CN114904364A - 一种聚丙烯酸装置尾气处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯酸装置尾气处理方法，含有环己烷的尾气从塔釜进入吸收塔，吸收剂从塔顶进入吸收塔，经吸收后的尾气从塔顶经吸附罐排空，饱和的吸收剂从塔釜经多级变温分相操作获得不饱和的吸收剂回用，同时减少了外排废液量。本发明通过优化改进吸收剂回收的工艺，能够显著减低吸收剂脱附回收的能耗，简化操作，适应不同吸收体系，适合工业化尾气处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯酸装置尾气处理方法，属于尾气处理技术领域。
背景技术
聚丙烯酸增稠剂是以丙烯酸为主要原料，在溶剂中发生自由基聚合获得。在整个聚丙烯酸生产体系所产生的尾气主要以氮气为主，及少量的环己烷等VOC组分。
现有的处理含有环己烷尾气的方法主要有以下几种：一是通过吸附塔处理，塔内装填有活性炭或分子筛等吸附物质，可以静态吸收油性尾气；二是通过吸收塔处理，需要采用亲油性吸收剂，如白油；三是通过火炬、焚烧炉、RTO、RCO等尾气成套处理系统处理。以上方法存在以下问题：
1)吸附塔中的吸附物质饱和吸附量一般低于10％，一旦吸附饱和需要再生吸附物质或更换吸附物质，其中吸附物质再生操作为间歇操作，操作繁琐，公用工程用量大；而更换吸附物质成本较高，且产生大量固废，在尾气处理量较大时不建议采用。此外为保持连续化生产，吸附塔一般一开一备，占地面积较大；
2)常规吸收塔所使用的亲油性吸收剂通常需要连续再生以维持吸收效率。由于亲油性吸收剂的沸点较高，吸收剂需要在真空高温条件下去除轻组分VOC实现再生。该再生方法需要大量的热量，且需要的设备数量多。与吸附塔相比优势在于能够做到连续化操作，大大简化了操作；
3)火炬、焚烧炉、RTO、RCO等尾气成套处理系统的投资较大，在新建装置周围没有现成的尾气成套处理系统时，需要评估该方法的经济性。
为解决上述问题，需要开发新的尾气处理工艺，降低投资成本，简化操作，提高处理效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种聚丙烯酸装置尾气处理方法，能够降低投资成本，简化操作，提高处理效率。
为达到以上发明目的，本发明的技术方案如下：
一种聚丙烯酸装置尾气处理方法，包括以下步骤：
1)尾气吸附：将含有环己烷的尾气从塔釜进入吸收塔，吸收剂从塔顶进入吸收塔，经吸收后的尾气从塔顶经吸附罐排空；
2)吸附剂再生：饱和的吸收剂从塔釜经多级变温分相操作获得不饱和的吸收剂回用。
本发明中，所述的吸收剂为水与醇的混合溶液；醇优选乙醇、丙醇、乙二醇，丙二醇中的一种或多种。水与乙醇的质量比为0.1～10：1。
本发明中，吸收塔的操作压力为0～0.05MpaG；吸收塔的操作温度为10～50℃。
本发明中，吸收塔内液相分布器喷淋密度为5～50m3/(m2*h)。
本发明中，吸收塔内气液比优选20～500。
吸附罐中一般为活性炭，用于除去未吸收的VOC，起保护作用。
本发明中，分相级数优选2～5级；各级分相器温度逐级升高，相邻两级分相温差优选10～100℃。一级温度范围为25～80℃，最高一级的温度范围为50～200℃。
本发明中，各级分相器的操作压力优选为0～2MPaG，各级停留时间优选为5～60min。
常规吸收剂再生需要真空高温条件下达到饱和吸收剂的泡点，闪蒸出的气相主要为尾气中的VOC，进而液相为再生的吸收剂。而本发明采用的变温分相再生吸收剂的方法，是通过不同温度下VOC在吸收剂中的溶解度差异进行分离，于液液两相条件下进行，通过不断将油相分出体系，进而获得再生的吸收剂。通过变温分相再生操作，吸附剂中环己烷去除率大于80％。
本发明中，吸收塔尾气中环己烷的去除率大于70％。
本发明中，吸收剂的损耗外排量占吸收剂循环量的比率低于1％。
本发明的积极效果是：
1)采用吸收塔处理含有环己烷的尾气，吸收剂需要醇水混合物作为吸收剂，通过调配醇与水的比例实现特定组分的吸收；
