CN101810982A - 一种含乙醇废气处理工艺流程 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种含乙醇废气处理工艺流程，其采用回收的方法，将废气中有机物回收并加以利用，以达到降低环境污染物的目的。本发明的技术方案为：含乙醇废气进入净化单元后，在所述净化单元内与吸收剂接触，含乙醇废气中的乙醇被吸收剂吸收，形成吸收液，所述吸收液从净化单元排出，含乙醇废气得到净化；排出的吸收液经回收单元提纯浓缩，分离出乙醇和吸收剂，分离后的吸收剂经过过滤单元后，循环使用，所述净化单元的吸收过程中的吸收效率大于99％；本发明具有节约资源的突出优点，可推广应用于类似废气的资源化处理过程中，为化工、制药生产过程中产生的废气处理开辟新的途径。

Description

一种含乙醇废气处理工艺流程

技术领域

本发明涉及一种化学化工有机废气治理技术领域，具体涉及一种含乙醇废气处理工艺流程。

背景技术

随着我国国民经济的飞速发展，我们赖以生存的生态环境正经受着严峻的考验。当代化学工业的迅速发展给社会提供了形形色色的产品，也给社会带来了很多负面影响，诸如资源问题和环境问题。一方面，资源的无节制开采，污染物大量排放，破坏了生态环境，严重危害了人们的正常生活。另一方面，资源有效利用率低，造成了资源的大量浪费。我国于1997年颁布并实施了《大气污染物综合排放标准》，其中限定了33种污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机物。因此，研究新的方法回收这些排放物或将其分解成无毒的化合物，是国内外环境保护工作的重要任务之一。为此，***及时提出了构建资源节约型社会和环境友好型社会的重要思想，将资源节约和环境保护工作提高到了关乎建设***和谐社会的高度。爱护环境、保护环境、节约资源成为全社会的共同责任。建设***循环经济，保持人与自然的和谐发展，节约有限的自然资源，创建资源节约型、环境友好型社会是我们今后经济建设的发展方向，也是环境保护技术发展的方向。

长期以来，人们一直致力于有机废气治理技术的研究。乙醇蒸汽在一些化学工业中(如，安乃近)成为了主要污染物，对它的处理属于有机废气处理的范畴。早在1925年欧洲就开发出固定床活性炭吸附装置，1958年日本也开始使用该项技术。活性炭吸附是一种非常经典、成熟的方法，可用于治理各种浓度的常温有机废气，但处理低浓度、大风量有机废气时，设备庞大，不经济。到目前为止，人们已经研究开发出一系列卓有成效的控制技术。在这些技术中，国内广泛采用并且研究较多的有热破坏法、吸附法、冷凝法和吸收法。国外也主要采用这几种方法，其中的热破坏法使用得更加普遍。例如，西德采用直接燃烧法，他们用重油、煤气和天然气作为燃料。日本在净化喷漆废气时偏重于活性炭吸附法，在净化烘干废气时偏重于催化燃烧法。在欧洲、澳大利亚和日本，催化燃烧法多数用于油漆涂料工业。热破坏法是目前应用比较广泛也是研究较多的有机废气治理方法，特别是对低浓度有机废气。最重要的有机化合物破坏机理是氧化和热裂解、热分解，热破坏法正是基于此机理进行的。有机化合物的热破坏可分为直接火焰燃烧和催化燃烧。吸附法是将有机物截留在粒状固体表面的过程，相反的过程称为脱附。空气污染控制工程正是利用吸附剂不断吸附、脱附的循环，去除废气中的挥发性有机物，回收废气中的有用组分，使吸附净化装置能长期运转，吸附法适合于处理中低浓度和有较高处理要求的废气，一般使用活性炭作为吸附剂。吸附法缺点是待处理气体中水分对活性炭层的吸附能力影响很大。在气体相对湿度超过50％时，活性炭对有机物的吸附能力将大大下降，且处理设备庞大，流程复杂，当废气中有胶粒物质或其他杂质时吸附剂易失效。另外还面临着活性炭再生的经济性。冷凝法是通过降低气体的温度，使有机物达到饱和后从气体中冷凝出来。冷凝过程一般通过恒压降温的方法来实现。去除率的高低取决于有机物的沸点和在废气中的分压，当气体浓度在5000ppm以上时，可达95％以上。该方法一般用于处理浓度高及沸点较高的和比较纯的有机废气，由于它对温度和压力的特殊要求，所以实际应用中常将该法与吸收、吸附、燃烧等法联合使用作为前级处理。吸收法是以液体为吸收剂，通过洗涤吸收装置使废气中的组分被液体吸收，从而达到净化废气的目的的方法。随着新材料、新技术的出现，近年来又开发出了几种有机废气处理新技术，如生物过滤净化技术、等离子体技术、光催化降解技术、膜分离技术等。上述这些方法和技术都或多或少地存在各种各样的缺点和不足。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出了一种含乙醇废气处理工艺流程，其采用回收的方法，将废气中有机物回收并加以利用，以达到降低环境污染物的目的。其具有节约资源的突出优点，可推广应用于类似废气的资源化处理过程中，为化工、制药生产过程中产生的废气处理开辟新的途径。

