CN110252078B - 一种采用树脂吸附低沸点有机物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用树脂吸附低沸点有机物的方法，属于环保技术领域。它包括采用惰性气体增压的方式进行吸附的步骤；还包括采用夹套式吸附容器对树脂吸附过程进行冷却的步骤；所述惰性气体选自氮气、氩气中的一种或两种；所述树脂吸附容器中压力变化为先增压再保持恒定压力，所述恒定压力为低沸点有机物吸附条件下饱和蒸汽压的1.5～3倍。采用本发明方法针对含有低沸点有机物的废气或废水进行吸附，树脂内部孔道形成多分子层吸附，有效提高了树脂对低沸点有机物的吸附效果和吸附容量。

Description

一种采用树脂吸附低沸点有机物的方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，更具体地说，涉及一种采用树脂吸附低沸点有机物的方法。

背景技术

在医药、涂料等企业的生产过程中，往往会产生大量含有低沸点有机物如二氯甲烷等的废水或废气，这些废水或废气无法直接进行生化处理，通常对于高含量的低沸点有机物，采用萃取方法进行回收；而针对含有低沸点有机物废水的深度处理，往往采用曝气、汽提、或者树脂吸附等方式将其分离；分离后的二氯甲烷经回收后再精制成高纯度产品，进一步循环使用，不但能够降低其对环境的影响，同时也能够实现原料的节约。

吸附法是处理工业有机废气或废水中有机物的主流技术之一，广泛采用的是将废气或废水通过树脂进行吸附再脱附的工艺。公开号为CN103394248A的现有技术公开了一种用吸附树脂处理含有苯系挥发性有机物废气的方法，该方法是将含有苯系挥发性有机物的废气经过滤后，在常温、0.1-0.3Mpa下，以1000-3000BV/h的流量通过装有功能基高交联吸附树脂的吸附柱，废气中的苯系有机物吸附在树脂上，吸附后气体浓度降至进口浓度的0.1％以下，吸附了有机物的树脂在室温至40℃下，采用先小负压大流量，再大负压小流量的方法再生，脱附率可达99％以上，脱附气经冷凝，有机物回收率可达95％-98％，气体可循环处理直到达标排放。

公开号为CN104107621A的现有技术公开了一种氮气吹扫辅助的吸附树脂变压吸附回收有机废气的方法，包括以下步骤：(1)吸附：含挥发性有机物(VOCs)的废气经过气体收集系统进入装有大孔吸附树脂的吸附器进行吸附；(2)脱附：吸附器内吸附树脂经抽真空并辅助氮气吹扫，被吸附的VOCs从吸附树脂上被解吸下来得到脱附气体；(3)回收：脱附气体通过冷凝或吸收处理回收VOCs。该方法采用的吸附剂为大孔吸附树脂，表面无催化性能，具有容易再生、机械强度高、体积吸附容量大等特点；采用真空辅助常温氮气吹扫的脱附工艺，脱附效率高，对易氧化、易水解、或水溶性大的VOCs气体有很好的回收效果。

上述两篇现有技术中，针对含挥发性有机物的废气，均采用树脂吸附的方法将其吸附在树脂上；而在易挥发有机物的吸附-脱附全过程中。

公开号为CN 102617005A的现有技术公开了一种二氯乙烷生产排放废水的处理方法，该处理方法根据废水中二氯乙烷、氯仿、四氯化碳等氯代烃的易挥发性质，以空气作为气提介质进行气提预处理，将部分氯代烃气提后通过吸附后排放；所述的吸附在常温常压下进行，空气在吸附装置中的空床接触时间优选为0.5-120s；其中吸附装置包括一个或多个串联或串并联组合的吸附罐，吸附罐内的吸附剂为活性炭和大孔树脂。

由于低沸点有机物常温状态下饱和蒸汽压较高，极易向气相中扩散，传统的吸附装置和方法很难确保低沸点有机物在树脂表面的固定吸附，只能在树脂外表面形成单分子层吸附，形成动态吸附平衡，而无法深入树脂内部孔道且无法形成多分子层吸附，极大地影响了树脂对低沸点有机物的吸附效果和吸附容量。以上现有技术均采用传统的吸附方法和吸附装置，均未提及如何提高低沸点有机物的吸附效果并达到处理目标。因此，如何能够提高低沸点有机物在树脂或其它吸附剂中的吸附效率，也是解决低沸点有机物高效分离的重要问题。

