CN1335197A - 含水蒸汽有机废气的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化燃烧法处理含水蒸汽有机废气的方法,将含大量水蒸汽的有机废气冷凝,去除其中大部分水蒸汽,然后与空气混合进入浓度均化器,最后进入催化反应器氧化去除其中的有害组分。本发明方法可以最大程度减少水蒸汽对催化燃烧催化剂性能的影响,同时大大降低催化燃烧装置的规模,并且能减少温度骤变而影响催化剂催化反应性能,延长催化剂寿命。本发明方法可以有效的用于各种含水蒸汽有机废气如DTA废气的净化处理。

Description

含水蒸汽有机废气的处理方法
本发明属于一种富含水蒸汽有机废气的处理方法，特别是涉及一种联苯/联苯醚热载体净化提纯过程中所产生富含水蒸汽有机废气的处理方法。
以26.5/73.5(w/w)组成的联苯/联苯醚低共熔混合物(美国名称DowthermA，以下简称DTA)，是常用的热载体，特别是作为聚乙烯生产工艺的热载体。在使用DTA过程中，DTA受热分解产生苯系物，需要减压蒸发维持DTA纯度。减压系统采用水蒸汽喷射泵，喷射泵水蒸汽和从DTA中抽出的分解产物等构成了DTA废气，其中，绝大部分是水蒸汽，可达99w％；其它组分为DTA、苯、二甲苯、环己烷、酚、氮气等。目前，对DTA废气还没有有效的处理方法，使用该工艺的几家公司的废气都直接排入大气，由于苯系物众所周知的毒害作用和浓烈的不良气味造成相当程度的大气污染。
该废气属于一种有机物废气，常用的处理方法有：热力焚烧法、催化燃烧法、吸附法、冷凝回收法等。其中催化燃烧法适宜于处理成分复杂、有机物浓度低、无回收价值的有机废气，它具有净化率高、能耗低、无二次污染等优点。典型的催化燃烧工艺为废气经过预热后通入催化剂床层，废气中有机物被催化氧化为CO2、H2O。国内外有很多应用催化燃烧工艺处理有机废气的例子，如美国马萨诸塞州一家印刷厂采用催化燃烧技术处理烘室产生的VOC废气(Kosusko M et al.J Air Waste Management Assoc，1990，40(2)：254)、中国福建印刷厂也采用催化燃烧法处理苯、甲苯、二甲苯等有机物废气(刘必武等.工业催化，1993，(4)：11)；改进的吸附～催化燃烧联合工艺(Howard J.ChemEngng，1990，(9)：106)是将催化燃烧与吸附操作相结合，处理大流量、低浓度有机废气，这有利于降低装置规模和能耗。但是，这些工艺都不适宜于处理高水蒸汽含量、有机物浓度低、有机物浓度变化大、成分复杂的DTA废气。
本发明的目的是提供一种处理方法，能够经济有效地处理以水蒸汽含量高、有机物浓度低、有机物浓度变化大、成分复杂为特征的DTA废气。
本发明处理方法为：含水蒸汽有机废气首先进行冷凝，产生的不凝气与含氧气体混合后进入装有吸附剂的浓度均化器，从浓度均化器出来的混合气加热进入装有催化燃烧催化剂的反应器，将其中的有机物质氧化去除。
下面以DTA废气的处理为例详细说明本发明方法的具体细节：
由生产装置产生的DTA废气温度在100℃以上，采用冷凝操作使DTA废气温度降至20～40℃，DTA废气分离为冷凝液和不凝气两部分。冷凝液主要组成为水并含有少量DTA等大分子量凝点低的有机物，可以通过DTA不溶于水且密度大于水的特性回收DTA，废液排放到污水处理场处理。不凝气中含水率为：2.3％～6.2％(v)，不凝气有机物浓度(总烃)为3000～60000mg/m3，冷凝操作可以采用常规的冷却器，如管壳式冷凝器，可采取水冷方法。
将不凝气配入一定比例的含氧气体，通常为空气，空气过剩系数(所加空气过剩量与理论需要量的比值)为1～4。混合气体通入装填吸附剂的浓度均化器，使不凝气体中有机物浓度波动范围变小，得到有机物浓度相对稳定的废气气流。可以使用的吸附剂包括：活性炭、分子筛、活性氧化铝等，操作空速为：500～6000h-1。
浓度均化后的混合气体，加热到一定温度后进入催化反应器催化剂床层，反应温度为200～400℃，优选为250～350℃，体积空速为2000～50000h-1，优选为10000～40000h-1，使用球形或蜂窝催化剂，采用金属氧化物上担载贵金属，如Pd/Al2O3、Pd-Pt/Al2O3等，贵金属含量为0.1～2w％，该催化剂应具有或接近如下物性参数：比表面200～300m2/g、孔容0.6～0.8cm3/g、孔直径(平均)9～11nm。反应过程中放出的热量通过与催化反应器入口废气换热进行回收。
经过处理的DTA废气有害组分去除率可以达到90％以上，排入大气时非甲烷总烃浓度低于国家标准对有组织排放源规定的120mg/m3(国家环境保护局科技标准司编，大气环境标准工作手册)。
本发明方法也可以用于其它水蒸汽含量较大(如水蒸汽含量超过30v％，优选水蒸汽含量超过50v％)的有机废气的净化处理，如炼油厂水蒸汽喷射减压蒸馏塔尾气的处理，以及有机酸、醇、醛、酮、酯等水溶液蒸馏过程排放气的处理。
利用本发明方法，将大量水份冷凝分离后再对不凝气进行催化燃烧处理，避免大量水蒸汽引入催化燃烧反应器影响催化剂性能，同时大大降低催化燃烧装置的规模，并可以回收部分有机物。通过浓度均化器中吸附剂的吸附、脱附作用，使气体浓度波动得以缓和，避免由于气体浓度变化大引起的催化剂床层温度骤变而影响催化剂催化反应性能，从而延长催化剂使用寿命；利用催化反应器中催化剂的作用将冷凝—浓度均化后废气充分转化为无害气体，达到了有效、稳定地处理各种含水蒸汽有机废气的目的。
