CN107243228A - 含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，主要解决现有技术中洗涤水耗量大、洗涤后废水难处理的问题。本发明通过采用一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，含环氧乙烷、环氧丙烷的废气进入废气吸收塔与洗涤水接触进行洗涤，经过洗涤达到环保排放标准后的废气从废气吸收塔顶部排入大气，废气吸收塔底部洗涤富液经废水泵后进入水合反应器进行催化水合反应，水合反应器中环氧乙烷、环氧丙烷的转化率大于95％，催化反应后的废水进入废水处理系统的技术方案较好地解决了上述问题，可用于含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理中。

Description

含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法
技术领域
本发明涉及一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法。
背景技术
伴随国家社会经济高速发展，国家对环保要求进一步提高。伴随着各项环保法规的出台，“以人为本，绿色环保”是当代企业和社会发展的必经之路。
如何经济合理的对尾气进行处理是环保的一个重要方向，符合我国的能源结构与发展战略。本发明涉及一种对含环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)废气的处理方法，主要解决以往技术中存在环氧乙烷/环氧丙烷洗涤不充分，洗涤消耗大，以及含环氧乙烷/环氧丙烷洗涤废水处理困难等问题。按照《GB 31571-2015石油化学工业污染物排放标准》要求，废气中环氧乙烷和环氧丙烷的限值分别为0.5、1mg/m3，现有的技术很难达到此要求，或者会形成二次污染。例如，华东理工大学“http://www.docin.com/p-869252916.html”公开的采用硫酸催化水合的方法，以环氧乙烷水溶液加入0.5～1.0％稀硫酸作为催化剂，在50～70℃，9.8～19.6KPa反应条件下反应生成乙二醇，反应产物需用碱液中和。该反应需要使用硫酸和氢氧化钠、虽然酸碱对EO水合由明显催化作用，但无机酸催化剂会导致碳钢设备腐蚀，而无机碱催化剂会产生一些副产物。同时在洗涤水中引入无机盐，生成含盐废水，对后续废水处理操作的难度高、耗能大，不符合经济合理的环保要求。
物理吸收法：即将环氧乙烷废气引入吸收液中进行净化，将吸收液饱和后经加热，解析，冷凝，回收；本法适用于其量较大，废气组分单一，浓度低，温度低的气体，但需要配置加热解析回收装置，设备体积一般比较大，投资较高，且环氧乙烷性质活泼，吸收液后续处理困难。由于环氧乙烷是一种危险化学组分，除具有高毒性以外，还具有高度易燃性，可自动分解并与多种化合物(包括自身)反应，且这些反应通常具有强烈的放热性。由于具有这些特性，在EO/EG和EO衍生产品制造工业中已出现过多次严重事故。
EO可遇水充分混溶，来自环氧乙烷/水混合物的中期在空气中(和大气压力下)具有易燃性，除非对EO进行22倍以上稀释(按照体积)。在封闭系统中，如排水沟，可能需要稀释的倍数为100倍，这样才会形成不支持燃烧的混合物。如采用水洗吸收法处理尾气中的EO/PO，为满足安全要求，对洗涤水的用量需求极大，造成能耗损失。同时，EO作为活泼化学剂，其水溶液进入排污系统，可能会与排污系统中的其他物质进行反应(酸类，某些胺类，碱金属氢氧化物，处于极细状态的固体如漂白粘土和锈等)。造成危险。同时，EO及其水溶液作为良好的杀菌剂，可能对生化水池及菌种造成影响。
吸附法：由于活性炭是非极性吸附剂，而环氧乙烷是非极性有机化合物，所以环氧乙烷容易被活性炭吸附。环氧乙烷竟有活性炭吸附，可达到95％以上的净化率，设备简单，投资小，但活性炭相对更换频繁，增加了装卸，运输，更换等工作程序，且含环氧乙烷的活性碳后续处理困难，导致运行成本增加，经济性欠佳。
直接水合法：直接水合法也称环氧乙烷加压水合法。将水和环氧乙烷以摩尔比为22：1的溶液，在列管式反应器中，以操作条件150～200℃，1.5～2.5MPa的条件下发生水合反应生成EG，副产物DEG，TEG等。该方法反应条件相对复杂，能耗大。不符合经济合理，节能环保的要求。
