CN106925082A - 一种pta生产中有机废气的膜分离回收净化技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PTA生产中有机废气的膜分离回收净化技术，其是一种膜分离技术用于回收净化精对苯二甲酸PTA生产中产生的含有机废气的尾气。含有少量醋酸甲酯和醋酸蒸汽的PTA尾气经计量并控制压力和温度后，进入装有自制复合膜的膜分离器，控制渗透侧压力，经膜分离器分离后原料气中醋酸甲酯脱除率在90%以上，醋酸脱除率95%以上，氮气单程回收率90%以上。本发明具有分离效果高、操作方便、环境友好、资源循环利用等优点。

Description

一种PTA生产中有机废气的膜分离回收净化技术
技术领域
本发明涉及一种有机废气的回收净化技术，尤其涉及一种利用膜分离技术回收净化PTA生产中产生的尾气的技术。
背景技术
PTA(精对苯二甲酸)是生产PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酯)的生产原料。在PTA生产过程中，经过后氧化反应器出来的气体(主要为氮气)中含有不少有机物。从有机蒸汽含量来看，有机蒸汽主要为醋酸甲酯和醋酸蒸汽，脱除醋酸甲酯和醋酸有机蒸汽的方法可以选择吸附法、催化燃烧法、膜分离法。但是吸附法还需脱附装置和吸收剂的再生，成本高。催化燃烧法是一种破坏性方法，通过把有机气体烧掉的方式进行脱除，由于采用贵金属铂，操作费用高。膜分离法通过气体在膜中的扩散系数和溶解度系数不同(对于有机气体的分离，是利用它们的溶解度不同)进行分离，不存在相变过程，而且可以利用物料本身的压力，不需要额外的加压，能耗低。膜分离法安装方便，占地面积小，操作弹性大，工艺过程属于“绿色”工艺，不存在污染。因此相比较而言，膜分离法具有很大的优势。
上述PTA尾气通过膜分离法回收其中的醋酸甲酯和醋酸蒸汽后，氮气可以循环利用，不仅可以变废为宝，节能降耗；而且还可以环境保护，减少污染。
发明内容
本发明的目的在于针对精对苯二甲酸（PTA）生产过程中产生的尾气中含有微量醋酸甲酯和醋酸蒸汽的特点，提出一种能够有效、环保地脱除尾气中微量的醋酸甲酯和醋酸蒸汽并能够回收氮气的净化回收技术。
一种膜分离技术在PTA生产中尾气的净化回收技术，主要由原料气供给、膜分离和色谱在线分析三部分构成。所述的膜分离器是自制的膜组件，主要通过控制自制膜组件的分离效果和膜组件两侧的压力进行分离，膜组件的制备过程步骤如下：
第一步，将挑选完好的中空纤维丝浸于去离子水中2～3天，取出用去离子水冲洗干净，以除去灰尘和甘油等杂质，自然风干。把中空纤维丝置于干燥箱中，80~120℃热处理10~30分钟。按二甲基硅橡胶（PDMS）∶正硅酸乙酯∶二丁基二月桂酸锡＝6∶3∶1的质量比例溶于正己烷中配好制膜液，聚二甲基硅氧烷（PDMS）的浓度范围为2wt%~14wt%，将表面湿润的中空纤维丝浸入制膜液中涂膜，3分钟后取出自然风干，然后再将中空纤维丝浸入制膜液中3~5分钟，再取出自然风干，如此共涂膜2~6次。将涂好膜的中空纤维丝置于空气中自然风干、交联2～3天。
第二步，将交联好的中空纤维丝放入特制的不锈钢管中，钢管两端用环氧树脂封严，当环氧树脂固化后把长出的中空纤维丝削掉，便制成膜组件。
所述自制的膜组件的分离膜材料优选聚二甲基硅氧烷(PDMS)，中空纤维丝（支撑材料）为聚偏氟乙烯（PVDF）或聚乙烯亚胺(PEI)，进一步优选聚偏氟乙烯（PVDF）。
所述自制的膜组件的制备过程中的关键步骤是热处理温度和时间，制膜液的浓度，涂膜的次数。
所述自制的膜组件使用环氧树脂封严，使得醋酸甲酯和醋酸蒸汽只能从制得的中空纤维复合膜的膜孔通过。
所述的自制膜组件两侧的压力由于醋酸甲酯和醋酸在常温下不是气态需是负压，该压力可通过渗透侧常压、渗透侧吹扫和渗透侧抽真空三种方式进行控制。进一步优选的方式是渗透侧抽真空。
本发明的有益效果：
本发明主要通过膜分离技术脱除精对苯二甲酸（PTA）生产过程中产生的尾气中含有的微量醋酸甲酯和醋酸蒸汽并回收氮气，该技术具有分离效果高、操作方便、环境友好等优点。将含有摩尔百分率0.80%醋酸甲酯和0.20%醋酸的氮气经过自制的PDMS/PVDF中空纤维复合膜组件的分离，原料气中醋酸甲酯和醋酸蒸汽的脱除率分别为90%和95%以上，氮气单程回收率90%以上，处理后的尾气中醋酸甲酯和醋酸蒸汽含量分别为0.08%和0 %，切割率为0.1，单位膜面积处理量为5.8Nm3/(m2.h)。因此，可以大大地减少工业中有机蒸汽的排放，达到保护环境的目的。
附图说明
图1为本发明有机蒸汽分离工艺流程图；
