CN106669215B - 一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法 - Google Patents

一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，其包括如下步骤：a)高效吸收设备用吸收剂对含高浓度苯气体进行吸收处理，吸收处理后形成吸收液与吸收后气体，回收利用吸收液；b)吸收后气体经冷凝器进行冷凝处理，冷凝温度为‑40～5℃，冷凝处理后形成冷凝液与冷凝后气体，回收利用冷凝液；c)冷凝后气体经活性炭纤维吸附器吸附净化后形成净化气体后排放，吸附后进行脱附处理形成脱附气，脱附气经冷凝后形成可回收利用的脱附气冷凝液。要解决的技术问题是如何降低含苯气体中苯的浓度至4mg/Nm3或更低，同时能够将吸收液、冷凝液分离处理或可以用于其它工艺直接使用。本发明应用于处理苯物料装卸车、苯储罐产生的尾气以及其它高浓度含苯气体的处理等。

Description

一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法
技术领域
本发明涉及环保工艺领域，涉及一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法。
背景技术
苯是常见的石油化工基本原料，应用非常广泛。苯是最简单的芳香烃，难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可以用作有机溶剂。苯挥发性大，25℃时的饱和蒸汽压达到13kPa，极易形成高浓度的含苯气体。苯的毒性大，无论是排放还是汽油等油品都有严格的浓度标准限值。例如国家标准GB31571-2015中规定气体中苯污染物的排放限值为4mg/m3。因此处理含苯气体需要达到很高的去除效率才能达到排放标准的要求。由于苯的凝固点高达5.5℃，极易凝固。如果采用冷凝方式处理，需要频繁进行加热除霜操作，操作不稳定并且运行费用高。因此不宜采用冷凝技术处理或者预处理高浓度苯气体。由于苯具有凝固点高、挥发性大和排放要求严格等特点，处理高浓度含苯气体难度大，需要多种工艺联合处理。
吸收法可以用于处理高浓度有机气体处理，难点在于选择合适的吸收剂和吸收液的处理。用柴油吸收高浓度苯会产生含苯柴油，使用会造成污染。合适的吸收剂不仅要满足高效的吸收效果，而且产生的吸收液不需要分离即可以重新使用或者分离较为容易，或者可以进入现有工艺进行分离。
吸附法可以达到很高的净化效率，排放气体浓度可以达到很低的水平。由于吸附条件的限制，吸附处理的气体浓度不宜过高，否则吸附过程放热大，造成设备庞大，投资和运行费用较高。因此吸附可以作为最后的一段处理工艺处理苯气体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法,本发明要解决的技术问题是如何降低含苯气体中苯的浓度，同时能够将吸收液、冷凝液分离处理或重新使用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，其包括如下步骤：a)高效吸收设备用吸收剂对含高浓度苯气体进行吸收处理，吸收处理后形成吸收液与吸收后气体，回收利用吸收液；b)吸收后气体经冷凝器进行冷凝处理，冷凝温度为-40～5℃，冷凝处理后形成冷凝液与冷凝后气体，回收利用冷凝液；c)冷凝后气体经活性炭纤维吸附器吸附净化后形成净化气体后排放，吸附后进行脱附处理形成脱附气，脱附气经冷凝后形成可回收利用的脱附气冷凝液。
本发明的有益效果是：采用吸收、冷凝和吸附的工艺步骤降低含高浓度苯气体中苯的浓度至4mg/Nm3或者更低，最终达到净化目的，处理后的气体可以达标排放，，同时能够将吸收液、冷凝液分离处理后重新用于其它工艺或者作为吸收剂使用或者作为混合物直接用于其它工艺。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，所述脱附处理为采用水蒸汽或者氮气脱附。
采用上述进一步方案的有益效果是脱附较完全，且经冷凝后的脱附冷凝液能够进行分离处理或重新使用。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，采用氮气脱附时，氮气脱附下来的脱附气进入冷凝器前端进行冷凝处理；冷凝温度为-40～5℃；氮气温度为90～180℃。
采用上述进一步方案的有益效果是可以直接回收吸收剂和苯，不产生废水。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，采用水蒸汽脱附时，水蒸汽脱附下来的脱附气经脱附气冷凝器处理后形成具有分层结构的脱附气冷凝液；冷凝温度为5～40℃。
