CN107149835B

CN107149835B - 一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法

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Publication number: CN107149835B
Application number: CN201710416548.8A
Authority: CN
Inventors: 石泰山
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Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2019-01-18
Anticipated expiration: 2037-06-06
Also published as: CN107149835A

Abstract

一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，涉及有机物废气的处理。1)含挥发性有机物废气的第一段水喷淋；2)将经过步骤1)的含挥发性有机物进行第二段水喷淋；3)将经过步骤2)的含挥发性有机物废气进行第三段水喷淋；4)喷淋水或喷淋液的循环；5)萃取液的循环和含挥发性有机物废气的解吸；6)解吸后的含挥发性有机物废气的燃烧。当含挥发性有机物废气的挥发性有机物的量较大、且现实中存在燃油/燃气锅炉时，解吸后的废气也可直接引入锅炉中烧热。当含挥发性有机物废气的挥发性有机物的量较小时，也把分散于各点的萃取剂集中收集、集中解吸、集中燃烧。

Description

一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法

技术领域

本发明涉及有机物废气的处理，尤其是涉及一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法。

背景技术

挥发性有机物通常指常温下饱和蒸汽压大于70Pa，常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或特定条件下具有挥发性的有机化合物的统称，主要包括非甲烷总烃(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃)、含氧有机化合物(醛、酮、醇、醚等)、卤代烃、含氮化合物、含硫化合物等。常见的挥发性有机物主要有：苯、甲苯、二甲苯、乙苯、氯苯、苯酚、苯胺类、苯甲醚、苯甲醛、硝基苯、苯乙烯、氯酚、乙烯、三氯乙烯、环戊烯、1-癸烯、1-十二烯、二氯甲烷、丁烷、己烷、庚烷、六甲基二硅氧烷、甲醛、丙酸、乙醇、异丙醇、丙二醇、异戊二醇、丙酮、环己酮、环戊酮、3-戊酮、2-庚酮、2-壬酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、醋酸异戊酯、乳酸乙酯、丙二醇单甲醚乙酸酯等。

含挥发性有机物的有机物废气(简称有机物废气或VOCs)，可根据有机物废气中VOCs的组分和浓度使用冷凝法(中国专利CN105709559A、CN105854334A)、燃烧法(中国专利CN105903313A、CN106051792A)、吸附法(中国专利CN103521030B、CN104128066B、CN103736359B、CN105771537A)、吸收法(中国专利CN104275074B、CN103537171B、CN104338428A、CN105749702A)、生物法(中国专利CN103521069B、CN104190247B、CN104689709A、CN104857806A)、光催化(中国专利CN105833691A)、等离子法(中国专利CN105797547A、CN105833677A、CN105797579A)等中的一种方法或方法组合进行处理。

液氮冷凝法适用于高浓度低风量有机物废气，有机物可回收或循环利用，但是需要其他技术组合才能满足环境法规的排放要求。

烧热法有直接燃烧法(TO)、换热式催化燃烧法(ECO)、蓄热式催化燃烧法(RCO)、蓄热式烧热法(RTO)等，几乎适用于所有有机物废气的治理，但是低浓度大风量有机物废气运行成本较高；当有机物废气中含有对催化剂有毒有害的物质时，应避免使用催化燃烧法。

吸附法适用于气体温度较低的中低浓度和各种风量的有机物废气治理，与脱附+燃烧法组合可有效治理有机物废气；当有机物废气湿度和温度较高、含粉尘和油污较大的时候，需要配合如喷淋、除湿、冷却、过滤、静电除尘除油等预处理工艺进行预处理；吸附剂如活性炭、沸石、分子筛等失去吸附活性后需要再生处理或作为危险废物处置。

吸收法根据相似相溶原理，用水吸收能溶于水的有机物废气，用柴油、植物油、机油、水溶性多组分有机物的水溶液等吸收非水溶性有机气体，吸收液需要进一步处理。

生物法适用水溶性的低浓度有机物废气治理或采用特种微生物针对性处理相应有机物，运行成本较低但投资和占地面积较大。

光催化和高级氧化技术一般使用于超低浓度的有机物废气处理，可有效降低异味的产生和扩散。

常见治理有机物废气的组合技术有冷凝+燃烧法、吸附+脱附+燃烧法、吸收+生物法、光催化+生物法等。燃烧法可彻底治理有机物废气，技术成熟、浓度越高燃烧法成本越低，蓄热式燃烧法可有效降低运行成本但投资成本较大。沸石吸附-脱附可以避免活性炭的某些缺陷(如湿度、粉尘、脱附温度、脱附时间等)，但是沸石吸附能力较活性炭低，高湿度和低沸点有机物废气处理效率较低，在低浓度下浓缩倍数和吸附效率也较差；市场上虽然有疏水性沸石甚至根据有机物废气组分的分子大小而设计的分子筛出现，但是针对高湿度废气的治理效果有待检验。

