CN107854974A - 一种膜分离挥发性有机物回收治理方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜分离挥发性有机物回收治理方法及设备，以膜分离技术为核心，与冷凝、碱洗喷淋、复合光催化组合技术应用，形成集成工艺，开辟了一条废气治理新技术路线。创新的应用膜分离技术于生产排放气（废气）的VOCs回收治理，通过发挥膜分离作用既回收了VOCs有用组分，又降低了废气的VOCs浓度，使尾排容易达到环保要求。采用碱洗喷淋、复合光催化技术其中一种或两种组合，作为后处理工艺，对膜分离尾气中的微量VOCs进一步处理，确保最终排放气环保达标。
Description
技术领域
本发明涉及化工、制药等生产领域，特别适用于含有丙酮、乙酸乙酯、正丁醇、甲苯等VOCs的生产排放气（废气）治理。
背景技术
在化工、制药等生产领域，生产排放的一些废气中含有有机挥发物（VOCs），对环境造成了污染，企业如何有效的对废气中VOCs回收治理，实现经济效益和环保排放，是生态文明建设的迫切要求。
以制药生产为例，一些抗生素药品的生产过程中，需要用到正丁醇、乙酸乙酯、丙酮等溶媒，在生产过程结晶、三合一（过滤、洗涤、干燥）洗涤、干燥的真空泵排气，溶媒蒸馏塔塔顶排气，储罐区的排气，都会带走大量的溶媒气体，不仅造成溶媒生产单耗成本的升高，还会带来环境污染风险。废气治理对高新技术的应用有现实的需求，而且通常需要采用多种技术的组合应用来达到综合治理的目的。
膜法气体分离技术是当今世界竟相发展的高新技术，广泛应用于氮氢分离、有机蒸汽回收等炼油、化工领域。它以分离膜两侧气体压力差为驱动力，VOCs作为快气溶解扩散透过膜，从而使该VOCs组分在膜原料侧浓度降低，而在膜的渗透气侧得到富集，经过循环、结合冷凝，达到回收VOCs的目的。该过程具有能耗低、设备紧凑、占地面积小、操作弹性大且简单、运行安全、不产生二次污染、维修保养方便和设备容易放大等优点，是高效、节能和环保的新兴技术应用。
碱洗喷淋设备工作原理是采用以碱性水作洗涤液，利用填料式吸收塔将气体中的易溶于水的VOCs组分或酸性污染物质吸收分离出来，以达到净化气体的目的。属于微分接触逆流式，塔内的填料是气液两相接触的基本构件。它能提供足够大的表面积，对气液流动又不致造成过大的阻力。洗涤水是处理废气的吸收剂，它的性质和浓度是根据不同废气的性质来选配，废气中含有酸性物质时选配碱性洗涤水作为吸收剂。
复合光催化装置是采用尖端纳米复合技术，在泡沫镍基体上均匀负载上一定量的纳米级二氧化钛，整合纳米光触媒材料和泡沫镍优良特性开发而成的一种新型功能材料。经紫外灯光照射后产生高能离子对有机分子进行催化分解达到净化气体的目的。
发明内容
本发明的目的是以膜分离技术为核心与冷凝工艺结合回收废气中VOCs，与碱洗喷淋、复合光催化技术组合应用，开辟一条废气治理新技术路线，实现经济和环保双重效益。
本发明所采用的技术方案是：一种膜分离挥发性有机物回收治理方法，原料气在稳压罐与循环气混合后经增压机增压进入冷凝器，冷凝后的气液混合相进入分离罐，冷凝液回收外输，不凝气经过滤器除去气体中夹带的液滴后送入膜分离器组；膜分离渗透气作为循环气送入稳压罐与原料气混合；膜分离尾气进行后续处理。
所述膜分离尾气再经过碱洗喷淋或者复合光催化进行后续处理。
所述冷凝选用冷却水为冷媒，冷凝温度为-5～15℃。
所述膜分离渗透气由真空泵抽气循环至稳压罐与原料气混合。
另外，本发明膜分离挥发性有机物回收治理设备，稳压罐有原料气进气口一和循环气进气口二，稳压罐出气口连接增压机后连接到冷凝器，冷凝器底部出料口连接分离罐中部进料口、分离罐顶部出气口连接膜分离组，膜分离组渗透气端连接到稳压罐进气口二，膜分离组尾气端连接后续处理设备。