2)吸收剂采用多级变温分相的新工艺实现再生，操作条件温和，无需真空高温条件，能耗显著减低；
3)采用连续化尾气吸收处理工艺，能够简化操作，减低操作费用。
附图说明
图1为本发明提供的尾气处工艺流程图
图中，1、吸收塔，2、一级加热器，3、一级分相罐，4、输送泵，5、二级加热器，6、二级分相罐，7、吸收剂缓冲罐，8、三级加热器，9、三级分相罐，10、吸附罐，11、冷却器。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步说明，本发明所述实施例只是作为对本发明的说明，不限制本发明的范围。
本发明下述实施例中设备的信息如下：
吸收塔：塔直径0.4米，装填矩鞍环填料，填料高度3米，塔顶和塔釜分别设置有进液口和进气口。
吸附剂变温分相再生系统：采用三级工艺流程，包括三级加热器及三级分相罐。
吸附罐：罐直径1米，装有1m3的活性炭。
本发明所涉及的主要原料均通过市售商业途径购买获得。
本发明所涉及的含有VOC的尾气来自于万华化学聚丙烯酸装置，且已经过碱洗塔吸收处理去除了尾气中的丙烯酸和丙烯酸酯等组分。碱洗塔操作参数为：操作压力0.005MpaG，操作温度20℃，填料采用矩鞍环填料，填料高度为3米。处理后的尾气组成为氮气87.0vol％，环己烷13.0vol％，其他组分不计。
气相色谱分析条件：采用安捷伦色谱分析，进样量：1μL；柱温：50℃保持3min，以5℃/min升温至120℃，保持15min；进样口温度250℃；色谱柱载气流速(N2)：30mL/min；分流比20:1；氢气流量：40mL/min；空气流量：400mL/min。
实施例1
含VOC的尾气从吸收塔1塔釜进入，流量为350Nm3/h，组成为氮气87.0vol％，环己烷13.0vol％。新鲜吸收剂进入吸收剂缓冲罐7与循环吸收剂混合后进入吸收塔塔顶，其中新鲜吸收剂流量为13kg/h，组成为水45wt％，乙醇55％；混合进入吸收塔的流量为2300kg/h，组成为水76.5wt％，乙醇23.3wt％，环己烷0.2wt％。吸收塔操作温度为25℃，操作压力为0.005MPaG，喷淋密度为18.3m3/(m2*h)。吸收饱和的吸收剂从塔底采出，吸收后尾气从塔顶采出，其中饱和的吸收剂流量为2415kg/h，组成为水72.7wt％，乙醇22.0wt％，环己烷5.3wt％；外排尾气流量为315Nm3/h，组成为氮气95.4vol％，环己烷2.9vol％，水0.8vol％，乙醇0.9vol％。饱和的吸收剂通过一级加热器2加热至55℃送至一级分相罐3。一级分相罐3操作压力为常压，操作温度55℃，停留时间10min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过二级加热器5加热至85℃送至二级分相罐6。二级分相罐6操作压力为0.15MPaG，操作温度85℃，停留时间10min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过三级加热器8加热至115℃送至三级分相罐9。三级分相罐9操作压力为0.45MPaG，操作温度115℃，停留时间10min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过冷却器11冷却至25℃送至吸收剂缓冲罐7。饱和吸收剂通过三级变温分相操作获得再生，再生吸收剂的流量为2286kg/h，组成为水76.6wt％，乙醇23.1wt％，环己烷0.2wt％。吸收塔尾气进入吸附罐10后除去残余VOC后对空排放。
在该实施例中，通过气相色谱分析尾气进出吸收塔的组成以及吸附剂再生前后的组成可知，吸附剂中环己烷去除率为96.2％；通过吸收塔尾气中环己烷的去除率为79.3％。吸收剂的损耗外排量占吸收剂循环量的比率为0.6％。
实施例2