催化水合法：针对使用单纯的酸碱催化剂会腐蚀，污染设备，还会生成其他一些副产物。而直接水合法的能耗太高，本文采用催化水合法处理含环氧乙烷/环氧丙烷废液，如专利CN201010147789中提出的一种环氧乙烷水合生产乙二醇的方法。可在低温，低压条件下，环氧乙烷/环氧丙烷在催化剂作用下生成乙二醇/丙二醇。副产物为DEG/DPG等。反应产物及副产物安全可靠，无毒副作用，无火灾爆炸危险性。由于废液中反应产物及副产物对EO/PO具有良好的吸收效果，反应后废液可循环换利用。该方法具有洗涤水利用率高，能耗低，洗涤后废液易处理，装置运行安全稳定的特点。
反应产物乙二醇可回收利用，乙二醇可用于聚酯树脂，包括纤维、薄膜及工程塑料的生产，可直接用作冷却剂和防冻剂，同时也是生产醇酸树脂、增塑剂、油漆、胶粘剂、表面活性剂、炸药及电容器电解液等产品必不可少的物质，是一种非常重要的脂肪族二元醇。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中洗涤水耗量大、洗涤后废水难处理的问题，提供一种新的含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法。该方法具有洗涤水耗量小、洗涤后废水易处理的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，含环氧乙烷、环氧丙烷的废气进入废气吸收塔与洗涤液接触进行洗涤，经过洗涤后，脱除了环氧乙烷或环氧丙烷的废气从废气吸收塔顶部排出，废气吸收塔底部洗涤富液送入水合反应器进行催化水合反应，水合反应器中环氧乙烷、环氧丙烷的转化后的废液进入废水处理系统。
上述技术方案中，优选地，吸收液为含0.01～90wt％乙二醇或丙二醇的水溶液，吸收液经过冷却后作为废气洗涤塔的洗涤液。
上述技术方案中，优选地，废气吸收塔设有保护氮气进料管线，废气吸收塔顶部废气排出管线设有保护氮气进料管线。
上述技术方案中，优选地，含环氧乙烷、环氧丙烷的废气中环氧乙烷、环氧丙烷的质量含量为0.001～72％。
上述技术方案中，优选地，水合反应器为悬浮床催化反应器或固定床反应器，催化剂选自离子交换树脂类催化剂，反应温度为0～125℃，反应压力为0.05～0.15MPa，洗涤富液在水合反应器内的停留时间为2～15min，进入水合反应器内的环氧乙烷与水合反应器内催化剂的质量比为0.01～1：1。
上述技术方案中，优选地，废气吸收塔操作条件为：洗涤水与进入废气吸收塔内的环氧乙烷的摩尔比为2～400:1，洗涤水温度为-15～70℃，常压，理论塔板数为3～30，进入废气吸收塔内的保护氮气与废气的体积比为0.1～1：1。
上述技术方案中，优选地，催化剂选自上海石油化工研究院的树脂类复合金属催化剂，反应温度为25～120℃。
上述技术方案中，优选地，废气吸收塔操作条件为：洗涤水与进入废气吸收塔内的环氧乙烷的摩尔比为4～200:1，洗涤水温度为-15～15℃，理论塔板数为8～15。
上述技术方案中，优选地，所述环保排放标准为《GB 31571-2015石油化学工业污染物排放标准》；水合反应器中环氧乙烷、环氧丙烷的转化率大于98％。
本发明的目的是提供一种含环氧乙烷/环氧丙烷废气处理方法，具有洗涤水用量低，能量综合利用，降低能耗，洗涤后废液易处理，装置运行安全稳定，副产物可回收利用，增加经济效益的特点。本发明与现有技术的主要区别在于本发明通过催化水合反应降低了洗涤水中EO/PO的含量，并利用反应后洗涤水进行循环洗涤。不仅减少了安全隐患，废水处理困难等问题，提高了废水中含醇比例，便于回收利用，更是大大减少了洗涤水用量，提高了经济效益，达到了良好的节能降耗的效果。本发明的特征在于将洗涤后的含EO/PO废水通过催化水合反应生成二元醇类，降低废水中EO/PO含量，由于在封闭系统中，EO可能需要稀释的倍数为100倍，如果将废水中的EO转化为相应二元醇类，则洗涤水量可大大降低，节能降耗，安全经济。所生成的二元醇类无毒无害，便于处理。本方案解决了现有的含EO/PO废气普遍存在的洗涤水耗量大，洗涤后废水难处理等问题，本工艺可使用离子交换树脂类催化剂或其他含有机基团的有机/无机复合树脂类催化剂，可在较低温度及压力下进行反应，节约装置能耗。取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，废气温度120℃，质量流量为817.5kg/h(含保护氮气N2＝55.3wt％,EO＝8.1wt％,PO＝36.6wt％)通过废气吸收塔(理论塔板数19块)进行洗涤，常压操作，新鲜水经溴化锂冷冻机冷却至10℃作为洗涤水(5.2t/h)从塔顶进入。洗涤后气相中EO含量分别为3PPB，PO含量为3PPM。底部洗涤富液5569kg/h(其中EO含量66kg/h)经废水泵后进入水合反应器进行反应，反应温度22℃，反应压力0.1MPa，反应后环氧乙烷/环氧丙烷转化率为99.999％。转化后废液排入污水处理系统进行处理。水合反应器为悬浮床催化反应器，内径800mm，催化剂装填有效高度2500mm，装填催化剂体积1.26m3。催化剂采用离子交换树脂类催化剂。反应产生的副产物主要包括乙二醇(EG)，二乙二醇(DEG)，丙二醇(PG)，二丙二醇(DPG)及未反应的氮气等，可进行后续回收利用。