发明内容

1.要解决的问题

针对如何提高现有技术中低沸点有机物吸附效率的问题，本发明提供一种采用树脂吸附低沸点有机物的方法，该方法能够有效提高低沸点有机物在树脂上的吸附率，进一步提高废水或废气中该种物质的去除率。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种采用树脂吸附低沸点有机物的方法，包括采用惰性气体增压的方式进行吸附的步骤。

优选地，所述树脂吸附方法还包括采用夹套式树脂吸附容器对树脂吸附过程进行冷却的步骤。夹套式吸附容器的吸附层内含盘管，保证换热面积。低温下，首先能够抑制低沸点有机物的挥发，使气-液平衡向右进行，其次由于吸附过程是放热反应，冷却条件下吸附效率会有所提高，有利于低沸点有机物在树脂上的吸附。

优选地，所述低沸点有机物为二氯甲烷、环己烷、乙醇或戊烷中的一种或几种。

优选地，所述树脂为NDA-150。该类树脂对包含低沸点有机物在内的全部有机物具有较好的吸附能力，可以作为含有有机物的废水或废气中有机物的吸附剂。

优选地，所述吸附过程中冷却温度为3～6℃。在此温度下，能够进一步抑制低沸点有机物从液相向气相的转化，有利于低沸点有机物在树脂上的吸附。

优选地，所述惰性气体选自氮气、氩气中的一种或两种。其中氮气为较为常用的惰性气体，其成本较低，使用氮气进行增压时，体系安全稳定。

优选地，所述树脂吸附容器中压力变化为先增压再保持恒定压力，所述恒定压力(表压)为低沸点有机物在吸附条件下饱和蒸汽压的1.5～3倍。向树脂吸附容器中通入惰性气体增压时，惰性气体需要保持在特定压力范围内，如果压力过大，则会导致设备及成本的增加；若压力过小，则对于低沸点有机物从液相向气相转化无明显抑制作用。

优选地，树脂吸附饱和后，采用热氮气再生，经过冷凝器冷凝后氮气回收至压缩机系统回用。

优选地，所述热氮气温度一般在沸点以上，可以为60～80℃。

优选地，针对含有低沸点有机物的废气，所述吸附方法的具体步骤为：

1)首先将夹套盘管内先通入冷冻水，再向树脂吸附容器中通入惰性气体加压；

2)将含挥发性有机物的废气通入树脂吸附容器；

3)控制混合气体在恒定压力和流速下进行吸附过程。

优选地，所述废气中低沸点有机物的含量为1500～3000mg/m³，废气的流量为700～1000BV/h。

优选地，针对含有低沸点有机物的废气，所述恒定压力为低沸点有机物吸附条件下(3-6℃)饱和蒸汽压的1.5～3倍。该压力与进气压力不能过高、氮气用量不能太大。

优选地，所述废气与惰性气体的通入量体积比为1:(0.01～0.06)。

优选地，针对含有低沸点有机物的废水，所述吸附方法的具体步骤为：

1)向树脂吸附容器中通入惰性气体加压；

2)将含挥发性有机物的废水通入树脂吸附容器；

3)控制废水流速进行吸附过程。

优选地，针对含有低沸点有机物的废水，所述恒定压力为低沸点有机物吸附条件下(3～6℃)饱和蒸汽压的1.5～3倍。

优选地，针对含有低沸点有机物的废水，废水的流量为1～2BV/h。

优选地，所述废水中低沸点有机物的含量为1000～2000mg/L。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明在含有低沸点有机物的废水或废气树脂吸附时，采用惰性气体增压的方式进行吸附，抑制低沸点有机物的气液平衡向气相进行，是有机物被吸附深入至树脂内部孔道且形成多分子层吸附，有效提高低沸点有机物吸附效率和吸附容量；

(2)本发明进一步采用夹套式吸附容器对树脂吸附过程进行冷却的步骤，在低温下(3～6摄氏度)，首先能够抑制低沸点有机物的挥发，使气-液平衡向右进行，其次由于吸附过程是放热反应，冷却条件下吸附效率会有所提高，有利于低沸点有机物在树脂上的吸附；

(3)本发明采用树脂吸附容器中压力变化为先增压再保持恒定压力的方式，能够充分平衡待处理物质在树脂内的停留时间与吸附平衡，使包含低沸点有机物在内的全部有机物被充分吸附到树脂上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

