CN114042362A - 一种含挥发性有机物的废气的净化回收工艺及净化处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含挥发性有机物的废气的净化回收工艺及净化处理设备，该净化回收工艺包括冷凝、压缩和吸收三个步骤，将待处理的含挥发性有机物的废气经冷凝和气液分离，初步脱除被冷凝的有机物；然后脱除了被冷凝成液体的有机物的废气经压缩，废气中的部分有机物在大气压强下压缩凝成液体，然后经气液分离，再将脱除了被压缩成液体的有机物的废气经溶剂吸收，吸收剩下的挥发性有机物废气，收集达到排放标准的净化气；该净化回收工艺简单、成本较低、能耗低且能够更高效的净化含挥发性有机物的废气及回收达到排放标准的净化气。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种含挥发性有机物的废气的净化回收工艺及净化处理设备。
背景技术
工业废气是大气污染物的重要来源。大量工业废气排入大气，必然使大气环境质量下降，给人体健康带来严重危害。工业废气中最难处理的就是有机废气，有机废气通过呼吸道和皮肤进入人体后，能给人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性和永久性病变，尤其是苯并芘类多环芳烃能使人体直接致癌，已经引起人类的高度重视。工业生产中会产生各种有机物废气，主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等，这些有机废气会造成大气污染，危害人体健康，而且还会造成浪费，所以有机废气的处理与净化势在必行。
挥发性有机物的排放控制是环境保护的一项重要工程，在末端控制方面，目前比较常见的做法有三种，第一种是回收工艺；第二种是以吸附为主的处理工艺；第三种是破坏为主的方案。常见的方法如：
蓄热式催化燃烧法，优点是净化率高、运行稳定、能耗低(高浓度) 及管理方便；但存在投资大、占地面积大及需要预热的问题。
吸附脱附催化法，优点是净化达标率(对低浓度)较高、运行稳定；但存在运行管理复杂、运行成本高的问题。
低温等离子净化法，优点是操作简单运行稳定净化达标；但存在相对净化率低，需要对设备跟综的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、成本较低、能耗低且能够更高效的净化含挥发性有机物的废气及回收达到排放标准的净化气的净化回收工艺及净化处理设备。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
一种含挥发性有机物的废气的净化回收工艺，包括：
将待处理的含挥发性有机物的废气经冷凝并进行第一次气液分离；
将所述第一次气液分离得到的气体经压缩并进行第二次气液分离；
将所述第二次气液分离得到的气体经溶剂吸收，得到被溶剂吸收后的净化气。
在一些实施方式中，所述净化回收工艺还包括将经所述溶剂吸收后的含溶剂的混合液进行溶剂再生及回收再利用；
优选地，所述溶剂再生包括：将含溶剂的混合液通过采用精馏的方式进行分离，分别得到再生溶剂和挥发性有机物气体；
优选地，所述回收再利用包括：将挥发性有机物气体进行冷凝，得到挥发性有机物冷凝液并回收，然后将部分挥发性有机物冷凝液用于所述精馏中；
进一步地，所述回收再利用还包括：将再生溶剂冷却后再次用于所述溶剂吸收。
在一些实施方式中，所述冷凝采用的冷却介质为温度为-5-5℃的脱盐水。
在一些实施方式中，所述第一次气液分离和所述第二次气液分离均采用降膜吸收器吸附分离的方式。
在一些实施方式中，所述溶剂吸收采用多段式吸收塔进行溶剂吸收；
优选地，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和N-甲酰吗啉中的至少一种；