采用上述进一步方案的有益效果是脱附比较完全，脱附冷凝液上层为吸收剂和苯，下层为水。可回收吸收剂和苯的混合物。水中混有少量有机物，经废水处理后排放。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，在步骤a)之前，含高浓度苯温度高于60℃时，对其降温。
采用上述进一步方案的有益效果是保证吸收效果的前提下减少后续冷凝工艺的负荷和运行费用。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，步骤a)中所述吸收剂采用甲苯、二甲苯、或者乙苯的一种或其组合的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是吸收产生的混合物即吸收液，可以进入其它生产工艺使用，或者进入其它的等分离过程，例如精馏等工艺进行分离提纯后作为吸收剂使用或者用于其它工艺使用。吸收过程的吸收剂可以循环使用，定期更换或者根据吸收效果进行更换；也可以一次性使用。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，步骤a)中所述吸收剂中苯含量低于30％。
采用上述进一步方案的有益效果是苯含量减少，一方面提高吸收传质推动力，提高吸收速度；另一方面气液平衡时气相中苯浓度较小，提高吸收处理效果，使吸收后气体中苯含量仍较低。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，在步骤b)时所述吸收后气体中挥发的吸收剂部分冷凝成液态吸收剂，同时少量苯气体溶解于液态吸收剂中形成冷凝液。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，步骤a)中含高浓度苯气体和吸收剂的比例为1000:1～20:1。
进一步，所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，步骤a)中含高浓度苯气体和吸收剂的比例为500:1～50:1。
采用上述进一步方案的有益效果是气液体积比越小，则吸收效果越好。
附图说明
图1是采用热氮气再生的处理工艺流程图；
图2是采用水蒸气再生的处理工艺流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
101、高浓度苯气体，102、高效吸收器，103、吸收剂，104、泵,105、吸收液,106、吸收后气体，107、冷凝器，108、冷凝液，109、活性炭纤维吸附器，110、净化气体，111、氮气，112、脱附气，201、高浓度苯气体，202、高效吸收器，203、吸收剂，204、泵，205、吸收液，206、吸收后气体，207、冷凝器，208、冷凝液，209、活性炭纤维吸附器，210、净化气体，211、水蒸气，212、脱附气，213、脱附气冷凝器，214、脱附气冷凝液。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
苯是挥发度很大的芳香烃物质。苯物料在汽车、火车装卸车过程，以及储罐装料以及呼吸阀呼气过程中会产生高浓度苯气体。其它使用苯或者生产苯的工艺过程也会产生高浓度苯气体。本发明提供针对高浓度苯气体的处理方法。本发明中高浓度苯气体为苯浓度高于2g/Nm3的气体。
甲苯、二甲苯、乙苯与苯结构和性质相近，被称为苯系物。这三种物质的挥发性都比苯小，并且熔点较低。这三种物质都是吸收苯的优秀溶剂。并且这三种物质与苯通常都是由同一种工艺生产，而后分离成纯净产品，因此这三种物质与苯的混合物可以返回生产工艺再次进行分离提纯。混合物也可以通过精馏等工艺分离，因为这几种物质通常含有少量其它几种成分，一般情况下分离要求不高。用这三种溶剂不仅可以很好地吸收苯，作为高浓度苯气体的预处理工艺，而且产生的混合物也便于处理。对于乙苯、苯乙烯等生产工艺，乙苯、苯混合物可以返回生产工艺重新使用。对于苯系物生产工艺，苯、甲苯、二甲苯和乙苯的混合物可以返回生产工艺重新分离提纯后使用。
对于吸附工艺，需要选择合适的吸附剂和吸附再生方法。吸附剂不仅要对苯和作为吸收剂的乙苯、甲苯、二甲苯有较高的吸附量，而且脱附再生容易。
活性炭纤维适用于低浓度大风量的有机物气体处理。再生可以采用热氮气或者水蒸气再生。
本发明一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法,其包括如下步骤：
a)高效吸收设备用吸收剂对含高浓度苯气体进行吸收处理，吸收处理后形成吸收液与吸收后气体，回收利用吸收液。
吸收液进入其它分离过程进行分离提纯后重新使用或者作为混合物进入其它工艺直接使用。