含VOC的尾气从吸收塔1塔釜进入，流量为350Nm3/h，组成为氮气87.0vol％，环己烷13.0vol％。新鲜吸收剂进入吸收剂缓冲罐7与循环吸收剂混合后进入吸收塔塔顶，其中新鲜吸收剂流量为14kg/h，组成为水20wt％，丙醇80％；混合进入吸收塔的流量为2299kg/h，组成为水76.4wt％，丙醇23.4wt％，环己烷0.2wt％。吸收塔操作温度为25℃，操作压力为0.005MPaG，喷淋密度为18.3m3/(m2*h)。吸收饱和的吸收剂从塔底采出，吸收后尾气从塔顶采出，其中饱和的吸收剂流量为2411kg/h，组成为水72.7wt％，丙醇22.1wt％，环己烷5.2wt％；外排尾气流量为290Nm3/h，组成为氮气95.1vol％，环己烷3.2vol％，水0.8vol％，丙醇0.9vol％。饱和的吸收剂通过一级加热器2加热至45℃送至一级分相罐3。一级分相罐3操作压力为常压，操作温度45℃，停留时间60min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过二级加热器5加热至65℃送至二级分相罐6。二级分相罐6操作压力为常压，操作温度65℃，停留时间60min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过三级加热器8加热至85℃送至三级分相罐9。三级分相罐9操作压力为0.15MPaG，操作温度85℃，停留时间60min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过冷却器11冷却至25℃送至吸收剂缓冲罐7。饱和吸收剂通过三级变温分相操作获得再生，再生吸收剂的流量为2285kg/h，组成为水76.6wt％，丙醇23.2wt％，环己烷0.2wt％。吸收塔尾气进入吸附罐10后除去残余VOC后对空排放。
在该实施例中，通过气相色谱分析尾气进出吸收塔的组成以及吸附剂再生前后的组成可知，吸附剂中环己烷去除率为96.4％，通过吸收塔尾气中环己烷的去除率为77.3％。吸收剂的损耗外排量占吸收剂循环量的比率为0.6％。
实施例3
含VOC的尾气从吸收塔1塔釜进入，流量为350Nm3/h，组成为氮气87.0vol％，环己烷13.0vol％。新鲜吸收剂进入吸收剂缓冲罐7与循环吸收剂混合后进入吸收塔塔顶，其中新鲜吸收剂流量为21kg/h，组成为水80wt％，乙二醇20％；混合进入吸收塔的流量为2303kg/h，组成为水75.9wt％，乙二醇23.8wt％，环己烷0.3wt％。吸收塔操作温度为25℃，操作压力为0.005MPaG，喷淋密度为18.3m3/(m2*h)。吸收饱和的吸收剂从塔底采出，吸收后尾气从塔顶采出，其中饱和的吸收剂流量为2407kg/h，组成为水72.6wt％，乙二醇22.5wt％，环己烷4.9wt％；外排尾气流量为292Nm3/h，组成为氮气94.4vol％，环己烷4.0vol％，水0.7vol％，乙二醇0.9vol％。饱和的吸收剂通过一级加热器2加热至35℃送至一级分相罐3。一级分相罐3操作压力为常压，操作温度35℃，停留时间30min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过二级加热器5加热至50℃送至二级分相罐6。二级分相罐6操作压力为常压，操作温度50℃，停留时间30min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过三级加热器8加热至70℃送至三级分相罐9。三级分相罐9操作压力为常压，操作温度70℃，停留时间30min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过冷却器11冷却至25℃送至吸收剂缓冲罐7。饱和吸收剂通过三级变温分相操作获得再生，再生吸收剂的流量为2283kg/h，组成为水76.2wt％，乙二醇23.5wt％，环己烷0.3wt％。吸收塔尾气进入吸附罐10后除去残余VOC后对空排放。