图中：1-氮气钢瓶；2-氮气减压阀；3、7、16-质量流量控制计；4、5、17、19、22、23、25-控制阀门；6、8-单向阀；9-压力表；10-醋酸蒸汽发生罐；11- D08-3D/ZM型流量显示仪；12-混合罐；13、14-汽液分离器；15-醋酸甲酯蒸汽发生罐；18-膜组件；20-缓冲瓶；21-真空泵；24-气相色谱仪。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所涉及的工艺流程：
1）来自钢瓶1的氮气经过减压阀2、质量流量计3和7分别进入醋酸蒸汽发生罐10、15；
2）携带了有机蒸汽（醋酸或醋酸甲酯蒸汽）的氮气经过汽液分离器13、14分离出液滴后和另一股来自钢瓶1的氮气进入混合罐12混合均匀形成原料气；
3）原料气经过质量流量计16进入膜组件18进行分离；
4）膜的渗透侧采用真空泵21抽真空，保持所需的真空度。
本发明的工艺条件为，原料汽中醋酸甲酯的摩尔百分率为0.80%，醋酸的摩尔百分率为0.20%，操作温度为293.15~323.15℃，自制的PDMS/PVDF中空纤维复合膜组件两侧的压差通过渗透侧抽真空得到，压差为0.005~0.02MPa；
实施例1
原料气处理量为200mL/min，操作温度为313.15K，原料气压力100KPa，渗透侧压力5KPa，逆流操作的条件下，此时废气中醋酸甲酯和醋酸蒸汽的脱除率分别为98.8%和99.6%，尾气醋酸甲酯和醋酸蒸汽含量分别为0.005%和0 %，切割率为0.28。该自制的PDMS/PVDF中空纤维复合膜组件的醋酸甲酯/氮气分离系数为7.2，醋酸/氮气分离系数为7.0。
实施例2
原料气流量为420mL/min，操作温度为313.15K，原料气压力100KPa，渗透侧压力5KPa，逆流操作的条件下，此时废气中醋酸甲酯和醋酸蒸汽的脱除率分别为97.6%和97.2%，尾气醋酸甲酯和醋酸蒸汽含量分别为0.075%和0%，切割率为0.14。该自制的PDMS/PVDF中空纤维复合膜组件的醋酸甲酯/氮气分离系数为14.0，醋酸/氮气分离系数为15.4。
实施例3
原料气流量为530mL/min，操作温度为313.15K，原料气压力100KPa，渗透侧压力5KPa，逆流操作的条件下，此时废气中醋酸甲酯和醋酸蒸汽的脱除率分别为96.4%和86.6%，尾气醋酸甲酯和醋酸蒸汽含量分别为0.135%和0%，切割率为0.10。该自制的PDMS/PVDF中空纤维复合膜组件的醋酸甲酯/氮气分离系数为16.2，醋酸/氮气分离系数为19.4。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种PTA生产中有机废气的膜分离回收净化技术，其特征在于：由原料气供给、膜分离器和色谱在线分析三部分构成；所述的膜分离器是通过装有自制的膜组件的工艺装置来脱除原料气中的醋酸甲酯和醋酸蒸汽。
2.根据权利要求1所述的一种PTA生产中有机废气的膜分离回收净化技术，其特征在于：所述膜组件是自制的PDMS/PEI或PDMS/PVDF中空纤维复合膜组件。
3.根据权利要求2所述的一种PTA生产中有机废气的膜分离回收净化技术，其特征在于：所述膜组件按照以下步骤制备：
第一步，将内径为1-10mm，长度为10-20cm中空纤维丝浸于去离子水中2~3天，取出用去离子水冲洗干净，自然风干，把中空纤维丝置于干燥箱中，100℃热处理10~20分钟；二甲基硅橡胶∶正硅酸乙酯∶二丁基二月桂酸锡∶正己烷按质量比6∶3∶1∶90配好聚二甲基硅氧烷PDMS制膜液，将表面湿润的中空纤维丝浸入制膜液中涂膜，5-10分钟后取出自然风干，然后再将中空纤维丝浸入制膜液中2-5分钟，再取出自然风干，如此反复涂膜两次以上；将涂好膜的中空纤维丝置于空气中自然风干、交联2～3天；
第二步，将交联好的中空纤维丝放入特制的不锈钢管中，钢管两端用环氧树脂封严，制成膜组件。
4.根据权利要求3所述的一种PTA生产中有机废气的膜分离回收净化技术，其特征在于：中空纤维丝所用的材料为聚偏氟乙烯PVDF或聚乙烯亚胺PEI。
5.根据权利要求1所述的一种PTA生产中有机废气的膜分离回收净化技术，其特征在于：所述自制的膜组件的工艺装置中自制的中空纤维复合膜组件原料气压力为0.1~1MPa，渗透侧压力范围为5~100kPa。
6.根据权利要求5所述的一种PTA生产中有机废气的膜分离回收净化技术，其特征在于：所述的工艺装置中渗透侧压力通过抽真空或吹扫实现。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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