CN111068462A - 一种苯乙烯废气的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种苯乙烯废气的处理方法，包括：提供包括疏水性的分离膜的分离膜组件，使高锰酸钾水溶液处于所述分离膜一侧；使所述苯乙烯废气处于所述分离膜另一侧，并通过所述分离膜与所述高锰酸钾水溶液进行接触。本发明所提供的处理方法能够避免由于气相与液相的混合导致的出现大量雾滴和气液夹带等不期望的现象的发生，并且较彻底地脱除苯乙烯。

Description

一种苯乙烯废气的处理方法
技术领域
本发明涉及石油炼化领域，具体涉及一种苯乙烯废气的处理方法。
背景技术
苯乙烯是一种重要的化工原料，在橡胶领域和合成领域应用广泛。苯乙烯可发生自聚反应，因此通常在低温条件下存储，并在其中添加阻聚剂。但是，一旦苯乙烯在存储和运输的过程中发生挥发，挥发出来的苯乙烯在进入到普通的油气回收或者废气处理装置时，由于温度的升高自聚合反应较为剧烈，容易堵塞管路，极易污染和堵塞例如吸附剂、分离膜、催化反应器等废气处理的关键设备。
目前对苯乙烯废气的处理方法很少，仅有的报道也是采用高锰酸钾水溶液吸收方法、改性海泡石吸附法和冷凝法对废气进行液化的方法。但是，高锰酸钾水溶液与苯乙烯的吸收效果不理想，因此需要多次进行吸收，且吸收后的污染吸收剂不易处理。海泡石存在制备复杂的问题，并且由于脱附温度高，存在一定安全隐患。冷凝法只对高浓度苯乙烯废气有较好的的去除率，但尾气指标难以达到目前国标(GB 31570-2015)所要求的的50mg/m3指标，并且冷凝法能耗大，且维护困难，需要长时间保冷和预冷，不能随时开停机。
除了以上公开的苯乙烯废气处理方法，以吸附法应用较多。但是，吸附法处理苯乙烯页存在一系列问题，例如由于苯乙烯易聚合、同时聚合热效应和吸附热效应显著，因此容易发生吸附剂失活以及火灾风险较高。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种苯乙烯废气的处理方法，利用包括疏水性的分离膜的分离膜组件对苯乙烯废气进行处理，使高锰酸钾水溶液处于分离膜一侧，使苯乙烯废气处于分离膜另一侧，并通过分离膜与高锰酸钾水溶液进行接触，能够避免由于气相与液相的混合导致的出现大量雾滴和气液夹带等不期望的现象的发生，并且能够较彻底地脱除苯乙烯废气中的苯乙烯。
本发明一方面提供一种苯乙烯废气的处理方法，包括：
提供包括疏水性的分离膜的分离膜组件；
使高锰酸钾水溶液处于所述分离膜一侧；
使所述苯乙烯废气处于所述分离膜另一侧，并通过所述分离膜与所述高锰酸钾水溶液进行接触。
本申请的发明人经研究发现，通过使亲水性的高锰酸钾水溶液位于疏水性的分离膜的一侧，使疏水性的苯乙烯废气位于疏水性的分离膜的另一侧，能够保证亲水性的高锰酸钾水溶液不会通过疏水性的分离膜而只在一侧流动，而分离膜另一侧的苯乙烯废气中的苯乙烯分子则可以通过膜孔与分离膜一侧的高锰酸钾水溶液接触，从而被高锰酸钾水溶液吸收。由此，在吸收过程中，高锰酸钾水溶液只在分离膜一侧流动，且流动过程十分稳定，不会与苯乙烯废气混合而出现大量雾滴以及气液夹带等不期望的现象。
另外，分离膜组件中的分离膜具有较大的比表面积，膜表面即为气液接触面积，因此气液接触面积较大，对苯乙烯的吸收效率较高。再者，分离膜组件还具有流道分布均匀的特点，由此能够克服吸收塔等吸收单元所固有的由气液接触不均匀、局部气体流速过快等导致的吸收效率较低的问题。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述分离膜选自纤维素衍生物类高分子有机膜、聚砜类高分子有机膜、聚酰胺类高分子有机膜、聚酰亚胺类高分子有机膜、聚酯类高分子有机膜、聚烯烃类高分子有机膜中的至少一种，优选为聚烯烃类高分子有机膜，更优选为有机硅改性的聚烯烃类高分子有机膜；所述分离膜的膜孔的孔径为5nm～1000nm，优选为20nm～100nm。
根据本发明，当分离膜的膜孔的孔径在上述范围内时，有利于苯乙烯废气中的苯乙烯穿过分离膜，而与吸收剂接触，进而该气相中的苯乙烯能够被高效地吸收。
根据本发明，只要具有疏水性的分离膜均适用于本发明，但从获得更好的苯乙烯的去除效率的角度出发，本申请优选上述列举的分离膜。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述分离膜组件的形式为中空纤维膜组件或卷式膜组件或碟片式膜组件。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述分离膜组件中分离膜的填充密度为50m2/m3～1000m2/m3，优选为100m2/m3～300m2/m3。
根据本发明，当填充密度在上述范围内时，有利于在有效脱除苯乙烯的同时使膜分离组件的体积最小化，使得装置小型化、模块化设计成为可能。