在该实施例中，通过气相色谱分析尾气进出吸收塔的组成以及吸附剂再生前后的组成可知，吸附剂中环己烷去除率为93.7％，通过吸收塔尾气中环己烷的去除率为71.6％。吸收剂的损耗外排量占吸收剂循环量的比率为0.9％。
对比例1
含VOC的尾气从吸收塔1塔釜进入，流量为350Nm3/h，组成为氮气87.0vol％，环己烷13.0vol％。新鲜吸收剂进入吸收剂缓冲罐7与循环吸收剂混合后进入吸收塔塔顶，其中新鲜吸收剂流量为16kg/h，组成为水100wt％；混合进入吸收塔的流量为2300kg/h，组成为水99.9wt％，环己烷0.1wt％。吸收塔操作温度为25℃，操作压力为0.005MPaG，喷淋密度为18.3m3/(m2*h)。吸收饱和的吸收剂从塔底采出，吸收后尾气从塔顶采出，其中饱和的吸收剂流量为2313kg/h，组成为水99.2wt％，环己烷0.8wt％；外排尾气流量为320Nm3/h，组成为氮气85.3vol％，环己烷11.3vol％，水3.4vol％。饱和的吸收剂通过一级加热器2加热至35℃送至一级分相罐3。一级分相罐3操作压力为常压，操作温度35℃，停留时间30min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过二级加热器5加热至55℃送至二级分相罐6。二级分相罐6操作压力为常压，操作温度55℃，停留时间30min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过三级加热器8加热至85℃送至三级分相罐9。三级分相罐9操作压力为常压，操作温度85℃，停留时间30min，分为水相和油相，其中油相作为废液外排，水相通过冷却器11冷却至25℃送至吸收剂缓冲罐7。饱和吸收剂通过三级变温分相操作获得再生，再生吸收剂的流量为2283kg/h，组成为水99.9wt％，环己烷0.1wt％。吸收塔尾气进入吸附罐10后除去残余VOC后对空排放。
在该实施例中，通过气相色谱分析尾气进出吸收塔的组成以及吸附剂再生前后的组成可知，吸附剂中环己烷去除率为87.7％，通过吸收塔尾气中环己烷的去除率为12.4％。吸收剂的损耗外排量占吸收剂循环量的比率为0.5％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种聚丙烯酸装置尾气处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)尾气吸附：将含有环己烷的尾气从塔釜进入吸收塔，吸收剂从塔顶进入吸收塔，经吸收后的尾气从塔顶经吸附罐排空；
2)吸附剂再生：饱和的吸收剂从塔釜经多级变温分相操作获得不饱和的吸收剂回用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸收剂为水与醇的混合溶液；醇优选乙醇、丙醇、乙二醇，丙二醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水与醇的质量比为0.1～10：1。
4.根据权利要求书1-3中任一项所述的方法，其特征在于，吸收塔的操作压力为0～0.05MpaG；吸收塔的操作温度为10～50℃。
5.根据权利要求书1-4中任一项所述的方法，其特征在于，吸收塔内液相分布器喷淋密度为5～50m3/(m2*h)。
6.根据权利要求书1-5中任一项所述的方法，其特征在于，吸收塔内气液比为20～500。
7.根据权利要求书1-6中任一项所述的方法，其特征在于，多级变温分相操作的分相级数为2～5级，各级分相器温度逐级升高，相邻两级分相温差优选为10～100℃；第一级温度范围为25～80℃，最高一级的温度范围为50～200℃。
8.根据权利要求书1-7中任一项所述的方法，其特征在于，各级分相器的操作压力为0～2MPaG，各级停留时间为5～60min。
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