CN107469601B - 一种去除石化工业废气中苯系物的处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除石化工业废气中苯系物的处理系统，该系统包括余热交换器、气体过热保护装置、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋式除尘器、钨线圈表面活化‑臭氧氧化处理装置、烟气水洗净化塔、引风机等。本系统创造性的利用了臭氧在某些金属单质表面所特有的表面活化特性，当钨金属线圈处于通电炽热的状态下，臭氧在其表面可迅速释放出活化氧原子，可在钨金属表面产生一种强氧化环境，当诸如苯系物等含有共轭效应C‑C键的分子处于此种强氧化环境下时，其共轭C‑C键会被活化氧原子打破，苯系物分子最终被氧化分解为H2O和CO2等无机分子，从而达到去除废气中苯系物的目的。

Description

一种去除石化工业废气中苯系物的处理系统
技术领域
本发明涉及一种去除石化工业废气中苯系物的处理系统，属于环境保护中的废气处理领域。
背景技术
苯系物是苯及其衍生物的总称。广义上的苯系物包括全部芳香族化合物，狭义上的苯系物特指包括BTEX在内的在人类生产生活环境中有一定分布并对人体造成危害的含苯环化合物。
人类对苯系物的提炼获取最早可追溯到19世纪。1825年，英国科学家法拉第（Faraday）用蒸馏的方法从鱼油等类似物质的热裂解产品中分离得到较高纯度的苯，称其为“氢的重碳化合物”，并测定了其基本物理性质和化学组成。此后又相继发现了甲苯，二甲苯等物质，并统一命名为苯系物。苯系物的工业生产始于1865，最初是从煤焦油中回收。随着其用途的扩大，产量不断上升，到1930年已经成为世界十大吨位产品之一。随着苯系物的广泛生产和应用，其对空气的污染特性和毒理学研究逐渐引起了人们的关注，上世纪70年代前后，空气中苯系物污染的监测和研究逐渐成为热点。
苯系物对区域特别是城市大气环境具有严重的负面影响。由于多数苯系物（如苯、甲苯等）具有较强的挥发性，在常温条件下很容易挥发到气体当中形成挥发性有机气体（VOCs），会造成VOCs气体污染。比如BTEX作为工业上经常使用的有机溶剂，被广泛应用于油漆、脱脂、干洗、印刷、纺织、合成橡胶等行业。在BTEX的生产、储运和使用过程中均会由于挥发而造成大气污染。BTEX在大气中光化学反应活性较高，对大气中光氧化剂（如臭氧和过氧乙酰基硝酸酯等）和二次有机气溶胶的形成有相当作用。
苯系物污染的来源主要有固定源和移动源两种。移动源主要有汽车、轮船和飞机等以石油产品为燃料的交通工具的排放气；固定源的种类极多，主要为石油化工工艺过程和储存设备等的排出物及各种使用有机溶剂的场合，如喷漆、印刷、金属除油和脱脂、粘合剂、制药、塑料、涂料和橡胶加工等。
根据生产工艺流程及废气的排放方式的不同，苯系物有着不同的控制技术。目前广泛采用并且研究较多的有：吸附法、热破坏法、冷凝法、吸收法等，近年来开发出的新的控制技术包括：生物膜法、光分解法、等离子体分解法、臭氧分解法等。
（1）吸附法：
用多孔性固体处理流体混合物，使其中所含的一种或几种组分富集在固体表面，而与其它组分分离的过程称为吸附。吸附法主要用于低浓度高通量苯系物的净化。
（2）热破坏法：
热破坏法是目前应用比较广泛、研究较多的苯系物治理方法，特别适用于含有低浓度苯系物的废气。该方法可分为直接火焰燃烧和催化燃烧，其过程复杂并且可能包括一系列分解、聚合及自由基反应。而最重要的苯系物热破坏法机理包括氧化、热裂解和热分解，热破坏法正是基于此机理进行的。
（3）冷凝法：
冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低系统温度或提高系统压力，使处于蒸汽状态的苯系物冷凝并从废气中分离出来的过程。
（4）吸收法：
吸收法主要利用苯系物能与大部分油类物质互溶的特点，用高沸点、低蒸汽压的油类作为吸收剂来吸收废气中的苯系物，常见的吸收器是填料洗涤吸收塔。
（5）生物膜法：
所谓生物膜法就是将微生物固定附着在多孔性介质填料表面，并使污染气体在填料床层中进行生物处理，可将其中的污染物除去，并使之在空隙中降解。挥发性有机污染物被吸附在空隙表面，被空隙中的微生物所耗用，并降解成CO2、H2O和中性盐。
目前，我国普遍采用的废气苯系物处理方法，普遍存在初期投资大、运行维护费用高、技术复杂等缺点，并且其处理效果也难以满足日益严格的排放要求。为此，需要寻找新的方法和途径来解决这一难题。
发明内容
为了解决现有技术中的诸多不足，本发明提供了一种去除石化工业废气中苯系物的处理系统，该系统包括余热交换器、气体过热保护装置、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋式除尘器、钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置、烟气水洗净化塔、引风机等；其中，含有苯系物的石化工业废气通过气体管路进入余热交换器，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并且得到的剩余热量可供利用，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，其作用是当余热交换器故障或经热交换后的废气温度依旧过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，通过导入空气的方法调整废气中苯系物的实际浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，在此除去废气中的颗粒污染物，防止磨损或阻塞后端处理装置，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置的出口通过气体管路连接烟气水洗净化塔，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗净化塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