根据本发明，可以将2个或2个以上的分离膜组件串联和/或并联使用。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述高锰酸钾水溶液的浓度为0.001g/L～10g/L；所述吸收剂的温度为-5℃～55℃，优选为5℃～20℃。
根据本发明，当高锰酸钾水溶液的浓度在上述范围内时，有利于苯乙烯的高效吸收。
根据本发明，在高锰酸钾水溶液使用之前，优选对高锰酸钾水溶液进行冷却处理或加热处理。具体的，冷却处理的温度为-5℃～20℃，将高锰酸钾水溶液冷却至该温度范围内有利于减少甚至避免被吸收的苯乙烯发生自聚；加热处理的温度为20℃～50℃，将高锰酸钾水溶液加热至该温度范围内有利于提高较难吸收的苯乙烯的吸收效率。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述高锰酸钾水溶液的流速为0.01m/s～5.0m/s；所述高锰酸钾水溶液在所述分离膜组件中的停留的时间为1s～1000s，优选为5s～100s。
根据本发明，当高锰酸钾水溶液的流量或高锰酸钾水溶液在分离膜组件中的停留的时间在上述范围内时，有利于提高对苯乙烯废气中的苯乙烯的吸收效率。
在本发明的一个优选的实施方式中，高锰酸钾水溶液中添加有阻聚剂；阻聚剂优选为硝基苯、苯二酚、硫酸钠、硫化钠、硫氰酸铵中的至少一种。
根据本发明，通过使用上述特定的阻聚剂有利于减少甚至避免被吸收的苯乙烯发生自聚反应。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述苯乙烯废气的流速为0.1m/s～10m/s，优选为0.2m/s～5m/s，更优选为0.5m/s～2m/s。
根据本发明，当苯乙烯废气的流速在上述特定的范围内时有利于在较短的时间范围内以较高的效率去除苯乙烯。
在本发明的一个优选的实施方式中，在通入苯乙烯废气后，对所述分离膜组件施加0.0001MPa～10MPa、优选为0.01MPa～0.1MPa的压力。
根据本发明，通过上述操作有利于苯乙烯快速地渗透并穿过分离膜的膜孔，同时进一步降低吸收剂透过膜孔的可能。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述苯乙烯废气中苯乙烯的浓度为1mg/m3～50000mg/m3。
根据本发明，可以采用一种吸收剂对苯乙烯废气进行处理，也可以采用两种以上的吸收剂先后对苯乙烯废气进行处理。
本发明所提供的处理方法适用范围广，对苯乙烯的去除率高达85％以上，且占地面积小，工业化应用前景广阔。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
在下述实施例1-2和对比例1中，通过式(1)计算去除率：
去除率＝(进气浓度-尾气浓度)/进气浓度 式(1)
实施例1
在本实施例中处理的苯乙烯废气主要包括苯乙烯和少量苯系污染物，其中，苯乙烯的浓度为960-4880mg/m3，其他苯系污染物的浓度总计不高于100mg/m3。
采用由熔融拉伸法制备的聚乙烯疏水微孔膜作为分离膜(平均孔径0.1μm，孔隙率38％)制备分离膜组件，该分离膜组件设置有进气口、出气口、进液口和出液口，外型尺寸为Φ150×1080mm，聚乙烯疏水微孔膜的填充密度为200m2/m3。
将制得的1个分离膜组件单独使用；
将浓度为0.01g/L、温度为25℃的高锰酸钾溶液以0.1m/s的流速通入分离膜组件的进液口，以使其位于分离膜的一侧，并在分离膜组件中停留100s。将苯乙烯废气以0.6m/s的流速通入分离膜组件的进气口，使其位于分离膜的另一侧，并通过分离膜与吸收剂进行接触，从而对苯乙烯废气进行处理；
在出气口得到处理后的苯乙烯废气；
其中，测量处理前的苯乙烯废气中的苯乙烯含量，并将其作为进气浓度、测量处理后的苯乙烯废气中的苯乙烯含量，并将其作为尾气浓度，以及计算苯乙烯的去除率，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001837115740000051
根据表1可知，处理后的苯乙烯废气中苯乙烯的含量均在50mg/m3以下且苯乙烯的去除率在97％以上。
实施例2
在本实施例中处理苯乙烯装车站点所产生的苯乙烯废气，苯乙烯的浓度为4890-6320mg/m3左右。
采用由熔纺-拉伸法制备的聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维微孔膜(膜孔的孔径为10nm)制备分离膜组件，该分离膜组件设置有进气口、出气口、进液口和出液口，外型尺寸为Φ280×1080mm，PTFE中空纤维微孔膜的填充密度为500m2/m3。
将制得的1个分离膜组件单独使用；
