CN114870557A - 一种含环氧乙烷尾气的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种含环氧乙烷尾气的处理方法，包括：将含环氧乙烷尾气依次通过一级冷凝器和二级冷凝器分别进行一级冷凝和二级冷凝，所述一级冷凝的冷凝温度为‑10℃～0℃，所述二级冷凝的冷凝温度为‑40℃～‑60℃；以及，在气体体积流速恒定条件下，所述二级冷凝器内腔中气体流通体积为所述一级冷凝器内腔中气体流通体积的2‑3倍。本发明采用一级冷凝和二级冷凝联用的方法，其中，二级冷凝的最高温度需低于一级冷凝的最低温度，利用一级冷凝除去尾气中大部分沸点较高的杂质，再利用二级冷凝回收尾气中大部分的环氧乙烷，可以得到大量的高纯度的环氧乙烷冷凝液。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种含环氧乙烷尾气的处理方法。
背景技术
环氧乙烷(EO)是一种非常重要的精细化工原料，能够衍生出乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚等多种精细化工产品，进而可以延伸生产合成洗涤剂、乳化剂、抗冻剂、增塑剂、润滑剂、杀虫剂、熏蒸剂等四五千种产品，应用领域极其广泛；但是环氧乙烷能对大气产生污染，易燃，有毒，具有刺激性，其爆炸极限范围为3％-100％。国际上每年环氧乙烷消耗量超过2000万吨，国内每年环氧乙烷消耗量超过300万吨，为了保证生产安全及环保的需要，含有环氧乙烷的废气必须得到高效，安全的处理。
CN201410247482.0公开了一种含环氧丙烷或环氧乙烷有机废气的净化方法，该方法是将含1％～40v％浓度的环氧丙烷或环氧乙烷的有机废气经缓冲罐均化后依次经过装填有改性活性炭填料的溶剂吸收塔、固体酸催化单元、无机酸催化单元及活性炭纤维吸附塔处理后，将废气处理到废气中环氧丙烷或环氧乙烷含量在＜2ppm，大部分环氧丙烷或环氧乙烷转化为丙二醇或乙二醇循环到聚醚生产系统再利用，但是该方法工艺流程复杂，同时，该方法涉及固体酸酸化单元，虽然其具有条件温和的特点，但是，容易受进料溶液中的悬浮物质、碱性物质、有机物和金属离子等的污染，使固体酸催化剂中毒，无法满足工业化生产需求。
发明内容
本发明提供了一种含环氧乙烷尾气的处理方法，采用一级冷凝和二级冷凝相结合的办法，其中，一级冷凝用以除去尾气中大部分沸点较高的杂质，例如：甲醇、乙醇、乙二醇等，二级冷凝用以回收尾气中大部分的环氧乙烷，得到高纯度的环氧乙烷冷凝液，用以回收利用，可作为其他有机反应的原料使用，经一级冷凝和二级冷凝处理后的剩余尾气进入至喷淋塔，通过喷淋塔中吸收溶剂的吸收作用，使得尾气中的环氧乙烷得到高效、安全的净化，用以解决现有技术工艺复杂、不能满足工业化生产需求的技术问题。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种含环氧乙烷尾气的处理方法，包括：将含环氧乙烷尾气依次通过一级冷凝器和二级冷凝器分别进行一级冷凝和二级冷凝，所述一级冷凝的冷凝温度为-10℃～0℃，所述二级冷凝的冷凝温度为-40℃～-60℃；以及，
在气体体积流速恒定条件下，二级冷凝器内腔中气体流通体积为一级冷凝器内腔中气体流通体积的2-3倍。