境；其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置由气体预混区和氧化反应区两部分组成，装置底部设有进气阀门，进气阀门后端由气体管路连接至超细滤网，超细滤网后端由气体管路连接至气体预混四通阀，同时，臭氧发生器和氮气储罐也分别由气体管路连接至气体预混四通阀，气体预混四通阀出口端由气体管路连接至混合气体喷头，混合气体喷头上方安装有1套金属钨线圈，金属钨线圈由位于装置外部的1部稳压电源予以供电，装置顶部设有排气阀门；含有苯系物的石化工业废气通过钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置底部的进气阀门进入处理装置内部，经过超细滤网的精细过滤彻底去除颗粒杂质后，进入气体预混四通阀，同时，由臭氧发生器生成的臭氧气体以及由氮气储罐供给的氮气也进入气体预混四通阀，待处理废气、臭氧和氮气在气体预混四通阀中按照事先设定好的体积比例（废气、O3、N2的比例分别为28.7%、31.1%和40.2%）充分混合，混合均匀后的气体通过混合气体喷头均匀喷射至金属钨线圈处，金属钨线圈在稳压电源的供电下进入通电炽热状态，此时，混合气体中的臭氧在金属钨线圈表面迅速释放出活化氧原子，并在局部产生一种强氧化环境，当废气中含有共轭效应C-C键的苯系物分子处于此种强氧化环境下时，其共轭C-C键会被活化氧原子打破，苯系物分子最终被氧化分解为H2O和CO2等无机分子，从而达到去除废气中苯系物的目的，经过净化处理后的废气由装置顶部的排气阀门排出，并进入下一处理工序。其中，由于苯系物为可燃物质，而臭氧在释放氧原子后会形成助燃剂——氧气，二者混合后有发生爆炸的危险，因此预先向废气中混入氮气作为屏蔽气，能够起到防爆作用。
其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置的工作压力范围为0.055~0.75MPa，工作温度范围为250~700℃，有效容积为230m3。
其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置，金属钨线圈在工作时的表面温度约为2600℃，工作电压为380V，其钨含量大于99.95%。
其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置，其气体预混四通阀采用三进一出结构，最大承压为1.05MPa，工作温度范围为105~850℃。
通过本系统处理后的废气，其苯系物的去除效率可达99.6%。
本发明的优点在于：
（1）本系统摆脱了现有的石化工业废气中苯系物的治理模式，创造性的利用了臭氧在某些金属单质表面所特有的表面活化特性，当钨金属线圈处于通电炽热的状态下，臭氧在其表面可迅速释放出活化氧原子，可在钨金属表面产生一种强氧化环境，当诸如苯系物等含有共轭效应C-C键的分子处于此种强氧化环境下时，其共轭C-C键会被活化氧原子打破，并最终被氧化分解为H2O和CO2等无机分子。该方法对苯系物有较好的氧化分解效果，是一种非常有针对性的处理方法，其处理效率可达到98.9%。
（2）本系统在运行过程中不使用任何化学药剂，一方面大大减少了购置处理物料所产生的成本，另一方面还杜绝了引入危害更大的污染物的风险。
（3）本系统应用了多种气体预混合技术，能够实现反应物料的预先均匀混合，大大提高的反应效率。
（4）由于苯系物为可燃物质，而臭氧在释放氧原子后会形成助燃剂——氧气，二者混合后有发生爆炸的危险。为此，本系统特别运用了氮气作为屏蔽气体，可有效排除爆炸风险。
（5）本系统技术路线先进，设备占地面积较小，并且处理效果良好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是本发明的设备示意图。
图中：1-余热交换器、2-气体过热保护装置、3-热式气体质量流量计、4-混合气体流量调节阀、5-布袋式除尘器、6-钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置、7-烟气水洗净化塔、8-引风机
图2是钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置的示意图。
61-进气阀门、62-超细滤网、63-气体预混四通阀、64-臭氧发生器、65-氮气储罐、66-混合气体喷头、67-金属钨线圈、68-稳压电源、69-排气阀门。
具体实施方式
如图1所示，去除石化工业废气中苯系物的处理系统，该系统包括余热交换器1、气体过热保护装置2、热式气体质量流量计3、混合气体流量调节阀4、布袋式除尘器5、钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置6、烟气水洗净化塔7、引风机8等；其中，含有苯系物的石化工业废气通过气体管路进入余热交换器1，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并且得到的剩余热量可供利用，余热交换器1的出口通过气体管路连接气体过热保护装置2，其作用是当余热交换器1故障或经热交换后的废气温度依旧过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护装置2的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计3，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，热式气体质量流量计3的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀4，通过导入空气的方法调整废气中苯系物的实际浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀4的出口通过气体管路连接布袋式除尘器5，在此除去废气中的颗粒污染物，防止磨损或阻塞后端处理装置，布袋式除尘器5的出口通过气体管路连接钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