CN112657310A - 一种高浓四氢呋喃有机废气处理工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高浓四氢呋喃有机废气处理工艺及装置，属于废气治理技术领域。装置包括气体输送装置、吸附装置、LEL在线监测装置、脱附装置、真空泵和冷凝回收装置；进气管道上设氮气发生器；吸附装置包括至少两个并联设置的结构相同的吸附罐，吸附材料为树脂和活性炭纤维复合层；LEL在线监测装置与气体输送装置、吸附装置、脱附装置和真空泵连接；真空泵与吸附罐连接；吸附装置、脱附装置与冷凝回收装置连接。利用上述装置进行废气处理时，LEL在线监测装置实时检测废气浓度，全程由控制器调节控制，阀门切换过程中残留的高浓废气通过活性炭纤维快速吸附。整个处理工艺系统处于低氧状态，提高安全性，有较高处理效率和溶剂回收率。
Description
技术领域
本发明属于废气治理技术领域，具体涉及一种高浓四氢呋喃有机废气处理工艺及装置。
背景技术
四氢呋喃(THF)是一种无色透明易挥发、有乙醚气味的有机液体，分子量为72.11，密度为0.887g/mL，熔点为108.5℃，沸点为66℃，与丙酮、水、乙醚、苯等多数有机溶剂混溶。四氢呋喃是一种性能优良的溶剂，用于溶解PVC、丁苯胺等；可以作为有机合成原料，如生产黄体酮。四氢呋喃易挥发，在生产和储运过程中，会有大量四氢呋喃废气挥发到环境中，对人体和环境造成危害。
目前四氢呋喃有机废气常用的处理工艺主要有冷凝法、吸收法、吸附法等。
(1)冷凝法一般用于回收浓度高、沸点高的有机废气，四氢呋喃沸点为66℃，易挥发，30℃时饱和蒸气压为25.88kPa，0℃时饱和蒸气压为5.8kPa，冷凝效率为77.6％，换言之，即使冷凝到0℃，四氢呋喃浓度高达184.26g/m3，因此，冷凝宜作为预处理工艺。
(2)吸收法是一种较为成熟的处理方法，裘盼黎等研究采用吸收-电化学法处理四氢呋喃有机废气，以水和氯化钠溶液作为吸收液，吸收效率随时间变化衰减明显，吸收3h后，吸收率下降到6.5％左右，吸收液吸收四氢呋喃后，电解去除率最高为60％。因此，吸收法处理四氢呋喃有机废气存在吸收率较低，二次污染等问题。
(3)吸附法是比较常用的处理方法，目前使用最多的吸附剂为活性炭。活性炭吸附床处理四氢呋喃有机废气存在如下问题：①四氢呋喃是极性气体，活性炭是四氢呋喃的不良吸附体，吸附效果较差；②四氢呋喃沸点较低(沸点为66℃)，活性炭吸附后易逃逸，吸附效果差；③四氢呋喃废气中极有可能含有过氧化物，过氧化物对活性炭表面有改性能力使其失去吸附力；④四氢呋喃与空气可形成爆炸性混合物，活性炭吸附装置易引发安全事故。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种高浓四氢呋喃有机废气处理装置，该装置采用多项安全措施，进气管道上设置氮气发生器，对有机废气进行稀释；采用热蒸汽进行脱附，确保脱附后四氢呋喃有机废气无空气混入；采用真空干燥代替热空气烘干；以上安全措施的实施确保整个处理工艺系统处于低氧状态，从源头杜绝四氢呋喃与空气可形成爆炸性混合物引起安全问题。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种高浓四氢呋喃有机废气处理工艺，活性炭纤维-高效树脂复合床为多床式，并联工作，运行时相互切换，共用一套管路系统，吸附效率可达99.78％。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高浓四氢呋喃有机废气处理装置，包括气体输送装置、吸附装置、LEL在线监测装置、脱附装置、真空泵和冷凝回收装置；气体输送装置包括进气管道、氮气发生器、旁路排气管道和总排气管道，在进气管道上设置氮气发生器；所述吸附装置包括至少两个并联设置的结构相同的吸附罐；LEL在线监测装置与气体输送装置、吸附装置、脱附装置和真空泵连接；真空泵与吸附罐连接；吸附装置、脱附装置与冷凝回收装置连接。
所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，所述吸附罐上设有废气进口、排气口、蒸汽进口、蒸汽出口、干燥气流出口，并分别设有废气进口阀门、排气口阀门、蒸汽进口阀门、蒸汽出口阀门、干燥气流出口阀门；所述废气进口与进气管道连接；所述排气口与总排气管道连接；所述蒸汽进口、蒸汽出口与脱附装置连接；所述干燥气流出口与冷凝回收装置连接。