【实施例2】
一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，废气温度120℃，质量流量为817.5kg/h(含保护氮气N2＝55.3wt％,EO＝8.1wt％,PO＝36.6wt％)通过废气吸收塔(理论塔板数19块)进行洗涤，常压操作，新鲜水经溴化锂冷冻机冷却至40℃作为洗涤水(5.2t/h)从塔顶进入。塔的操作压力为0.1MPa，洗涤后气相中EO含量分别为0.038wt％，PO含量为0.216wt％。底部洗涤富液5378kg/h(其中EO含量42kg/h)经废水泵后进入水合反应器进行反应，反应温度43.65℃，反应压力0.1MPa，反应后环氧乙烷/环氧丙烷转化率为99.999％。转化后废液排入污水处理系统进行处理。水合反应器为悬浮床催化反应器，内径700mm，催化剂装填有效高度2500mm，装填催化剂体积0.96m3。催化剂采用离子交换树脂类催化剂。反应产生的副产物主要包括乙二醇(EG)，二乙二醇(DEG)，丙二醇(PG)，二丙二醇(DPG)及未反应的氮气等，可进行后续回收利用。
【实施例3】
一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，废气温度120℃，质量流量为817.5kg/h(含保护氮气N2＝55.3wt％,EO＝8.1wt％,PO＝36.6wt％)通过废气吸收塔(理论塔板数19块)进行洗涤，常压操作，新鲜水经溴化锂冷冻机冷却至70℃作为洗涤水(5.2t/h)从塔顶进入。塔的操作压力为0.1MPa，洗涤后气相中EO含量分别为0.04wt％，PO含量为0.202wt％。底部洗涤富液5338.098kg/h(其中EO含量39.135kg/h)经废水泵后进入水合反应器进行反应，反应温度67.85℃，反应压力0.2MPa，反应后环氧乙烷/环氧丙烷转化率为99.999％。转化后废液排入污水处理系统进行处理。水合反应器为悬浮床催化反应器，内径700mm，催化剂装填有效高度2000mm，装填催化剂体积0.76m3。催化剂采用离子交换树脂类催化剂。反应产生的副产物主要包括乙二醇(EG)，二乙二醇(DEG)，丙二醇(PG)，二丙二醇(DPG)及未反应的氮气等，可进行后续回收利用。
【实施例4】
一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，废气温度120℃，质量流量为817.5kg/h(含保护氮气N2＝55.3wt％,EO＝8.1wt％,PO＝36.6wt％)通过废气吸收塔(理论塔板数19块)进行洗涤，常压操作，新鲜水经溴化锂冷冻机冷却至120℃作为洗涤水(5.2t/h)从塔顶进入。塔的操作压力为0.4MPa，洗涤后气相中EO含量分别为0.03wt％，PO含量为0.14wt％。底部洗涤富液5108.921kg/h(其中EO含量39.018kg/h)经废水泵后进入水合反应器进行反应，反应温度92.65℃，反应压力0.4MPa，反应后环氧乙烷/环氧丙烷转化率为99.999％。转化后废液排入污水处理系统进行处理。水合反应器为悬浮床催化反应器，内径600mm，催化剂装填有效高度2000mm，装填催化剂体积0.56m3。催化剂采用离子交换树脂类催化剂。反应产生的副产物主要包括乙二醇(EG)，二乙二醇(DEG)，丙二醇(PG)，二丙二醇(DPG)及未反应的氮气等，可进行后续回收利用。
【实施例5】
一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，废气温度120℃，废气质量流量为1177kg/h(含保护氮气N2＝28wt％,EO＝72wt％,PO＝0wt％)通过废气吸收塔(理论塔板数10块)进行洗涤，常压操作，新鲜水经溴化锂冷冻机冷却至10℃作为洗涤水(7.8t/h)从塔顶进入。洗涤后气相中EO含量分别为500PPB，PO含量为0PPM，满足环保排放标准。底部洗涤富液8640kg/h(其中EO含量847.35kg/h)经废水泵后进入水合反应器进行反应，反应温度28℃，反应压力0.1MPa，反应后环氧乙烷/环氧丙烷转化率为99.999％。转化后废液排入污水处理系统进行处理。水合反应器为悬浮床催化反应器，内径800mm，催化剂装填有效高度3000mm，装填催化剂体积1.5m3。催化剂采用离子交换树脂类催化剂。反应产生的副产物主要包括乙二醇(EG)，二乙二醇(DEG)及未反应的氮气等，可进行后续回收利用。