经过步骤a)后含高浓度苯气体中的苯浓度大幅度降低，同时吸收剂会部分挥发与未吸收的苯气体形成吸收后气体。
含高浓度苯气体温度高于60℃时，首先用冷却水降温。温度降低至40～60℃或者更低。如含高浓度苯气体温度不高于60℃，可以省略此工艺。如含高浓度苯气体温度稍高于60℃，也可以采用增大吸收剂流量或者对吸收剂进行降温处理，以保证吸收效果的前提下减少后续冷凝工艺的负荷和运行费用。
b)吸收后气体经冷凝器进行冷凝处理，冷凝温度为-40～5℃，冷凝处理后形成冷凝液与冷凝后气体，回收利用冷凝液。
冷凝液进入其它分离过程进行分离提纯后重新使用或者作为混合物进入其它工艺直接使用。
含高浓度苯气体，吸收后气体经冷凝器冷凝，温度降低至-40～5℃。在此温度下，吸收后气体中挥发的吸收剂部分冷凝成液态吸收剂，并有少量吸收后气体中残留的苯冷凝并溶解于液态吸收剂中形成冷凝液。经过冷凝处理后，吸收后气体剩余的气体为冷凝后气体,其中的吸收剂和苯浓度降低至较低水平，而后进入活性炭纤维吸附器中进行吸附处理。
c)冷凝后气体经活性炭纤维吸附器吸附净化后形成净化气体后排放，吸附后进行脱附处理形成脱附气，脱附气经冷凝后形成可回收利用的脱附气冷凝液。
冷凝后气体中的吸收剂和残留的少量苯大部分吸附在吸附剂表面，冷凝后气体得到净化形成的净化气体达到排放标准后排放。吸附剂吸附一定时间后，用水蒸气进行脱附，温度升高，吸附的吸收剂和苯等有机物脱附，形成脱附气。此脱附气经脱附气冷凝器，其中的有机物部分冷凝形成液体，脱附气冷凝器的冷凝温度5～40℃。
吸收剂采用甲苯、二甲苯、或者乙苯，或者这三种中两种或者三种的混合物。其中乙苯因挥发度最小、毒性最小、排放限值高，为最佳吸收剂。吸收产生的混合物，可以返回生产工艺使用，或者进入精馏等分离过程进行分离提纯。吸收过程的吸收剂可以循环使用，定期更换或者根据吸收效果进行更换；也可以一次性使用。含高浓度苯气体和吸收剂的比例，即气液体积比不大于1000:1，如气液体积比越小，则吸收效果越好，但吸收剂消耗量越大，运行费用高。气液体积比在1000:1～20:1，最优的气液体积比在500:1～50:1。
吸收剂中苯含量不能超过30％，更优不能超过10％，最优不能超过0.1％。苯含量增大，一方面降低吸收传质推动力，降低吸收速度；另一方面降低吸收效果，使吸收后气体中苯含量较高。
吸收设备采用高效吸收设备。可以采用超重力吸收器或者高效填料吸收塔。其中尤其以超重力吸收器为佳。气液两相采用逆流或者错流接触。吸收设备可以采用一级或者多级。无论是一级还是多级，吸收设备的总传质理论板数之和不低于4，最优不低于9。从简化流程角度，以一级高效吸收设备为优。根据来气浓度条件和温度，吸收剂可以采用循环使用、定期更换，也可以采用一次性使用的方式。吸收效果的原则为吸收后气体中苯浓度低于30％。这样可以保证在冷凝工段，冷凝液中有足够的乙苯或其它吸收剂溶解凝固的苯，不会引起设备和管道堵塞。吸收剂的温度应保持在常温或低于常温，如果温度过高，需要增设换热器降低吸收剂温度，以避免吸收效果变差。
超重力是指比地球重力加速度(9.8m/s2)大得多的超重力环境。超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，提高相间的相对速度和增大相间接触，从而实现强化传热、传质过程和化学反应过程。获取超重力的方式主要是通过转动设备整体或部件形成离心力场。
超重机又叫旋转填料床，是20世纪80年代初发展起来的一种强化相间传质与反应及微观混合的新型设备。超重机利用其转鼓的旋转造成一种稳定的、可以调节的离心力场，以代替常规重力场，这就使得精馏、吸收、解吸和化学反应等化工单元操作中的气液两相的相对速度大大提高，使相界面更加快速地更新，并且大大提高了液泛速率，使得生产强度成倍提高。在超重机内，由旋转产生的离心加速度可达20～500倍的重力加速度，在此离心力场下传质效果与单位设备体积的生产强度都提高了1～3个数量级。
超重力设备除了可以填充填料作为气液两相接触的介质外，还可以采用定转子结构。
经过吸收剂吸收后，气体中的苯大部分被吸收到吸收剂中。形成的吸收液为吸收剂和苯的混合物。吸收剂可以循环使用，定期更换，或者在吸收效果变差到一定程度，根据吸收出口的苯浓度，更换部分吸收剂或者全部吸收剂。吸收液可以进入其它分离过程进行分离提纯后重新使用或者作为混合物进入其它工艺直接使用。
吸收完成后的气体中，含有苯的浓度大为降低，一般低于20g/m3，优化条件下低于2g/m3。而吸收剂物质的浓度大为增加。而挥发的吸收剂和苯气体形成吸收气体进入冷凝器进行降温处理。冷凝温度在-40～5℃。冷凝温度越低，冷凝液产生越多，分离效果越好，投资和运行费用也越高。综合分离效果和投资运行费用。冷凝温度设定在-15～5℃较为合适。温度更低时，分离效果好，但是运行费用和投资增加很多。冷凝温度在-15～5℃时，大部分甲苯、二甲苯和乙苯冷凝成液体，气体中有机物浓度降低到较低水平。同时有少量气体中未吸收的苯凝结，并溶解于甲苯、二甲苯或者乙苯液体中。