所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，所述冷凝回收装置包括旋板冷凝器、分层槽和储槽，旋板冷凝器的进液口与脱附装置连接，出液口与分层槽连接；所述分层槽的底部与溶剂回收管道连接，上部与储槽连接；所述储槽与污水处理管道连接。
所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，所述脱附装置包括饱和蒸汽管道、第一列管冷凝器和第二列管冷凝器；所述蒸汽进口与饱和蒸汽管道连接；所述第一列管冷凝器和第二列管冷凝器串联设置，所述第一列管冷凝器与蒸汽出口连接，所述第二列管冷凝器与冷凝回收装置连接。
所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，所述旁路排气管道与进气管道和总排气管道连接，所述旁路排气管道设有排气阀门，所述排气阀门与控制器连接，所述控制器与气体输送装置、吸附装置、脱附装置和真空泵连接。
所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，所述LEL在线监测装置包括控制器和FID检测仪，所述FID检测仪设于进气管道和排气口处，所述FID检测仪与控制器连接，所述控制器与气体输送装置、吸附装置、脱附装置和真空泵连接；保证所有的切换动作由LEL在线监测装置自动完成。
所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，所述进气管道上沿进气方向依次设有废气过滤器和空冷器；所述吸附罐上设有两个蒸汽进口。
采用上述装置进行高浓四氢呋喃有机废气处理，包括以下步骤：
(1)打开氮气发生器将氮气通入进气管道中，对有机废气稀释；FID检测仪将有机废气浓度上传至控制器，若四氢呋喃浓度大于爆炸下限，则控制器控制打开旁路排气管道的排气阀门，将有机废气由旁路排气管道紧急排放至总排气管道；若四氢呋喃浓度小于爆炸下限，则进入步骤(2)；
(2)有机废气先通过第一吸附罐的废气进口进入性炭纤维-高效树脂复合床被吸附除去，有机废气通过FID检测仪在线检测达标后经排气口进入总排气管道排放；当有机废气排放超过FID检测仪设定的限值时，切换有机废气进入第二吸附罐；
(3)向吸附四氢呋喃的第一吸附罐中通入饱和水蒸气，饱和水蒸气穿过床层将吸附浓缩的有机物脱附出来，随后进入第一列管冷凝器和第二列管冷凝器冷凝处理，再进入冷凝回收装置冷凝回收；脱附完成之后，在真空泵的抽吸作用下，使第一吸附罐处于真空状态，吸附介质内吸附的组分连通水蒸气一起析出，进入冷凝回收装置进行冷凝回收；第一吸附罐等待下一周期的有机废气处理；
同时，第二吸附罐进行有机废气吸附处理，当有机废气排放超过FID检测仪设定的限值时，进入步骤(4)；
(4)向吸附四氢呋喃的第二吸附罐中通入饱和水蒸气，饱和水蒸气穿过床层将吸附浓缩的有机物脱附出来，随后进入第一列管冷凝器和第二列管冷凝器冷凝处理，再进入冷凝回收装置冷凝回收；脱附完成之后，在真空泵的抽吸作用下，使第二吸附罐处于真空状态，吸附介质内吸附的组分连通水蒸气一起析出，进入冷凝回收装置冷凝回收；第二吸附罐等待下一周期的有机废气处理；
(5)步骤2)、步骤3)、步骤4)连续重复，反复进行吸附、脱附、真空干燥，实现有机废气连续化处理。
所述高浓四氢呋喃有机废气处理工艺，所述吸附罐中的吸附材料为树脂和活性炭纤维复合层。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明高浓四氢呋喃有机废气高效处理工艺具有超高安全性，氮气发生器代替补新风，用来稀释废气入口，氧含量低于2％，确保入口浓度低于爆炸下限，且有效杜绝空气混入；LEL在线监测装置实时管道中四氢呋喃的浓度，若浓度过高，稀释后仍无法满足爆炸下限，则紧急排放；采用热蒸汽进行脱附，确保脱附后四氢呋喃有机废气无空气混入；采用真空干燥代替热空气烘干，当吸附了有机化合物的吸附剂采用热气流吹扫再生时，在安全上存在很大的隐患，真空脱附降温是通过降低吸附质分子在气相中的风压，以增大吸附质由固体表面逸出的推动力，从而使吸附质分子从固相转到气相，达到脱附的目的，利用真空泵的抽吸作用，使吸附罐处于接近真空状态，此时，在活性炭内吸附的组分连同水蒸气一起析出，在冷凝器中进行冷凝回收；以上安全措施的实施确保整个处理工艺系统处于低氧状态，从源头杜绝四氢呋喃与空气可形成爆炸性混合物引起安全问题。
