采用一排Y-1型尼龙喷嘴，保尔环滤料和有机玻璃检查孔。
3有效挡水段设有旋流板增加挡水的效果。
4玻璃钢风帽盖。
5F4-72型玻璃钢离心风机。
6塑料水泵和不锈钢离心泵。
7其它配件如塑料管件阀门、固定支架、检修爬梯和进风管道等。
罗茨风机输送介质的进汽温度通常不得大于 40℃。介质中微粒的含量不得超过100mg/m3，微粒最大尺寸不得超过最小工作间隙的一半。运转中轴承温度不得高于 95℃，润滑油温度不高于 65℃。
实施例1
如图1所示，一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法，包括如下步骤：
（1）一级硫酸曝气接触冷却：二甲胺废气经过第一罗茨风机鼓送进入一级硫酸曝气接触冷却罐的曝气器内形成二甲胺气泡进入一级硫酸曝气接触冷却罐内与硫酸充分接触，同时通过一级硫酸曝气接触冷却罐内的冷冻盘管对正在溶解二甲胺的硫酸进行冷却，将生成的二甲胺硫酸盐通过三效蒸馏进行蒸馏获取，剩余废气通过导管导向二级硫酸曝气接触冷却罐；
（2）二级硫酸曝气接触冷却：经过一级硫酸曝气接触冷却处理的二甲胺废气再次经过第二罗茨风机鼓送进入二级硫酸曝气接触冷却罐的曝气器内形成二甲胺气泡进入二级硫酸曝气接触冷却罐内与硫酸充分接触，同时通过二级硫酸曝气接触冷却罐内的冷冻盘管对正在溶解二甲胺的硫酸进行冷却，将生成的二甲胺硫酸盐通过三效蒸馏进行蒸馏获取，二甲胺废气处理完毕后将罐内剩余硫酸排入以级硫酸曝气接触冷却罐，同时将剩余废气通过导管导向碱液喷淋塔；
（3）碱液喷淋：对剩余废气通过风机鼓送至碱液三级喷淋塔，进行从下到上的碱液喷淋，并通过导管将剩余废气（包括甲酯和甲苯等少量不凝气）导向等离子光催化一体机；
（4）等离子光催化：等离子光催化一体机对剩余废气进行光催化反应；
（5）达标排放：检测光催化反应后的剩余废气，如果达标则直接排放，如果不达标则重新执行步骤（1）。
实施例2
与实施例1相同，区别在于：所述的冷冻盘管内为循环冷冻盐水，所述的碱液喷淋为从下到上的三级碱液喷淋。
实施例3
如图2所示，一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，包括一级硫酸曝气接触冷却罐、二级硫酸曝气接触冷却罐、碱液喷淋塔、等离子光催化一体机，废气输送管道通过第一罗茨风机1连接一级硫酸曝气接触冷却罐2底端的曝气器输送管，一级硫酸曝气接触冷却罐内安装有循环冷冻盘管，一级硫酸曝气接触冷却罐的顶端安装有第一废气导管，第一废气导管通过第二罗茨风机3连接二级硫酸曝气接触冷却罐4底端的曝气器输送管，二级硫酸曝气接触冷却罐内安装有循环冷冻盘管，二级硫酸曝气接触冷却罐的顶端安装有第二废气导管，第二废气导管通过风机5连接碱液喷淋塔6底端的废气输入导管，碱液喷淋塔内部的碱液喷淋器通过碱泵喷淋碱液；碱液喷淋塔顶端的废气输出管连接等离子光催化一体机8，等离子光催化一体机连接有达标气体排放管。
实施例4
与实施例3相同，区别在于，所述的喷淋塔为三级喷淋塔，三级喷淋塔底端从下到上依次安装有三个碱液喷淋器，碱液喷淋器通过碱泵7喷淋碱液。
实施例5
与实施例3相同，区别在于：所述的硫酸曝气接触冷却罐采用φ1200mm,20%-50%浓度的硫酸。
所述的罗茨风机采用四氟材质加装变频控制器；
所述的曝气器的气管采取双头布管方式。
所述的碱液喷淋塔由复合玻璃钢贮液箱、加液管、进风段、两级喷淋段、旋流板、出风锥帽组成；喷淋形式采用双层填料，二级喷淋，碱液喷淋塔塔配用一台玻璃钢离心通风机和塑料水泵或不锈钢水泵。
实施例6
与实施例3相同，区别在于：所述的复合玻璃钢贮液箱在吸液管上加有滤液装置，进风段采用复合玻璃钢制作；第一、二级喷液段均采用一排Y-1型尼龙喷嘴，保尔环滤料和有机玻璃检查孔；复合玻璃钢贮液箱内设有旋流板增加挡水的效果；复合玻璃钢贮液箱采用玻璃钢风帽盖，内部装有F4-72型玻璃钢离心风机，所述的碱泵采用塑料水泵或不锈钢离心泵。
所述的碱泵处理风量在10000m³/小时以上时，采用两台塑料水泵或不锈钢水泵。
实施例7
为了进一步提高本方法的效率，发明人进一步研究了第一罗茨风机和第二罗茨风机风量、硫酸浓度对二甲胺废气的处理效率的影响发现如果罗茨风机风速过高，会导致气泡过大使本发明废气与硫酸的接触面积变小，如果罗茨风机风速过低会导致气泡过小，硫酸内除气泡以外剩余空间过大，浪费了硫酸的使用效率。同时硫酸浓度越高其处理的效率也就越高，因此当硫酸的浓度越高时，罗茨风机的风速上线也就越高，当罗茨风机的风速达到上线以上时本发明的效率就会随之降低。通过一系列的数据研究，我们通过图3给出了本发明的罗茨风机与硫酸浓度的关系，也就是说在此条件下，本发明方法的效率最高
C=-0.089ρ2+8.89ρ-22.2，其中ρ为硫酸质量浓度，50%≥ρ≥20%，C为风量，单位为m3/min。该公式是通过发明人对不同参数进行测量后的数据进行拟合得到的，实际上还有影响因素为硫酸在罐内的高度，因为它直接影响了气泡在硫酸中处理的时间，但是因为传统工业容器的罐体都足够大，因此气泡的上升时间是不受认为控制的，只要气泡在硫酸中能够处理10s以上，我们就忽略这个高度的影响认为其已经充分反映，更长的时间也不会进一步打破气膜和液膜限制。

