一種低濃度含揮發性有機物廢氣的濃縮和處理方法與流程
2023-10-17 10:50:59 2
本發明涉及有機物廢氣的處理，尤其是涉及一種低濃度含揮發性有機物廢氣的濃縮和處理方法。
背景技術：
揮發性有機物通常指常溫下飽和蒸汽壓大於70pa，常壓下沸點在260℃以下的有機化合物，或特定條件下具有揮發性的有機化合物的統稱，主要包括非甲烷總烴(烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴)、含氧有機化合物(醛、酮、醇、醚等)、滷代烴、含氮化合物、含硫化合物等。常見的揮發性有機物主要有：苯、甲苯、二甲苯、乙苯、氯苯、苯酚、苯胺類、苯甲醚、苯甲醛、硝基苯、苯乙烯、氯酚、乙烯、三氯乙烯、環戊烯、1-癸烯、1-十二烯、二氯甲烷、丁烷、己烷、庚烷、六甲基二矽氧烷、甲醛、丙酸、乙醇、異丙醇、丙二醇、異戊二醇、丙酮、環己酮、環戊酮、3-戊酮、2-庚酮、2-壬酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、醋酸異戊酯、乳酸乙酯、丙二醇單甲醚乙酸酯等。
含揮發性有機物的有機物廢氣(簡稱有機物廢氣或vocs)，可根據有機物廢氣中vocs的組分和濃度使用冷凝法(中國專利cn105709559a、cn105854334a)、燃燒法(中國專利cn105903313a、cn106051792a)、吸附法(中國專利cn103521030b、cn104128066b、cn103736359b、cn105771537a)、吸收法(中國專利cn104275074b、cn103537171b、cn104338428a、cn105749702a)、生物法(中國專利cn103521069b、cn104190247b、cn104689709a、cn104857806a)、光催化(中國專利cn105833691a)、等離子法(中國專利cn105797547a、cn105833677a、cn105797579a)等中的一種方法或方法組合進行處理。
液氮冷凝法適用於高濃度低風量有機物廢氣，有機物可回收或循環利用，但是需要其他技術組合才能滿足環境法規的排放要求。
燒熱法有直接燃燒法(to)、換熱式催化燃燒法(eco)、蓄熱式催化燃燒法(rco)、蓄熱式燒熱法(rto)等，幾乎適用於所有有機物廢氣的治理，但是低濃度大風量有機物廢氣運行成本較高；當有機物廢氣中含有對催化劑有毒有害的物質時，應避免使用催化燃燒法。
吸附法適用於氣體溫度較低的中低濃度和各種風量的有機物廢氣治理，與脫附+燃燒法組合可有效治理有機物廢氣；當有機物廢氣溼度和溫度較高、含粉塵和油汙較大的時候，需要配合如噴淋、除溼、冷卻、過濾、靜電除塵除油等預處理工藝進行預處理；吸附劑如活性炭、沸石、分子篩等失去吸附活性後需要再生處理或作為危險廢物處置。
吸收法根據相似相溶原理，用水吸收能溶於水的有機物廢氣，用柴油、植物油、機油、水溶性多組分有機物的水溶液等吸收非水溶性有機氣體，吸收液需要進一步處理。
生物法適用水溶性的低濃度有機物廢氣治理或採用特種微生物針對性處理相應有機物，運行成本較低但投資和佔地面積較大。
光催化和高級氧化技術一般使用於超低濃度的有機物廢氣處理，可有效降低異味的產生和擴散。
常見治理有機物廢氣的組合技術有冷凝+燃燒法、吸附+脫附+燃燒法、吸收+生物法、光催化+生物法等。燃燒法可徹底治理有機物廢氣，技術成熟、濃度越高燃燒法成本越低，蓄熱式燃燒法可有效降低運行成本但投資成本較大。沸石吸附-脫附可以避免活性炭的某些缺陷(如溼度、粉塵、脫附溫度、脫附時間等)，但是沸石吸附能力較活性炭低，高溼度和低沸點有機物廢氣處理效率較低，在低濃度下濃縮倍數和吸附效率也較差；市場上雖然有疏水性沸石甚至根據有機物廢氣組分的分子大小而設計的分子篩出現，但是針對高溼度廢氣的治理效果有待檢驗。