本发明通过采用一级冷凝和二级冷凝联合使用的方式，用以净化尾气中的环氧乙烷，同时，可回收大量高纯度的环氧乙烷冷凝液，继续用作原料使用，当然，需要说明的是，将含环氧乙烷尾气首先通入至冷凝温度为-10℃～0℃的一级冷凝器中进行一级冷凝，是为了冷凝除去尾气中大部分沸点较高的杂质，例如：甲醇、乙醇、乙二醇等，将所述一级冷凝的冷凝温度设置在-10℃～0℃这个区间范围内，是因为若是冷凝温度过高(即在零度以上)，则会导致高沸点杂质去除不完全，影响二级冷凝液的纯度，若是温度过低(即低于-10℃)，则会导致一级冷凝液中环氧乙烷含量过大，影响二级冷凝液中环氧乙烷的回收率。
而且，将经过所述一级冷凝的含环氧乙烷尾气再通入至冷凝温度为-40℃～-60℃的二级冷凝器中进行二级冷凝，是为了冷凝回收尾气中大部分的环氧乙烷，得到纯度较高的环氧乙烷冷凝液(即二级冷凝液)，所述二级冷凝液可回收利用，回收得到的所述环氧乙烷冷凝液可用作其他有机反应的原料，实现气体废物的回收利用，节约能耗。
优选的，所述一级冷凝的温度为-5℃，所述二级冷凝的温度为-50℃。
在本发明的某些实施例中，所述一级冷凝的时间为40s～50s，所述二级冷凝的时间为100s～120s。优选的，所述一级冷凝的时间为45s，所述二级冷凝的时间为110s。
本发明人选择将含环氧乙烷尾气在冷凝温度为-10℃～0℃的一级冷凝器中冷凝40s～50s，是因为本发明人发现若是将含环氧乙烷尾气在-10℃～0℃的冷凝温度下停留时间过长，会导致一级冷凝液中环氧乙烷含量过大，也影响二级冷凝液中环氧乙烷的回收率。
而且，本发明人还采用冷凝温度为-40℃～-60℃的二级冷凝器与冷凝温度为-10℃～0℃的所述一级冷凝器联合使用，将经过所述一级冷凝的含环氧乙烷尾气继续通入至所述二级冷凝器中，在所述二级冷凝器中继续冷凝100s～120s。
本发明人选择将-40℃～-60℃的冷凝温度作为二级冷凝温度是因为，如果继续降低二级冷凝的冷凝温度(即冷凝温度低于-60℃)时，对于环氧乙烷的回收率提高并不明显。即使从原理上来讲，气体在装置中停留时间与单位时间气体处理量或设备尺寸大小呈正相关，即冷凝温度越低，停留时间越长，则处理效果越好；但是，本发明人经过大量的实验数据分析后认为，在生产工艺中还需要考虑冷冻机组的运作成本，如果继续降低冷凝温度，会相应提高冷冻机组的电机功率，在对于环氧乙烷的回收率没有显著提高的前提下，从经济效益角度考虑也并不合算，因此，最终选择二级冷凝的冷凝温度为-40℃～-60℃，冷凝时间为100s～120s，为最优工艺条件。
在本发明的某些实施例中，所述一级冷凝和/或所述二级冷凝过程中，控制含环氧乙烷尾气的流速为0.1-1m3/min。优选为，0.5-0.8m3/min，进一步优选为0.6m3/min。
在本发明的某些实施例中，沿气体流动方向，所述一级冷凝器的上游连接有流体引入控制装置，所述二级冷凝器的下游连接有喷淋塔，所述二级冷凝后还包括喷淋吸收。
在本发明的某些实施例中，所述喷淋吸收的吸收溶剂选自碳酸乙烯酯、自来水和稀硫酸中的一种或多种。
优选的，所述吸收溶剂为碳酸乙烯酯和水的混合溶剂。更优选的，以所述混合溶剂的总质量为100％计，所述碳酸乙烯酯的含量为55-85％；进一步优选为65％-75％。需要说明的是，若选择碳酸乙烯酯单一溶剂作为喷淋吸收的吸收溶剂时，吸收温度需升高至60-70℃；这是因为碳酸乙烯酯在常温下为固态，故需要有一定温度保证其为液体及流动性，若选择本发明提到的其他溶剂或混合溶剂作为吸收剂时，室温即可。
在本发明的某些实施例中，所述喷淋吸收的气液质量比为1.6-2.0；进一步优选为1.8。
在本发明的某些实施例中，所述一级冷凝器和/或所述二级冷凝器为列管式冷凝器和/或螺旋板式冷凝器。