江苏某公司五车间预处理后尾气中主要有机物为二氯甲烷、氯苯及甲苯等，三者总浓度约为4680～5100mg/m³，其中，二氯甲烷浓度约为2500～3000mg/m³，采用以下步骤对该尾气进行处理：

1)将装填有约1.5m³的NDA-150树脂的夹套式吸附容器冷却至3℃，使吸附过程保持在低温下进行，低温下，能够一定程度上抑制二氯甲烷的挥发，使气-液平衡向右进行，有利于低沸点有机物在树脂上的吸附；向树脂吸附容器中通入氮气加压，体系安全稳定；

2)将含二氯甲烷的尾气以720BV/h的流速通入树脂吸附容器；

3)控制混合气体在恒定压力和流速下进行吸附过程，尾气与氮气的通入量比值为1:0.06，保持恒定压力为二氯甲烷在此条件下饱和蒸气压的3倍，控制出口气体流速不变。

对上述小型吸附装置对五车间预处理后的尾气进行验证性试验，具体吸附情况见下表：

表1五车间预处理尾气增压吸附处理情况表

由表1中数据可知，采用氮气增压的方式使含易挥发的二氯甲烷的尾气通过吸附树脂，其在14h内的吸附去除率均达到90％以上，在16h时低于90％，这是由于树脂吸附接近饱和，吸附能力下降。

对比例1A

本对比例针对与实施例1基本相同的江苏某公司五车间预处理后尾气，即主要有机物为二氯甲烷、氯苯及甲苯等，三者总浓度约为4720～5140mg/m³，其中，二氯甲烷浓度约为2500～3000mg/m³，采用以下步骤对该尾气进行处理：

1)将装填有NDA-150树脂的夹套式吸附容器冷却至3℃，使吸附过程保持在低温下进行，低温下，能够一定程度上抑制二氯甲烷的挥发，使气-液平衡向右进行，有利于低沸点有机物在树脂上的吸附；

2)将上述含二氯甲烷的尾气以720BV/h的流速通入树脂吸附容器；

3)保持废气流速不变进行吸附过程。

尾气的具体吸附处理数据情况见下表：

表2五车间预处理尾气吸附处理情况表

由表2中数据可知，不采用氮气增压的方式，仅使含易挥发的二氯甲烷的尾气在相同的3℃下通过吸附树脂，其在9h内的吸附去除率均达到90％以上，在10h时即低于90％，即树脂在9h即吸附接近饱和，吸附能力下降；与实施例1中相比，树脂的吸附容量存在较大降低，可知氮气增压对树脂的吸附效果和吸附效率具有一定影响。

对比例1B

本对比例针对与实施例1基本相同的江苏某公司五车间预处理后尾气，即主要有机物为二氯甲烷、氯苯及甲苯等，三者总浓度约为4820～5080mg/m³，其中，二氯甲烷浓度约为2500～3000mg/m³，采用以下步骤对该尾气进行处理：

1)将装填有NDA-150树脂的夹套式吸附容器保持在20℃，使吸附过程保持在常温下进行；向树脂吸附容器中通入氮气加压，

2)将上述含二氯甲烷的尾气以720BV/h的流速通入树脂吸附容器；

3)控制混合气体在恒定压力和流速下进行吸附过程，尾气与氮气的通入量比值为1:0.06，保持恒定压力为二氯甲烷在此条件下饱和蒸气压的3倍，控制出口气体流速不变。

尾气的具体吸附处理数据情况见下表：

表3五车间预处理尾气增压常温吸附处理情况表

由表3中数据可知，采用与实施例1中相同的氮气增压的方式，使含易挥发的二氯甲烷的尾气在相同的20℃下通过吸附树脂，其在11h内的吸附去除率均达到90％以上，在12h时即低于90％，即树脂在11h即吸附接近饱和，吸附能力下降；与对比例1A相比，整体吸附效果有所提高，但与实施例1中相比，树脂的吸附容量存在较大降低，可知氮气增压和低温均对树脂的吸附效果和吸附效率具有一定影响。

实施例2

本实施例针对与实施例1相同的江苏某公司五车间预处理后尾气，即主要有机物为二氯甲烷、氯苯及甲苯等，三者总浓度约为4750～5100mg/m³，其中，二氯甲烷浓度约为2500～3000mg/m³，采用以下步骤对该尾气进行处理：