优选地，所述多段式吸收塔内的操作环境为常温常压，塔内工况液气比为1：(800-3000)，塔顶采出挥发性有机物含量≤0.8mg/m3的净化气，塔釜采出挥发性有机物和溶剂的混合液。
本申请还提供了一种含挥发性有机物的废气的净化处理设备，包括：
第一冷凝器，用于对待处理的含挥发性有机物的废气进行冷凝；
第一气液分离装置，用于对经所述冷凝后的气液混合物进行气液分离；
压缩机，用于对经所述第一气液分离装置处理得到的气体进行压缩；
第二气液分离装置，用于对经所述压缩后的气液混合物进行气液分离；
吸收塔，用于对经所述第二气液分离装置处理得到的气体进行溶剂吸收。
在一些实施方式中，所述净化处理设备还包括：再生回收装置，用于将经所述溶剂吸收后的含溶剂的混合液进行溶剂再生及回收。
在一些实施方式中，所述再生回收装置包括精馏塔；
优选地，所述精馏塔的塔顶还设置有第二冷凝器，用于对塔顶得到的挥发性有机物气体进行冷凝；
优选地，所述再生回收装置还包括回收罐，用于对所述冷凝得到的挥发性有机物冷凝液进行回收。
在一些实施方式中，所述再生回收装置还包括第一溶剂泵，用于将含溶剂的混合液泵入所述精馏塔。
在一些实施方式中，所述再生回收装置还包括换热器，用于对含溶剂的混合液进行换热。
在一些实施方式中，所述再生回收装置还包括第二溶剂泵和冷却器，用于将所述精馏塔底的再生溶剂先泵入所述换热器，与进入所述换热器内的含溶剂的混合液进行换热，然后送入所述冷却器冷却降温。
在一些实施方式中，所述吸收塔采用多段式吸收塔。
在一些实施方式中，所述第一气液分离装置和所述第二气液分离装置均为降膜吸收器。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本申请的含挥发性有机物的废气的净化回收工艺，包括冷凝、压缩和吸收三个步骤，将待处理的含挥发性有机物的废气经冷凝和气液分离，初步脱除被冷凝的有机物；然后脱除了被冷凝成液体的有机物的废气经压缩，废气中的部分有机物在大气压强下压缩凝成液体，然后经气液分离，再将脱除了被压缩成液体的有机物的废气经溶剂吸收，吸收剩下的挥发性有机物废气，收集达到排放标准的净化气；该净化回收工艺简单、成本较低、能耗低且能够更高效的净化含挥发性有机物的废气及回收达到排放标准的净化气。
(2)进一步地，本申请将经溶剂吸收后的含溶剂的混合液进行溶剂再生及回收再利用，优选采用精馏的方式，得到再生溶剂和挥发性有机物气体；再进一步将再生溶剂冷却可用于前述溶剂吸收过程中进行循环使用；并进一步将挥发性有机物气体冷凝、回收，并可将一部分挥发性有机物气体冷凝液继续回用于精馏过程中；通过上述溶剂再生及回收再利用，能够有效地将废气中的挥发性有机物回收再利用，而不是燃烧或者分解，并且使气体达到排放标准；而且溶剂吸收处理过程中用到的溶剂可被有效回收并循环使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请含挥发性有机物的废气的净化处理设备的示意图。
主要元件符号说明：
001-第一冷凝器；002-第一气液分离装置；003-压缩机；004-第二气液分离装置；005-吸收塔；006-第一溶剂泵；007-换热器；008-精馏塔；009- 第二冷凝器；0010-回收罐；0011-第二溶剂泵；0012-第三溶剂泵；0013-冷却器。
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请本申请提供了一种含挥发性有机物的废气的净化回收工艺，包括：
S100、将待处理的含挥发性有机物的废气经冷凝并进行第一次气液分离，使得原待处理废气先脱除掉被冷凝成液体的有机物。
