WO2015010368A1

WO2015010368A1 - 可资源化的挥发性有机尾气处理方法及撬装移动装置

Info

Publication number: WO2015010368A1
Application number: PCT/CN2013/084853
Authority: WO
Inventors: 隋红; 李喜青; 熊忠; 张涛; 李鑫钢; 董文威
Original assignee: 天津大学; 北京大学
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-01-29
Also published as: CN103463937B; CN103463937A

Abstract

一种可资源化的挥发性有机尾气处理方法：含VOCs的尾气首先进入到气液分离器（1），分离后气相（S1）由风机（2）输出端进入到喷淋室（3）处理，去除污染物的气体从喷淋室（3）顶排出到吸附室（4）进一步净化后排放到大气，喷淋剂富液（S3）从喷淋室（3）下排出，在热交换器（13）换热后进入到分离室（5），分离室（5）顶部放出有机污染物混合气相（S5）经过冷凝器（7）将携带一部分的喷淋剂冷凝后返回分离室（5），剩余的未凝气相由深冷器（8）冷凝后回收到污染物储存罐（9），深冷器（8）后设有真空调节系统，分离室（5）下部连接加热釜（6），热分离后的喷淋剂贫液（S4）经热交换器（13）冷却后由泵输送到喷淋室（3）进行循环利用。

Description

可资源化的挥发性有机尾气处理方法及撬装移动装置技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体是有机污染土壤修复技术的可资源化的挥发性有机尾气处理方法及撬装移动装置。背景技术

气相抽提修复技术（Soil Vapor Extraction, SVE)、空气喷射技术（Air Sparging, AS )、双相抽提 (Dual-Phase Extraction, DPE) 及多相抽提技术（Multi-Phase Extraction, MPE) 是处理土壤或者地下水中挥发性有机污染物的有效原位修复技术，被美国环保局（EPA) 大力倡导推广，在发达国家的应用已经非常成熟，这些技术在国内也正逐渐发展为一种标准的环境修复技术。

以上几种技术最终都需要通过抽提的方法把土壤不饱和区或者地下水区域中的挥发性有机污染物（VOCs ) 抽到地上，继而进一步处理。被抽至地上的挥发性或半挥发性有机化合物及空气和水蒸汽的混合物称之为尾气。国内外对于 VOCs尾气处理工艺有吸附法、热处理法和膜分离法等。吸附法（专利号 CN201210334393.0 )可以回收污染物，其工艺多采用活性炭吸附技术，但其吸附容量有限，一般仅用于污染物浓度较低的 VOCs尾气处理，尾气中的水分也会使吸附效果下降，且吸附污染物后的活性炭后处理复杂。热氧化技术 [1] 优点是尾气被全部氧化分解，后处理简单，但污染物未实现回收和资源化，此法虽可用于污染物浓度较高的尾气处理，但热处理成本高，电力动力控制费用增加，而且可能会产生酸性气体并增加温室气体排放造成二次污染，同时设备寿命短。膜分离法（专利号 CN200820178507.6 ) 处理尾气虽然运行成本较低，但是设备占地大，处理周期长，同样存在污染物无法回收利用的问题。其他的分离方法，如压缩冷凝法由于尾气中空气占 95%以上，大量能耗浪费在压缩冷却空气上；光解法则适用于低浓度尾气；而等离子处理法目前尚不成熟，且有机污染物不可回收。

参考文献：

[1]周明艳，杨明德,党杰. 蓄热式热氧化器处理挥发性有机化合物. 环境保护， 2001 ( 11 ) 发明内容

本发明的目的，是提供一种可适用于 SVE、 AS、 DPE和 MPE等修复技术的可资源化 VOCs尾气撬装式处理方法及装置。

本工艺发明所涉及的系统装置结构简单，成本低，安全可靠，可车载移动。 VOCs尾气处理方法简单易行，经济价值高。

本发明的技术如下：

本发明的挥发性有机尾气处理方法，适用于 SVE、 AS、 DPE和 MPE等修复技术的尾气资源化处理系统，其工艺叙述如下如图 1 : 含 VOCs的尾气首先进入到气液分离器，分离后气相由风机输出端进入到喷淋室处理，去除污染物的气体从喷淋室顶排出到吸附室进一步净化后排放到大气，喷淋剂富液从喷淋室下排出，在热交换器换热后进入到分离室，分离室顶部放出有机污染物混合气相，气相经过冷凝器将携带一部分的喷淋剂冷凝后返回分离室，剩余的未凝气相由深冷器冷凝后回收到污染物储存罐，深冷器后设有真空调节系统，可根据操作条件调节真空度，分离室下部连接加热釜，热分离后的喷淋剂贫液经热交换器冷却后由泵输送到喷淋室进行循环利用。