有機組分濃度10～1000mg/nm3的有機物廢氣是治理的難點，往往間歇產生、風量較大，含粉塵、溼度大、溫度高，技術選擇較難，投資大、運行費用高、治理效果不穩定，運行維護不易，單一排放源排放量少，但是對環境而言排放總量較大。常用活性炭吸附+脫附+催化燃燒法治理，由於活性炭具有親水性，優先吸附廢氣中的水分，活性炭孔徑分布範圍較廣吸附選擇性較低，即吸附水也吸附粉塵，即溼度和粉塵對活性炭的吸附容量影響較大，由於活性炭不耐高溫，脫附溫度較低，脫附時間較長，活性炭自身在反反覆覆的吸附和加熱脫附中容易破碎而風阻增加，排風不暢，甚至由於風力分配不均勻，導致氣體溝流短路。含粉塵有機物廢氣需要噴淋除塵，有機物廢氣的溼度往往接近飽和，吸附劑的吸附效率很低。高溫有機物廢氣則活性炭吸附更加困難，某些含酮類脂類有機溶劑廢氣在活性炭中分解容易引發火災需要噴淋或惰性氣體保護設施。活性炭失活後再生困難，處置活性炭的機制缺乏、機構較少。使用沸石分子篩、改性活性炭替代活性炭能夠改善吸附效率，但是對廢氣溼度和粉塵含量要求較高，需要較好的預處理技術預處理。
低濃度大風量下，活性炭或沸石吸附一般要多段吸附，在較短的接觸時間內可滿足90～95％左右的有機物廢氣去除率。大風量低濃度間歇排放的低水溶性的vocs有機物廢氣採用多級水性洗滌-生物處理可滿足排放要求或可達成總量減排目標，但生物處理成本亦很高。
燃燒法和生物法是vocs有機物廢氣的最終處理方法。低濃度下的燃燒法的核心是有機物廢氣的濃縮，通過收集方式改善、吸附-脫附等方式把低濃度有機物廢氣變成高濃度有機物廢氣而降低燃燒成本或通過催化燃燒等方式降低燃燒溫度而降低成本。生物法由於常見的有機物廢氣的水溶性較差，b/c比較低，應用範圍受限。水溶性有機鹽如醋酸鈉、檸檬酸鈉的水溶液可有效吸附非水溶性vocs，但進一步生物處理成本較高，吸收容量也有限。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種低濃度含揮發性有機物廢氣的濃縮和處理方法。
本發明包括以下步驟：
1)含揮發性有機物廢氣的第一段水噴淋，具體方法如下：
開啟循環水泵和風機，含揮發性有機物廢氣經過第一段水噴淋清洗，清除有機物廢氣中的粉塵、油汙、油漆等物質，初步降低有機物廢氣的溫度，增加有機物廢氣的溼度；廢水進入循環水池，循環水池按照隔油池模式設計，全封閉，設置活動蓋板用於日常清洗，排氣管與噴淋塔的含揮發性有機物廢氣的入口相連通；
在步驟1)中，所述含揮發性有機物的質量濃度可為10～1500mg/nm3，相對溼度大於50％，風量為1000～500000nm3/h；所述清洗可使用水簾清洗或噴淋塔清洗；所述水簾設施保持水循環水形成水簾無縫隙；所述噴淋塔的風速可為1.0～3.0m/s；所述噴淋密度可為4.5～10.5m3/(m2·h)；所述有機物廢氣去除率可達15％～25％。
2)將經過步驟1)的含揮發性有機物廢氣進行第二段水噴淋，具體方法如下：
將經過步驟1)的含揮發性有機物廢氣引入第二段噴淋塔，根據有機物廢氣中有機物的性質，用噴淋溶液循環噴淋洗滌，循環水池的循環水來源於循環水池廢水，循環水池與萃取裝置相連接，在萃取裝置內萃取揮發性有機物後的清潔水或水溶液，用於噴淋；
在步驟2)中，所述第二段噴淋塔的風速可為0.5～2.0m/s，噴淋的密度可為4.5～10.5m3/(m2·h)；含揮發性有機物廢氣出噴淋塔的相對溼度大於100％，有機物廢氣去除率可達55％～65％；所述噴淋溶液可採用水、易溶於水的有機酸鹽、易溶於水的有機胺鹽、無機鹽等中的一種，所述易溶於水的有機酸鹽和易溶於水的有機胺鹽的溶質可採用甘油、苯甲酸鈉、草酸鈉、醋酸鈉、檸檬酸鈉等中的至少一種，所述無機鹽可採用硫酸鈉、碳酸鈉等中的至少一種；必要時可添加消泡劑。
3)將經過步驟2)的含揮發性有機物廢氣進行第三段水噴淋，具體方法如下：
將經過步驟2)的含揮發性有機物廢氣引入第三段噴淋塔，用噴淋溶液循環噴淋洗滌，將循環水池與步驟2)的噴淋裝置相連，噴淋來源於萃取裝置萃取後的潔淨溶液或水；
在步驟3)中，所述第三段噴淋塔的風速可為0.25～1.0m/s，噴淋的密度可為8.5～15.5m3/(m2·h)；有機物廢氣去除率可達45％～55％；所述噴淋溶液可採用水、易溶於水的有機酸鹽、易溶於水的有機胺鹽、無機鹽等中的一種，所述易溶於水的有機酸鹽和易溶於水的有機胺鹽的溶質可採用甘油、苯甲酸鈉、草酸鈉、醋酸鈉、檸檬酸鈉等中的至少一種，所述無機鹽可採用硫酸鈉、碳酸鈉等中的至少一種；必要時可添加消泡劑。