优选的，所述一级冷凝器为列管式冷凝器，所述二级冷凝器为螺旋板式冷凝器，在气体体积流速恒定条件下，所述螺旋板式冷凝器内腔中气体流通体积为所述列管式冷凝器内腔中气体流通体积的2-3倍。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明通过采用一级冷凝和二级冷凝相结合的方法，其中，二级冷凝的最高温度需低于一级冷凝的最低温度，利用一级冷凝可以除去尾气中大部分沸点较高的杂质，利用二级冷凝可以回收尾气中大部分的环氧乙烷，用以得到大量高纯度(纯度≥99.0％)的环氧乙烷冷凝液，实现气体废物的回收利用，尾气中剩余的极少部分的环氧乙烷再通过喷淋吸收得到净化，处理后的尾气符合大气污染物综合排放标准GB 16297-1996中关于环氧乙烷气体排空标准。
附图说明
图1为本发明所述含环氧乙烷尾气的处理方法的工艺流程示意图；
图2为本发明所述含环氧乙烷尾气的处理方法中装置的连接结构示意图。
图中：1、列管式冷凝器；2、螺旋板式冷凝器；3、喷淋塔。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一级冷凝：将环氧乙烷含量为3.05％的尾气通入冷凝温度为-5℃的列管式冷凝器1中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述列管式冷凝器1中停留40s；
二级冷凝：将经过一级冷凝处理后的尾气通入冷凝温度为-50℃的螺旋板式冷凝器2中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述螺旋板式冷凝器2中停留110s；
喷淋吸收：将经过二级冷凝处理后的尾气通入喷淋塔3中，用含75％的碳酸乙烯酯和水的混合溶剂作为吸收溶剂，从所述喷淋塔3顶部喷淋，用以吸收尾气中剩余的环氧乙烷，实现尾气中环氧乙烷的净化；
其中，喷淋吸收过程中的气液质量比为1.8，吸收温度为30℃。
得到的测试结果填入表1。
实施例2
一级冷凝：将环氧乙烷含量为3.28％的尾气通入冷凝温度为0℃的列管式冷凝器1中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述列管式冷凝器1中停留40s；
二级冷凝：将经过一级冷凝处理后的尾气通入冷凝温度为-40℃的螺旋板式冷凝器2中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述螺旋板式冷凝器2中停留100s；
喷淋吸收：将经过二级冷凝处理后的尾气通入喷淋塔3中，用含65％的碳酸乙烯酯和水的混合溶剂作为吸收溶剂，从喷淋塔3顶部喷淋，用以吸收尾气中剩余的环氧乙烷，实现尾气中环氧乙烷的净化；
其中，喷淋吸收过程中的气液质量比为1.8，吸收温度为30℃。
得到的测试结果填入表1。
实施例3
一级冷凝：将环氧乙烷含量为4.45％的尾气通入冷凝温度为-10℃的列管式冷凝器1中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述列管式冷凝器1中停留40s；
二级冷凝：将经过一级冷凝处理后的尾气通入冷凝温度为-60℃的螺旋板式冷凝器2中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述螺旋板式冷凝器2中停留120s；
喷淋吸收：将经过二级冷凝处理后的尾气通入喷淋塔3中，用含70％的碳酸乙烯酯和水的混合溶剂作为吸收溶剂，从喷淋塔3顶部喷淋，用以吸收尾气中剩余的环氧乙烷，实现尾气中环氧乙烷的净化；
其中，喷淋吸收过程中的气液质量比为1.8，吸收温度为30℃。
得到的测试结果填入表1。
对比例1
一级冷凝：将环氧乙烷含量为3.84％的尾气通入冷凝温度为-10℃的列管式冷凝器1中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述列管式冷凝器1中停留80s；