将浓度为5g/L的高锰酸钾水溶液以2.0m/s的流量通入分离膜组件的进液口，以使其位于分离膜的一侧，并在分离膜组件中停留1000s。将苯乙烯废气分别以0.6m/s、1.0m/s、1.4m/s、1.8m/s、2.2m/s和2.6m/s的流速通入分离膜组件的进气口，使其位于分离膜的另一侧，并通过分离膜与高锰酸钾水溶液进行接触，从而对各苯乙烯废气进行处理；
在出气口得到处理后的苯乙烯废气；
其中，测量处理前的苯乙烯废气中的苯乙烯的含量，并将其作为进气浓度、测量处理后的苯乙烯废气中的苯乙烯的含量，并将其作为尾气浓度，以及计算苯乙烯的去除率，结果表2所示。
表2
Figure BDA0001837115740000061
根据表2可知，苯乙烯废气的流速能够在较大程度上影响苯乙烯的去除率，尤其是当流速为0.6m/s时，处理后的苯乙烯废气中的苯乙烯的含量达到20mg/m3左右，并且去除率达到99.9％。
对比例1
在本对比例中处理的苯乙烯废气主要包括苯乙烯和少量苯系污染物，其中，苯乙烯的浓度为2856-3300mg/m3，其他苯系污染物的浓度总计不高于100mg/m3。
采用填料吸收塔(吸收塔采用波纹板填料，塔板数为18，填料基础面积为500m2，吸收塔的尺寸为Φ5600×1680mm)进行油吸收，其中，苯乙烯废气的温度、流速和总流量等其余条件均与实施例1相同。测量处理前的苯乙烯废气中的非甲烷总烃的含量，并将其作为进气浓度、测量处理后的苯乙烯废气中的非甲烷总烃的含量，并将其作为尾气浓度，以及计算非甲烷总烃的去除率，结果如表3所示。
表3
Figure BDA0001837115740000062
根据表3可知，处理前的苯乙烯废气中苯乙烯的含量为3000mg/m3左右，而处理后的苯乙烯废气中苯乙烯的含量为600mg/m3左右，苯乙烯的去除率为80％左右。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种苯乙烯废气的处理方法，包括：
提供包括疏水性的分离膜的分离膜组件；
使高锰酸钾水溶液处于所述分离膜一侧；
使所述苯乙烯废气处于所述分离膜另一侧，并通过所述分离膜与所述高锰酸钾水溶液进行接触。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述分离膜选自纤维素衍生物类高分子有机膜、聚砜类高分子有机膜、聚酰胺类高分子有机膜、聚酰亚胺类高分子有机膜、聚酯类高分子有机膜、聚烯烃类高分子有机膜中的至少一种，优选为聚烯烃类高分子有机膜，更优选为有机硅改性的聚烯烃类高分子有机膜；所述分离膜的膜孔的孔径为5nm～1000nm，优选为20nm～100nm。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述分离膜组件的形式为中空纤维膜组件或卷式膜组件或碟片式膜组件。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述分离膜组件中分离膜的填充密度为50m2/m3～1000m2/m3，优选为100m2/m3～300m2/m3。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述高锰酸钾水溶液的浓度为0.001g/L～10g/L；所述吸收剂的温度为-5℃～55℃，优选为5℃～20℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述高锰酸钾水溶液的流速为0.01m/s～5.0m/s；所述高锰酸钾水溶液在所述分离膜组件中的停留的时间为1s～1000s，优选为5s～100s。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述高锰酸钾水溶液中添加有阻聚剂；所述阻聚剂优选为硝基苯、苯二酚、硫酸钠、硫化钠、硫氰酸铵中的至少一种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述苯乙烯废气的流速为0.1m/s～10m/s，优选为0.2m/s～5m/s，更优选为0.5m/s～2m/s。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的处理方法，其特征在于，在通入苯乙烯废气后，对所述分离膜组件施加0.0001MPa～10MPa、优选为0.01MPa～0.1MPa的压力。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述苯乙烯废气中苯乙烯的浓度为1mg/m3～50000mg/m3。
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