有机组分浓度10～1000mg/Nm³的有机物废气是治理的难点，往往间歇产生、风量较大，含粉尘、湿度大、温度高，技术选择较难，投资大、运行费用高、治理效果不稳定，运行维护不易，单一排放源排放量少，但是对环境而言排放总量较大。常用活性炭吸附+脱附+催化燃烧法治理，由于活性炭具有亲水性，优先吸附废气中的水分，活性炭孔径分布范围较广吸附选择性较低，即吸附水也吸附粉尘，即湿度和粉尘对活性炭的吸附容量影响较大，由于活性炭不耐高温，脱附温度较低，脱附时间较长，活性炭自身在反反复复的吸附和加热脱附中容易破碎而风阻增加，排风不畅，甚至由于风力分配不均匀，导致气体沟流短路。含粉尘有机物废气需要喷淋除尘，有机物废气的湿度往往接近饱和，吸附剂的吸附效率很低。高温有机物废气则活性炭吸附更加困难，某些含酮类脂类有机溶剂废气在活性炭中分解容易引发火灾需要喷淋或惰性气体保护设施。活性炭失活后再生困难，处置活性炭的机制缺乏、机构较少。使用沸石分子筛、改性活性炭替代活性炭能够改善吸附效率，但是对废气湿度和粉尘含量要求较高，需要较好的预处理技术预处理。

低浓度大风量下，活性炭或沸石吸附一般要多段吸附，在较短的接触时间内可满足90～95％左右的有机物废气去除率。大风量低浓度间歇排放的低水溶性的VOCs有机物废气采用多级水性洗涤-生物处理可满足排放要求或可达成总量减排目标，但生物处理成本亦很高。

燃烧法和生物法是VOCs有机物废气的最终处理方法。低浓度下的燃烧法的核心是有机物废气的浓缩，通过收集方式改善、吸附-脱附等方式把低浓度有机物废气变成高浓度有机物废气而降低燃烧成本或通过催化燃烧等方式降低燃烧温度而降低成本。生物法由于常见的有机物废气的水溶性较差，B/C比较低，应用范围受限。水溶性有机盐如醋酸钠、柠檬酸钠的水溶液可有效吸附非水溶性VOCs，但进一步生物处理成本较高，吸收容量也有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法。

本发明包括以下步骤：

1)含挥发性有机物废气的第一段水喷淋，具体方法如下：

开启循环水泵和风机，含挥发性有机物废气经过第一段水喷淋清洗，清除有机物废气中的粉尘、油污、油漆等物质，初步降低有机物废气的温度，增加有机物废气的湿度；废水进入循环水池，循环水池按照隔油池模式设计，全封闭，设置活动盖板用于日常清洗，排气管与喷淋塔的含挥发性有机物废气的入口相连通；

在步骤1)中，所述含挥发性有机物的质量浓度可为10～1500mg/Nm³，相对湿度大于50％，风量为1000～500000Nm³/h；所述清洗可使用水帘清洗或喷淋塔清洗；所述水帘设施保持水循环水形成水帘无缝隙；所述喷淋塔的风速可为1.0～3.0m/s；所述喷淋密度可为4.5～10.5m³/(m²·h)；所述有机物废气去除率可达15％～25％。

2)将经过步骤1)的含挥发性有机物废气进行第二段水喷淋，具体方法如下：

将经过步骤1)的含挥发性有机物废气引入第二段喷淋塔，根据有机物废气中有机物的性质，用喷淋溶液循环喷淋洗涤，循环水池的循环水来源于循环水池废水，循环水池与萃取装置相连接，在萃取装置内萃取挥发性有机物后的清洁水或水溶液，用于喷淋；

在步骤2)中，所述第二段喷淋塔的风速可为0.5～2.0m/s，喷淋的密度可为4.5～10.5m³/(m²·h)；含挥发性有机物废气出喷淋塔的相对湿度大于100％，有机物废气去除率可达55％～65％；所述喷淋溶液可采用水、易溶于水的有机酸盐、易溶于水的有机胺盐、无机盐等中的一种，所述易溶于水的有机酸盐和易溶于水的有机胺盐的溶质可采用甘油、苯甲酸钠、草酸钠、醋酸钠、柠檬酸钠等中的至少一种，所述无机盐可采用硫酸钠、碳酸钠等中的至少一种；必要时可添加消泡剂。