【实施例6】
一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，废气质量流量为975kg/h(含保护氮气N2＝70wt％,EO＝30wt％,PO＝0wt％)通过废气吸收塔(理论塔板数10块)进行洗涤，常压操作，新鲜水经溴化锂冷冻机冷却至60℃作为洗涤水(62t/h)从塔顶进入。洗涤后气相中EO含量分别为500PPB，PO含量为0PPM，满足环保排放标准。底部洗涤富液62497.kg/h(其中EO含量292.451kg/h)经废水泵后进入水合反应器进行反应，反应温度59.85℃，反应压力1MPa，反应后环氧乙烷/环氧丙烷转化率为99.999％。转化后废液排入污水处理系统进行处理。水合反应器为悬浮床催化反应器，内径1800mm，催化剂装填有效高度4000mm，装填催化剂体积10m3。催化剂采用离子交换树脂类催化剂。反应产生的副产物主要包括乙二醇(EG)，二乙二醇(DEG)，及未反应的氮气，水等，可进行后续回收利用。

Claims (9)

1.一种含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，含环氧乙烷、环氧丙烷的废气进入废气吸收塔与洗涤液接触进行洗涤，经过洗涤后，脱除了环氧乙烷或环氧丙烷的废气从废气吸收塔顶部排出，废气吸收塔底部洗涤富液送入水合反应器进行催化水合反应，水合反应器中环氧乙烷、环氧丙烷的转化后的废液进入废水处理系统。
2.根据权利要求1所述含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，其特征在于吸收液为含0.01～90wt％乙二醇或丙二醇的水溶液，吸收液经过冷却后作为废气洗涤塔的洗涤液。
3.根据权利要求1所述含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，其特征在于废气吸收塔设有保护氮气进料管线，废气吸收塔顶部废气排出管线设有保护氮气进料管线。
4.根据权利要求1所述含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，其特征在于含环氧乙烷、环氧丙烷的废气中环氧乙烷、环氧丙烷的质量含量为0.001～72％。
5.根据权利要求1所述含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，其特征在于水合反应器为悬浮床催化反应器或固定床反应器，催化剂选自离子交换树脂类催化剂，反应温度为0～125℃，反应压力为0.05～0.15MPa，洗涤富液在水合反应器内的停留时间为2～15min，进入水合反应器内的环氧乙烷与水合反应器内催化剂的质量比为0.01～1：1。
6.根据权利要求1或3所述含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，其特征在于废气吸收塔操作条件为：洗涤水与进入废气吸收塔内的环氧乙烷的摩尔比为2～400:1，洗涤水温度为-15～70℃，常压，理论塔板数为3～30，进入废气吸收塔内的保护氮气与废气的体积比为0.1～1：1。
7.根据权利要求5所述含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，其特征在于催化剂选自上海石油化工研究院的树脂类复合金属催化剂，反应温度为25～120℃。
8.根据权利要求6所述含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，其特征在于废气吸收塔操作条件为：洗涤水与进入废气吸收塔内的环氧乙烷的摩尔比为4～200:1，洗涤水温度为-15～15℃，理论塔板数为8～15。
9.根据权利要求1所述含环氧乙烷、环氧丙烷的废气处理方法，其特征在于所述环保排放标准为《GB 31571-2015石油化学工业污染物排放标准》；水合反应器中环氧乙烷、环氧丙烷的转化率大于98％。
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