CN107413164A - 一种二级膜循环回收处理有机废气的工艺与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二级膜循环回收处理有机废气的工艺与装置。包括油品储罐、缓冲罐、混气罐、一级膜单元、活性炭吸附单元、压缩换热冷凝单元、二级膜单元、冷凝分液罐。将整个流程分为低浓度气体一级膜分离、活性炭吸附的处理循环与高浓度气体压缩冷凝并通过二级膜过程高效分离的处理循环。实现了工艺中的低浓度气体和高浓度气体两个循环分离，不但避免返混，还可以对压缩冷凝后的气体进行高效分离，回收尾气中价值较高的有机物，降低了处理循环和冷凝循环的负荷，提升了回收效率和尾气指标，降低了工艺能耗。与现有技术比较，在相同膜用量的情况下，有机物回收率提高9.1％，尾气浓度降低18％，总能耗降低14.5％。

Description

一种二级膜循环回收处理有机废气的工艺与装置
技术领域
本发明涉及一种二级膜循环回收处理有机废气的工艺与装置，其主要应用于对石油炼化企业在生产、油品储运、装卸过程中所排放的有机废气的回收处理。
背景技术
随着国家经济水平的提高和人民理念的转变，对炼油化工等石化企业的环保指标不断提升。在生产、储运的过程中有大量的有机物挥发排放，造成较大的环境污染的同时也造成资源的浪费，如能够高效回收利用这部分有机废气，将获得很好的环境效益和经济效益。
有机废气回收处理技术主要有回收和破坏两类。回收类包括吸收法、吸附法、冷凝法和膜法。破坏类则有燃烧、低温催化氧化等方法。
燃烧法无法实现资源利用，存在安全隐患，不适合在石化、炼化企业应用。吸附法(专利号CN201210334393.0)可以回收污染物，其工艺多采用活性炭吸附技术，但活性碳吸附量有限，且吸附过程放热，吸附高浓度废气时存在时或隐患，应用受限。
膜分离法(专利号200820178507.6)处理尾气虽然具有运行成本低、组件可模块化、操作过程温和、安全性好等优点，但现有的膜分离技术流程多采用一级膜或者多级膜串联的方式来提高尾气指标。其主要问题在于跨膜后的浓缩气体要与待处理气体混合后进行冷凝，这一方面增加了冷凝器的负荷，降低了冷凝回收率。同时，也提升了膜过程的负荷，易导致尾气指标恶化。综上所述，现有的膜与压缩冷凝相结合的技术尚存在工艺技术不完善和设计不合理之处，需要优化。
本发明针对现有膜技术结合压缩冷凝和活性炭吸附耦合技术的不足，提出利用二级膜过程，将系统分成两个循环，其中压缩冷凝后的浓缩气体经过膜分离，其中浓缩气体进入压缩冷凝循环，而低浓气体进入一级膜和吸附循环，避免返混。这样既可以减少进入压缩冷凝单元的气量并提高气体浓度有利于降低能耗提高回收率，又可以降低一级膜和活性炭吸附循环中的气体浓度，有利于提高尾气指标。因此，本工艺在尾气指标和能耗方面都比现有技术具有较大的优势，在有机气体回收处理领域具有较好的应用前景。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种二级膜循环回收处理有机废气的工艺与装置。通过二级膜过程将浓缩气循环与待处理气体循环分离的新工艺，对冷凝后的浓气进行高效膜分离，发挥膜过程适合处理高浓度有机废气的特点，对压缩冷凝后的浓气进行二级处理，避免了浓气与待处理气体混合的同时，对有机物进行高效二级分离，分别降低原有膜过程和压缩冷凝过程的负荷，在提升有机物回收率的同时，提高工艺排放尾气指标。
本发明的技术方案包含以下内容：
一种二级膜循环回收处理有机废气的装置，包括油品储罐1、缓冲罐2、混气罐3、一级膜单元、活性炭吸附单元、压缩换热冷凝单元、二级膜单元、冷凝分液罐9、真空泵系统8；
油品储罐1的出口与缓冲罐2的入口相连，缓冲罐2的出口与混气罐3的入口相连，混气罐3的出口与一级膜单元的入口相连，