出冷凝器的气体，其中还含有一定的有机物，进入吸附器进行吸附处理。吸附处理净化后的气体达到排放标准后排放。吸附器采用活性炭纤维为吸附材料的吸附器。
吸附饱和后采用水蒸汽或者热氮气脱附，脱附气经冷凝后，凝结成液体。
采用热氮气脱附时，热氮气温度在90～180℃，最好在130～160℃。脱附气冷凝后冷凝液为吸收剂和苯，可直接回收利用。采用热氮气脱附时，脱附气也可以返回至进吸附器之前的冷凝器入口，冷凝温度为-40～5℃，流程简化，可以省去脱附气冷凝器。
热氮气再生法不如水蒸气再生脱附完全，并且投资和运行费用相对较高。但是热氮气再生可以回收不含水的吸收剂和苯，不产生废水，这点优于水蒸气再生。
采用水蒸汽脱附时，冷凝温度为5～40℃，脱附气冷凝液呈分层结构，上层为吸收剂和苯，下层为水。可回收吸收剂和苯的混合物。水中混有少量有机物，经废水处理后排放。冷凝采用循环冷却水或者冷冻水，或者其它冷却剂。
图1是采用热氮气再生的处理工艺流程图。
高浓度苯气体101，进入高效吸收器102。吸收剂103经泵104加压后进入吸收器102，吸收其中的苯，产生的吸收液105返回进行分离处理或重新使用。吸收后气体106进入冷凝器107，冷凝液108进行分离处理或者重新使用，冷凝后气体而后进入活性炭纤维吸附器109进行处理。处理完成后的净化气体110排放。氮气111脱附下来的脱附气112进入冷凝器108前端进行冷凝处理。
图2是采用水蒸气再生的处理工艺流程图。
高浓度苯气体201，进入高效吸收器202。吸收剂203经泵204加压后进入高效吸收器202，吸收其中的苯，产生的吸收液205返回进行分离处理或重新使用。吸收后的气体206进入冷凝器207，冷凝液208进行分离处理或者重新使用，冷凝后气体而后进入活性炭纤维吸附器209进行处理。处理完成后的净化气体210排放。水蒸气211脱附下来的脱附气212经脱附气冷凝器213处理后形成的脱附气冷凝液214经分层后回收处理。
实施例1
苯装车产生含苯气体，采用氮气做保护气。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到4vol％。气量500m3/h。首先用超重力吸收器进行吸收，吸收剂为乙苯，流量为2m3/h，吸收器传质理论板数为10。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-10℃。最后进入三箱活性炭纤维吸附器，三箱切换使用。共装填活性炭纤维吸附剂120公斤。吸附时间为20分钟。水蒸气脱附。脱附气经循环冷却水冷凝后，脱附气冷凝液进入分离器分层，乙苯和苯等有机物回收利用，水进入水处理系统进行处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m3,苯浓度≤1mg/m3。
实施例2
苯储罐产生含苯气体，采用氮气做保护气。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到4vol％。气量200m3/h。首先用超重力吸收器进行吸收，吸收剂为二甲苯和乙苯混合物，流量为1m3/h，吸收器传质理论板数为10。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-5℃。最后进入三箱活性炭纤维吸附器，三箱切换使用，共装填活性炭纤维吸附剂240公斤。吸附时间为15分钟。热氮气脱附，温度150℃。脱附气进入冷凝器入口进行处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m3,苯浓度≤1mg/m3。
实施例3
苯卸车时产生含苯气体，采用氮气做保护气。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到4.5vol％。气量600m3/h。首先用填料吸收塔进行吸收，吸收剂为甲苯、二甲苯和乙苯混合物，流量为4m3/h，吸收器传质理论板数为10。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-15℃。最后进入三箱活性炭纤维吸附器，三箱切换使用。共装填活性炭纤维吸附剂480公斤。吸附时间为10分钟。水蒸气脱附。脱附气经循环冷却水冷凝后，脱附气冷凝液进入分离器分层，乙苯和苯等有机物回收利用，水进入水处理系统进行处理。冷凝时的不凝气返回至吸附器入口进行处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m3,苯浓度≤1mg/m3。