(2)本发明处理工艺中活性炭纤维-高效树脂复合床为多床式，并联工作，运行时相互切换，共用一套管路系统，吸附效率可达99.78％；活性炭纤维-高效树脂复合床可有效克服多床式树脂吸附床切换过程中短暂高浓废气超标排放，当阀门切换过程中，残留的高浓废气通过活性炭纤维快速吸附，确保废气出口达标排放。
(3)本发明活性炭纤维-高效树脂复合床具有较大的吸附容量，活性炭纤维、树脂孔径均匀且较小，比表面积大，吸附容量大，吸附性能稳定；该复合床吸附过程温升较小，不会发生热量累积，不易爆炸；在实际工程中吸附容量为8％，而同等条件下，活性炭吸附容量为5％，可有效延长吸附周期；该复合床对四氢呋喃具有良好的吸附效果，树脂吸附剂与四氢呋喃废气中含有的过氧化物几乎不反应。
附图说明
图1为高浓四氢呋喃有机废气处理装置的结构示意图；
图2为高浓四氢呋喃有机废气处理工艺的流程简图；
图3为总烃平均值与处理时间的关系图；
图4为树脂处理效率与处理时间的关系图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种高浓四氢呋喃有机废气处理装置，结构示意图如图1所示，该装置包括气体输送装置、吸附装置、LEL在线监测装置、脱附装置、真空泵和冷凝回收装置；气体输送装置包括进气管道1、氮气发生器、旁路排气管道12和总排气管道11，在废气输送管道上设置氮气发生器，用来稀释废气中四氢呋喃浓度，确保入口浓度低于爆炸下限，否则由旁路排气管道12紧急排放，且杜绝与空气接触；进气管道1上沿进气方向依次设有废气过滤器18和空冷器19，实现对有机废气的初步过滤和降温操作，进一步提高废气处理效率。
吸附装置包括三个并联设置的结构相同的吸附罐，吸附罐中的吸附材料为树脂和活性炭纤维复合层。；LEL在线监测装置与气体输送装置、吸附装置、脱附装置和真空泵连接，气体输送、吸附、脱附和真空干燥过程均由控制器控制完成；采用饱和水蒸汽脱附处理；利用真空干燥系统中的真空泵的抽吸作用使吸附罐处于真空状态，吸附介质内吸附的组分和水蒸气一起析出，经冷凝回收装置冷凝回收。
吸附罐上设有废气进口5、排气口6、蒸汽进口7、蒸汽出口8、干燥气流出口9，并分别设有废气进口阀门、排气口阀门、蒸汽进口阀门、蒸汽出口阀门、干燥气流出口阀门；废气进口5与进气管道1连接；排气口6与总排气管道11连接；蒸汽进口7与脱附装置中的饱和蒸汽管道10连接，蒸汽出口8与脱附装置中的第一列管冷凝器13连接；干燥气流出口9与冷凝回收装置中的旋板冷凝器15连接；吸附罐与真空泵连接；每个吸附罐中都设有两个蒸汽进口。
冷凝回收装置包括旋板冷凝器15、分层槽16和储槽17；旋板冷凝器15的进液口与脱附装置中的干燥气流出口9，旋板冷凝器15的出液口与分层槽16连接；分层槽16的底部与溶剂回收管道连接，上部与储槽17连接；储槽17与污水处理管道连接。
脱附装置包括饱和蒸汽管道10、第一列管冷凝器13和第二列管冷凝器14；蒸汽进口7与饱和蒸汽管道10连通；第一列管冷凝器13和第二列管冷凝器14串联设置，第一列管冷凝器13与蒸汽出口8连接，第二列管冷凝器14与旋板冷凝器15的进液口连接；
LEL在线监测装置包括控制器和FID检测仪，FID检测仪设于进气管道1和吸附罐的排气口6处，设于进气管道上的FID检测仪用于检测进气管道中稀释后的四氢呋喃浓度，设于吸附罐排气口处的FID检测仪，用于检测吸附罐的排气中四氢呋喃的浓度，检测吸附过程是否达到饱和，以方便及时切换吸附罐；FID检测仪与控制器连接，控制器将信号传输给相应的装置，进行下一步操作过程。
一种高浓四氢呋喃有机废气处理工艺，工艺流程简图如图2所示，包括以下步骤：
(1)打开氮气发生器将氮气通入进气管道1中，对有机废气稀释混合；FID检测仪将检测到的有机废气浓度上传至控制器，若四氢呋喃浓度大于爆炸下限，则控制器控制打开旁路排气管道12的排气阀门，将有机废气由旁路排气管道12紧急排放至总排气管道11；若四氢呋喃浓度小于爆炸下限，否则进入步骤(2)；
(2)有机废气先通过第一吸附罐2的废气进口进入性炭纤维-高效树脂复合床被吸附除去，有机废气通过FID检测仪在线检测达标后经排气口进入总排气管道11排放；当有机废气排放超过FID检测仪设定的限值时，切换有机废气入口至第二吸附罐3；