一级膜单元的渗余侧与活性炭吸附单元的入口相连，一级膜单元的渗透侧与真空泵系统8的入口相连，
活性炭吸附单元设有尾气排放口7，用于排放达标气；活性炭吸附单元的解吸气出口与真空泵系统8的入口相连，
真空泵系统8的出口与冷凝分液罐9的入口相连，冷凝分液罐9的可凝气出口与压缩冷凝单元的入口相连，压缩冷凝单元的出口与二级膜单元的入口相连，
二级膜单元的渗余侧与混气罐3的入口相连，二级膜单元的渗透侧与真空泵系统8的入口相连。
在上述方案的基础上，所述一级膜单元由若干一级膜组件5以串联或并联形式组合而成；
所述二级膜单元由若干二级膜组件11以串联或并联形式组合而成。
在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元由两个活性炭吸附罐6通过四通阀15a并联组合而成；其中一个活性炭吸附罐6使用时，另一个则进行真空解吸、再生过程。
在上述方案的基础上，所述压缩冷凝单元包括：氟利昂储罐10、冷凝器12、压缩机13、换热器14和两个阀门。
在上述方案的基础上，所述油品储罐1的入口设有氮封气体管路16和压力控制器21。
在上述方案的基础上，所述油品储罐1的出口与缓冲罐2的入口之间设有压缩机4a。
在上述方案的基础上，所述混气罐3与一级膜单元之间设有压缩机4b、流量计17和阀门。
在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元的达标气出口通过四通阀15b与尾气排放口7连接。
在上述方案的基础上，所述真空泵系统8的出口与冷凝分液罐9之间设有压缩机4c。
在上述方案的基础上，所述冷凝分液罐9的可凝气出口与压缩冷凝单元入口之间设有阀门18；所述冷凝分液罐9的油相出口设有回收油储罐19。
在上述方案的基础上，所述二级膜单元与混气罐3的入口之间设有电动阀20。
在上述方案的基础上，所述一级膜单元和二级膜单元所采用的膜为有机硅膜、嵌段共聚物膜或无机膜。
在上述方案的基础上，所述一级膜单元和二级膜单元的膜组件形式是卷式、碟片式、中空纤维等形式。
在上述方案的基础上，所述装置为固定设计或撬装式设计。
一种二级膜循环回收处理有机废气的工艺，包括以下步骤：
1)待处理有机废气由油品储罐1进入缓冲罐2，再由缓冲罐2进入混气罐3，随后经过压缩机4b增加压力后进入一级膜单元进行膜分离；
2)一级膜单元的渗余侧气体进入活性炭吸附单元，经过活性炭吸附处理的气体达标后通过尾气排放口7排放；
3)一级膜单元的渗透侧浓气与活性炭吸附单元的解吸气经真空泵系统8进入压缩机4c增压，然后进入冷凝分液罐9，分离后的可凝气体进入压缩冷凝单元进行经压缩、换热和冷凝，然后进入二级膜单元进行二级膜分离；
4)二级膜单元的渗余侧气体进入混气罐3，由混气罐3进入一级膜单元和活性炭吸附单元进行循环处理；
5)二级膜单元的渗透侧浓气与一级膜单元的渗透侧气体并流通过真空泵系统8进入压缩机4c增压后，进入冷凝分液罐9；
6)冷凝分液罐9中的不可凝气通过不可凝气回路定期释放，冷凝分液罐9中的油相进入回收油储罐19。
在上述方案的基础上，所述一级膜单元的渗余侧压力范围为0.1～1Mpa，温度低于50℃；渗透侧真空度为0Mpa～0.02Mpa(绝压)。
在上述方案的基础上，所述二级膜单元的渗余侧压力范围为0.1～1Mpa，温度低于50℃；渗透侧真空度为0Mpa～0.02Mpa(绝压)。
在上述方案的基础上，压缩冷凝单元的压力范围为0.2Mpa～1.0Mpa，冷凝器温度范围为-10℃～10℃。
在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元的吸附压力范围为0.1～1Mpa，真空解吸压力范围为0Mpa～0.02Mpa(绝压)。
