CN202683054U - 用于工业有机废气治理的水解氧化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于工业有机废气治理的水解氧化装置，包括依次连接的水洗及水解塔、气液分离器、引风机和氧化塔；水洗、水解和氧化塔内均分别自下而上设两级布气-喷淋装置及一级除雾装置；水洗塔进气管上设阻火器，氧化塔设排放烟囱。利用本实用新型装置实现的工艺是：废气经阻火器负压吸入水洗和水解塔内，分别经进气口和鲍尔环布气均匀后与雾化的水洗及水解液颗粒发生两级混溶及水解反应，除雾后经气液分离器去水由引风机送至氧化塔，再与雾化的氧化液发生两级氧化还原反应并除雾，废气达标后高空排放。本实用新型将水洗吸收、水解及氧化工艺有机结合，有效去除了污染物，降低了初期投资和运行费用，工人劳动强度小，系统稳定运行，无二次污染。
Description
技术领域
本实用新型属于废气治理技术领域，涉及一种用于工业有机废气的净化装置。
背景技术
近年来随着经济的发展，电子、塑胶、建材、制药、化工等行业迅速发展，在加上环保投资力度的不够,导致了大量工业有机废气的排放，使得大气环境质量下降。上述行业的企业在生产过程中排入大气环境中的有机污染物包括苯系物、醛酮类、卤代烃、醇类等化合物，尤其制药行业，其产品种类繁多、更新快、生产过程复杂、生产规模小，治污难度较大。在许多生产过程中使用大量的有机溶剂，只有少部分成为产品，大部分都进入废水和废气中。工业有机废气污染已经直接对人们的身体健康造成危害，给国民经济造成巨大损失，因此，有机废气的处理势在必行。
有机废气治理技术可分为两大类，一是回收技术，是指采用吸收、吸附、冷凝、膜分离等方法将有机废气中有机物浓缩回收再生的方法。主要包括吸附技术、吸收技术、冷凝（及蒸汽平衡）技术及膜分离技术等。回收的有机溶剂可以直接用于质量要求较低的生产工艺，或者集中进行分离提纯。二是销毁技术，是指利用光、电、热、催化剂、等离子体或微生物等作用将有机废气中低浓度的挥发性有机物彻底分解转化成水和二氧化碳等无毒害无机小分子化合物的方法，主要包括高温焚烧、催化燃烧、生物氧化等技术。其中吸附法、吸收法、催化燃烧法是传统的有机废气治理技术，也是目前应用最广泛的实用治理技术。
活性炭吸附技术适用于低浓度、温度低于50℃、浓度在1-5000mg/m3的有机废气。虽然比表面积大，吸附废气范围全。但其不足之处是：需要进行废气预处理；针对高浓度废气会有净化效率不高的结果；在湿润条件下不能保持很好的吸附能力；不适合高温废气；会产生不吸附的情况；活性炭再生补充费用大；设备庞大。
直接燃烧技术适用于高浓度、连续作业场合的有机废气。可以在保持一定的停留时间内能高效处理高浓度有机废气。但针对低浓度有机废气需要耗费大量的能耗来维持分解所需的热量。
催化燃烧法适用于小风量、高浓度、连续作业场合、浓度在2000-6000mg/m3的有机废气。实现该工艺方法的设备简单，操作方便；净化比较彻底；无二次污染；可以回收利用热能；起燃温度低。但催化剂成本高；催化剂存在中毒和寿命问题；有燃烧爆炸危险；不能回收溶剂。
吸收法适用于各种浓度、温度低于100℃的有机废气。运行稳定，操作维护方便；不需要预处理；流程简单，运转费用低；占地面积小；净化效率高。但是对有机成分选择性大；当废气中有胶粒物质或其他杂质时，吸附剂易中毒；容易出现二次污染。
综上，无论是广泛采用的传统处理方法，还是新开发的处理技术，均有诸多因素（如适用范围、去除性能、投资运行费用等）制约了单元处理（即实现单一处理功能）技术的应用。因此，寻求该类废气的有效处理技术已经迫在眉睫。目前，除了推广单元处理工艺外，重点是开发不同单元处理工艺的组合技术，以达到提高去除效率，降低投资运行费用，减少二次污染的目的。
实用新型内容
