专利名称：一种有机废气的净化方法
技术领域：
本发明涉及一种有机废气的净化方法，特别是含气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物的废气的净化处理方法。
背景技术：
有机废气是石油、化工、轻工、食品等行业生产过程中常见的污染物。有机废气的组成与生产过程密切相关，并且多数情况下其组成较复杂。其中有一类废气，含有气态有机物、有机物雾滴和固体颗粒物，并且组分较多，无法用现有的吸附等方法净化处理。较常见的是各种含氧化合物生产过程，如聚酯生产过程、聚醚生产过程、氧化法生产有机酸过程等产生的废气等。下面以聚酯生产过程排放的废气为例进行说明。
聚酯生产过程中排放的废气主要含有乙醛、2-甲基-1，3-二氧戊环、乙二醇雾滴，聚酯等固体颗粒物，其有机物浓度较高，且具有浓烈的不良气味，如果不加以净化处理，将污染周围环境，违反国家环保法规。
早期聚酯生产过程中排放的废气多采用热媒炉燃烧的方法处理，但曾有过爆炸事故发生，所以该方法已不再使用。目前较多的方法是直接排放或用低温水(10～20℃)洗涤吸收处理。采用低温水吸收，可以脱除聚酯废气中的乙醛等污染物，但不能有效脱除水溶性很小的2-甲基-1，3-二氧戊环，因此，废气中的有机物浓度仍然很高，此外，由于乙醛的沸点仅为20.2℃，吸收产生的低温的含乙醛污水进入污水地沟后，随着温度升高，乙醛很容易从污水中再挥发出来，污染周围环境。
CN1198080C介绍了一种含水溶性有机物废气的催化燃烧净化方法，采用装有水的吸收均化器，将高沸点水溶性有机物脱除，同时低沸点水溶性物质在水中形成吸收-气提过程，使其浓度得到缓冲和均化，有利于其后催化燃烧过程的稳定运行。该专利处理此类废气时具有理想的效果，但由于气液接触效率有限，浓度缓冲效果需进一步提高。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种有机废气的净化方法，特别是含气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物的废气催化燃烧净化新工艺，在现有技术的基础上，本发明方法可以使废气中有机物雾滴、颗粒物有效脱除，气态有机物浓度更加稳定，提高催化燃烧装置的稳定性。
本发明含气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物的废气的净化方法包括如下过程(1)废气在喷淋水的旋风分离器中脱除水溶性有机物雾滴和固体颗粒物。
(2)步骤(1)排放的废气在装有固体吸附剂的浓度均化器中进行浓度均化。
(3)浓度均化后的废气进行催化燃烧净化处理。
具体地说，步骤(1)废气进入旋风分离器，在废气入口顺流喷淋水(包括水溶液)，喷淋水的比例为0.01～10L液/M3气，喷淋水滴与废气流一起旋转，气-液-固三相充分接触，喷淋水捕集水溶性有机物雾滴和固体颗粒物，并在离心力的作用下进行气液分离，固体颗粒物随水溶液一起从旋风分离器底部排出。脱除固体的水溶液可循环使用，但水溶液中的水溶性有机物浓度不宜过高，以免粘度过大，影响脱除效果；排放的含有固体颗粒物水溶液进污水处理系统。
步骤(2)所述的浓度均化在浓度均化器中进行，内部装填具有浓度均化作用的物质，具有浓度均化作用的物质是活性炭、分子筛、硅胶、氧化铝、硅藻土中的一种或几种的组合。浓度均化物质一般需经成型处理而成为特定的形状，如球形、条状、片状、中空圆柱状、齿轮状、三叶形等各种适宜的形状，也可为粉末或颗粒状。浓度均化器起浓度均化作用的原理是浓度波动较大的废气经吸附性物质吸附达饱和后，即因脱附而以大致均一的浓度释放出其组分。因此需根据废气的浓度大小以及浓度的波动幅度来决定使用何种吸附性物质以及确定其装填量。一般而言，有机废气浓度较高且浓度波动较大时，所需吸附性物质的装填量较大。浓度均化器的操作空速一般为50～5000h-1，优选100～1000h-1。
步骤(3)所述的催化燃烧可以采用现有技术中的催化燃烧技术，催化燃烧包括蓄热催化燃烧等方式。催化燃烧反应器及催化剂和操作条件可以按本领域一般知识确定。如催化燃烧催化剂采用蜂窝状贵金属催化剂，载体为蜂窝陶瓷体，其上担载贵金属Pt、Pd以及CeO2等活性组分。催化燃烧反应器的入口床层温度范围一般为100～450℃，使用空速范围为5000～100000h-1。根据有机废气中所含有机物的种类及浓度来调整催化剂的使用温度及空速，一方面要使有机废气有较好的净化效果，另一方面又要避免有机废气在催化床层反应时放热较多而导致催化剂因高温失活。