本发明涉及一种改进的膜技术工艺，其不同于传统膜过程之处在于，增加二级膜过程，从而将低浓度废气和高浓度浓缩气体两个循环分离开来，避免其他技术中的浓缩气和待处理气的返混，一方面能够有效降低一级膜过程和活性炭的负荷，提升尾气指标。另一方面，减少浓缩气体量，提高浓缩气体浓度，有利于其进行压缩冷凝，增加有机物回收效率。装置在只增加一台压缩机的情况下，分别降低了两个循环的负荷，大大提升了尾气指标、处理效果并有效降低能耗。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明创新性的应用二级膜过程，将整个流程分为经过一级膜、活性炭处理循环和浓缩气体压缩冷凝循环。实现了体系中的低浓度气体和高浓度气体两个循环分离，不但避免返混，还可以对压缩冷凝后的气体进行高效分离，回收尾气中价值较高的有机物，降低了处理循环和冷凝循环的负荷，满足尾气排放指标，并降低了工艺能耗。经试验验证，本申请工艺流程仅增加了一台压缩机，但可降低压缩冷凝过程55％以上的气量，减少一级膜过程35％的有机物浓度。与现有技术比较，在相同膜用量的情况下，有机物回收率提高9.1％，尾气浓度降低18％，总能耗降低14.5％。
本发明的结构简单、撬装式可移动设计、安装维护方便，可以通过汽车牵引。对不同种类的有机废气具有较强的适用性。能够实现有机废气的就地回收和高效处理。提升废气处理技术的经济效益和社会效益难题，具有工业应用前景。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的流程示意图
图2本发明的装置示意图
1-油品储罐，2-缓冲罐，3-混气罐，4a、4b、4c-压缩机，5-一级膜组件，6-活性炭吸附罐，7-尾气排放口，8-真空泵系统，9-冷凝分液罐，10-氟利昂储罐，11-二级膜组件，12-冷凝器，13-压缩机，14-换热器，15a、15b-四通阀，16-氮封气体管路，17-流量计，18-阀门，19-回收油储罐，20-电动阀，21-压力控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，一种二级膜循环回收处理有机废气的装置，包括油品储罐1、缓冲罐2、混气罐3、一级膜单元、活性炭吸附单元、压缩换热冷凝单元、二级膜单元、冷凝分液罐9、真空泵系统8；
油品储罐1的出口与缓冲罐2的入口相连，缓冲罐2的出口与混气罐3的入口相连，混气罐3的出口与一级膜单元的入口相连，
一级膜单元的渗余侧与活性炭吸附单元的入口相连，一级膜单元的渗透侧与真空泵系统8的入口相连，
活性炭吸附单元设有排放口7，用于排放达标气；活性炭吸附单元的解吸气出口与真空泵系统8的入口相连，
真空泵系统8的出口与冷凝分液罐9的入口相连，冷凝分液罐9的可凝气出口与压缩冷凝单元的入口相连，压缩冷凝单元的出口与二级膜单元的入口相连，
二级膜单元的渗余侧与混气罐3的入口相连，二级膜单元的渗透侧与真空泵系统8的入口相连。
在上述方案的基础上，所述一级膜单元由若干一级膜组件5以串联或并联形式组合而成；
所述二级膜单元由若干二级膜组件11以串联或并联形式组合而成。
在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元由两个活性炭吸附罐6通过四通阀15a并联组合而成；其中一个活性炭吸附罐6使用时，另一个则进行真空解吸、再生过程。
在上述方案的基础上，所述压缩冷凝单元包括：氟利昂储罐10、冷凝器12、压缩机13、换热器14和两个阀门。
在上述方案的基础上，所述油品储罐1的入口设有氮封气体管路16和压力控制器21。
在上述方案的基础上，所述油品储罐1的出口与缓冲罐2的入口之间设有压缩机4a。
在上述方案的基础上，所述混气罐3与一级膜单元之间设有压缩机4b、流量计17和阀门。
