CN110180329B - 新型苯系挥发性有机化合物吸收剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新型苯系挥发性有机化合物吸收剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：将油酸与四乙基氯化铵按照摩尔比为(2～5)：1混合后加热至70℃～120℃并搅拌，直至溶液澄清透明后停止加热，然后将溶液自然降温至室温后停止搅拌，得到新型苯系挥发性有机化合物吸收剂。该吸收剂与传统有机溶剂及离子液体相比具有价格低廉、生物降解性好、难挥发、易回收和制备简单等优点，同时该吸收剂应用方便，采用吸收塔与闪蒸罐相结合的吸收工艺就能够有效去除废气中的苯系挥发性有机物，其中苯系挥发性有机物的去除率高达90％以上。
Description
技术领域
本发明属于苯系挥发性有机化合物吸收处理技术领域，具体涉及一种新型苯系挥发性有机化合物吸收剂及其制备方法和应用。
背景技术
挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)，按世界卫生组织(WHO)的定义，即常压下熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的挥发性有机化合物的总称，主要包括脂肪族和芳香族的各种烷烃、烯烃、含氧烃和卤代烃，如苯、乙烯、甲醛和二氯甲烷等。
石油及化工行业在生产过程中会排放大量挥发性有机化合物，如果不对排放出的挥发性有机化合物加以处理将会对人体健康和自然环境造成巨大危害，且长期接触会对人体的中枢神经系统、呼吸系统、皮肤黏膜和内脏等有较大的刺激和损害，其中苯、甲苯和二甲苯等物质甚至具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应；同时挥发性有机化合物还会导致光化学烟雾和产生细颗粒气溶胶等二次污染物，二次气溶胶的形成是产生雾霾污染的重要原因。
吸收法是根据废气中不同组分在吸收剂中的溶解性差异对挥发性有机化合物吸收的过程。该方法具有工艺成熟、操作难度低、应用范围广、费用低和易回收等优点，在工业上被广泛应用于苯系挥发性有机化合物的处理，近年来相关的研究也在逐渐增加。苯系挥发性有机化合物传统吸收剂主要有矿物油、水复合吸收剂、高沸点有机溶剂和离子液体。矿物油本身易燃，使用过程中存在爆炸危险，对安全措施要求高，另一方面，其本身极易挥发，易造成二次污染，故其推广受到了很大限制；水复合吸收剂的吸收容量有限，工业应用不多；高沸点有机溶剂本身存在一定蒸汽压，吸收过程中气液接触频繁，容易被主流废气带出造成溶剂损失和二次污染；离子液体存在生物降解性差、具有潜在毒性、原料价格昂贵、合成复杂等问题，其应用研究具有一定的局限性。因此，寻找选择性强、性质稳定、能高效回收有机废气、无二次污染的吸收剂，是吸收法处理苯系挥发性有机化合物的关键所在。
专利CN108786383A公开了一种挥发性有机化合物吸收剂及其应用，该发明的吸收剂解决了污水处理厂挥发性有机化合物无组织排放的处理以及挥发性有机化合物的回收再利用，但是该吸收剂为非离子表面活性剂、助表面活性剂、亲水性离子液体与生物柴油或非离子表面活性剂、助表面活性剂、疏水性离子液体与水形成的微乳液，该吸收剂中使用了大量的有机溶剂和离子液体，具有易挥发、生物降解性差、具有潜在毒性、价格昂贵等缺点，且该吸收剂为微乳液，黏度较大，在吸收过程将消耗大量的能量。
专利CN106582204A公开了一种水性挥发性有机化合物吸收液及其制备方法，该吸收液主要由非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂、FS0100氟碳表面活性剂、FSN100氟碳表面活性剂、乳化剂、油石酯矿物油和水组成，该发明的吸收液增强了水油的乳化效果，增加了甲苯的溶解度，但是该发明也是由大量的表面活性剂和乳化剂组成，具有易挥发、生物降解性差、具有潜在毒性和吸收率偏低等缺点。