在一些实施方式中，所述冷凝采用的冷却介质为低温脱盐水(温度范围为-5～5℃)；第一次气液分离采用降膜吸收器吸附分离的方式。
S200、将所述第一次气液分离得到的气体(即脱除了被冷凝成液体的有机物的废气)经压缩并进行第二次气液分离，继续脱除废气中被压缩成液体的有机物。
在一些实施方式中，第二次气液分离采用降膜吸收器吸附分离的方式。
S300、将所述第二次气液分离得到的气体(即脱除了被压缩成液体的有机物的废气)经溶剂吸收，进一步吸收脱除废气中的部分有机物，得到达到排放标准的净化气。
在一些实施方式中，所述溶剂吸收采用多段式吸收塔进行溶剂吸收，使得吸收更彻底，最终得到的净化气的纯度更高；
优选地，所述溶剂包括但不限于N-甲基吡咯烷酮和N-甲酰吗啉中的至少一种。
优选地，所述多段式吸收塔内的操作环境为常温常压(常温一般指 25-35℃，常压一般指一个标准大气压)，塔内工况液气比为1：(800-3000)，塔顶采出挥发性有机物含量≤0.8mg/m3的净化气，塔釜采出挥发性有机物和溶剂的混合液。
在一些实施方式中，所述净化回收工艺还包括：
S400、将经所述溶剂吸收后的含溶剂的混合液进行溶剂再生及回收再利用。
在一些实施方式中，所述溶剂再生包括：将含溶剂的混合液通过采用精馏的方式进行分离，分别得到再生溶剂和挥发性有机物气体。
在一些实施方式中，所述回收再利用包括：将挥发性有机物气体进行冷凝，得到挥发性有机物冷凝液并回收，然后将部分挥发性有机物冷凝液用于所述精馏中。
进一步地，所述回收再利用还包括：将再生溶剂冷却后再次用于所述溶剂吸收进行循环利用。
本申请含挥发性有机物的废气的净化回收工艺主要包括冷凝、压缩和吸收三个步骤，将待处理的含挥发性有机物的废气经冷凝和气液分离，初步脱除被冷凝的有机物；然后脱除了被冷凝成液体的有机物的废气经压缩，废气中的部分有机物在大气压强下压缩凝成液体，然后经气液分离，再将脱除了被压缩成液体的有机物的废气经溶剂吸收，吸收剩下的挥发性有机物废气，收集达到排放标准的净化气；该净化回收工艺简单、成本较低、能耗低且能够更高效的脱除空气中的挥发性有机物废气。
进一步地，本申请将经溶剂吸收后的含溶剂的混合液进行溶剂再生及回收再利用，优选采用精馏的方式，得到再生溶剂和挥发性有机物气体；再进一步将再生溶剂冷却可用于前述溶剂吸收过程中进行循环使用；并进一步将挥发性有机物气体冷凝、回收，并可将一部分挥发性有机物气体冷凝液继续回用于精馏过程中；通过上述溶剂再生及回收再利用，能够有效地将废气中的挥发性有机物回收再利用，而不是燃烧或者分解，并且使气体达到排放标准；而且溶剂吸收处理过程中用到的溶剂可被有效回收并循环使用。
请参阅图1，本申请还提供了一种含挥发性有机物的废气的净化处理设备，包括：
第一冷凝器001，用于对待处理的含挥发性有机物的废气进行冷凝；
第一气液分离装置002，用于对经所述冷凝后的气液混合物进行气液分离；
压缩机003，用于对经所述第一气液分离装置处理得到的气体(即脱除了被冷凝成液体的有机物的废气)进行压缩；
第二气液分离装置004，用于对经所述压缩后的气液混合物进行气液分离；
吸收塔005，用于对经所述第二气液分离装置处理得到的气体(即脱除了被压缩成液体的有机物的废气)进行溶剂吸收。
在一些实施方式中，所述吸收塔005采用多段式吸收塔，吸收段采用高效低阻力填料，从而进行多段式吸收处理，使得净化更彻底。
在一些实施方式中，所述第一气液分离装置002和所述第二气液分离装置004均为降膜吸收器，更有利于快速高效进行气液分离。
在一些实施方式中，所述净化处理设备还包括：再生回收装置，用于将经所述溶剂吸收后的含溶剂的混合液进行溶剂再生得到再生溶剂及回收利用。
在一些实施方式中，所述再生回收装置包括精馏塔008。