针对上述现有技术，本实用新型提供一种用于工业有机废气治理的水解氧化装置，形成了工业有机废气治理过程中的吸收、水解及氧化工艺的有机结合，不但能够有效去除废气中的有机污染物，而且能降低处理系统的投资和运行费用，实现工艺设备简单，降低了工人的劳动强度，同时能够保证系统稳定运行，不会产生二次污染。
为了解决上述技术问题，本实用新型用于工业有机废气治理的水解氧化装置予以实现的技术方案是：包括依次连接的水洗塔、水解塔、气液分离器、引风机和氧化塔；所述水洗塔、水解塔和氧化塔内均分别自下而上的设有两级布气-喷淋装置，在第二级布气-喷淋装置的顶部设有除雾装置；所述水洗塔连接有循环水池1，所述水解塔连接有循环水池2，所述氧化塔连接有循环水池3；所述循环水池1、循环水池2和循环水池3均分别设有排污口和连接至水源的进水口；所述循环水池2还连接有水解液罐，所述循环水池3还连接有氧化液罐；所述水洗塔的上游设有阻火器，所述氧化塔设有排放烟囱。
进一步讲，本实用新型用于工业有机废气治理的水解氧化装置，其中，所述循环水池1、循环水池2和循环水池3均分别连接有循环水泵。所述水洗塔和水解塔的进气管口均向下倾斜45°，所述氧化塔的进气管口采用倒凹形布置方式。所述氧化塔的内壁设有玻璃钢防腐层，所述玻璃钢防腐层的厚度为2mm。
所述第一、第二级布气-喷淋装置均包括自下而上设置的布气装置和喷淋装置；所述布气装置包括鲍尔环，所述喷淋装置包括雾化喷嘴；所述雾化喷嘴与同级的布气装置最高点之间的距离为1.0-1.2m。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
目前，用于工业有机废气的治理多采用吸附工艺，而由于吸附工艺受废气量和吸附能力的影响，当达到一定浓度或一定气量后吸附系统设备庞大。最难解决的问题是受工业生产特点影响废气排放浓度不稳定，吸附剂饱和时间不容易确定，处理效果不稳定，导致废气不能稳定达标排放。
利用本实用新型的装置可以将水洗吸收、水解与氧化的组合工艺引入工业有机废气处理中，其中废气的布气-喷淋装置是各个反应塔的核心部分，可以高效去除有机污染物，整套系统的去除率高达99%以上，而且去除效果稳定，替代了单纯的吸附或是吸收或是氧化工艺。本实用新型用于工业有机废气治理的水解氧化装置不受废气性质变化的影响，可以快速且稳定去除废气中的有机污染物，彻底解决了现有技术中的不足，同时，还彻底解决了吸附剂饱和点难掌握，吸收剂二次污染，处理效果不稳定等技术问题，本实用新型工艺简单、经济、运行可靠，对工人技术水平要求不高，可控性强。
附图说明
图1是利用本实用新型进行废气水解氧化治理工艺的流程示意图；
图2是本实用新型中水洗塔、水解塔和氧化塔的基本结构及连接关系示意图。
图中：
10-水洗塔，20-水解塔，30-气液分离器，40-引风机，50-氧化塔，60-烟囱，1-阻火器，2-45°进气管口，31-第一级布气装置，41-第一级喷淋装置，32-第二级布气装置，42-第二级喷淋装置，5-除雾装置，6-倒凹形进气管口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。
如图1和图2所示，本实用新型用于工业有机废气治理的水解氧化装置，包括依次连接的水洗塔10、水解塔20、气液分离器30、引风机40和氧化塔50；所述水洗塔10、水解塔20和氧化塔50内均分别自下而上的设有第一、第二级布气-喷淋装置，第一级布气-喷淋装置包括自下而上设置的第一级布气装置31和第一级喷淋装置41，第二级布气-喷淋装置包括自下而上设置的第二级布气装置32和第二级喷淋装置42，每级布气装置均采用鲍尔环结构，所述喷淋装置的喷嘴为雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与所述布气装置最高点之间的距离为1.0-1.2m，在第二级布气-喷淋装置的顶部设有除雾装置5。所述水洗塔10和水解塔20的进气管口均向下倾斜45°，即形成了45°进气管口2，所述氧化塔50的进气管口采用倒凹形布置方式；所述水洗塔10连接有循环水池1，所述水解塔20连接有循环水池2，所述氧化塔50连接有循环水池3，所述循环水池1、循环水池2和循环水池3均分别连接有循环水泵，如图1中所示的泵、泵2和泵3。所述循环水池1、循环水池2和循环水池3均分别设有排污口和连接至水源的进水口；所述循环水池2还连接有水解液罐，所述循环水池3还连接有氧化液罐；所述水洗塔10的上游设有阻火器1，所述氧化塔50的内壁设有玻璃钢防腐层，所述玻璃钢防腐层的厚度为2mm，所述氧化塔50设有排放烟囱60。