置6，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置6的出口通过气体管路连接烟气水洗净化塔7，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗净化塔7的出口通过气体管路连接引风机8，引风机8的出口通过气体管路连通大气环境；其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置6由气体预混区和氧化反应区两部分组成，装置底部设有进气阀门61，进气阀门61后端由气体管路连接至超细滤网62，超细滤网62后端由气体管路连接至气体预混四通阀63，同时，臭氧发生器64和氮气储罐65也分别由气体管路连接至气体预混四通阀63，气体预混四通阀63出口端由气体管路连接至混合气体喷头66，混合气体喷头66上方安装有1套金属钨线圈67，金属钨线圈67由位于装置外部的1部稳压电源68予以供电，装置顶部设有排气阀门69；含有苯系物的石化工业废气通过钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置6底部的进气阀门61进入处理装置内部，经过超细滤网62的精细过滤彻底去除颗粒杂质后，进入气体预混四通阀63，同时，由臭氧发生器64生成的臭氧气体以及由氮气储罐65供给的氮气也进入气体预混四通阀63，待处理废气、臭氧和氮气在气体预混四通阀63中按照事先设定好的体积比例（废气、O3、N2的比例分别为28.7%、31.1%和40.2%）充分混合，混合均匀后的气体通过混合气体喷头66均匀喷射至金属钨线圈67处，金属钨线圈67在稳压电源68的供电下进入通电炽热状态，此时，混合气体中的臭氧在金属钨线圈67表面迅速释放出活化氧原子，并在局部产生一种强氧化环境，当废气中含有共轭效应C-C键的苯系物分子处于此种强氧化环境下时，其共轭C-C键会被活化氧原子打破，苯系物分子最终被氧化分解为H2O和CO2等无机分子，从而达到去除废气中苯系物的目的，经过净化处理后的废气由装置顶部的排气阀门69排出，并进入下一处理工序。其中，由于苯系物为可燃物质，而臭氧在释放氧原子后会形成助燃剂——氧气，二者混合后有发生爆炸的危险，因此预先向废气中混入氮气作为屏蔽气，能够起到防爆作用；其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置6的工作压力范围为0.055~0.75MPa，工作温度范围为250~700℃，有效容积为230m3；其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置6，其金属钨线圈67在工作时的表面温度约为2600℃，工作电压为380V，其钨含量大于99.95%；其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置6，其气体预混四通阀63采用三进一出结构，最大承压为1.05MPa，工作温度范围为105~850℃。
通过本系统处理后的废气，其苯系物的去除效率可达99.6%。

Claims (2)

1.一种去除石化工业废气中苯系物的处理系统，其特征在于，该系统包括余热交换器、气体过热保护装置、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋式除尘器、钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置、烟气水洗净化塔、引风机；其中，含有苯系物的石化工业废气通过气体管路进入余热交换器，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置的出口通过气体管路连接烟气水洗净化塔，烟气水洗净化塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境；其中，钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置由气体预混区和氧化反应区两部分组成，包括进气阀门、超细滤网、气体预混四通阀、臭氧发生器、氮气储罐、混合气体喷头、金属钨线圈、稳压电源、排气阀门；钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置底部设有进气阀门，进气阀门后端由气体管路连接至超细滤网，超细滤网后端由气体管路连接至气体预混四通阀，同时臭氧发生器和氮气储罐也分别由气体管路连接至气体预混四通阀，气体预混四通阀出口端由气体管路连接至氧化反应区内的混合气体喷头，在氧化反应区内部混合气体喷头上方安装有1套金属钨线圈，金属钨线圈由位于氧化反应区外部的1部稳压电源予以供电，装置顶部设有排气阀门；钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置的金属钨线圈在工作时的表面温度为2600℃，工作电压为380V，其钨含量大于99.95%。
2.根据权利要求1所述的去除石化工业废气中苯系物的处理系统，其特征在于，含有苯系物的石化工业废气通过钨线圈表面活化-臭氧氧化处理装置底部的进气阀门进入处理装置内部，经过超细滤网的精细过滤彻底去除颗粒杂质后，进入气体预混四通阀，同时由臭氧发生器生成的臭氧气体以及由氮气储罐供给的氮气也进入气体预混四通阀，待处理废气、臭氧和氮气在气体预混四通阀中按照事先设定好的体积比例充分混合，混合均匀后的气体通过混合气体喷头均匀喷射至金属钨线圈处，金属钨线圈在稳压电源的供电下进入通电炽热状态，此时混合气体中的臭氧在金属钨线圈表面迅速释放出活化氧原子，并在局部产生一种强氧化环境，当废气中含有共轭效应C-C键的苯系物分子处于此种强氧化环境下时，其共轭C-C键会被活化氧原子打破，苯系物分子最终被氧化分解为H2O和CO2，从而达到去除废气中苯系物的目的，经过净化处理后的废气由装置顶部的排气阀门排出，并进入下一处理工序。
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