在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元的达标气出口通过四通阀15b与尾气排放口7连接。
在上述方案的基础上，所述真空泵系统8的出口与冷凝分液罐9之间设有压缩机4c。
在上述方案的基础上，所述冷凝分液罐9的可凝气出口与压缩冷凝单元入口之间设有阀门18；所述冷凝分液罐9的油相出口设有回收油储罐19。
在上述方案的基础上，所述二级膜单元与混气罐3的入口之间设有电动阀20。
在上述方案的基础上，所述一级膜单元和二级膜单元所采用的膜为有机硅膜、嵌段共聚物膜或无机膜。
在上述方案的基础上，所述一级膜单元和二级膜单元的膜组件形式是卷式、碟片式、中空纤维等形式。
在上述方案的基础上，所述装置为固定设计或撬装式设计。
一种二级膜循环回收处理有机废气的工艺，包括以下步骤：
1)待处理有机废气由油品储罐1进入缓冲罐2，再由缓冲罐2进入混气罐3，随后经过压缩机4b增加压力后进入一级膜单元进行膜分离；
2)一级膜单元的渗余侧气体进入活性炭吸附单元，经过活性炭吸附处理的气体达标后通过尾气排放口7排放；
3)一级膜单元的渗透侧浓气与活性炭吸附单元的解吸气经真空泵系统8进入压缩机4c增压，然后进入冷凝分液罐9，分离后的可凝气体进入压缩冷凝单元进行经压缩、换热和冷凝，然后进入到二级膜单元进行二级膜分离；
4)二级膜单元的渗余侧气体进入混气罐3，由混气罐3进入一级膜单元和活性炭吸附单元进行循环处理；
5)二级膜单元的渗透侧浓气与一级膜单元的渗透侧气体并流通过真空泵系统8进入压缩机4c增压后，进入冷凝分液罐9；
6)冷凝分液罐9中的不可凝气通过不可凝气回路定期释放，冷凝分液罐9中的油相进入回收油储罐19。
在上述方案的基础上，所述一级膜单元的渗余侧压力范围为0.1～1Mpa，温度低于50℃；渗透侧真空度为0Mpa～0.02Mpa(绝压)。
在上述方案的基础上，所述二级膜单元的渗余侧压力范围为0.1～1Mpa，温度低于50℃；渗透侧真空度为0Mpa～0.02Mpa(绝压)。
在上述方案的基础上，压缩冷凝单元的压力范围为0.2Mpa～1.0Mpa，冷凝器温度范围为-10℃～10℃。
在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元的吸附压力范围为0.1～1Mpa，真空解吸压力范围为0Mpa～0.02Mpa(绝压)。
本发明所述的二级膜循环回收处理有机废气的工艺与装置，具体实施方式如下：
有机废气首先由油品储罐1进入缓冲罐2，再由缓冲罐2进入混气罐3，经过稳压阀和流量计17调节压力和流量，压缩机4b增压至0.1～1.0Mpa进入一级膜单元，一级膜单元的渗余侧为低浓度尾气，随后带压进入活性炭吸附罐6后达标排放。一级膜单元的渗透侧为浓缩后的浓气，通过真空泵系统8提供0.02Mpa(绝压)以下真空度，促使有机物透过膜进行分离。真空泵系统8的出口压力通常不超过50Kpa，通过压缩机4c增压(0.2Mpa～1.0Mpa)后进入压缩冷凝单元，在一定温度(-10℃～10℃)下进行压缩冷凝过程，冷凝液定期回收。未冷凝的气体则带压进入到二级膜单元，二级膜单元的渗余侧气体浓度降低后通过减压阀与装置进气口汇合，再次进行膜过程和活性炭吸附的处理循环。二级膜单元的渗透侧浓气则与一级膜单元和活性炭真空解吸气一起经真空泵系统8再次进入压缩冷凝循环。装置中低浓度气体一级膜分离、活性炭吸附的处理循环与高浓度气体压缩冷凝循环通过二级膜过程高效分离，降低了两个循环的负荷，提升了装置的处理效果和并降低了能耗。
实施例1