利用本实用新型用于工业有机废气治理的水解氧化装置实现的工艺包括以下步骤：
废气经过阻火器1后，由引风机40负压吸入水洗塔10内，所述水洗塔10内废气经过45°进气管口2降低流速后，每级布气装置中的鲍尔环均布废气，保证了布气均匀性，避免短流现象产生，与常规处理系统相比，提高了废气与喷淋液的接触面积和反应时间，保证了废气的净化效率。废气自下而上流动，其中，喷淋装置的喷嘴选用雾化喷嘴，雾化喷嘴可以将喷淋液雾化喷出，均匀悬浮于空气中，并形成自上而下流动的直径达微米级别的雾化颗粒，提高了喷淋液与废气碰撞的几率，增加了反应时间，气液两相传质，提高净化效率，同时大大降低了药剂费用和运行成本；由于水洗塔10内自下而上的串联有两级布气-喷淋装置，并在位于上方的第二级布气-喷淋装置的顶部设有除雾装置5，废气经过鲍尔环布气均匀后与雾化颗粒接触，经两级的气液两相混溶，初步降低废气有机污染物浓度，最终经过除雾装置除雾后由引风机40负压吸入水解塔20中；
水解塔20的结构与水洗塔10的结构基本相同；采用氢氧化钠溶液作为水解液，水解液由循环水泵提升至水解塔20内的喷淋装置，经雾化喷嘴雾化后与废气污染物传质交换，发生水解反应，经过水解塔20内的两级布气-喷淋装置，水解反应处理后的废气经过气液分离器30气水分离排出水分后由引风机40正压送至氧化塔50中；引风机40置于气液分离器30之后，主要原因有二个：一是工业有机废气具有一定的腐蚀性采用负压进气方式避免对风机形成腐蚀；二是节省占地，降低管路投资。
氧化塔50的结构基本上也与水洗塔10的结构相同，其不同之处仅在于氧化塔的进气管口采用倒凹形布置方式，即形成了倒凹形进气管口6，如图2所示；以次氯酸钠溶液作为氧化液，氧化液由循环水泵提升至氧化塔50内的喷淋装置处，经雾化喷嘴雾化后与废气污染物传质交换，发生氧化还原反应；经过氧化塔50内的两级布气-喷淋装置进行氧化还原反应处理；
废气经上述的水洗吸收-水解-氧化三级处理达到《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）后经位于氧化塔50顶部的烟囱60排放至高空。
利用本实用新型实现水洗吸收-水解-氧化的组合工艺替代传统的吸收工艺或吸附工艺，解决了吸收剂易中毒和容易二次污染的问题，同时也解决了吸附剂容易饱和，需再生等问题。
本实用新型中水洗塔10、水解塔20和氧化塔50的喷淋液存放至与塔相应连接的循环水池中，利用循环水泵提升进行循环使用，直至浓度较低时可补充部分药剂。最好是定期（一季度或半年）对循环水池1、循环水池2和循环水池3内的循环液进行测定，当污染物浓度COD高于3000mg/L时，排放少量部分循环液至污水处理系统，并向循环水池内补充部分循环液以保证循环液的浓度。
下面结合本实用新型的装置进一步详细说明水洗吸收-水解-氧化三级处理工艺及其原理。
1.阻火器1：本实用新型中有机废气进入水解氧化装置前首先经过阻燃过滤，防止火焰在设备之间的传播，同时可以粗除尘并起到气体均布分配的作用。