实施例4
工艺产生含苯气体。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到1vol％。气量800m3/h。首先用填料吸收塔进行吸收，吸收剂为二甲苯，流量为4m3/h，吸收器传质理论板数为10。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为0℃。最后进入三箱活性炭纤维吸附器，三箱箱切换使用。共装填活性炭纤维吸附剂280公斤。吸附时间为15分钟。水蒸气脱附。脱附气经循环冷却水冷凝后，脱附气冷凝液进入分离器分层，乙苯和苯等有机物回收利用，水进入水处理系统进行处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m3,苯浓度≤1mg/m3。
实施例5
苯储罐产生含苯气体，采用氮气做保护气。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到4vol％。气量300m3/h。首先用超重力吸收器进行吸收，吸收剂为乙苯，流量为1.5m3/h，吸收器传质理论板数为12。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为0℃。最后进入三箱活性炭纤维吸附器，三箱切换使用，共装填活性炭纤维吸附剂360公斤。吸附时间为15分钟。热氮气脱附，温度140℃。脱附气返回冷凝器前端进行处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m3,苯浓度≤1mg/m3。
实施例6
苯储罐产生含苯气体，采用氮气做保护气。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到4vol％。气量300m3/h。首先用超重力吸收器进行吸收，吸收剂为乙苯，流量为1.5m3/h，吸收器传质理论板数为12。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-40℃。最后进入三箱活性炭纤维吸附器，三箱切换使用，共装填活性炭纤维吸附剂90公斤。吸附时间为15分钟。热氮气脱附，温度140℃。脱附气返回冷凝器前端进行处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m3,苯浓度≤1mg/m3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：
a)在吸收设备中用吸收剂对含高浓度苯气体进行吸收处理，吸收处理后形成吸收液与吸收后气体，回收利用吸收液；
b)吸收后气体经冷凝器进行冷凝处理，冷凝温度为-40～5℃，冷凝处理后形成冷凝液与冷凝后气体，回收利用冷凝液；
c)冷凝后气体经活性炭纤维吸附器吸附净化后形成净化气体后排放，吸附后进行脱附处理形成脱附气，脱附气经冷凝后形成可回收利用的脱附气冷凝液；
所述脱附处理为采用水蒸汽或者氮气脱附；
采用水蒸汽脱附时，水蒸汽脱附下来的脱附气经脱附气冷凝器处理后形成具有分层结构的脱附气冷凝液；冷凝温度为5～40℃；
采用氮气脱附时，氮气脱附下来的脱附气进入冷凝器前端进行冷凝处理；冷凝温度为-40～5℃；氮气温度为90～180℃；
步骤a)中所述吸收剂采用甲苯、二甲苯、或者乙苯的一种或其组合的混合物。
2.根据权利要求1所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，其特征在于，在步骤a)之前，含高浓度苯气体温度高于60℃时，对其降温。
3.根据权利要求1所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，其特征在于，步骤a)中所述吸收剂中苯含量低于30％。
4.根据权利要求1所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，其特征在于，在步骤b)时所述吸收后气体中挥发的吸收剂部分冷凝成液态吸收剂，同时少量苯溶解于液态吸收剂中形成冷凝液。
5.根据权利要求1所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，其特征在于，步骤a)中含高浓度苯气体和吸收剂的比例为1000:1～20:1。
6.根据权利要求5所述一种含高浓度苯气体的吸收吸附处理方法，其特征在于，步骤a)中含高浓度苯气体和吸收剂的比例为500:1～50:1。
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