本发明方法可以有效净化处理含有气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物的废气，通过带有喷淋水的旋风分离器使废气中的水溶性有机物雾滴和固体颗粒物得到有效分离，保证了后续处理工艺的安全、有效运行，通过固体吸附剂的吸附-解吸作用使废气中的有机物浓度得到均匀化处理，提高了催化燃烧装置运转的稳定性。本发明方法可以处理各种含气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物的废气，废气中可以含有烃、醛、酮、醇、酸、酯、醚类有机化合物及其雾滴，还可以含有聚酯、粉尘等颗粒物。采用固体吸附剂为浓度均化物质。由于固体吸附剂对废气中的水溶性有机物与非水溶性有机物都有吸附-解吸作用，因此，固体吸附剂比水溶液有更好的有机物浓度均化效果，此外，还可以提高处理效率，减小装置规模和投资。
图1为一段时间内均化吸收器的均化效果，横座标为时间(小时)，纵座标为总烃浓度(μL/L)，图线1是均化吸收器入口总烃浓度变化，图线2是均化吸收器出口总烃浓度变化，由于采样是不连续的，图上的曲线也不是圆滑的。
图2是本发明方案原则工艺流程图。
具体实施例方式
如图2所示，含气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物的废气1进入带喷淋水的旋风分离器2，在旋风分离器2废气入口引入喷淋水3，在旋风分离器2内废气和喷淋水进行接触，喷淋水捕集废气中有机物雾滴、固体颗粒物，并且由于旋风分离作用，含有固体的液相从旋风分离器底部8排出，气相从吸收器顶部排出进入浓度均化器4底部，经浓度均化后经过换热器5和加热器6进入催化燃烧反应器7，其中的可燃组分脱除，尾气换热后达标排放。其中吸收器2和浓度均化器4可以根据需要集成为一个设备，也可以是两个设备。
下面以聚酯生产过程产生的废气为例，说明本发明方案的具体操作条件和效果，但并不限制本发明的范围。
聚酯废气中含有乙醛、2-甲基-1，3-二氧戊环、乙二醇雾滴和聚酯等固体颗粒物，其有机物浓度较高，且具有浓烈的不良气味，其中，乙醛、乙二醇易溶于水，2-甲基-1，3-二氧戊环在水中的溶解度很小。
来自聚酯生产过程的废气进入带喷淋水的旋风分离器，喷淋水从废气入口喷入，在旋转流动过程中，气-液-固三相充分接触，乙二醇雾滴、聚酯等颗粒物被水捕集，并在旋转过程中分离，固体随喷淋水从旋风分离器底部排出，大部分循环使用，少量携带固体颗粒物等外排入污水处理系统；脱除乙二醇雾滴和固体颗粒物的废气进入装有固体吸附剂的浓度均化器，经有效的浓度均化后进行催化燃烧处理。
经过浓度均化后废气进入气体换热器，与催化燃烧反应器排出气体换热，换热后的废气进入加热器，如果其温度已经达到催化燃烧反应器要求的入口温度150～350℃，则不需要进一步加热；反之，则要加热到所需温度。具体的温度值，与所选的催化燃烧催化剂有关。加热器可以是防爆电加热器，也可以是与装置外的其它物流换热。如果热物流为700℃以上的烟气，也可以与废气直接混合后一同进入催化燃烧反应器。
催化燃烧反应器内装有蜂窝型贵金属催化剂、蜂窝型非贵金属氧化物催化剂或粒状贵金属催化剂。当装有蜂窝型贵金属催化剂时，反应器入口温度150～300℃，床层空速为10000～100000h-1，有机物的催化燃烧去除率98％以上；当装有蜂窝型非贵金属氧化物催化剂时，反应器入口温度180～450℃，床层空速为5000～20000h-1，有机物的催化燃烧去除率98％以上；当装有粒状贵金属催化剂时，反应器入口温度180～450℃，床层空速为5000～40000h-1，有机物的催化燃烧去除率98％以上。
下面结合实例进一步阐明本发明，但并不限于本发明的保护范围。
实施例1～8某聚酯生产装置排放废气，其废气排放量为100～1500m3/h；废气中含有乙醛、三聚乙醛、2-甲基-1，3-二氧戊环、乙二醇雾滴、聚酯颗粒物等物质，其中以乙醛和2-甲基-1，3-二氧戊环为主，其总烃范围为3000～20000μL/L。用风机将废气引出，经带喷淋水的旋风分离器脱除乙二醇雾滴和固体颗粒物后，含乙醛和2-甲基-1，3-二氧戊环等污染物的废气进入吸附罐进行浓度均化处理；总烃浓度均化处理后的废气进入换热器，与催化燃烧反应器排放的气体换热到一定温度后进入加热器，进入加热器的废气温度达到反应器入口温度时，不加热，否则，加热到需要的反应器入口温度，进入催化燃烧反应器，在催化剂作用下完全氧化，净化气进换热器换热后排放。表1为实施例1～8的操作条件和处理结果，其中1～4实施例中催化燃烧催化剂为含Pt 0.26wt％、Pd 0.13wt％的蜂窝状催化剂，5～8实施例中催化燃烧催化剂为含Pt 0.2wt％的粒状催化剂。带喷淋水旋风分离器入口总烃为3000～20000μL/L，乙醛为800～10000μL/L，2-甲基-1，3-二氧戊环为500～2000μL/L，三聚乙醛为0～100μL/L，乙二醇(含雾滴)为10～100mg/m3，固体颗粒物为20～600mg/m3，经过处理，乙二醇雾滴和固体颗粒物去除率都在99.9％以上。催化燃烧反应器入口废气中总烃浓度高于12000μL/L时，混入适量空气，使入口总烃浓度保持在12000μL/L以下，以保证操作安全。喷淋液一次性使用或循环使用。循环使用时，喷淋液中固体含量或乙二醇含量达到8～10％时，外排50％喷淋液到污水处理系统，随后补充50％新鲜水。