二级冷凝：将经过一级冷凝处理后的尾气通入冷凝温度为-60℃的螺旋板式冷凝器2中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述螺旋板式冷凝器2中停留120s；
喷淋吸收：将经过二级冷凝处理后的尾气通入喷淋塔3中，用含70％的碳酸乙烯酯和水的混合溶剂作为吸收溶剂，从喷淋塔3顶部喷淋，用以吸收尾气中剩余的环氧乙烷，实现尾气中环氧乙烷的净化；
其中，喷淋吸收过程中的气液质量比为1.8，吸收温度为30℃。
得到的测试结果填入表1。
对比例2
一级冷凝：将环氧乙烷含量为3.52％的尾气通入冷凝温度为-15℃的列管式冷凝器1中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述列管式冷凝器1中停留40s；
二级冷凝：将经过一级冷凝处理后的尾气通入冷凝温度为-50℃的螺旋板式冷凝器2中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述螺旋板式冷凝器2中停留110s；
喷淋吸收：将经过二级冷凝处理后的尾气通入喷淋塔3中，用含75％的碳酸乙烯酯和水的混合溶剂作为吸收溶剂，从喷淋塔3顶部喷淋，用以吸收尾气中剩余的环氧乙烷，实现尾气中环氧乙烷的净化；
其中，喷淋吸收过程中的气液质量比为1.8，吸收温度为30℃。
得到的测试结果填入表1。
对比例3
一级冷凝：将环氧乙烷含量为4.73％的尾气通入冷凝温度为-5℃的列管式冷凝器1中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述列管式冷凝器1中停留40s；
二级冷凝：将经过一级冷凝处理后的尾气通入冷凝温度为-70℃的螺旋板式冷凝器2中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述螺旋板式冷凝器2中停留110s；
喷淋吸收：将经过二级冷凝处理后的尾气通入喷淋塔3中，用含70％的碳酸乙烯酯和水的混合溶剂作为吸收溶剂，从喷淋塔3顶部喷淋，用以吸收尾气中剩余的环氧乙烷，实现尾气中环氧乙烷的净化；
其中，喷淋吸收过程中的气液质量比为1.8，吸收温度为30℃。
得到的测试结果填入表1。
对比例4
一级冷凝：将环氧乙烷含量为2.98％的尾气通入冷凝温度为-5℃的列管式冷凝器1中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述列管式冷凝器1中停留40s；
二级冷凝：将经过一级冷凝处理后的尾气通入冷凝温度为-50℃的螺旋板式冷凝器2中，控制尾气以0.6m3/min的流速在所述螺旋板式冷凝器2中停留130s；
喷淋吸收：将经过二级冷凝处理后的尾气通入喷淋塔3中，用含70％的碳酸乙烯酯和水的混合溶剂作为吸收溶剂，从喷淋塔3顶部喷淋，用以吸收尾气中剩余的环氧乙烷，实现尾气中环氧乙烷的净化；
其中，喷淋吸收过程中的气液质量比为1.8，吸收温度为30℃。
得到的测试结果填入表1。
表1
结合表1进行结果分析。
本发明涉及一种采用一级冷凝和二级冷凝联合使用，用以处理尾气中的环氧乙烷，其中，所述一级冷凝的冷凝温度为-10℃～0℃、冷凝时间为40s～50s，所述二级冷凝的冷凝温度为-40℃～-60℃、冷凝时间为100s～120s，经本发明所述一级冷凝的冷凝条件处理后，尾气中环氧乙烷的去除率仅为10-20％，同时，可去除掉尾气中绝大部分的高沸点杂质；经本发明所述二级冷凝的冷凝条件处理后，尾气中环氧乙烷的去除率可高达95％以上，同时，经过所述二级冷凝回收得到的环氧乙烷冷凝液的回收率也可高达至80％以上，而且，环氧乙烷冷凝液的纯度最高可达99.7％，即经过本发明所述的一级冷凝和所述的二级冷凝处理后，可以回收得到大量的高纯度的环氧乙烷冷凝液，同时，废气中的环氧乙烷可以得到安全有效的处理。