Claims (10)

1.一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）一级硫酸曝气接触冷却：二甲胺废气经过第一罗茨风机鼓送进入一级硫酸曝气接触冷却罐的曝气器内形成二甲胺气泡进入一级硫酸曝气接触冷却罐内与硫酸充分接触混合，同时通过一级硫酸曝气接触冷却罐内的冷冻盘管对正在生成的二甲胺硫酸盐和二甲胺混合液进行充分冷却，将生成的二甲胺硫酸盐通过三效蒸馏进行蒸馏获取，未完成反应的二甲胺废气通过风管导向二级硫酸曝气接触冷却罐；
（2）二级硫酸曝气接触冷却：经过一级硫酸曝气接触冷却处理的未完成反应的二甲胺废气再次经过第二罗茨风机鼓送进入二级硫酸曝气接触冷却罐的曝气器内形成二甲胺气泡进入二级硫酸曝气接触冷却罐内与硫酸充分接触，同时通过二级硫酸曝气接触冷却罐内的冷冻盘管对正在生成的二甲胺硫酸盐和二甲胺混合液进行充分冷却，将生成的二甲胺硫酸盐通过三效蒸馏进行蒸馏获取，二甲胺废气处理完毕后将罐内剩余硫酸排入一级硫酸曝气接触冷却罐，同时将剩余的酸性废气通过风管导向碱液喷淋塔；
（3）碱液喷淋：对剩余的酸性废气通过风机鼓送至碱液三级喷淋塔，进行从下到上的碱液喷淋，并通过风管将剩余废气导向等离子光催化一体机；
（4）等离子光催化：等离子光催化一体机对剩余废气进行光催化反应；
（5）达标排放：检测光催化反应后的剩余废气，如果达标则直接排放，如果不达标则重新执行步骤（1）。
2.根据权利要求1所述的一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的方法，其特征在于：所述的冷冻盘管内为循环冷冻盐水，所述的碱液喷淋为从下到上的三级碱液旋流板喷淋。
3.一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，包括一级硫酸曝气接触冷却罐、二级硫酸曝气接触冷却罐、碱液喷淋塔、等离子光催化一体机，其特征在于：废气输送管道通过第一罗茨风机连接一级硫酸曝气接触冷却罐底端的曝气器输送管，一级硫酸曝气接触冷却罐内安装有循环冷冻盘管，一级硫酸曝气接触冷却罐的顶端安装有第一废气风管，第一废气风管通过第二罗茨风机连接二级硫酸曝气接触冷却罐底端的曝气器输送管，二级硫酸曝气接触冷却罐内安装有循环冷冻盘管，二级硫酸曝气接触冷却罐的顶端安装有第二废气风管，第二废气风管通过风机连接碱液喷淋塔底端的废气输入导管，碱液喷淋塔内部的碱液喷淋器通过碱泵喷淋碱液；碱液喷淋塔顶端的废气输出管连接等离子光催化一体机，等离子光催化一体机连接有达标气体排放管。
4.根据权利要求3所述的一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，其特征在于：所述的喷淋塔为三级喷淋塔，三级喷淋塔底端从下到上依次安装有三个碱液喷淋器，碱液喷淋器通过碱泵喷淋碱液。
5.根据权利要求3所述的一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，其特征在于：所述的硫酸曝气接触冷却罐采用φ1200mm,20%-50%浓度的硫酸。
6.根据权利要求3所述的一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，其特征在于：所述的罗茨风机采用四氟材质加装变频控制器。
7.根据权利要求3所述的一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，其特征在于：所述的曝气器的气管采取双头布管方式。
8.根据权利要求3所述的一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，其特征在于：所述的碱液喷淋塔由复合玻璃钢贮液箱、加液管、进风段、两级喷淋段、旋流板、出风锥帽组成；喷淋形式采用双层填料，二级喷淋，碱液喷淋塔塔配用一台玻璃钢离心通风机和塑料水泵或不锈钢水泵。
9.根据权利要求8所述的一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，其特征在于：所述的复合玻璃钢贮液箱在吸液管上加有滤液装置，进风段采用复合玻璃钢制作；第一、二级喷液段均采用一排Y-1型尼龙喷嘴，保尔环滤料和有机玻璃检查孔；复合玻璃钢贮液箱内设有旋流板增加挡水的效果；复合玻璃钢贮液箱采用玻璃钢风帽盖，内部装有F4-72型玻璃钢离心风机，所述的碱泵采用塑料水泵或不锈钢离心泵。
10.根据权利要求9所述的一种曝气冷却中和法治理二甲胺废气的装置，其特征在于：所述的碱泵处理风量在10000m³/小时以上时，采用两台塑料水泵或不锈钢水泵。
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