后续处理设备为碱洗喷淋设备和/或复合光催化设备。根据废气的性质可以是其中的一种或两种组合。例如，含丙酮废气适用水洗喷淋作为后处理；含乙酸乙酯废气适合用碱洗喷淋加复合光催化组合方式作为后处理。其中：碱洗喷淋设备，通常包括洗涤吸收塔、水箱、循环水泵、加药装置。吸收剂（水）从塔顶进入洗涤吸收塔自上而下喷淋，气体从塔中部进入塔在填料表面逆流与吸收剂接触，净化后气体从塔顶排出，从塔底排出吸收剂经循环水泵再返回塔顶，循环运行的吸收剂定期更新。如果废气被水吸收后为PH中性，则可以不加碱药，通过对液相PH检测控制加药泵的启停。复合光催化设备，内部通常在泡沫镍基体上均匀负载上一定量的纳米级二氧化钛，采用紫外灯光照射。
稳压罐，通常是缓冲和稳压作用，稳压罐内可安置不锈钢丝分离元件，对原料气中夹带的固体颗粒和液滴进行分离净化。
增压机，可以是风机（如罗茨风机等），也可以是压缩机（如水环式压缩机、往复式压缩机、螺杆压缩机等），具体选型要根据所处理的废气性质决定。
冷凝器为二级串联的螺旋缠绕管式冷凝器或者列管式冷凝器。
膜分离器组渗透气端和稳压罐之间有真空泵，膜分离器组通常为多台膜分离器的串联或并联形式组合，膜芯件是耐有机溶剂的有机蒸汽分离膜组件。真空泵为干式螺杆真空泵或者往复式真空泵或者水环式真空泵。
过滤器为内置不锈钢烧结毡或网式滤芯或玻璃纤维聚结式滤芯的过滤器，可以采用单级或多级，可设置为一开一备两组。
本发明的有益效果为：①以膜分离技术为核心，与冷凝、碱洗喷淋、复合光催化组合技术应用，形成集成工艺，开辟了一条废气治理新技术路线。②创新的应用膜分离技术于生产排放气（废气）的VOCs回收治理，通过发挥膜分离作用既回收了VOCs有用组分，又降低了废气的VOCs浓度，使尾排容易达到环保要求。③采用碱洗喷淋、复合光催化技术其中一种或两种组合，作为后处理工艺，对膜分离尾气中的微量VOCs进一步处理，确保最终排放气环保达标。
附图说明
图1是膜分离挥发性有机物回收治理设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解释说明。
生产方法工艺流程为：生产废气排放作为原料气进入稳压罐与循环气混合后物料，经增压机Ⅱ增压混合气再进入冷凝器，冷凝温度由选用的冷媒（通常是冷却水）温度确定（通常在-5～15℃），冷凝后的气液混合相进入分离罐，VOCs冷凝液作为回收产品从分离罐底储存并外输，不凝气经过滤器除去气体中夹带的液滴后送入膜分离器组；膜分离渗透气中VOCs得到提浓，由真空泵抽气循环至稳压罐与原料气混合；膜分离尾气含微量的VOCs，送后处理设备：碱洗喷淋和复合光催化，进一步处理达到环保排放标准。
流程中，在膜分离器组进口侧由增压机提供了正压，在膜分离器渗透气出口侧由真空泵提供了负压，正压和负压共同提供分离膜两侧工作压差；当推动力足够时，可只由正压提供工作压差。
如图1所示，本发明膜分离挥发性有机物回收治理专用设备，稳压罐1有原料气进气口一11和循环气进气口二12，稳压罐出气口13连接增压机2后连接到冷凝器3，冷凝器底部出料口连接分离罐中部进料口、分离罐顶部出气口连接膜分离器组6，膜分离器组6渗透气端连接到稳压罐进气口二12，膜分离组尾气端连接碱洗喷淋设备8和复合光催化设备9。稳压罐，通常是缓冲和稳压作用，稳压罐内可安置不锈钢丝分离元件，对原料气中夹带的固体颗粒和液滴进行分离净化。
增压机2，可以是风机（如罗茨风机等），也可以是压缩机（如水环式压缩机、往复式压缩机、螺杆压缩机等），具体选型要根据所处理的废气性质决定。