专利CN105582786A公开了一种离子液体用于脱除气体中挥发性有机物的方法，该发明中挥发性有机化合物吸收剂为单一离子液体或两种离子液体的混合溶液，且该专利详细介绍了离子液体用于脱除气体中挥发性有机物的流程和方法，但是离子液体降解性差、价格昂贵和合成复杂的缺点也是众所周知的。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的制备方法。
本发明的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的制备方法，包括如下步骤：将油酸与四乙基氯化铵按照摩尔比为(2～5)：1混合后加热至70℃～120℃并搅拌，直至溶液澄清透明后停止加热，然后将溶液自然降温至室温后停止搅拌，得到新型苯系挥发性有机化合物吸收剂。
本发明的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的制备方法，针对现有苯系挥发性有机化合物吸收剂价格昂贵、易挥发、污染严重、降解性差和去除效果不理想等缺点，提出了一种新型苯系挥发性有机化合物吸收剂及其应用方法。本发明的苯系挥发性有机化合物吸收剂为由一种氢键供体油酸与一种氢键受体四乙基氯化铵按照一定摩尔比混合而形成的一种低转变温度混合物(LTTMs)，该吸收剂与传统的有机溶剂及离子液体相比具有价格低廉、生物降解性好、难挥发、易回收和制备简单等优点，且该吸收剂对苯系挥发性有机化合物具有较高的溶解性和选择性，吸收率>90％，采用吸收塔与闪蒸罐相结合的吸收工艺就能够有效的去除石油、化工行业排放的苯系挥发性有机化合物。
另外，本发明上述的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
本发明的另一个目的在于提出利用所述的方法制备的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂。
本发明的再一个目的在于提出应用所述的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的装置。
所述吸收塔与所述换热器冷物流进口端连通，所述换热器冷物流出口端与所述第一闪蒸罐连通，所述第一闪蒸罐与所述第二闪蒸罐连通，所述第二闪蒸罐与所述换热器热物流进口端连通，所述换热器热物流出口端与所述冷却器连通，所述冷却器与所述混合器连通，所述混合器与所述吸收塔连通。
所述的应用新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的装置，还包括：第一压缩泵和第二压缩泵，所述第一压缩泵分别与所述第一闪蒸罐和所述第二闪蒸罐连通，所述第二压缩泵分别与所述第二闪蒸罐和所述换热器连通。
本发明的再一个目的在于提出利用所述的装置应用所述新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的方法。
利用所述的装置应用所述新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的方法，包括如下步骤：S101：首先将从工厂排出的含有苯系挥发性有机化合物的气相物流从所述吸收塔塔底进入所述吸收塔中，将权利要求2所述的吸收剂从塔顶喷淋，所述吸收剂与所述含有苯系挥发性有机化合物的气相物流在所述吸收塔内进行物质交换，得到净化后的气相物流从所述吸收塔的塔顶排出；S102：步骤S101得到的富含有机废气的吸收剂从所述吸收塔的塔底排出并进入所述换热器进行换热，然后通入所述第一闪蒸罐进行闪蒸，从所述第一闪蒸罐的顶部得到高浓度苯系挥发性有机化合物，底部回收得到的吸收剂经所述第一压缩泵加压后泵入所述第二闪蒸罐，从所述第二闪蒸罐的顶部得到高浓度苯系挥发性有机化合物，从所述第二闪蒸罐的底部回收得到吸收剂，回收后的吸收剂经所述第二压缩泵加压后进入所述换热器中进行换热，然后经过冷却器冷却后进入所述混合器，与补充的吸收剂进行混合，然后进入所述吸收塔。
进一步地，在所述吸收塔中，吸收过程的液气比为2.5L·m-3～10L·m-3，进气流量为3000m3·h-1～9000m3·h-1，进气中苯系挥发性有机化合物的总浓度为200mg·m-3～1200mg·m-3。
进一步地，所述吸收塔的操作温度为30℃～60℃，所述吸收塔的操作压力为0.1MPa～2.0MPa，所述吸收塔中填料层对应的理论塔板数为5块～25块。