系统操作条件为喷淋室的温度为 20~40°C，设计压力为 101~500Kpa (绝压）；分离室的温度为 70~240°C，压力需要根据不同处理物系调节，范围在 5~60Kpa (绝压）；吸附室温度 20~40°C，压力 101~150Kpa (绝压）；分离室连接的冷凝器温度为 60~100°C；深冷器根据处理污染物体系的不同设定温度也不同，温度范围为零下 10°C至零下 60°C ; 喷淋剂进喷淋室温度为 20~40°C由泵输送循环利用。

本发明所述喷淋剂可根据污染场地污染组分的不同而选择。可选择的喷淋剂有三甘醇、 N-甲基吡咯烷酮、苯甲酸钠、离子液体和一些调节助剂，如果需要用助剂调配，一般助剂使用量为总量的 5%~30%。该发明保护处理工艺同时保护开发工艺所选的试剂。

本发明工艺，选用高选择性喷淋剂，在合理的操作条件下，处理尾气中有机污染物后，气体中有机污染物含量可达到国家规定的排污标准，解决了土壤修复中涉及的高浓度污染物尾气处理问题，比吸附法适用范围广，不存在尾气中因含水影响处理效果的问题。

本发明工艺系统中使用具体设备，根据现场需要我们设计成车载撬装式移动装置，装置的大小根据场地需要的处理量调节。本专利保护实例中的工艺装置同时还保护其他处理量的相同工艺不同大小的工艺系统装置。

以汽车载体为例设计的装置具体结构和说明如图 2、图 3设备基准位置：撬装组合体有方钢（或者工字钢）制作的钢结构，以加热釜（6) 最低端水平面为基准面。加热釜用支座固定在基准平面上。较大的设备如气液分离罐（1 )、喷淋室（3 )、吸附室（4)、分离室（5 )、污染物储存罐（9)、缓冲罐（11 )用支座固定在钢结构上，其中污染物储存罐（9) 在缓冲罐（11 ) 的下方。冷凝器（7)、深冷器（8)、热交换器（13 )、冷却器（14 ) 的标高为：热交换器（13 ) 的标高与加热釜（6 ) 相同，冷却器（14 ) 在热交换器的上方，冷凝器（7 ) 的高度在分离室（5 ) 的上方，使凝液能返回分离室的上方进口，深冷器（8 ) 用钢结构固定在加热釜（6 ) 的上方，比污染物储存罐（9 ) 高，使深冷后的凝液依靠位差流到储存罐。风机（2 )用螺栓固定在基准面标高；真空泵（10 )用钢结构固定在加热釜（6 ) 上方与缓冲罐（11 ) 平齐标高处，输送泵（12 ) 安装在基准面下方，保证泵内充满液体。

所述的喷淋室设备、分离室设备和吸附室设备均为立式空间设备，其中喷淋室内安装液体分布内件，分离室内安装高性能填料，吸附室内填充颗粒活性碳和分子筛。所述设备的大小可根据不同处理量进行相应扩大和缩小。

所述的设备加热器（6 )采用电加热系统（220V供电）；启动真空泵（10)、风机（2)、输送泵（12 )也为 220V电源。喷淋室（3 )的压力来源是风机将气体升压后送入喷淋室内，喷淋室排出空气管线顶安装调压阀，维持喷淋室内成正压。在设备停用时。喷淋剂大部分都储存在加热釜（6 ) 内，少部分储存在喷淋室和分离室底部缓冲空间。

本发明工艺，系统采用撬装式结构，可根据场地需要车载移动，处理方便快捷，不存在膜分离法占地面积大且处理周期长的缺点。

本发明工艺，喷淋剂提纯后可循环利用，纯度可达 99%以上，降低了运行成本，而背景技术中提到的热氧化法处理高浓度污染物尾气时成本高，而且可能产生二次污染。

本发明工艺，经喷淋室和分离室之后有机污染物去除效率可达 99%以上，既分离提纯了喷淋剂又回收了污染物，深冷后污染物的回收率在 95%以上，不会产生温室气体，比光解和等离子法更适应环保要求。

本发明提出一种喷淋回收 +冷凝 +吸附耦合技术处理 VOCs尾气的新工艺，适用性广泛，可以处理高低浓度不同污染程度场所的 VOCs尾气，且有效处理的有机污染组分非常广泛，还能回收尾气中有机物，另外装置的撬装式结构可根据污染现场需要而移动。附图说明