下面通过实施例进一步说明：实施例1
某生产装置DTA废气排放情况：
排气温度：104℃、排放量：400m3/h
废气组成：水蒸汽99w％、有机物0.8w％、其余为氮气、氧气。
有机物组成：苯4.5％、二甲苯22％、共聚单体4.7％、乙烯基环己烷27％、酚6.4％、环己烷21.4％及其它有机组分。
DTA废气被引入废气处理系统后，首先进入冷凝器，冷凝温度控制为25℃，冷凝液经回收无利用价值后排入污水处理场；不凝气有机物平均浓度(总烃)：60000mg/m3，不凝气按比例与空气混合后进入装填活性炭的浓度均化器；与尾气换热并经过预热器后进入催化反应器，在载有贵金属的蜂窝催化剂作用下转化为无害尾气排出，经热量回收后排空。所使用的催化剂为蜂窝形催化剂，Pd-Pt/Al2O3，贵金属含量为1.8w％，催化剂的物性参数：比表面260m2/g、孔容0.8cm3/g、孔直径(平均)10nm。
操作条件：冷凝器换热面积36m2、循环水量21t/h
          空气过剩系数为4
          浓度均化器空速5000h-1
          Pd-Pt/Al2O3蜂窝状催化剂
          催化反应器入口温度300℃、空速40000h-1
试验结果：催化反应器总烃去除率93.6％
          尾气非甲烷总烃浓度76.7mg/m3
实施例2
DTA废气，冷凝到35℃，不凝气中有机物浓度(总烃)：3000mg/m3。
操作条件：空气过剩系数1
          浓度均化器空速500h-1
          Pd-Pt/Al2O3蜂窝状催化剂
          催化反应器入口温度300℃、空速20000h-1
          其它操作条件同实施例1。
试验结果：催化反应器总烃去除率94.9％
尾气非甲烷总烃16.4mg/m3
实施例3
DTA废气，冷凝后不凝气中有机物浓度(总烃)：30000mg/m3。
操作条件：空气过剩系数为2
          浓度均化器空速2500h-1
          Pd-Pt/Al2O3蜂窝状催化剂
          催化反应器入口温度280℃、空速10000h-1
          其它操作条件同实施例1。
试验结果：催化反应器总烃去除率94.6％
尾气非甲烷总烃68.1mg/m3实施例4
某水蒸汽喷射减压塔的喷射泵排放气，冷凝后不凝气中有机物浓度(总烃)：30000mg/m3。
操作条件：空气过剩系数2
          浓度均化器空速2500h-1
          Pd/Al2O3球状催化剂、Pd含量为0.2w％
催化剂的物性参数：比表面240m2/g、孔容0.76cm3/g、
                  孔直径(平均)10nm。
                  催化反应器入口温度350℃、空速10000h-1
                  其它操作条件同实施例1。
试验结果：催化反应器总烃去除率95.0％
          尾气非甲烷总烃66.7mg/m3。

Claims (9)

1、一种含水蒸汽有机废气的处理方法，首先将含水蒸汽有机废气进行冷凝，得到的不凝气与含氧气体混合后进入装有吸附剂的浓度均化器，从浓度均化器出来的混合气加热进入装有催化燃烧催化剂的反应器，将其中的有机物质氧化除去。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的冷凝步骤的操作温度为20～40℃。
3、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的不凝气中含水率为：2.3v％～6.2v％，不凝气有机物浓度为3000～60000mg/m3。
4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的含氧气体为空气，空气过剩系数为1～4。
5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的浓度均化器所使用的吸附剂选自活性炭、分子筛、活性氧化铝。
6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的浓度均化器的体积空速为：500～6000h-1。
7、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的催化反应器的反应温度为200～400℃，体积空速为2000～50000h-1。
8、按照权利要求1或7所述的方法，其特征在于所述的催化反应器的反应温度为250～350℃，体积空速为10000～40000h-1。
9、按照权利要求1所述的方法，其特征在于催化反应器使用球形或蜂窝形贵金属催化剂，贵金属含量为0.1～2w％，催化剂的物理性质为：比表面200～300m2/g、孔容0.6～0.8cm3/g、平均孔直径9～11nm。
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