进一步地，所述第一闪蒸罐中的压力为0.05MPa～0.1MPa，所述第二闪蒸罐中的压力为0.05MPa～0.1MPa。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂应用工艺流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
一种苯系挥发性有机化合物吸收剂，氢键供体油酸与氢键受体四乙基氯化铵的摩尔比为2:1。制备方法为：称取相应质量的氢键供体油酸和相应质量的氢键受体四乙基氯化铵于一容器中，在加热温度为70℃的条件下对该容器进行加热，在加热的同时开动搅拌装置，对液体混合物进行搅拌处理，待容器中形成澄清透明液体后，停止加热，继续进行搅拌，待容器中溶液温度冷却至室温后，停止搅拌。
如图1所示，实施例1还提出了应用所述的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的装置，包括：吸收塔1，换热器2，第一闪蒸罐3，第二闪蒸罐5，冷却器7和混合器8；所述吸收塔1与所述换热器2冷物流进口端连通，所述换热器2冷物流出口端与所述第一闪蒸罐3连通，所述第一闪蒸罐3与所述第二闪蒸罐5连通，所述第二闪蒸罐5与所述换热器2热物流进口端连通，所示冷却器7与所述换热器2热物流出口端连通，所述冷却器7与所述混合器8连通，所述混合器8与所述吸收塔1连通。
所述的应用新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的装置，还包括：第一压缩泵4和第二压缩泵6，所述第一压缩泵4分别与所述第一闪蒸罐3和所述第二闪蒸罐5连通，所述第二压缩泵6分别与所述第二闪蒸罐5和所述换热器2连通。
采用如图1所示流程，含有甲苯废气的物流S1从塔底进入吸收塔1，吸收剂S14从塔顶喷淋而下，喷淋而下的吸收剂与甲苯废气在吸收塔1内进行物质交换，被除去甲苯废气的物流S3从塔顶排出，吸收了甲苯废气的吸收剂形成物流S4从吸收塔1塔底排出，物流S4依次进入换热器2、第一闪蒸罐3、第一压缩泵4和第二闪蒸罐5进行溶剂回收，回收后得到的吸收剂S10经第二压缩泵6加压后得到物流S11，物流S11进入换热器2与塔底物流S4进行换热，换热后得到物流S12，物流S12再经冷却器7冷却之后得物流S13；物流S13与补充吸收剂S2经混合器8混合后得到物流S14，然后进入吸收塔1；经闪蒸而出的含有高浓度苯系挥发性有机化合物的S6与S9进行集中处理。其主要参数如下表所示：
实施例二
一种苯系挥发性有机化合物吸收剂，氢键供体油酸与氢键受体四乙基氯化铵的摩尔比为3:1。制备方法为：称取相应质量的氢键供体油酸和相应质量的氢键受体四乙基氯化铵于一容器中，在加热温度为90℃的条件下对该容器进行加热，在加热的同时开动搅拌装置，对液体混合物进行搅拌处理，待容器中形成澄清透明液体后，停止加热，继续进行搅拌，待容器中溶液温度冷却至室温后，停止搅拌。
采用如图1所示流程，含有甲苯废气的物流S1从塔底进入吸收塔1，吸收剂S14从塔顶喷淋而下，喷淋而下的吸收剂与甲苯废气在吸收塔1内进行物质交换，被除去甲苯废气的物流S3从塔顶排出，吸收了甲苯废气的吸收剂形成物流S4从吸收塔1塔底排出，物流S4依次进入换热器2、第一闪蒸罐3、第一压缩泵4和第二闪蒸罐5进行溶剂回收，回收后得到的吸收剂S10经第二压缩泵6加压后得到物流S11，物流S11进入换热器2与塔底物流S4进行换热，换热后得到物流S12，物流S12再经冷却器7冷却之后得物流S13；物流S13与补充吸收剂S2经混合器8混合后得到物流S14，然后进入吸收塔1；经闪蒸而出的含有高浓度苯系挥发性有机化合物的S6与S9进行集中处理。其主要参数如下表所示：
实施例三
一种苯系挥发性有机化合物吸收剂，氢键供体油酸与氢键受体四乙基氯化铵的摩尔比为5:1。制备方法为：称取相应质量的氢键供体油酸和相应质量的氢键受体四乙基氯化铵于一容器中，在加热温度为120℃的条件下对该容器进行加热，在加热的同时开动搅拌装置，对液体混合物进行搅拌处理，待容器中形成澄清透明液体后，停止加热，继续进行搅拌，待容器中溶液的温度冷却至室温后，停止搅拌。