影响本发明所述一级冷凝和/或二级冷凝的冷凝效果的关键因素在于冷凝温度以及冷凝时间，从对比例1和对比例2的数据可以看出，降低一级冷凝的冷凝温度和延长一级冷凝的冷凝时间均会导致在一级冷凝中析出过多的环氧乙烷，虽然可以提高一级冷凝条件下尾气中环氧乙烷的去除率，可以去除尾气中较多的环氧乙烷，但是，由于一级冷凝的目的是为了去除尾气中大部分的高沸点杂质，因此，一级冷凝液中会掺杂大部分的高沸点杂质，例如：甲醇、乙醇、乙二醇等，同时还会带有少部分的环氧乙烷，因此，所述一级冷凝液的可利用度很低，通常会采用高温裂解等其他手段进行处理后，直接排向大气，因此，在一级冷凝中不宜析出过多的环氧乙烷冷凝液；
结合对比例1和对比例2的数据，对比例1中一级冷凝的冷凝时间为80s，一级冷凝中环氧乙烷的去除率为45.34％，通过二级冷凝回收得到的环氧乙烷的回收率仅为52.86％，对比例2中一级冷凝的冷凝温度为-15℃，一级冷凝中环氧乙烷的去除率为26.74％，通过二级冷凝回收得到的环氧乙烷的回收率仅为70.42％。结合对比例3和对比例4的数据可以看出，降低二级冷凝的冷凝温度以及延长二级冷凝的冷凝时间，对环氧乙烷的收率以及纯度并没有明显的提高，还会造成生产工艺成本的增加。
最后，将经过二级冷凝处理后的尾气继续通入至喷淋塔中进行喷淋吸收，用以吸收尾气中剩余的极少量的环氧乙烷，实现尾气中环氧乙烷的净化，处理后的尾气符合大气污染物综合排放标准GB 16297-1996中关于环氧乙烷气体排空标准(小于2ppm)。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (7)
1.一种含环氧乙烷尾气的处理方法，其特征在于，包括：将含环氧乙烷尾气依次通过一级冷凝器和二级冷凝器分别进行一级冷凝和二级冷凝，所述一级冷凝的冷凝温度为-10℃～0℃，所述二级冷凝的冷凝温度为-40℃～-60℃；以及，
在气体体积流速恒定条件下，所述二级冷凝器内腔中气体流通体积为所述一级冷凝器内腔中气体流通体积的2-3倍。
2.根据权利要求1所述的含环氧乙烷尾气的处理方法，其特征在于：所述一级冷凝的冷凝时间为40s～50s，所述二级冷凝的冷凝时间为100s～120s。
3.根据权利要求1所述的含环氧乙烷尾气的处理方法，其特征在于：所述一级冷凝和/或所述二级冷凝过程中，控制含环氧乙烷尾气的流速为0.1-1m3/min。
4.根据权利要求3所述的含环氧乙烷尾气的处理方法，其特征在于：沿气体流动方向，所述一级冷凝器的上游连接有流体引入控制装置，所述二级冷凝器的下游连接有喷淋塔，所述二级冷凝后还包括喷淋吸收。
5.根据权利要求4所述的含环氧乙烷尾气的处理方法，其特征在于：所述喷淋吸收的吸收溶剂选自碳酸乙烯酯、自来水和稀硫酸中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的含环氧乙烷尾气的处理方法，其特征在于：所述喷淋吸收的气液比为1.6-2.0。
7.根据权利要求1所述的含环氧乙烷尾气的处理方法，其特征在于：所述一级冷凝器和/或所述二级冷凝器为列管式冷凝器和/或螺旋板式冷凝器。
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