图 1：本发明 VOCs尾气喷淋回收 +冷凝 +吸附耦合技术处理工艺流程图；

图 2: 本发明资源化尾气工艺撬装式设备基准方位俯视图；

图 3 : 本发明土壤修复技术资源化尾气工艺撬装式设备布置正视图。

其中： 1、气液分离器； 2、风机； 3、喷淋室； 4、吸附室； 5、分离室； 6、加热釜； 7、冷凝器； 8、深冷器； 9、污染物储存罐； 10、真空泵； 11、缓冲罐； 12、输送泵； 13、热交换器； 14、冷却器。

物流说明： S1-气液分离后的 VOCs尾气； S2-喷淋去除污染物的剩余空气； S3喷淋剂富液； S4-喷淋剂贫液； S5-分离出的气相有机物； S6-深冷后的冷凝液； S7-抽真空管线； S8-真空尾气。具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。

如图 2、图 3所示，土壤修复技术 VOCs尾气资源化撬装设备布置包括气液分离器（1)、风机（2)、喷淋室（3)、吸附室（4)、分离室（5)、加热釜（6)、冷凝器（7)、深冷器（8)、污染物储存罐（9)、真空泵（10)、缓冲罐（11)、输送泵（12)、热交换器（13)、冷却器 (14)。其中气液分离器（1) 连接风机（2)，风机出口连接喷淋室（3) 气相进口；喷淋室气体出口连接吸附室（4)，喷淋室液相出口连接冷凝器（7) 之后连接热交换器（13)，然后进入分离室（5) 下部；分离室下部连接加热釜（6)，加热釜出料连接输送泵（12) 后进入热交换器，然后连接冷却器（14)，最后进入喷淋室上部进口，分离室上部气体连接冷凝器（7)，冷凝器连接深冷器（8)，深冷后的液相连接污染物储存罐（9); 深冷后的放出的气体连接缓冲罐（11) 之后连接真空泵，由真空泵（10) 出口送入吸附室。所涉及的设备通过钢结构和平台固定，设备之间连接根据工艺流程选择不同型号管道对接，连接好的设备撬装后可安置在需要处理污染物的现场，并可以随修复场地的迁移而车载移动。

土壤修复技术 VOCs尾气喷淋回收 +冷凝 +吸附耦合技术处理工艺如图 1所示，其中喷淋回收系统包括气液分离器（1)、风机（2)、喷淋室（3)、分离室（5)、加热釜（6)、输送泵（12)、热交换器（13) 和冷却器（14) 及其相关的管道连接；冷凝系统包括冷凝器 (7)、深冷器（8)和污染物储存罐（9)及其相关的管道连接；吸附系统包括吸附室（4)、真空泵（10) 和缓冲罐（11) 及其相关的管道连接。工艺整体流程介绍：土壤修复后含高浓度挥发性或半挥发性有机污染物的工艺气体进入气液分离器（1)，由风机（2) 将气液分离后的 VOCs尾气 S1从喷淋室（3) 下部送入。喷淋剂从喷淋室喷头洒下，喷淋室进口管道安装流量计以控制喷淋剂与尾气比例。喷淋室内气液两相经过逆向接触，去除挥发性或半挥发性有机污染物，剩余的空气 S2从喷淋室顶调压阀排出，经过吸附室（4) 净化后放空到大气。含污染物的喷淋剂富液 S3从喷淋室下部排出，经热交换后进入分离室（5) 下部。分离室连接加热釜（6)，经过真空热解析，分离出气相挥发性或半挥发性污染物 S5，气相污染物携带少量喷淋剂经冷凝器（7) 冷凝后返回分离室，气相污染物经深冷器（8) 后的冷凝液 S6回收到污染物储存罐（9)，深冷器经真空管线 S7连接真空系统，由真空泵 ( 10) 和缓冲罐（11 ) 调节系统压力，排出的尾气 S8 进入吸附室净化。分离纯化的喷淋剂贫液 S4从分离室排出，由输送泵（12) 经热交换器（13 ) 和冷却器（14) 送至喷淋室继续进行循环利用。该系统操作条件为，喷淋室的温度为 20~40°C，压力为 105~500Kpa; 分离室的温度为 70~240°C，压力为 5~60Kpa;吸附室温度 20~40°C；冷凝器温度为 60~100°C，深冷器根据污染物物系不同设定温度范围为零下 10°C至零下 60°C，喷淋剂循环冷却温度 20~40°C。