(3)向吸附四氢呋喃的第一吸附罐2中通入饱和水蒸气，饱和水蒸气穿过床层将吸附浓缩的有机物脱附出来，随后进入第一列管冷凝器13和第二列管冷凝器14冷凝处理，再进入冷凝回收装置冷凝回收；脱附完成之后，在真空泵的抽吸作用下，使第一吸附罐2处于真空状态，吸附介质内吸附的组分连通水蒸气一起析出，在冷凝回收装置进行冷凝回收；第一吸附罐2等待下一周期的有机废气处理；
同时，第二吸附罐3进行有机废气吸附处理，当有机废气排放超过FID检测仪设定的限值时，进入步骤(4)；
(4)向吸附四氢呋喃的第二吸附罐3中通入饱和水蒸气，饱和水蒸气穿过床层将吸附浓缩的有机物脱附出来，随后进入第一列管冷凝器13和第二列管冷凝器14冷凝处理，再进入冷凝回收装置冷凝回收；脱附完成之后，在真空泵的抽吸作用下，使第二吸附罐3处于真空状态，吸附介质内吸附的组分连通水蒸气一起析出，进入冷凝回收装置冷凝回收；第二吸附罐3等待下一周期的有机废气处理；
同时，第三吸附罐4进行有机废气吸附处理，当有机废气排放超过FID检测仪设定的限值时，进入步骤(5)；
(5)向吸附四氢呋喃的第三吸附罐4中通入饱和水蒸气，饱和水蒸气穿过床层将吸附浓缩的有机物脱附出来，随后进入第一列管冷凝器13和第二列管冷凝器冷凝14处理，再进入冷凝回收装置冷凝回收；脱附完成之后，在真空泵的抽吸作用下，使第三吸附罐4处于真空状态，吸附介质内吸附的组分连通水蒸气一起析出，进入冷凝回收装置冷凝回收；第三吸附罐4等待下一周期的有机废气处理；
(6)步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)和步骤(6)连续重复，反复进行吸附、脱附、真空干燥，实现有机废气连续化处理，真空干燥时间为10-15min。
某制药企业，以四氢呋喃作为溶剂，进行联苯醇的生产，生产过程中反应釜会产生一股高浓四氢呋喃有机废气。四氢呋喃爆炸下限为1.8％，即57946mg/m3。该四氢呋喃有机废气风量为500m3/h(35℃)，浓度为50000mg/m3(FID检测仪检测的值是mg/m3 C的量，50000mg/m3换算成四氢呋喃质量，即96261mg/m3)，风量为500m3/h，超过四氢呋喃爆炸下限，存在爆炸危险。
企业采用上述高浓四氢呋喃有机废气高效处理工艺和装置进行处理，处理过程中补充氮气进行稀释并预留一定量的安全余量，补充氮气1000m3/h，稀释后有机废气浓度为16700mg/m3，低于55％LEL。最终废气处理效率高达99.78％，出口浓度为80mg/m3，每天可回收590kg四氢呋喃溶剂，回收率98.3％，以2000m3/h风量的碳罐为例，树脂吸附罐的容积为15m3，真空泵的最大抽气量为3m3/min，真空干燥时间为10-15min，即可脱附彻底；经济效益显著。
在上述处理过程中三床式活性炭纤维-高效树脂复合床，吸附效率可达99.78％。废气检测数据如图3和图4所示。如图3所示，该三床式活性炭纤维-高效树脂复合床进口废气平均浓度为15340.2mg/m3，出口平均浓度为33.4mg/m3，出口浓度可满足《制药工业大气污染物排放标准》(GB 37823—2019)表2非甲烷总烃特别排放限值60mg/m3要求。如图4所示，平均处理效率为99.78％。
Claims (9)
1.一种高浓四氢呋喃有机废气处理装置，其特征在于，包括气体输送装置、吸附装置、LEL在线监测装置、脱附装置、真空泵和冷凝回收装置；气体输送装置包括进气管道(1)、氮气发生器、旁路排气管道(12)和总排气管道(11)，在进气管道上设置氮气发生器；所述吸附装置包括至少两个并联设置的结构相同的吸附罐；LEL在线监测装置与气体输送装置、吸附装置、脱附装置和真空泵连接；真空泵与吸附罐连接；吸附装置、脱附装置与冷凝回收装置连接。
2.根据权利要求1所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，其特征在于，所述吸附罐上设有废气进口(5)、排气口(6)、蒸汽进口(7)、蒸汽出口(8)、干燥气流出口(9)，并分别设有废气进口阀门、排气口阀门、蒸汽进口阀门、蒸汽出口阀门、干燥气流出口阀门；所述废气进口(5)与进气管道(1)连接；所述排气口(6)与总排气管道(11)连接；所述蒸汽进口(7)、蒸汽出口(8)与脱附装置连接；所述干燥气流出口(9)与冷凝回收装置连接。