本发明的技术方案为：一种含乙醇废气处理工艺流程，含乙醇废气进入净化单元后，在所述净化单元内与吸收剂接触，含乙醇废气中的乙醇被吸收剂吸收，形成吸收液，所述吸收液从净化单元排出，排出的吸收液经回收单元分离精制，分离出乙醇和吸收剂，分离后的吸收剂经过过滤单元后，循环使用，

所述净化单元的吸收过程中的乙醇吸收率大于99％；

所述净化单元的吸收过程中的传质系数关联式为：

K_G＝1.41×10^-4G^0.8W^0.3

其中，K_G为传质系数kmol·(m²·h·kPa)^-1，G为吸收剂空塔质量流速kg·(m²·h)^-1，W为气相空塔质量流速kg·(m²·h)^-1。

所述吸收剂为清水。

所述吸收液的亨利系数关联式为：

1gE＝7.669-(2400/T)

其中，E为亨利系数，T为绝对温度。

经过所述回收单元所得到的乙醇，其浓度为95％。

本发明所提出的工艺流程用吸收法处理含乙醇废气工艺路线，测取了乙醇亨利系数及其关联式，满足工业生产工艺过程设计需要；

本发明所提出的工艺流程的净化单元具有操作压降低、运行费用小的优点。经实验数据回归的清水吸收空气中乙醇蒸汽的总传质系数关联式，其精度满足工业生产工程设计要求；

本发明所提出的工艺流程经过精制单元后的乙醇可作为溶剂回收利用，回收的乙醇重新回用到生产工艺中，使干燥废气工段达到了清洁生产的要求。实现环境保护和资源节约的双重目标，精制单元采用全塔热集成的工艺，在实施过程中，采用***工程技术方法，以***运行的经济性为最优目标，确定最佳工艺过程和操作参数，这对于降低工业过程能耗具有重要意义。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1为本发明工艺流程示意图。

图中，1.吸收单元，2.回收单元，3.过滤单元。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明，并非限制本发明所涉及的范围。

参见图1所示，整个工艺包括净化单元1、回收单元2和过滤单元3。

净化单元1将含乙醇废气中的乙醇吸收，使空气得到净化，同时得到乙醇与吸收剂的混合物。净化单元1所采用的设备为自主开发的旋流湿壁塔，其吸收效率比传统的净化装置要高，所处理的混合气体经过该装置前后的压强降比传统的净化装置低，因此该净化单元1为高效节能的装置。

所述净化单元1的吸收过程中涉及的基础数据主要包括传质系数关联式、压降关联式。但传质过程的影响因素十分复杂，物系、设备类型、尺寸、流动状况与操作条件等都会影响传质系数，尚无通用的计算方法和计算公式。在净化单元1的吸收过程中，对乙醇蒸汽-空气-水这一特定物系，在气液浓度操作范围内，把传质系数进行关联，为净化单元1的乙醇蒸汽的计算提供准确数据。为了工艺计算的需要，需通过实验手段测取乙醇蒸汽在水中的亨利系数、各因素对净化单元1的吸收效果的影响和含乙醇废气与水的气相总传质系数关联式。

用于表达亨利系数E的方程为：

1g E＝a-(b/T)

令：Y＝1gE则有：Y＝a-(b/T)

以实验得到的不同温度下推算的亨利系数数据对上式进行线性回归，得到待定参数：a＝7.669；b＝2400。

通过实验数据的线性回归，得到水吸收乙醇蒸汽的亨利系数关联式为：

1gE＝7.669-(2400/T)

用水吸收乙醇蒸汽属于易溶气体的吸收，一般说来此种吸收的主要阻力在气膜中，但液膜阻力仍占相当的比例，必须加以考虑。广泛用于表达气相总传质系数K_G的一种方程为：

K_G＝AG^mWⁿ

上式中A、m、n为常数，以实验得到的不同气、液流量下推算的气相总传质系数数据对进行多元线性回归，以安乃近生产流程为例，得到水吸收乙醇蒸汽的气相总传质系数关联式为：