在一些实施方式中，所述再生回收装置还包括第一溶剂泵006，用于将含溶剂的混合液泵入所述精馏塔008。
在一些实施方式中，所述再生回收装置还包括换热器007，用于对含溶剂的混合液进行换热，即先将含溶剂的混合液在进入精馏塔008前预热，利于进入精馏塔008后的汽化。
所述精馏塔008的塔顶还设置有第二冷凝器009，用于对塔顶得到的挥发性有机物气体进行冷凝。所述再生回收装置还包括回收罐0010，用于对所述冷凝得到的挥发性有机物冷凝液进行回收。
含溶剂的混合液经精馏塔008塔底的再沸器加热汽化，然后通过精馏塔008内精馏作用下使得溶剂与挥发性有机物分离，挥发性有机物经精馏塔塔顶出去，然后经第二冷凝器009冷凝成液体，再回流至回收罐0010中，回收罐0010中的一部分可经第二溶剂泵0011输送至精馏塔008使用。
在一些实施方式中，所述再生回收装置还包括第三溶剂泵0012和冷却器0013，通过第三溶剂泵0012将再生溶剂先泵入所述换热器007，与进入所述换热器007内的含溶剂的混合液进行换热，然后送入所述冷却器0013 冷却降温，冷却降温后的再生溶剂可继续输送至吸收塔005塔顶重新作为吸收溶剂实现循环利用。
实施例一
某化工企业废气排放中含有氮气、氢气、C3、C4及C5烃类、甲苯、二甲苯，根据排放要求，需将废气中的甲苯、二甲苯脱除至小于10mg/m3，原料废气中C3、C4及C5烃类及甲苯、二甲苯的含量均＜1wt％。
采用图1所示的净化处理设备，具体净化回收过程如下：
(1)先将待处理的废气经第一冷凝器001(冷却介质为低温脱盐水) 冷凝，使该废气中的部分C5烃类、甲苯和二甲苯被冷凝，经冷凝后的气液混合物进入降膜吸收器进行气液分离，脱除C5烃类、甲苯、二甲苯的废气接着进入压缩机003增压后，进入降膜吸收器进行气液分离脱除废气中大部分C3、C4及C5烃类及甲苯、二甲苯。
(2)将上述步骤(1)脱除了大部分C3、C4及C5烃类、甲苯、二甲苯的废气(甲苯、二甲苯含量＜1wt％)从塔底部进入多段式吸收塔005中，吸入温度为25℃，多段式吸收塔005内的条件为常温常压操作0.5Mpa，塔内采用金属丝网波纹填料，工况液气比为1：(1200-1500)；吸收废气用的溶剂采用N-甲基吡咯烷酮，该溶剂通过位于吸收塔005填料上端的溶剂管道进入吸收塔005中，在吸收塔005中与废气逆向接触；被溶剂吸收后得到的净化气通过吸收塔005顶部出口采出，净化气中甲苯、二甲苯的含量均为8mg/m3。
(3)将吸收塔005塔底的含溶剂的混合液从底部出口采出，该含溶剂的混合液通过管道经第一溶剂泵006输送至换热器007进行换热，将经换热预热后的含溶剂的混合液再通过管道输送进入精馏塔008中进行精馏，精馏塔008塔釜操作温度为156℃，塔顶65℃，操作压力0.1Mpa，回流比为1.5，采用金属丝网波纹高效填料。经精馏后塔顶得到甲苯、二甲苯气体，然后经塔顶第二冷凝器009冷凝，冷凝后的甲苯、二甲苯进入回收罐0010 进行收集，收集后的甲苯、二甲苯液体一部分通过管道和第二溶剂泵0011 输送至精馏塔内，剩余部分作为副产回收；塔釜得到含量＞99.5wt％的再生溶剂从塔底部采出通过管道及第三溶剂泵0012输送至换热器007与进入换热器007中的含溶剂的混合液进行换热，将经换热预降温后的再生溶剂再输送至冷却器0013冷却，冷却后的再生溶剂返回至吸收塔005内进行循环使用。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：待处理的废气同实施例一，需将废气中的甲苯、二甲苯脱除至小于8mg/m3；吸收废气用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮和N-甲酰吗啉按质量比5：1的混合溶剂；