4)噴淋水或噴淋液的循環
經過步驟3)的噴淋水或噴淋液引入步驟2)的噴淋塔中進行噴淋，步驟2)的噴淋液或噴淋水經過循環水池泵入萃取裝置，萃取後的噴淋水或噴淋液引入步驟3)中的循環水池中；
在步驟4)中，所述噴淋液可為水、有機酸鹽的水溶液、醋酸鈉水溶液、檸檬酸鈉水溶液等；所述萃取的萃取液可選自聚乙二醇-二甲基醚、矽油、石蠟、植物油、柴油等中的一種；萃取液經氣提塔處理後，有機物廢氣濃度濃縮5～200倍。
5)萃取液的循環和含揮發性有機物廢氣的解吸，具體方法如下：
萃取裝置中經萃取後的有機溶劑泵入氣提塔解吸，經氣提後的有機溶劑返回有機溶劑儲罐備用；
在步驟5)中，所述氣提塔解吸的有機物廢氣濃度介於5000～25000mg/nm3。
6)解吸後的含揮發性有機物廢氣的燃燒，具體方法如下：
經步驟5)的氣提塔解吸後的含揮發性有機物廢氣進入直接燃燒室燃燒，燃燒後的廢氣進入與步驟3)的噴淋塔的進風口相連。
在步驟6)中，所述燃燒器可選自鍋爐、催化燃燒器、直接燃燒器等中的一種。
當含揮發性有機物廢氣的揮發性有機物的量較大、且現實中存在燃油/燃氣鍋爐時，解吸後的廢氣也可直接引入鍋爐中燒熱。
當含揮發性有機物廢氣的揮發性有機物的量較小時，也把分散於各點的萃取劑集中收集、集中解吸、集中燃燒。
本發明採用吸收-萃取-解吸-燃燒四步驟濃縮低濃度高溼度含有揮發性有機物廢氣中的揮發性有機物並燃燒處理。用水溶性有機酸鹽的水溶液作為吸收劑，用高沸點有機溶劑作為萃取劑，用氣提解吸揮發性有機物，用燃燒徹底破壞揮發性有機物。萃取液可就地解吸也可集中解吸。本發明可有效解決含揮發性有機物廢氣因溼度較大或因除塵或降溫使用水簾導致溼度較大而產生治理工藝選擇困難的問題，可有效降低投資和運行成本。
低濃度高溼度含揮發性有機物廢氣的濃縮和處理方法適用於低濃度、高溼度、大風量、間歇或連續排放的含揮發性有機物廢氣的治理。揮發性有機物的濃度為10～1500mg/nm3，有機物廢氣風量為1000～500000nm3/h，可應用於水性漆或油性漆的有機物廢氣的治理；可應用於化工、表面塗裝、合成革、橡膠與塑料製品、印刷包裝、紡織印染、人造板製造、製鞋、化纖、電子信息等行業的含揮發性有機物的廢氣治理。
附圖說明
圖1為本發明實施例的處理流程圖。
具體實施方式
實施例1
某有機物廢氣主要為二甲苯，含部分丁酮和天哪水(醋酸丁脂)，風量37500nm3，有機物廢氣二甲苯濃度315mg/nm3，非甲烷總烴濃度528mg/nm3。
有機物廢氣經三級噴淋塔(φ3500×4500)後25m排氣筒排放。
循環水50～150m3/h，
排氣筒有機物廢氣出口濃度二甲苯25mg/nm3，非甲烷總烴38mg/nm3。
噴淋水三級逆流，第一級廢水cod約1200mg/l，泵入萃取劑為植物油的萃取罐中，二級逆流萃取，出水cod＜150mg/l，經萃取後的廢水進入第三級噴淋塔的循環水池中。
萃取的植物油電加熱60～80℃，氣提，有機物廢氣進入由天然氣直接燃燒的燃燒器中，燃燒有機物廢氣進入第二級噴淋塔。
萃取後的溶劑進入貯存罐存放自然冷卻。
實施例2
某有機物廢氣主要成分為天哪水(醋酸丁脂)，含少量二甲苯。風量12000nm3，有機物廢氣二甲苯濃度15mg/nm3，非甲烷總烴濃度248mg/nm3。
有機物廢氣經二級噴淋塔(φ2500×3500)後15m排氣筒排放。
循環水15～50m3/h。
排氣筒有機物廢氣出口濃度二甲苯5mg/nm3，非甲烷總烴28mg/nm3。
噴淋水三級逆流，第一級廢水cod約1200mg/l，泵入萃取劑為植物油的萃取罐中，二級逆流萃取，出水cod＜150mg/l，經萃取後的廢水進入第三級噴淋塔的循環水池中。
萃取的植物油電加熱60～80℃，氣提，有機物廢氣進入由天然氣直接燃燒的燃燒器中，燃燒有機物廢氣進入第二級噴淋塔。
噴淋水二級逆流噴淋，第一級廢水cod約2000mg/l，泵入萃取劑為植物油的萃取罐中，二級逆流萃取，出水cod＜100mg/l，經萃取後的廢水進入第二級噴淋塔的循環水池中。
萃取的植物油電加熱60～80℃，氣提，有機物廢氣進入由天然氣直接燃燒的燃燒器中，燃燒有機物廢氣進入第二級噴淋塔。
萃取後的溶劑進入貯存罐存放自然冷卻。