3.根据权利要求1所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，其特征在于，所述冷凝回收装置包括旋板冷凝器(15)、分层槽(16)和储槽(17)，旋板冷凝器(15)的进液口与脱附装置连接，出液口与分层槽(16)连接；所述分层槽(16)的底部与溶剂回收管道连接，上部与储槽(17)连接；所述储槽(17)与污水处理管道连接。
4.根据权利要求1所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，其特征在于，所述脱附装置包括饱和蒸汽管道(10)、第一列管冷凝器(13)和第二列管冷凝器(14)；所述蒸汽进口(7)与饱和蒸汽管道(10)连接；所述第一列管冷凝器(13)和第二列管冷凝器(14)串联设置，所述第一列管冷凝器(13)与蒸汽出口(8)连接，所述第二列管冷凝器(14)与冷凝回收装置连接。
5.根据权利要求1所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，其特征在于，所述旁路排气管道(12)与进气管道(1)和总排气管道(11)连接，所述旁路排气管道(12)上设有排气阀门，所述排气阀门与控制器连接。
6.根据权利要求1所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，其特征在于，所述LEL在线监测装置包括控制器和FID检测仪，所述FID检测仪设于进气管道和排气口处，所述FID检测仪与控制器连接，所述控制器与气体输送装置、吸附装置、脱附装置和真空泵连接。
7.根据权利要求1所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置，其特征在于，所述进气管道上沿进气方向依次设有废气过滤器和空冷器；所述吸附罐上设有两个蒸汽进口。
8.一种采用权利要求1所述高浓四氢呋喃有机废气处理装置进行废气处理的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)打开氮气发生器将氮气通入进气管道(1)中，对有机废气稀释；FID检测仪将有机废气浓度上传至控制器，若四氢呋喃浓度大于爆炸下限，则控制器控制打开旁路排气管道(12)的排气阀门，将有机废气由旁路排气管道(12)紧急排放至总排气管道；若四氢呋喃浓度小于爆炸下限，则进入步骤(2)；
(2)有机废气先通过第一吸附罐(2)的废气进口进入性炭纤维-高效树脂复合床被吸附除去，有机废气通过FID检测仪在线检测达标后经排气口进入总排气管道(11)排放；当有机废气排放超过FID检测仪设定的限值时，切换有机废气进入第二吸附罐(3)；
(3)向吸附四氢呋喃的第一吸附罐(2)中通入饱和水蒸气，饱和水蒸气穿过床层将吸附浓缩的有机物脱附出来，随后进入第一列管冷凝器(13)和第二列管冷凝器(14)冷凝处理，再进入冷凝回收装置冷凝回收；脱附完成之后，在真空泵的抽吸作用下进行干燥，使第一吸附罐(2)处于真空状态，吸附介质内吸附的组分连通水蒸气一起析出，进入冷凝回收装置进行冷凝回收；第一吸附罐(2)等待下一周期的有机废气处理；
同时，第二吸附罐(3)进行有机废气吸附处理，当有机废气排放超过FID检测仪设定的限值时，进入步骤(4)；
(4)向吸附四氢呋喃的第二吸附罐(3)中通入饱和水蒸气，饱和水蒸气穿过床层将吸附浓缩的有机物脱附出来，随后进入第一列管冷凝器(13)和第二列管冷凝器(14)冷凝处理，再进入冷凝回收装置冷凝回收；脱附完成之后，在真空泵的抽吸作用下进行干燥，使第二吸附罐(3)处于真空状态，吸附介质内吸附的组分连通水蒸气一起析出，进入冷凝回收装置冷凝回收；第二吸附罐(3)等待下一周期的有机废气处理；
(5)步骤2)、步骤3)、步骤4)连续重复，反复进行吸附、脱附、真空干燥，实现有机废气连续化处理。
9.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，所述吸附罐中的吸附材料为树脂和活性炭纤维复合层。
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