将脱除了大部分C3、C4及C5烃类、甲苯、二甲苯的废气(甲苯、二甲苯含量＜1wt％)从塔底部进入多段式吸收塔005中的吸入温度为28℃，净化后塔顶出吸收塔的净化气体中甲苯、二甲苯含量降低到8mg/m3以下；
精馏塔008中塔釜温度为183℃，塔顶温度为65℃，回流比为3，操作压力为0.04MPa；其它同实施例一。
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 (10)
1.一种含挥发性有机物的废气的净化回收工艺，其特征在于，包括：
将待处理的含挥发性有机物的废气经冷凝并进行第一次气液分离；
将所述第一次气液分离得到的气体经压缩并进行第二次气液分离；
将所述第二次气液分离得到的气体经溶剂吸收，得到被溶剂吸收后的净化气。
2.根据权利要求1所述的含挥发性有机物的废气的净化回收工艺，其特征在于，还包括将经所述溶剂吸收后的含溶剂的混合液进行溶剂再生及回收再利用；
优选地，所述溶剂再生包括：将含溶剂的混合液通过采用精馏的方式进行分离，分别得到再生溶剂和挥发性有机物气体；
优选地，所述回收再利用包括：将挥发性有机物气体进行冷凝，得到挥发性有机物冷凝液并回收，然后将部分挥发性有机物冷凝液用于所述精馏中；
优选地，所述回收再利用还包括：将再生溶剂冷却后再次用于所述溶剂吸收。
3.根据权利要求1所述的含挥发性有机物的废气的净化回收工艺，其特征在于，所述冷凝采用的冷却介质为温度为-5-5℃的脱盐水。
4.根据权利要求1所述的含挥发性有机物的废气的净化回收工艺，其特征在于，所述第一次气液分离和所述第二次气液分离均采用降膜吸收器吸附分离的方式。
5.根据权利要求1所述的含挥发性有机物的废气的净化回收工艺，其特征在于，所述溶剂吸收采用多段式吸收塔进行溶剂吸收；
优选地，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和N-甲酰吗啉中的至少一种；
优选地，所述多段式吸收塔内的操作环境为常温常压，塔内工况液气比为1：(800-3000)，塔顶采出挥发性有机物含量≤0.8mg/m3的净化气，塔釜采出挥发性有机物和溶剂的混合液。
6.一种含挥发性有机物的废气的净化处理设备，其特征在于，包括：
第一冷凝器，用于对待处理的含挥发性有机物的废气进行冷凝；
第一气液分离装置，用于对经所述冷凝后的气液混合物进行气液分离；
压缩机，用于对经所述第一气液分离装置处理得到的气体进行压缩；
第二气液分离装置，用于对经所述压缩后的气液混合物进行气液分离；
吸收塔，用于对经所述第二气液分离装置处理得到的气体进行溶剂吸收。
7.根据权利要求6所述的含挥发性有机物的废气的净化处理设备，其特征在于，还包括：再生回收装置，用于将经所述溶剂吸收后的含溶剂的混合液进行溶剂再生得到再生溶剂及回收利用。
8.根据权利要求7所述的含挥发性有机物的废气的净化处理设备，其特征在于，所述再生回收装置包括精馏塔；
优选地，所述精馏塔的塔顶还设置有第二冷凝器，用于对塔顶得到的挥发性有机物气体进行冷凝；
优选地，所述再生回收装置还包括回收罐，用于对所述冷凝得到的挥发性有机物冷凝液进行回收。
9.根据权利要求8所述的含挥发性有机物的废气的净化处理设备，其特征在于，所述再生回收装置还包括连接所述精馏塔和所述吸收塔的换热器，用于对含溶剂的混合液进行换热；
优选地，所述再生回收装置还包括连接所述精馏塔和所述吸收塔的冷却器，用于对所述再生溶剂进行冷却降温。
10.根据权利要求6-8任一项所述的含挥发性有机物的废气的净化处理设备，其特征在于，所述吸收塔采用多段式吸收塔；
优选地，所述第一气液分离装置和所述第二气液分离装置均为降膜吸收器。
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