2.水洗塔10：水洗塔10中设置废气进气口、废气的布气-喷淋装置和除雾装置5。废气经过进气口降低流速后自下而上流动，再经过鲍尔环布气均匀后与已经被雾化的喷淋液接触，经气液两相混溶，初步降低废气有机污染物浓度，最终经过除雾装置5除雾进入水解塔20中。其中，废气进气口采用向下倾斜45°切口管形式，形成了45°进气管口2，以此可以有效的扩大进气口的布气面积，降低废气流速，提高后续布气均匀性。最为布气的功能件鲍尔环由支撑结构承载，其厚度为150mm-400mm之间，不可过厚，以免阻力过大导致能源浪费，同时也避免了喷淋液形成塔壁效应。喷淋装置由喷淋管、雾化喷嘴和支撑件三部分组成，根据废气有机污染物浓度可调节喷淋装置中雾化喷嘴的数量，喷淋管和雾化喷嘴布置时应尽量避免死角，每个雾化喷嘴服务面积需保证最小交叉，雾化喷嘴至同级布气装置最高点必须满足喷嘴的服务高度，一般为1.0-1.2m。本实用新型中是采用两级自下而上布置的布气-喷淋装置，并在第二级喷淋装置的顶部设置除雾装置。除雾装置由25-30mm鲍尔环和支撑件构成，厚度为100mm-200mm。本实用新型中水洗吸收过程的喷淋液采用自来水或回用水，并且循环使用。
利用本实用新型装置进行水洗吸收工艺的主要原理是：工业废气中的有机溶剂种类较多，其中易溶于水的有机溶剂如乙醇、甲醇等醇类物质，二氧六环、四氢呋喃、DMF、乙腈等物质也均易溶于水，并且可以任意比例的互溶，它们溶于水后为优良的有机溶剂，除了脂肪族饱和烃以外，可与几乎所有的有机溶剂混溶。因此，水洗塔的喷淋液采用自来水或回用水，且循环使用可以提高废气中溶于水的有机物，从而降低废气中的有机污染物浓度。
3.水解塔：本实用新型的水解塔20的内部结构与水洗塔10基本相似，水解液采用氢氧化钠溶液，由循环水泵提升至水解塔内喷淋装置处，经雾化喷嘴雾化后与废气污染物传质交换，发生水解反应。通过水解反应改变污染物的化学结构和化学性质，溶于碱性溶液中，而达到净化污染物的目的。具体反应方程式举例如下：
氯烃类水解反应：
四氢呋喃水解反应：
乙酸乙酯水解反应：
N,N-二甲基甲酰胺(DMF)水解反应：
主要原理可参见上述方程式，也可根据废气中的有机污染物的种类和浓度调节水解喷淋液，水解液可采用氢氧化钠溶液、稀硫酸溶液或稀盐酸溶液中的一种。
3．气液分离器30和引风机40：本实用新型中气液分离器30主要是防止水分进入引风机40中，特别是冬季管道中常出现冷凝水，可以通过气液分离器30分离后排出。引风机40放在氧化塔50前，主要是防止引风机40被腐蚀，提高风机的使用寿命。
4．氧化塔50：本实用新型中氧化塔50的内部结构与前两个塔基本相似，不同之处仅在于废气是由引风机40正压送至氧化塔50内，所以氧化塔50的进气管口采用倒凹形布置方式，从而形成倒凹形进气管口结构，以此可以降低废气流速。氧化液采用次氯酸钠溶液，由循环水泵提升至氧化塔50内的喷淋装置处，经雾化后与废气污染物传质交换，发生氧化还原反应，即改变污染物的化学性质和化学结构，从而达到净化污染物的目的。具体反应方程式举例如下：
正丁醇氧化成正丁酸的反应：
甲苯氧化成苯甲酸的反应：
主要原理可参见上述方程式，也可根据废气中的有机污染物的种类和浓度调节氧化喷淋液，氧化液可采用次氯酸钠溶液、氯化铁溶液或双氧水溶液中的一种。
废气经过以上系列净化处理后，达标后经烟囱排放至高空。喷淋液存放至循环水池，利用泵提升进行循环使用，定期（每季度或每半年）对循环水池内循环液测定，当污染物浓度COD高于3000mg/L时，排放少量部分循环液至污水处理系统，并向循环水池补充部分循环液以保证循环液的浓度。根据经验，循环水池以补充循环液为主。
研究试验实例：选用来自某一化学合成制药工业有机废气治理工程，结合附图对本实用新型的实施过程做具体说明：
研究材料：有机废气中主要含有甲醇、乙醇、甲苯、二氧六环、四氢呋喃、乙酸乙酯等有机污染物，废气温度为常温。