表 1 塔操作条件

表 1中操作条件，温度、压力、设备规格可根据不同的处理量、不同的处理物系以及不同的操作环境进行选择。

实施例 1

处理某一含污染物苯、甲苯、对二甲苯的高浓度尾气，气体流量为 90ml/min，用含杂质 5%以下的三甘醇试剂作喷淋处理。喷淋室温度为 25 °C，常压操作，喷淋后得到工艺结果如下表 3 :

表 3工艺处理结果

实施例 2

气相抽提装置抽出的尾气中含污染物浓度为 1.5%左右，抽气流量为 500m³/h。按照操作条件为喷淋室的温度为 30°C，绝压 500Kpa，规格 400mmx600mmx4000mm_; 分离室的温度为 80~210°C，绝压 6Kpa，规格 600mmx800mmx3500mm; 吸附室的温度为 30°C，压力 l lOKpa, 规格 400mmx400mmx3500mm; 冷凝器温度 80°C，深冷器温度 -60°C，喷淋剂循环冷却后温度 30°C。工艺得到结果如下表 2:

表 2 工艺处理结果原始抽出气体质处理后排出气体

中文名称有机物处理效率％量分率质量分率

水 3000ppm lppm 99. 9以上二氯乙焼 3000ppm lppm 99. 9以上

二氯甲烷 2000ppm 306ppb 99. 9以上

甲苯 2000ppm 56ppb 99. 9以上苯 lOOOppm 58ppb 99. 9以上异丙醇 856ppm 33ppb 99. 9以上

二氯乙烯 692ppm 269ppb 99. 9以上

三氯乙烯 662ppm 295ppb 99. 9以上

二甲苯 519ppm 491ppb 99. 9以上

甲基乙基酮 252ppm 41ppb 99. 9以上

乙酸乙酯 390ppm 140ppb 99. 9以上

正己烷 176ppm 219ppb 99. 9

戊烷 649ppm 7ppm 98. 9

环己烷 649ppm 506ppb 99. 9以上

辛烷 47ppm 196ppb 99. 6

空气 0. 985 0. 99999 达到排放要求处理前有机污染物在气体中的含量为 11.4kg/h，经过系统处理后回收的有机物为 l lkg/h, 污染物回收率 96.5%。

实施例 3

处理苯加工重组分污染物，气相抽提装置抽出的尾气中含污染物浓度为 0.8%左右，抽气流量为 500m³/h。按照操作条件为喷淋室的温度为 30°C，绝压 200Kpa，规格 500mm X 600mm X 4000mm;分离室的温度为 80 206 °C，绝压 6Kpa，规格 600mm X 800mm X 3500mm; 吸附室的温度为 20°C，压力 110Kpa，规格 400mm X 400mm X 3500mm; 冷凝器温度 80°C，深冷器温度 -20°C，喷淋剂循环冷却后温度 30°C。工艺得到结果如下表 2:

表 2 工艺处理结果

处理前有机污染物在气体中的含量为 6.5kg/h，经过系统处理后回收的有机物为 6.21kg/h, 污染物回收率 95.5%。实施例 4

处理卤化烃污染物，气相抽提装置抽出的尾气中含污染物浓度为 0.97%左右，抽气流量为 500m³/h。按照操作条件为喷淋室的温度为 30°C，绝压 400Kpa，规格 600mm X 600mm X 4000mm; 分离室的温度为 70~220°C，绝压 10Kpa，规格 600mm X 600mm X 2000mm; 吸附室的温度为 40°C，压力 l lOKpa, 规格 400mm X 400mm X 4000mm; 冷凝器温度 70°C，深冷器温度 -60°C，喷淋剂循环冷却后温度 30°C。工艺得到结果如下表 2:

表 2 工艺处理结果

处理前有机污染物在气体中的含量为 7.4kg/h，经过系统处理后回收的有机物为 7.28kg/h, 污染物回收率 98.38%。

实施例 5

处理含氧有机污染物，气相抽提装置抽出的尾气中含污染物浓度为 0.98%左右，抽气流量为 500m³/h。按照操作条件为喷淋室的温度为 20°C，绝压 200Kpa，规格 400mmx400mmx4000mm；分离室的温度为 200~220°C ，绝压 lOKpa，规格 400mmx400mmx2000mm ；吸附室的温度为 30°C ，压力 l lOKpa ，规格 400mmx400mmx4000mm; 冷凝器温度 80°C，深冷器温度 -30°C，喷淋剂循环冷却后温度 20°C。工艺得到结果如下表 2:

表 2 工艺处理结果

原始抽出气体质处理后排出气体

中文名称有机物处理效率％量分率质量分率

水 1956ppm 小于 lppm 99. 9以上异丙醇 1956ppm 小于 lppm 99. 9以上

丁酮 1695ppm 小于 lppm 99. 9以上甲酸乙酯 1565ppm 小于 lppm 99. 9以上

乙醇 1304ppm 小于 lppm 99. 9以上乙酸乙酯 1304ppm 小于 lppm 99. 9以上

空气 0. 985 0. 99999 达到排放要求处理前有机污染物在气体中的含量为 7.5kg/h，经过系统处理后回收的有机物为 7.37kg/h，污染物回收率 98.26%。

从以上工艺过程可知，本发明针对气相抽提修复土壤过程中高浓度污染物尾气处理问题进行了发明创新，利用高选择性的喷淋剂，处理效率可达 99.99%，空气中有机污染物含量完全达到国家规定的排污标准，解决了大气环境污染问题。另外使挥发性有机污染物得到有效回收，回收率达到 95%以上，喷淋剂也可循环利用，提高了经济效益，降低了运行成本，而且本发明处理系统采用撬装式结构，可根据场地需要车载移动，处理方便快捷。

Claims

权利要求

1. 资源化的挥发性有机尾气处理方法，其特征是含 VOCs的尾气首先进入到气液分离器，分离后气相由风机输出端进入到喷淋室处理，去除污染物的气体从喷淋室顶排出到吸附室进一步净化后排放到大气，喷淋剂富液从喷淋室下排出，在热交换器换热后进入到分离室，分离室顶部放出有机污染物混合气相，气相经过冷凝器将携带一部分的喷淋剂冷凝后返回分离室，剩余的未凝气相由深冷器冷凝后回收到污染物储存罐，深冷器后设有真空调节系统，分离室下部连接加热釜，热分离后的喷淋剂贫液经热交换器冷却后由泵输送到喷淋室进行循环利用。

2. 如权利要求 1所述的方法，其特征是喷淋室的温度为 20-40°C，压力为 105-500Kpa; 吸附室温度 20~40°C，压力 101~150Kpa，排出的气体组分中污染物均低于允许排放浓度，达到空气排放标准。

3. 如权利要求 1所述的方法，其特征是分离室操作条件是的温度为 70-240°C，压力为在 5-60Kpa_; 与分离是连接的冷凝器温度为 60~100°C。

4. 如权利要求 1所述的方法，其特征是深冷器温度范围为 -10°C至 -60°C ; 分离室分离出的喷淋剂循环利用回喷淋塔冷却后温度为 20~40°C。

5. 实现可资源化的挥发性有机尾气处理的撬装移动装置，其特征是以加热釜（6) 最低端水平面为基准面，加热釜用支座固定在基准平面上；气液分离罐（1 )、喷淋室（3 )、吸附室（4)、分离室（5 )、污染物储存罐（9)、缓冲罐（11 ) 用支座固定在钢结构上，其中污染物储存罐（9) 在缓冲罐（11 ) 的下方；冷凝器（7)、深冷器（8)、热交换器

( 13 )、冷却器（14) 的标高为：热交换器（13 ) 的标高与加热釜（6) 相同，冷却器

( 14) 在热交换器的上方，冷凝器（7) 的高度在分离室（5 ) 的上方，使凝液能返回分离室的上方进口，深冷器（8 ) 用钢结构固定在加热釜（6) 的上方，比污染物储存罐（9) 高，使深冷后的凝液依靠位差流到储存罐；风机（2) 用螺栓固定在基准面标高；真空泵（10) 用钢结构固定在加热釜（6) 上方与缓冲罐（11 ) 平齐标高处，输送泵（12) 安装在基准面下方，保证泵内充满液体。

6. 如权利要求 5 所述的装置，其特征是所述的喷淋室设备、分离室设备和吸附室设备均为立式空间设备，其中喷淋室内安装液体分布内件，分离室内安装高性能填料，吸附室内填充颗粒活性碳和分子筛。

7. 如权利要求 5 所述的装置，其特征是所用设备通过钢结构和平台固定，设备之间根据工艺流程连接，连接好的系统采用撬装式，根据场地需要车载移动。

8. 如权利要求 5所述的装置，其特征是加热器（6) 采用电加热系统 220V供电；启动真空泵（10)、风机（2)、输送泵（12) 为 220V电源；喷淋室（3 ) 的压力来源与风机将气体升压后送入喷淋室内，喷淋室排出空气管线顶安装调压阀，维持喷淋室内成正压；在设备停用时，喷淋剂大部分都储存在加热釜（6) 内，少部分储存在喷淋室和分离室底部缓冲空间。