处理炼化厂一己烯生产装置以及原料储罐和污油储罐原有尾气处理提标改造装置，其尾气组成(体积分数记)氮气为主，非甲烷总烃25000mg/m3，其中芳香族化合物7000mg/m3，烷类物质18000mg/m3。烃类物质中主要包含烷烃、烯烃以及少量芳烃和硫化物类物质。装置膜面积23m2，采用卷式膜组件形式，一级膜18m2，二级膜5m2。活性炭吸附罐体积0.6m3，采用负载碱性官能团的椰壳活性炭，粒径2mm。气体流量总流量为40～50m3/h，工艺装置主要操作条件见下表1，而工艺处理结果见表2：
表1，装置操作条件
名称 温度 压力 流量
装置入口 10～30℃ 表压0.05MPa 40～50Nm3/h
一级膜渗余侧 25～50℃ 表压0.25MPa 38～49Nm3/h
一级膜渗透侧 ≯30℃ 绝压0.015MPa 1～2Nm3/h
二级膜渗余侧 ≯30℃ 表压0.4MPa 0.5～1.8Nm3/h
二级膜渗透侧 ≯30℃ 绝压0.015MPa 0.1～0.4Nm3/h
冷凝器 0℃ 表压0.4Mpa 1.2～1.8L/h
系统出口 20～35℃ 表压101～150KPa 38～48Nm3/h
表2，工艺处理结果(工艺各处气体浓度)
实施例2
处理炼油厂催化裂化装置以及污油储罐呼吸阀外排废气(储罐带有氮封)。废气组成氮气93％，烃类物质7％。烃类物质中主要包含烷烃、烯烃、芳烃、醚类以及卤代烃类物质以及硫化氢、硫醇等含硫组分。气体平均流量为100Nm3/h，装置膜面积130m2，一级膜100m2，为五个卷式膜组件并联，二级膜为碟片式膜组件填充面积30m2。每个活性炭吸附罐体积4.5m3，采用负载碱性官能团的椰壳活性炭，粒径2mm。工艺装置参数如温度、压力、流量等见下表3，气体总组成、非甲烷总烃量以及具有代表性的组成物质浓度，在流程不同阶段后的变化结果见表4：
表3，装置操作条件
名称 温度 压力 流量
装置入口 10～35℃ 表压0.05MPa 40～50Nm3/h
一级膜渗余侧 25～40℃ 表压0.25MPa 35～48Nm3/h
一级膜渗透侧 ≯30℃ 绝压0.005MPa 5Nm3/h
二级膜渗余侧 ≯30℃ 表压0.4MPa 4.5～4.8Nm3/h
二级膜渗透侧 ≯30℃ 绝压0.005MPa 0.2～0.5Nm3/h
冷凝器 0℃ 表压0.4Mpa 0.2～0.5Nm3/h
系统出口 20～35℃ 表压101～150KPa 35～48Nm3/h
表4，工艺处理结果(工艺各处气体浓度，单位mg/m3)
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于：包括油品储罐(1)、缓冲罐(2)、混气罐(3)、一级膜单元、活性炭吸附单元、压缩换热冷凝单元、二级膜单元、冷凝分液罐(9)、真空泵系统(8)；
油品储罐(1)的出口与缓冲罐(2)的入口相连，缓冲罐(2)的出口与混气罐(3)的入口相连，混气罐(3)的出口与一级膜单元的入口相连，
一级膜单元的渗余侧与活性炭吸附单元的入口相连，一级膜单元的渗透侧与真空泵系统(8)的入口相连，
活性炭吸附单元设有尾气排放口(7)，用于排放达标气；
活性炭吸附单元的解吸气出口与真空泵系统(8)的入口相连，
真空泵系统(8)的出口与冷凝分液罐(9)的入口相连，冷凝分液罐(9)的可凝气出口与压缩冷凝单元的入口相连，压缩冷凝单元的出口与二级膜单元的入口相连，
二级膜单元的渗余侧与混气罐(3)的入口相连，二级膜单元的渗透侧与真空泵系统(8)的入口相连。
2.如权利要求1所述的二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于：所述压缩冷凝单元包括：氟利昂储罐(10)、冷凝器(12)、压缩机(13)、换热器(14)和两个阀门。
3.如权利要求1所述的二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于：所述油品储罐(1)的入口设有氮封气体管路(16)和压力控制器(21)；