1)将装填有NDA-150树脂的夹套式吸附容器冷却至4℃，使吸附过程保持在低温下进行，低温下，能够一定程度上抑制二氯甲烷的挥发，使气-液平衡向右进行，有利于低沸点有机物在树脂上的吸附；向树脂吸附容器中通入氮气加压，体系安全稳定；

2)将含二氯甲烷的尾气以1000BV/h的流速通入树脂吸附容器；

3)控制混合气体在恒定压力和流速下进行吸附过程，尾气与氮气的通入量比值为1:0.05，保持恒定压力为二氯甲烷在此条件下饱和蒸气压的2倍，控制出口气体流速不变。

采用与实施例1中相似的氮气增压的方式，使含易挥发的二氯甲烷的尾气在相近的4℃下通过吸附树脂，吸附结果表明，其在18h内的吸附去除率均达到90％以上，在19h时即低于90％，即树脂在18h即吸附接近饱和，吸附能力下降；与实施例1中相比，树脂的吸附容量略有提高。

实施例3

本实施例针对与实施例1相同的江苏某公司五车间预处理后尾气，即主要有机物为二氯甲烷、氯苯及甲苯等，三者总浓度约为4750～5100mg/m³，其中，二氯甲烷浓度约为1500～3000mg/m³，采用以下步骤对该尾气进行处理：

1)将装填有NDA-150树脂的夹套式吸附容器冷却至5℃，使吸附过程保持在低温下进行，低温下，能够一定程度上抑制二氯甲烷的挥发，使气-液平衡向右进行，有利于低沸点有机物在树脂上的吸附；向树脂吸附容器中通入氮气加压，体系安全稳定；

2)将含二氯甲烷的尾气以800BV/h的流速通入树脂吸附容器；

3)控制混合气体在恒定压力和流速下进行吸附过程，尾气与氮气的通入量比值为1:0.03，保持恒定压力为二氯甲烷在此条件下饱和蒸气压的1.5倍，控制出口气体流速不变。

结果表明，采用与实施例1中相似的氮气增压的方式，使含易挥发的二氯甲烷的尾气在相近的5℃下通过吸附树脂，吸附结果表明，其在15h内的吸附去除率均达到90％以上，在16h时即低于90％，即树脂在15h即吸附接近饱和，吸附能力下降；与实施例1中相比，树脂的吸附容量略有降低。

实施例4

本实施例中针对环己烷废气，主要有机物为环己烷、乙醇、甲苯，有机物总含量为4500～5500mg/m³，其中，环己烷浓度约为1200～1600mg/m³，采用与实施例1中相同的步骤1)～3)对该尾气进行处理(尾气与氮气的通入量比值为1:0.03，保持恒定压力为环己烷饱和蒸气压的3倍)，吸附时间为20h时，出气浓度在100mg/m³左右，吸附率约为90％以上。

吸附完排出废气一部分氮气回氮气压缩机回收氮气，另一部排放，确保氮气进出的平衡；树脂吸附饱和后，采用60～70℃热氮气再生，经过冷凝器冷凝后氮气回压缩机系统回用，不凝气则排放。

实施例5

本实施例中针对含二氯甲烷的废水进行吸附处理。废水中COD为2000～3300mg/L，其中二氯甲烷含量约为1000～2000mg/L，采用以下步骤对该废水进行处理：

1)将装填有约1.5m³的NDA-150树脂的夹套式吸附容器冷却至3℃，使吸附过程保持在低温下进行，低温下，能够一定程度上抑制废水中二氯甲烷的挥发，使气-液平衡向右进行，有利于低沸点有机物在树脂上的吸附；向树脂吸附容器中通入氮气加压，体系安全稳定；

2)将含二氯甲烷的废水以1.5BV/h的流速通入树脂吸附容器；

3)控制氮气在恒定压力进行吸附过程，树脂吸附容器中压力先在20min内增至二氯甲烷饱和蒸气压的约1.5倍，持续通入氮气并使体系保持恒定压力；保持废水流速不变。

废水的具体吸附处理数据情况见下表：

表4废水增压吸附处理数据

结果表明，采用与实施例1中相似的氮气增压的方式，使含易挥发的二氯甲烷的废水在3℃下通过吸附树脂，吸附结果表明，废水中的二氯甲烷在20h内的吸附去除率均达到95％以上，在22h时即低于95％，即此条件下树脂在20h后吸附能力下降；