3)将经过步骤2)的含挥发性有机物废气进行第三段水喷淋，具体方法如下：

将经过步骤2)的含挥发性有机物废气引入第三段喷淋塔，用喷淋溶液循环喷淋洗涤，将循环水池与步骤2)的喷淋装置相连，喷淋来源于萃取装置萃取后的洁净溶液或水；

在步骤3)中，所述第三段喷淋塔的风速可为0.25～1.0m/s，喷淋的密度可为8.5～15.5m³/(m²·h)；有机物废气去除率可达45％～55％；所述喷淋溶液可采用水、易溶于水的有机酸盐、易溶于水的有机胺盐、无机盐等中的一种，所述易溶于水的有机酸盐和易溶于水的有机胺盐的溶质可采用甘油、苯甲酸钠、草酸钠、醋酸钠、柠檬酸钠等中的至少一种，所述无机盐可采用硫酸钠、碳酸钠等中的至少一种；必要时可添加消泡剂。

4)喷淋水或喷淋液的循环

经过步骤3)的喷淋水或喷淋液引入步骤2)的喷淋塔中进行喷淋，步骤2)的喷淋液或喷淋水经过循环水池泵入萃取装置，萃取后的喷淋水或喷淋液引入步骤3)中的循环水池中；

在步骤4)中，所述喷淋液可为水、有机酸盐的水溶液、醋酸钠水溶液、柠檬酸钠水溶液等；所述萃取的萃取液可选自聚乙二醇-二甲基醚、硅油、石蜡、植物油、柴油等中的一种；萃取液经气提塔处理后，有机物废气浓度浓缩5～200倍。

5)萃取液的循环和含挥发性有机物废气的解吸，具体方法如下：

萃取装置中经萃取后的有机溶剂泵入气提塔解吸，经气提后的有机溶剂返回有机溶剂储罐备用；

在步骤5)中，所述气提塔解吸的有机物废气浓度介于5000～25000mg/Nm³。

6)解吸后的含挥发性有机物废气的燃烧，具体方法如下：

经步骤5)的气提塔解吸后的含挥发性有机物废气进入直接燃烧室燃烧，燃烧后的废气进入与步骤3)的喷淋塔的进风口相连。

在步骤6)中，所述燃烧器可选自锅炉、催化燃烧器、直接燃烧器等中的一种。

当含挥发性有机物废气的挥发性有机物的量较大、且现实中存在燃油/燃气锅炉时，解吸后的废气也可直接引入锅炉中烧热。

当含挥发性有机物废气的挥发性有机物的量较小时，也把分散于各点的萃取剂集中收集、集中解吸、集中燃烧。

本发明采用吸收-萃取-解吸-燃烧四步骤浓缩低浓度高湿度含有挥发性有机物废气中的挥发性有机物并燃烧处理。用水溶性有机酸盐的水溶液作为吸收剂，用高沸点有机溶剂作为萃取剂，用气提解吸挥发性有机物，用燃烧彻底破坏挥发性有机物。萃取液可就地解吸也可集中解吸。本发明可有效解决含挥发性有机物废气因湿度较大或因除尘或降温使用水帘导致湿度较大而产生治理工艺选择困难的问题，可有效降低投资和运行成本。

低浓度高湿度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法适用于低浓度、高湿度、大风量、间歇或连续排放的含挥发性有机物废气的治理。挥发性有机物的浓度为10～1500mg/Nm³，有机物废气风量为1000～500000Nm³/h，可应用于水性漆或油性漆的有机物废气的治理；可应用于化工、表面涂装、合成革、橡胶与塑料制品、印刷包装、纺织印染、人造板制造、制鞋、化纤、电子信息等行业的含挥发性有机物的废气治理。

附图说明

图1为本发明实施例的处理流程图。

具体实施方式

实施例1

某有机物废气主要为二甲苯，含部分丁酮和天哪水(醋酸丁脂)，风量37500Nm³，有机物废气二甲苯浓度315mg/Nm³，非甲烷总烃浓度528mg/Nm³。

有机物废气经三级喷淋塔(Φ3500×4500)后25m排气筒排放。

循环水50～150m³/h，

排气筒有机物废气出口浓度二甲苯25mg/Nm³，非甲烷总烃38mg/Nm³。

喷淋水三级逆流，第一级废水COD约1200mg/L，泵入萃取剂为植物油的萃取罐中，二级逆流萃取，出水COD＜150mg/L，经萃取后的废水进入第三级喷淋塔的循环水池中。