所述油品储罐(1)的出口与缓冲罐(2)的入口之间设有压缩机(4a)；
所述混气罐(3)与一级膜单元之间设有压缩机(4b)、流量计(17)和阀门；
所述活性炭吸附单元的达标气出口通过四通阀(15b)与尾气排放口(7)连接；
所述真空泵系统(8)的出口与冷凝分液罐(9)之间设有压缩机(4c)；
所述冷凝分液罐(9)的可凝气出口与压缩冷凝单元入口之间设有阀门(18)；所述冷凝分液罐(9)的油相出口设有回收油储罐(19)；
所述二级膜单元与混气罐(3)的入口之间设有电动阀(20)。
4.如权利要求1所述的二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于：所述一级膜单元由若干一级膜组件(5)以串联或并联形式组合而成；
所述二级膜单元由若干二级膜组件(11)以串联或并联形式组合而成。
5.如权利要求1所述的二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于：所述一级膜单元和二级膜单元的膜组件形式是卷式、碟片式或中空纤维形式。
6.如权利要求1所述的二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于：所述活性炭吸附单元由两个活性炭吸附罐(6)通过四通阀(15a)并联组合而成；其中一个活性炭吸附罐(6)使用时，另一个则进行真空解吸、再生过程。
7.如权利要求1所述的二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于：所述一级膜单元和二级膜单元所采用的膜为有机硅膜、嵌段共聚物膜或无机膜。
8.如权利要求1所述的二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于：所述装置为固定设计或撬装式设计。
9.一种二级膜循环回收处理有机废气的工艺，应用权利要求1-8任一权利要求所述的二级膜循环回收处理有机废气的装置，其特征在于包括以下步骤：
1)待处理有机废气由油品储罐(1)进入缓冲罐(2)，再由缓冲罐(2)进入混气罐(3)，随后经过压缩机(4b)增加压力后进入一级膜单元进行膜分离；
2)一级膜单元的渗余侧气体进入活性炭吸附单元，经过活性炭吸附处理的气体达标后通过尾气排放口(7)排放；
3)一级膜单元的渗透侧浓气与活性炭吸附单元的解吸气经真空泵系统(8)进入压缩机(4c)增压，然后进入冷凝分液罐(9)，分离后的可凝气体进入压缩冷凝单元进行经压缩、换热和冷凝，然后进入二级膜单元进行二级膜分离；
4)二级膜单元的渗余侧气体进入混气罐(3)，由混气罐(3)进入一级膜单元和活性炭吸附单元进行循环处理；
5)二级膜单元的渗透侧浓气与一级膜单元的渗透侧气体并流通过真空泵系统(8)进入压缩机(4c)增压后，进入冷凝分液罐(9)；
6)冷凝分液罐(9)中的不可凝气通过不可凝气回路定期释放，冷凝分液罐(9)中的油相进入回收油储罐(19)。
10.如权利要求9所述的二级膜循环回收处理有机废气的工艺，其特征在于：所述一级膜单元的渗余侧压力范围为0.1～1Mpa，温度低于50℃；渗透侧真空度为绝压0Mpa～0.02Mpa；
所述二级膜单元的渗余侧压力范围为0.1～1Mpa，温度低于50℃；渗透侧真空度为绝压0Mpa～0.02Mpa；
所述压缩冷凝单元的压力范围为0.2Mpa～1.0Mpa，冷凝器温度范围为-10℃～10℃；
所述活性炭吸附单元的吸附压力范围为0.1～1Mpa，真空解吸压力范围为绝压0Mpa～0.02Mpa。
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