含水蒸汽有機廢氣的處理方法
2023-06-13 05:19:01 1
專利名稱：含水蒸汽有機廢氣的處理方法
技術領域：
本發明屬於一種富含水蒸汽有機廢氣的處理方法，特別是涉及一種聯苯/聯苯醚熱載體淨化提純過程中所產生富含水蒸汽有機廢氣的處理方法。
以26.5/73.5(w/w)組成的聯苯/聯苯醚低共熔混合物(美國名稱DowthermA，以下簡稱DTA)，是常用的熱載體，特別是作為聚乙烯生產工藝的熱載體。在使用DTA過程中，DTA受熱分解產生苯系物，需要減壓蒸發維持DTA純度。減壓系統採用水蒸汽噴射泵，噴射泵水蒸汽和從DTA中抽出的分解產物等構成了DTA廢氣，其中，絕大部分是水蒸汽，可達99w％；其它組分為DTA、苯、二甲苯、環己烷、酚、氮氣等。目前，對DTA廢氣還沒有有效的處理方法，使用該工藝的幾家公司的廢氣都直接排入大氣，由於苯系物眾所周知的毒害作用和濃烈的不良氣味造成相當程度的大氣汙染。
該廢氣屬於一種有機物廢氣，常用的處理方法有熱力焚燒法、催化燃燒法、吸附法、冷凝回收法等。其中催化燃燒法適宜於處理成分複雜、有機物濃度低、無回收價值的有機廢氣，它具有淨化率高、能耗低、無二次汙染等優點。典型的催化燃燒工藝為廢氣經過預熱後通入催化劑床層，廢氣中有機物被催化氧化為CO2、H2O。國內外有很多應用催化燃燒工藝處理有機廢氣的例子，如美國麻薩諸塞州一家印刷廠採用催化燃燒技術處理烘室產生的VOC廢氣(Kosusko M et al.J Air Waste Management Assoc，1990，40(2)254)、中國福建印刷廠也採用催化燃燒法處理苯、甲苯、二甲苯等有機物廢氣(劉必武等.工業催化，1993，(4)11)；改進的吸附～催化燃燒聯合工藝(Howard J.ChemEngng，1990，(9)106)是將催化燃燒與吸附操作相結合，處理大流量、低濃度有機廢氣，這有利於降低裝置規模和能耗。但是，這些工藝都不適宜於處理高水蒸汽含量、有機物濃度低、有機物濃度變化大、成分複雜的DTA廢氣。
本發明的目的是提供一種處理方法，能夠經濟有效地處理以水蒸汽含量高、有機物濃度低、有機物濃度變化大、成分複雜為特徵的DTA廢氣。
本發明處理方法為含水蒸汽有機廢氣首先進行冷凝，產生的不凝氣與含氧氣體混合後進入裝有吸附劑的濃度均化器，從濃度均化器出來的混合氣加熱進入裝有催化燃燒催化劑的反應器，將其中的有機物質氧化去除。
下面以DTA廢氣的處理為例詳細說明本發明方法的具體細節由生產裝置產生的DTA廢氣溫度在100℃以上，採用冷凝操作使DTA廢氣溫度降至20～40℃，DTA廢氣分離為冷凝液和不凝氣兩部分。冷凝液主要組成為水並含有少量DTA等大分子量凝點低的有機物，可以通過DTA不溶於水且密度大於水的特性回收DTA，廢液排放到汙水處理場處理。不凝氣中含水率為2.3％～6.2％(v)，不凝氣有機物濃度(總烴)為3000～60000mg/m3，冷凝操作可以採用常規的冷卻器，如管殼式冷凝器，可採取水冷方法。
將不凝氣配入一定比例的含氧氣體，通常為空氣，空氣過剩係數(所加空氣過剩量與理論需要量的比值)為1～4。混合氣體通入裝填吸附劑的濃度均化器，使不凝氣體中有機物濃度波動範圍變小，得到有機物濃度相對穩定的廢氣氣流。可以使用的吸附劑包括活性炭、分子篩、活性氧化鋁等，操作空速為500～6000h-1。
濃度均化後的混合氣體，加熱到一定溫度後進入催化反應器催化劑床層，反應溫度為200～400℃，優選為250～350℃，體積空速為2000～50000h-1，優選為10000～40000h-1，使用球形或蜂窩催化劑，採用金屬氧化物上擔載貴金屬，如Pd/Al2O3、Pd-Pt/Al2O3等，貴金屬含量為0.1～2w％，該催化劑應具有或接近如下物性參數比表面200～300m2/g、孔容0.6～0.8cm3/g、孔直徑(平均)9～11nm。反應過程中放出的熱量通過與催化反應器入口廢氣換熱進行回收。
經過處理的DTA廢氣有害組分去除率可以達到90％以上，排入大氣時非甲烷總烴濃度低於國家標準對有組織排放源規定的120mg/m3(國家環境保護局科技標準司編，大氣環境標準工作手冊)。
本發明方法也可以用於其它水蒸汽含量較大(如水蒸汽含量超過30v％，優選水蒸汽含量超過50v％)的有機廢氣的淨化處理，如煉油廠水蒸汽噴射減壓蒸餾塔尾氣的處理，以及有機酸、醇、醛、酮、酯等水溶液蒸餾過程排放氣的處理。
利用本發明方法，將大量水份冷凝分離後再對不凝氣進行催化燃燒處理，避免大量水蒸汽引入催化燃燒反應器影響催化劑性能，同時大大降低催化燃燒裝置的規模，並可以回收部分有機物。通過濃度均化器中吸附劑的吸附、脫附作用，使氣體濃度波動得以緩和，避免由於氣體濃度變化大引起的催化劑床層溫度驟變而影響催化劑催化反應性能，從而延長催化劑使用壽命；利用催化反應器中催化劑的作用將冷凝—濃度均化後廢氣充分轉化為無害氣體，達到了有效、穩定地處理各種含水蒸汽有機廢氣的目的。
下面通過實施例進一步說明實施例1某生產裝置DTA廢氣排放情況排氣溫度104℃、排放量400m3/h廢氣組成水蒸汽99w％、有機物0.8w％、其餘為氮氣、氧氣。