采用如图1所示流程，含有甲苯废气的物流S1从塔底进入吸收塔1，吸收剂S14从塔顶喷淋而下，喷淋而下的吸收剂与甲苯废气在吸收塔1内进行物质交换，被除去甲苯废气的物流S3从塔顶排出，吸收了甲苯废气的吸收剂形成物流S4从吸收塔1塔底排出，物流S4依次进入换热器2、第一闪蒸罐3、第一压缩泵4和第二闪蒸罐5进行溶剂回收，回收后得到的吸收剂S10经第二压缩泵6加压后得到物流S11，物流S11进入换热器2与塔底物流S4进行换热，换热后得到物流S12，物流S12再经冷却器7冷却之后得物流S13；物流S13与补充吸收剂S2经混合器8混合后得到物流S14，然后进入吸收塔1；经闪蒸而出的含有高浓度苯系挥发性有机化合物的S6与S9进行集中处理。其主要参数如下表所示：
实施例四
一种苯系挥发性有机化合物吸收剂，氢键供体油酸与氢键受体四乙基氯化铵的为2:1。制备方法为：称取相应质量的氢键供体油酸和相应质量的氢键受体四乙基氯化铵于一容器中，在加热温度为70℃的条件下对该容器进行加热，在加热的同时开动搅拌装置，对液体混合物进行搅拌处理，待容器中形成澄清透明液体后，停止加热，继续进行搅拌，待容器中溶液温度冷却至室温后，停止搅拌。
采用如图1所示流程，含有苯、甲苯和对二甲苯混合废气的物流S1从塔底进入吸收塔1，吸收剂S14从塔顶喷淋而下，喷淋而下的吸收剂与甲苯废气在吸收塔1内进行物质交换，被除去甲苯废气的物流S3从塔顶排出，吸收了甲苯废气的吸收剂形成物流S4从吸收塔1塔底排出，物流S4依次进入换热器2、第一闪蒸罐3、泵4和第二闪蒸罐5进行溶剂回收，回收后得到的吸收剂S10经泵6加压后得到物流S11，物流S11进入换热器2与塔底物流S4进行换热，换热后得到物流S12，物流S12再经冷却器7冷却之后得物流S13；物流S13与补充吸收剂S2经混合器8混合后得到物流S14，然后进入吸收塔1；经闪蒸而出的含有高浓度苯系挥发性有机化合物的S6与S9进行集中处理。其主要参数如下表所示：
实施例五
一种苯系挥发性有机化合物吸收剂，氢键供体油酸与氢键受体四乙基氯化铵的摩尔比为3:1。制备方法为：称取相应质量的氢键供体油酸和相应质量的氢键受体四乙基氯化铵于一容器中，在加热温度为90℃的条件下对该容器进行加热，在加热的同时开动搅拌装置，对液体混合物进行搅拌处理，待容器中形成澄清透明液体后，停止加热，继续进行搅拌，待容器中溶液温度冷却至室温后，停止搅拌。
采用如图1所示流程，含有苯、甲苯和对二甲苯混合废气的物流S1从塔底进入吸收塔1，吸收剂S14从塔顶喷淋而下，喷淋而下的吸收剂与甲苯废气在吸收塔1内进行物质交换，被除去甲苯废气的物流S3从塔顶排出，吸收了甲苯废气的吸收剂形成物流S4从吸收塔1塔底排出，物流S4依次进入换热器2、第一闪蒸罐3、泵4和第二闪蒸罐5进行溶剂回收，回收后得到的吸收剂S10经泵6加压后得到物流S11，物流S11进入换热器2与塔底物流S4进行换热，换热后得到物流S12，物流S12再经冷却器7冷却之后得物流S13；物流S13与补充吸收剂S2经混合器8混合后得到物流S14，然后进入吸收塔1；经闪蒸而出的含有高浓度苯系挥发性有机化合物的S6与S9进行集中处理。其主要参数如下表所示：
实施例六
一种苯系挥发性有机化合物吸收剂，氢键供体油酸与氢键受体四乙基氯化铵的摩尔比为5:1。制备方法为：称取相应质量的氢键供体油酸和相应质量的氢键受体四乙基氯化铵于一容器中，在加热温度为120℃的条件下对该容器进行加热，在加热的同时开动搅拌装置，对液体混合物进行搅拌处理，待容器中形成澄清透明液体后，停止加热，继续进行搅拌，待容器中溶液温度冷却至室温后，停止搅拌。
采用如图1所示流程，含有苯、甲苯和对二甲苯混合废气的物流S1从塔底进入吸收塔1，吸收剂S14从塔顶喷淋而下，喷淋而下的吸收剂与甲苯废气在吸收塔1内进行物质交换，被除去甲苯废气的物流S3从塔顶排出，吸收了甲苯废气的吸收剂形成物流S4从吸收塔1塔底排出，物流S4依次进入换热器2、第一闪蒸罐3、第一压缩泵4和第二闪蒸罐5进行溶剂回收，回收后得到的吸收剂S10经第二压缩泵6加压后得到物流S11，物流S11进入换热器2与塔底物流S4进行换热，换热后得到物流S12，物流S12再经冷却器7冷却之后得物流S13；物流S13与补充吸收剂S2经混合器8混合后得到物流S14，然后进入吸收塔1；经闪蒸而出的含有高浓度苯系挥发性有机化合物的S6与S9进行集中处理。其主要参数如下表所示：