萃取的植物油电加热60～80℃，气提，有机物废气进入由天然气直接燃烧的燃烧器中，燃烧有机物废气进入第二级喷淋塔。

萃取后的溶剂进入贮存罐存放自然冷却。

实施例2

某有机物废气主要成分为天哪水(醋酸丁脂)，含少量二甲苯。风量12000Nm³，有机物废气二甲苯浓度15mg/Nm³，非甲烷总烃浓度248mg/Nm³。

有机物废气经二级喷淋塔(Φ2500×3500)后15m排气筒排放。

循环水15～50m³/h。

排气筒有机物废气出口浓度二甲苯5mg/Nm³，非甲烷总烃28mg/Nm³。

喷淋水二级逆流喷淋，第一级废水COD约2000mg/L，泵入萃取剂为植物油的萃取罐中，二级逆流萃取，出水COD＜100mg/L，经萃取后的废水进入第二级喷淋塔的循环水池中。

萃取后的溶剂进入贮存罐存放自然冷却。

Claims

1.一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1）含挥发性有机物废气的第一段水喷淋，具体方法如下：

开启循环水泵和风机，含挥发性有机物废气经过第一段水喷淋清洗，清除有机物废气中的粉尘、油污、油漆，降低有机物废气的温度，增加有机物废气的湿度；废水进入循环水池，循环水池按照隔油池模式设计，全封闭，设置活动盖板用于日常清洗，循环水池设排气管，排气管连接至风机进气口；所述含挥发性有机物的质量浓度为10～1500 mg/Nm³；

2）将经过步骤1）的含挥发性有机物废气进行第二段水喷淋，具体方法如下：

将经过步骤1）的含挥发性有机物废气引入第二段喷淋塔，根据有机物废气中有机物的性质，用喷淋溶液循环喷淋洗涤，循环水池的循环水来源于循环水池废水，循环水池与萃取装置相连接，在萃取装置内萃取挥发性有机物后的清洁水或水溶液，用于喷淋；

3）将经过步骤2）的含挥发性有机物废气进行第三段水喷淋，具体方法如下：

将经过步骤2）的含挥发性有机物废气引入第三段喷淋塔，用喷淋溶液循环喷淋洗涤，将循环水池与步骤2）的喷淋装置相连，喷淋来源于萃取装置萃取后的洁净溶液或水；

4）喷淋水或喷淋液的循环

经过步骤3）的喷淋水或喷淋液引入步骤2）的喷淋塔中进行喷淋，步骤2）的喷淋液或喷淋水经过循环水池泵入萃取装置，萃取后的喷淋水或喷淋液引入步骤3）中的循环水池中；

5）萃取液的循环和含挥发性有机物废气的解吸，具体方法如下：

6）解吸后的含挥发性有机物废气的燃烧，具体方法如下：

经步骤5）的气提塔解吸后的含挥发性有机物废气进入燃烧室燃烧，燃烧后的废气进入经步骤2）处理后的废气中，一起进入步骤3）喷淋洗涤。

2.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤1）中，所述含挥发性有机物的相对湿度大于50%，风量为1000～500000 Nm³/h。

3.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤1）中，所述清洗使用水帘清洗或喷淋塔清洗；所述水帘设施保持水循环水形成水帘无缝隙；所述喷淋塔的风速为1.0～3.0 m/s；所述喷淋密度为4.5～10.5 m³/(m²﹒h)。

4.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤2）中，所述第二段喷淋塔的风速为0.5 ~2.0 m/s，喷淋的密度为4.5~10.5 m³/(m²﹒h)。

5.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤2）中，所述喷淋溶液采用水、易溶于水的有机酸盐、易溶于水的有机胺盐、无机盐中的一种，所述易溶于水的有机酸盐和易溶于水的有机胺盐的溶质采用甘油、苯甲酸钠、草酸钠、醋酸钠、柠檬酸钠中的至少一种，所述无机盐采用硫酸钠、碳酸钠中的至少一种。

6.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤3）中，所述第三段喷淋塔的风速为0.25 ~1.0 m/s，喷淋的密度为8.5~15.5 m³/(m²﹒h)。

7.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤3）中，所述喷淋溶液采用水、易溶于水的有机酸盐、易溶于水的有机胺盐、无机盐中的一种，所述易溶于水的有机酸盐和易溶于水的有机胺盐的溶质采用甘油、苯甲酸钠、草酸钠、醋酸钠、柠檬酸钠中的至少一种，所述无机盐采用硫酸钠、碳酸钠中的至少一种。

8.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤4）中，所述喷淋液为水、有机酸盐的水溶液、醋酸钠水溶液、柠檬酸钠水溶液；所述萃取的萃取液选自聚乙二醇二甲基醚、硅油、石蜡、植物油、柴油中的一种。

9.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤5）中，所述气提塔解吸的有机物废气浓度为5000～25000 mg/Nm³。

10.如权利要求1所述一种低浓度含挥发性有机物废气的浓缩和处理方法，其特征在于在步骤6）中，燃烧室选自锅炉、催化燃烧器、直接燃烧器中的一种。