实施例9
本例说明均化吸收器的均化效果，浓度均化物质为活性炭颗粒，体积空速为400h-1。吸收器入口总烃为3000～20000μL/L，乙醛为800～10000μL/L，2-甲基-1，3-二氧戊环为500～2000μL/L，三聚乙醛为0～100μL/L，乙二醇雾滴和固体颗粒物未检出。浓度均化器出口总烃为5000～13000μL/L，乙醛为1200～8500μL/L，2-甲基-1，3-二氧戊环为800～1600μL/L，三聚乙醛为10～50μL/L。均化结果见图1，均化效果是明显的。
表1实施例1～8的操作条件和废气的处理结果
注1Φ2等表示球的直径，Φ3×4表示条的直径(3)和长度(4)，单位均为mm。不同种浓度均化物质的体积比为1∶1。
权利要求
1.一种有机废气的净化方法，废气中含有气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物，包括如下过程(1)废气与少量水接触，脱除水溶性有机物雾滴和固体颗粒物，并进行气液分离，废气与水的接触方式采用喷淋方式，气液分离采用旋风分离方式；(2)步骤(1)排放的废气在装有固体吸附剂的浓度均化器中进行浓度均化；(3)浓度均化后的废气进行催化燃烧净化处理。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中采用喷淋水沿气体流动方向喷淋，喷淋水用于捕集水溶性有机物雾滴和固体颗粒物。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的气液分离采用旋风分离方式。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的气液接触和分离方式为在旋风分离器废气入口部位喷淋水，在随后的物流旋转运动中，达到气—液—固三相的充分接触并分离。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的在旋风分离器气体入口部位喷淋水的比例为0.01～10L液/M3气，携带有机物雾滴和固体颗粒物的水溶液从旋风分离器底部排出，脱除固体的水溶液可循环使用，但水溶液中的水溶性有机物浓度不宜过高，以免粘度过大，影响脱除效果；排放的含固体颗粒物水溶液进污水处理系统。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的浓度均化在浓度均化器中进行，内部装填具有浓度均化作用的物质，具有浓度均化作用的物质是活性炭、分子筛、硅胶、氧化铝、硅藻土中的一种或几种的组合。
7.按照权利要法求6所述的方法，其特征在于所述的浓度均化器的操作空速为50～5000h-1。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于所述的浓度均化器的操作空整为100～1000h-1。
全文摘要
本发明涉及一种有机废气的净化方法，特别是含气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物的废气的净化方法，属于废气净化处理技术领域。本发明将含气态有机物、水溶性有机物雾滴和固体颗粒物的废气与少量水接触，脱除水溶性有机物雾滴和固体颗粒物，并用旋风分离器进行气液分离，然后采用固体吸附剂对气态有机物进行高效浓度均化，最后进行催化燃烧处理。本发明方法可以用少量水脱除废气中的水溶性有机物雾滴和固体颗粒物，用固体吸附剂有效地使废气中的有机物浓度得到均化，保证了催化燃烧装置稳定长期运行。本发明流程短，设备简单，净化处理效果好。
文档编号B01D53/72GK101073740SQ20061004664
公开日2007年11月21日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者刘忠生, 王新, 方向晨, 王海波, 陈玉香 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院