本实用新型中包括阻火器1，对废气进行阻燃过滤，防止火焰在设备之间的传播，同时可以粗除尘。阻火器1的管路上设置压差计1，用于预测阻火器1堵塞情况。阻火器1的出口连接水洗塔10废气进气管口2，废气进气管口采用的是向下倾斜45°切口管形式，经过45°进气管口2降低流速后进入布气装置，布气装置是由支撑装置和250mm厚度鲍尔环组成，鲍尔环直径为35-40mm，经过布气装置可提高水洗塔10内废气均匀度，避免短流，提高喷淋液与废气碰撞几率，提高反应效率。废气自下而上流动与布气装置上部的喷淋装置雾化后的喷淋液混溶，喷淋液采用自来水或厂区回用水，由循环水泵提升至水洗塔10的第一级喷淋装置41和第二级喷淋装置42处，经雾化后的喷淋液直径可达微米级别，增加了气液反应时间，保证了废气中有机污染的去除效率。本实施例中采用两级串联的布气-喷淋装置，经过两级布气-喷淋装置的充分反应后，废气进入水洗塔10顶部的除雾装置5，去除废气中的水分后经负压吸入水解塔20中。除雾装置5是由直径为25-30mm鲍尔环和支撑组成，鲍尔环厚度为150mm。水解塔的结构与水洗塔基本相似，水解液采用氢氧化钠溶液，由循环水泵提升至水解塔20的第一级喷淋装置41和第二级喷淋装置42处，经喷嘴雾化后与废气污染物传质交换，发生水解反应。通过水解反应改变污染物的化学结构和化学性质，溶于碱性溶液中，而达到净化污染物的目的。在水解塔20后设置气液分离器30，用于去除废气中含有的水分，避免废气对后面的引风机40造成腐蚀。引风机40将废气负压引入水洗塔10和水解塔20中，并正压送入氧化塔50中，在水洗塔10和水解塔20中反应不完全或未反应的有机物经过氧化塔50中的氧化液氧化，达到排放标准后经烟囱60高空排放。氧化塔的结构与前两个塔基本相似，氧化液采用次氯酸钠溶液，次氯酸钠溶液有效氯按10%考虑。氧化液由循环水泵提升至氧化塔50中的第一喷淋装置41和第二喷淋装置42处，经喷嘴雾化后与废气污染物传质交换，发生氧化反应。通过氧化反应改变污染物的化学结构和化学性质，从而达到净化污染物的目的。为了避免氧化剂对氧化塔的腐蚀，氧化塔内部采用玻璃钢防腐，玻璃钢防腐厚度约为2mm。喷淋液均采用循环利用方式，在使用过程中根据实际情况补充循环液（包括自来水或回用水、氢氧化钠溶液和次氯酸钠溶液）。当循环水池中的循环液浓度高于3000mg/L时可以排放少量部分至污水处理系统。
尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (7)
1.一种用于工业有机废气治理的水解氧化装置，其特征在于，包括依次连接的水洗塔（10）、水解塔（20）、气液分离器（30）、引风机（40）和氧化塔（50）；所述水洗塔（10）、水解塔（20）和氧化塔（50）内均分别自下而上的设有第一、第二级布气-喷淋装置，在第二级布气-喷淋装置的顶部设有除雾装置（5）；所述水洗塔（10）连接有循环水池1，所述水解塔（20）连接有循环水池2，所述氧化塔（50）连接有循环水池3；所述循环水池1、循环水池2和循环水池3均分别设有排污口和连接至水源的进水口；所述循环水池2还连接有水解液罐，所述循环水池3还连接有氧化液罐；所述水洗塔（10）的上游设有阻火器（1），所述氧化塔（50）设有排放烟囱（60）。
2.根据权利要求1所述用于工业有机废气治理的水解氧化装置，其特征在于，所述循环水池1、循环水池2和循环水池3均分别连接有循环水泵。
3.根据权利要求1所述用于工业有机废气治理的水解氧化装置，其特征在于，所述水洗塔（10）和水解塔（20）的进气管口均向下倾斜45°，所述氧化塔（50）的进气管口采用倒凹形布置方式。
4.根据权利要求1所述用于工业有机废气治理的水解氧化装置，其特征在于，所述氧化塔（50）的内壁设有玻璃钢防腐层，所述玻璃钢防腐层的厚度为2mm。
5.根据权利要求4所述用于工业有机废气治理的水解氧化装置，其特征在于，第一、第二级布气-喷淋装置均包括自下而上设置的布气装置和喷淋装置。
6.根据权利要求5所述用于工业有机废气治理的水解氧化装置，其特征在于，所述布气装置包括鲍尔环，所述喷淋装置包括雾化喷嘴。
7.根据权利要求6所述用于工业有机废气治理的水解氧化装置，其特征在于，所述雾化喷嘴与同级的布气装置最高点之间的距离为1.0-1.2m。
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