与实施例1中相比，树脂对废水中二氯甲烷的吸附具有更加容易的特点，可知氮气增压的吸附压力对树脂吸附废水中二氯甲烷的吸附效果和吸附效率更加有利。

对比例5A

本实施例中针对含二氯甲烷的废水进行吸附处理。废水中COD为3000～4000mg/L，其中二氯甲烷含量约为1000～2000mg/L，采用以下步骤对该废水进行处理：

1)将装填有约1.5m³的NDA-150树脂的夹套式吸附容器冷却至3℃，使吸附过程保持在低温下进行；

2)将含二氯甲烷的废水以1.5BV/h的流速通入树脂吸附容器；

3)保持废水流速不变进行吸附。

吸附时间为20h时，出水COD浓度在10mg/L左右，吸附率约为95％左右。由此可知，采用氮气增压的方式对吸附含二氯甲烷废水具有较高的加强作用，有效抑制了二氯甲烷从液相中逸出，极大地被树脂吸附，吸附率明显提高。

实施例6

本实施例中针对含二氯甲烷的废水进行吸附处理。废水中COD为1000～1500mg/L，其中二氯甲烷含量约为500～700mg/L，采用以下步骤对该废水进行处理：

1)将装填有约2m³的NDA-150树脂的夹套式吸附容器冷却至4℃，使吸附过程保持在低温下进行；

2)将含二氯甲烷的废水以1BV/h的流速通入树脂吸附容器；

3)控制氮气在恒定压力进行吸附过程，树脂吸附容器中压力为先在20min内增至二氯甲烷饱和蒸气压的约2倍，持续通入氮气并使体系保持恒定压力；保持废水流速不变。

吸附时间为20h时，出水COD浓度在5mg/L左右，吸附率约为95％以上。

其它条件相同，将步骤3)调整为树脂吸附容器中压力为先在20min内增至二氯甲烷饱和蒸气压的约3倍，持续通入氮气使体系保持恒定压力；保持废水流速不变。吸附时间为22h时，出水COD浓度在5mg/L左右，吸附率约为95％以上。

上述实施案例仅为本发明中较佳的实施案例，但本发明的实施方式并不受上述实施案例的限制，如实施例1～6中方案的各种形式的组合，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合均应为等效的替换方式，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用树脂吸附低沸点有机物的方法，其特征在于，包括采用惰性气体增压的方式进行吸附的步骤；

所述树脂吸附低沸点有机物的方法还包括采用夹套式树脂吸附容器对树脂吸附过程进行冷却的步骤，所述吸附过程中冷却温度为3~6℃；

树脂吸附容器中压力变化为先增压再保持恒定压力，所述恒定压力为低沸点有机物在吸附条件下饱和蒸汽压的1.5~3倍，所述恒定压力为表压；

所述低沸点有机物为二氯甲烷、环己烷、乙醇或戊烷中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的采用树脂吸附低沸点有机物的方法，其特征在于，所述惰性气体选自氮气、氩气中的一种或两种。

3.根据权利要求2所述的采用树脂吸附低沸点有机物的方法，其特征在于，树脂吸附饱和后，采用热氮气再生，经过冷凝器冷凝后氮气回收至压缩机系统回用，所述热氮气温度为60~80℃。

4.根据权利要求1所述的采用树脂吸附低沸点有机物的方法，其特征在于，针对含有低沸点有机物的废气，所述树脂吸附低沸点有机物的方法的具体步骤为：

1）向树脂吸附容器中通入惰性气体增压；

2）将含低沸点有机物的废气通入树脂吸附容器；

3）控制混合气体在恒定压力和流速下进行吸附过程。

5.根据权利要求4所述的采用树脂吸附低沸点有机物的方法，其特征在于，所述废气中低沸点有机物的含量为1500~3000mg/m³，废气的流量为700~1000BV/h。

6.根据权利要求4或5所述的采用树脂吸附低沸点有机物的方法，其特征在于，废气与惰性气体的通入量体积比为1：（0.01~0.06），保持出口气体流速不变。

7.根据权利要求1所述的采用树脂吸附低沸点有机物的方法，其特征在于，针对含有低沸点有机物的废水，所述树脂吸附低沸点有机物的方法的具体步骤为：

1）向树脂吸附容器中通入惰性气体加压；

2）将含低沸点有机物的废水通入树脂吸附容器；

3）控制废水流速进行吸附过程。

8.根据权利要求7所述的采用树脂吸附低沸点有机物的方法，其特征在于，所述废水中低沸点有机物的含量为1000~2000mg/L，废水的流量为1~2BV/h。