冷凝器3为二级串联的螺旋缠绕管式冷凝器或者列管式冷凝器。
膜分离器组6渗透气端和稳压罐之间有真空泵7，膜分离器组6通常为多台膜分离器的串联或并联形式组合，膜芯件是耐有机溶剂的有机蒸汽分离膜组件。真空泵7为干式螺杆真空泵或者往复式真空泵或者水环式真空泵。
过滤器5为内置不锈钢烧结毡或网式滤芯或玻璃纤维聚结式滤芯的过滤器，可以采用单级或多级，可设置为一开一备两组。
以国内某制药厂生产废气为例，废气中含有乙酸乙酯和正丁醇初期浓度5000～10000ppm，废气排放量600～800m3/h。实施情况及效果：
以膜分离技术为核心，采用多组膜分离器并联形式。膜分离器入口气体压力由罗茨风机增压49KPaG提供，增压后的气体先经冷凝器冷凝，不凝气过滤后入膜分离器，膜分离渗透气由干式螺杆真空泵抽真空，建立20～30KPaA负压，渗透气循环至稳压罐和原料废气混合。
冷凝操作温度12℃，采用二级螺旋缠绕管式换热器作为冷凝器，7℃冷冻水作为冷媒。凝液为乙酸乙酯和正丁醇回收外送供生产再利用。
经膜分离和冷凝回收后，膜分离尾气中乙酸乙酯和正丁醇的含量200～300ppm（主要是乙酸乙酯），送碱洗喷淋和复合光催化(作为确保达标排放设备)进一步处理，环保达标排放（VOCs环保排放指标：NMOC：50mg/m3，TOC：100mg/m3）。
乙酸乙酯和正丁醇回收率达到95%以上，为用户带来经济效益，成套设备选用自动化仪表、无人值守设计，运行费用低。
Claims (10)
1.一种膜分离挥发性有机物回收治理方法，其特征在于，原料气在稳压罐与循环气混合后经增压机增压进入冷凝器，冷凝后的气液混合相进入分离罐，冷凝液回收外输，不凝气经过滤器除去气体中夹带的液滴后送入膜分离器组；膜分离渗透气作为循环气送入稳压罐与原料气混合；膜分离尾气进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的膜分离挥发性有机物回收治理方法，其特征在于，所述膜分离尾气再经过碱洗喷淋或者复合光催化进行后续处理。
3.根据权利要求1所述的膜分离挥发性有机物回收治理方法，其特征在于，选用冷却水为冷媒，冷凝温度为-5～15℃。
4.根据权利要求1所述的膜分离挥发性有机物回收治理方法，其特征在于，膜分离渗透气由真空泵抽气循环至稳压罐与原料气混合。
5.如权利要求1-4任一项所述的膜分离挥发性有机物回收治理设备，其特征在于，稳压罐有原料气进气口一和循环气进气口二，稳压罐出气口连接增压机后连接到冷凝器，冷凝器底部出料口连接分离罐中部进料口、分离罐顶部出气口连接膜分离组，膜分离组渗透气端连接到稳压罐进气口二，膜分离组尾气端连接后续处理设备。
6.根据权利要求5所述的膜分离挥发性有机物回收治理设备，其特征在于，所述后续处理设备为碱洗喷淋设备和/或复合光催化设备。
7.根据权利要求5所述的膜分离挥发性有机物回收治理设备，其特征在于，所述冷凝器为二级串联的螺旋缠绕管式冷凝器或者列管式冷凝器。
8.根据权利要求5所述的膜分离挥发性有机物回收治理设备，其特征在于，所述膜分离器组渗透气端和稳压罐之间有真空泵。
9.根据权利要求8所述的膜分离挥发性有机物回收治理设备，其特征在于，所述真空泵为干式螺杆真空泵或者往复式真空泵或者水环式真空泵。
10.根据权利要求8所述的膜分离挥发性有机物回收治理设备，其特征在于，所述过滤器为内置不锈钢烧结毡或网式滤芯或玻璃纤维聚结式滤芯的过滤器。
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