有機物組成苯4.5％、二甲苯22％、共聚單體4.7％、乙烯基環己烷27％、酚6.4％、環己烷21.4％及其它有機組分。
DTA廢氣被引入廢氣處理系統後，首先進入冷凝器，冷凝溫度控制為25℃，冷凝液經回收無利用價值後排入汙水處理場；不凝氣有機物平均濃度(總烴)60000mg/m3，不凝氣按比例與空氣混合後進入裝填活性炭的濃度均化器；與尾氣換熱並經過預熱器後進入催化反應器，在載有貴金屬的蜂窩催化劑作用下轉化為無害尾氣排出，經熱量回收後排空。所使用的催化劑為蜂窩形催化劑，Pd-Pt/Al2O3，貴金屬含量為1.8w％，催化劑的物性參數比表面260m2/g、孔容0.8cm3/g、孔直徑(平均)10nm。
操作條件冷凝器換熱面積36m2、循環水量21t/h空氣過剩係數為4濃度均化器空速5000h-1Pd-Pt/Al2O3蜂窩狀催化劑催化反應器入口溫度300℃、空速40000h-1試驗結果催化反應器總烴去除率93.6％尾氣非甲烷總烴濃度76.7mg/m3
操作條件空氣過剩係數1濃度均化器空速500h-1Pd-Pt/Al2O3蜂窩狀催化劑催化反應器入口溫度300℃、空速20000h-1其它操作條件同實施例1。
試驗結果催化反應器總烴去除率94.9％
尾氣非甲烷總烴16.4mg/m3
操作條件空氣過剩係數為2濃度均化器空速2500h-1Pd-Pt/Al2O3蜂窩狀催化劑催化反應器入口溫度280℃、空速10000h-1其它操作條件同實施例1。
試驗結果催化反應器總烴去除率94.6％尾氣非甲烷總烴68.1mg/m3實施例4某水蒸汽噴射減壓塔的噴射泵排放氣，冷凝後不凝氣中有機物濃度(總烴)30000mg/m3。
操作條件空氣過剩係數2濃度均化器空速2500h-1Pd/Al2O3球狀催化劑、Pd含量為0.2w％催化劑的物性參數比表面240m2/g、孔容0.76cm3/g、孔直徑(平均)10nm。
催化反應器入口溫度350℃、空速10000h-1其它操作條件同實施例1。
試驗結果催化反應器總烴去除率95.0％尾氣非甲烷總烴66.7mg/m3。
權利要求
1.一種含水蒸汽有機廢氣的處理方法，首先將含水蒸汽有機廢氣進行冷凝，得到的不凝氣與含氧氣體混合後進入裝有吸附劑的濃度均化器，從濃度均化器出來的混合氣加熱進入裝有催化燃燒催化劑的反應器，將其中的有機物質氧化除去。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的冷凝步驟的操作溫度為20～40℃。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述的不凝氣中含水率為2.3v％～6.2v％，不凝氣有機物濃度為3000～60000mg/m3。
4.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的含氧氣體為空氣，空氣過剩係數為1～4。
5.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的濃度均化器所使用的吸附劑選自活性炭、分子篩、活性氧化鋁。
6.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的濃度均化器的體積空速為500～6000h-1。
7.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的催化反應器的反應溫度為200～400℃，體積空速為2000～50000h-1。
8.按照權利要求1或7所述的方法，其特徵在於所述的催化反應器的反應溫度為250～350℃，體積空速為10000～40000h-1。
9.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於催化反應器使用球形或蜂窩形貴金屬催化劑，貴金屬含量為0.1～2w％，催化劑的物理性質為比表面200～300m2/g、孔容0.6～0.8cm3/g、平均孔直徑9～11nm。
全文摘要
本發明涉及一種催化燃燒法處理含水蒸汽有機廢氣的方法,將含大量水蒸汽的有機廢氣冷凝,去除其中大部分水蒸汽,然後與空氣混合進入濃度均化器,最後進入催化反應器氧化去除其中的有害組分。本發明方法可以最大程度減少水蒸汽對催化燃燒催化劑性能的影響,同時大大降低催化燃燒裝置的規模,並且能減少溫度驟變而影響催化劑催化反應性能,延長催化劑壽命。本發明方法可以有效的用於各種含水蒸汽有機廢氣如DTA廢氣的淨化處理。
文檔編號B01D53/46GK1335197SQ0011069
公開日2002年2月13日 申請日期2000年7月20日 優先權日2000年7月20日
發明者劉忠生, 陳玉香, 李花伊, 林大泉, 張海波, 周旗, 李東旭, 王新 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石油化工集團公司撫順石油化工研究院