综上，本发明的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的制备方法，针对现有苯系挥发性有机化合物吸收剂价格昂贵、易挥发、污染严重、降解性差和去除效果不理想等缺点，提出了一种新型苯系挥发性有机化合物吸收剂及其应用方法。本发明的苯系挥发性有机化合物吸收剂为由一种氢键供体与一种氢键受体按照一定摩尔比混合而形成的一种低转变温度混合物(LTTMs)，该吸收剂与传统的有机溶剂及离子液体相比具有价格低廉、生物降解性好、难挥发、易回收和制备简单等优点，且该吸收剂对苯系挥发性有机化合物具有较高的溶解性和选择性，吸收率>90％，采用吸收塔与闪蒸罐相结合的吸收工艺就能够有效的去除石油、化工行业排放的苯系挥发性有机化合物。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (2)
1.一种应用新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的方法，其特征在于，所述的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的制备方法，包括如下步骤：将油酸与四乙基氯化铵按照摩尔比为(2～5)：1混合后加热至70℃～120℃并搅拌，直至溶液澄清透明后停止加热，然后将溶液自然降温至室温后停止搅拌，得到新型苯系挥发性有机化合物吸收剂；
所述的应用新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的方法采用的装置包括：吸收塔，换热器，第一闪蒸罐，第二闪蒸罐，冷却器和混合器；
所述吸收塔与所述换热器冷物流进口端连通，所述换热器冷物流出口端与所述第一闪蒸罐连通，所述第一闪蒸罐与所述第二闪蒸罐连通，所述第二闪蒸罐与所述换热器热物流进口端连通，所述换热器热物流出口端与所述冷却器连通，所述冷却器与所述混合器连通，所述混合器与所述吸收塔连通；还包括：第一压缩泵和第二压缩泵，所述第一压缩泵分别与所述第一闪蒸罐和所述第二闪蒸罐连通，所述第二压缩泵分别与所述第二闪蒸罐和所述换热器连通；
所述的应用新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的方法，包括如下步骤：
S101：首先将从工厂排出的含有苯系挥发性有机化合物的气相物流从所述吸收塔塔底进入所述吸收塔中，将吸收剂从塔顶喷淋，所述吸收剂与所述含有苯系挥发性有机化合物的气相物流在所述吸收塔内进行物质交换，净化后的气相物流从所述吸收塔的塔顶排出；
S102：步骤S101得到的富含有机废气的吸收剂从所述吸收塔的塔底排出并进入所述换热器进行换热，然后通入所述第一闪蒸罐进行闪蒸，从所述第一闪蒸罐的顶部得到高浓度苯系挥发性有机化合物，底部回收得到的吸收剂经所述第一压缩泵加压后泵入所述第二闪蒸罐，从所述第二闪蒸罐的顶部得到高浓度苯系挥发性有机化合物，从所述第二闪蒸罐的底部回收得到吸收剂，回收后的吸收剂经所述第二压缩泵加压后进入所述换热器中进行换热，然后经过冷却器冷却后进入所述混合器，与补充的吸收剂进行混合，然后进入所述吸收塔；
在所述吸收塔中，吸收过程的液气比为2.5L·m-3～10L·m-3，进气流量为3000m3·h-1～9000m3·h-1，进气中苯系挥发性有机化合物的总浓度为200mg·m-3～1200mg·m-3；
所述吸收塔的操作温度为30℃～60℃，所述吸收塔的操作压力为0.1MPa～2.0MPa，所述吸收塔中填料层对应的理论塔板数为5块～25块；
所述第一闪蒸罐中的压力为0.05MPa～0.1MPa，所述第二闪蒸罐中的压力为0.05MPa～0.1MPa。
2.一种新型苯系挥发性有机化合物吸收剂，其特征在于：所述的新型苯系挥发性有机化合物吸收剂的制备方法，包括如下步骤：将油酸与四乙基氯化铵按照摩尔比为(2～5)：1混合后加热至70℃～120℃并搅拌，直至溶液澄清透明后停止加热，然后将溶液自然降温至室温后停止搅拌，得到新型苯系挥发性有机化合物吸收剂。
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