K_G＝1.41×10^-4G^0.8W^0.3

整个工艺流程中的一个重要的环节就是对净化单元1的设计，使其达到一定的吸收率，吸收率即为气体经过吸收塔被吸收的吸收质的量与进入吸收塔的吸收质的量之比，即：η＝(Y₁-Y₂)/Y₁，所以Y₂＝(1-η)/Y₁。Y₁表示塔入口处乙醇在空气中的摩尔比，Y₂表示塔出口处乙醇在空气中的摩尔比。

塔径的大小主要根据塔设备单位时间处理气体混合物的量(即生产能力)和塔内所采用的气流速度来决定。计算所述净化单元直径的公式为：

$D=\sqrt{\frac{4\mathrm{Vs}}{\mathrm{\π}{u}_0}}$

Vs为操作条件下混合气体体积流量，m³·s^-1；u₀为空塔气体流速，m·s^-1。

取一微元塔高，其高度为dz，气液接触面积为dA，依据物料衡算，该微元段内气液之间吸收质的传递量dG为：dG＝q_n，VdY＝q_n，LdX。据吸收速率方程，经过该微元塔段内气相和液相吸收质的变化量分别为：dG＝NdA＝K_Y(Y-Y^*)dA，该微元塔段填料层的气液接触面积

dA＝πd·dz。

从而可推算出净化单元1的高度的基本公式

$Z=\underset{0}{\overset{z}{\∫}}\mathrm{dz}=\frac{V}{K_Y\mathrm{\πD}}\underset{Y_2}{\overset{Y_1}{\∫}}\frac{\mathrm{dY}}{Y-Y^{*}}$

其中，Z表示塔的有效高度，单位m，V表示空气的摩尔流量，单位kmol/s，K_Y表示气相总吸收系数，kmol/(m²·s)，D表示，塔的直径，单位m。进而可求得净化单元1的其他工艺条件与设备参数。

含乙醇废气经过净化单元1，净化后从其顶部排出，所形成的吸收液从其底部流出并进入回收单元2。在净化过程中，吸收剂从净化单元1的顶部的入口补充。

回收单元2主要作用为：吸收液经回收单元2分离吸收剂，分离后的吸收剂被送进过滤单元3，循环使用，因此该技术不会因为吸收剂的外排而造成环境污染。在回收单元2中，对于乙醇的精制采用了热集成技术，通过对原料预热器、塔顶冷凝器、塔釜再沸器、排水冷却器的能量进行匹配优化，对塔顶冷凝以及排水冷却过程的热量进行了有效的回收，降低了回收单元对冷热公用工程的需求量，在能量消耗最少的情况下获得纯度为95％(质量百分数)乙醇溶液，从回收单元2的乙醇出口排出，回收后的乙醇回用于原工艺，整个过程实现无污染排放的清洁生产工艺。

以安乃近生产流程为例，由于吸收剂中含有少量的安乃近，因此需要在过滤单元3对吸收剂进行分离，吸收剂被循环利用，分离后的产品(如，安乃近)滤饼被回收，回收后的产品回到生产车间的原工艺过程中进行精制，因此采用该技术后可以提高产品的生产效率。

本发明能够应用于类似废气的资源化处理过程中，为化工、制药生产过程中产生的废气处理开辟新的途径。

Claims (5)

1.一种含乙醇废气处理工艺流程，含乙醇废气进入净化单元后，在所述净化单元内与吸收剂接触，含乙醇废气中的乙醇被吸收剂吸收，形成吸收液，所述吸收液从净化单元排出，排出的吸收液经回收单元分离精制，分离出乙醇和吸收剂，分离后的吸收剂经过过滤单元后，循环使用，其特征在于：

所述净化单元的吸收过程中的乙醇吸收率大于99％；

所述净化单元的吸收过程中的传质系数关联式为：

K_G＝1.41×10^-4G^0.8W^0.3

其中，K_G为传质系数kmol·(m²·h·kPa)^-1，G为吸收剂空塔质量流速kg·(m²·h)^-1，

W为气相空塔质量流速kg·(m²·h)^-1。

2.根据权利要求1所述的含乙醇废气处理工艺流程，其特征在于：所述吸收剂为清水。

3.根据权利要求2所述的含乙醇废气处理工艺流程，其特征在于：所述吸收液的亨利系数关联式为：

1gE＝7.669-(2400/T)

其中，E为亨利系数，T为绝对温度。

4.根据权利要求1或2所述的含乙醇废气处理工艺流程，其特征在于：经过所述回收单元所得到的乙醇，其浓度为95％。

5.根据权利要求1所述的含乙醇废气处理工艺流程，其特征在于：计算所述净化单元直径的公式为：

$D=\sqrt{\frac{4\mathrm{Vs}}{{\mathrm{\πu}}_0}}$

式中Vs-操作条件下混合气体体积流量，单位为m³·s^-1；

u₀-空塔气体流速，单位为m·s^-1。

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