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大孔树脂在有机胺有组织废气治理应用的研究

2020-07-17强林萍曹伟富

环境与发展 2020年6期

强林萍 曹伟富

摘要:本文介绍了一种针对有机胺含氢废气的新型组合废气治理方法,叙述了大孔树脂在有机胺尾气治理中的应用研究,通过吸附后废气进入流化床锅炉的掺烧,以丁胺生产废气为例通过实验数据分析了该组合治理工艺的效果,为含氢工业废气治理提供了一种高效的治理路线,具有很好的参考价值和推广意义。

关键词:含氢废气;大孔树脂;流化床锅炉;掺烧

中图分类号:X783 文献标识码:A 文章编号:2095-672X(2020)06-00-02

DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.025

Study on the application of macroporous resin in organic amine organized waste gas treatment

Qiang Linping,Cao Weifu

(Zhejiang Jianye Chemical Co.,Ltd.,Hangzhou Zhejiang 311604,China)

Abstract:This article introduces a new combined exhaust gas treatment method for organic amine hydrogen-containing exhaust gas.It describes the application research of macroporous resin in the treatment of organic amine exhaust gas.As an example,the effect of the combined treatment process is analyzed through experimental data for amine production waste gas,which provides an efficient treatment route for the treatment of hydrogen-containing industrial waste gas,which has good reference value and promotion significance.

Key words:Hydrogen-containing exhaust gas;Macroporous resin;Fluidized bed boiler;Blend

有機胺生产过程中会有部分含氢废气间歇式排放,以丁胺为例,丁胺生产过程中会有少量含有氢气、甲烷、丁烷、丁醇、一正丁胺、二正丁胺、三正丁胺等废气对外间歇式排放,对环境造成很大影响。我国目前均采用传统的吸收法治理,将能溶于水的废气经过水吸收,不能溶于水的废气再经过酸吸收后直接排放,而丁胺生产过程中的废气组分有多项难溶或不溶于水,也不易与酸进行反应,在国家没有限定非甲烷总烃和恶臭排放量之前吸收法是不错的选择,但随着环保形势的日趋严峻,地方标准《重点工业企业挥发性有机物排放标准》 DB3301/T0277-2018的出台,传统的治理工艺已经不能满足达标排放的要求,迫使寻求新的治理工艺路线。

结合市场上成熟的废气治理工艺,主要有活性炭吸附法、焚烧法、光催化氧化法等,其中活性炭吸附法虽然去除效率高,但会产生二次污染;其他方法如光催化氧化法,去除效率一般只有40%左右;焚烧法是目前公认的去除率最高的治理方法,但丁胺废气中含有氢气,氢气的爆炸下限为4~74%,直接焚烧存在很大的安全隐患。近年来,国内新型环保大孔树脂的研发,其超强的吸附性及其在工业上的推广应用,能够很好地满足分离含氢废气中的氢气与其他组分,解决了含氢废气深度治理的安全隐患,带动了工业废气的提升治理。

1 实验部分

1.1 采用设备

大孔树脂双柱二级吸附实验设备,每级装填树脂填料40L,共80L,型号:X105气体吸附树脂。实验设备系统主要由缓冲罐、风机、吸附器、冷凝器、流化床锅炉等组成。

1.2 原理

大孔吸附树脂是一类含离子交换集团的交联聚合物,它的理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶剂,不受无机盐类及强离子低分子化合物的影响。树脂吸附作用是依靠它和被吸附的分子(吸附质)之间的范德华引力,通过它巨大的比表面进行物理吸附而工作,利用吸附剂对液体或气体某一组分选择性吸附的能力,使有机化合物根据有吸附力及其分子量大小可以经一定溶剂洗脱分开而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。

1.3 流程

丁胺装置废气经过“两级水吸收+一级酸吸”收后进入该树脂吸附中试装置,中试装置流程简图如下:尾气首先通过缓冲罐,然后通过引风机后依次进入两级串联的吸附器,通过吸附器的VOCs气体中的有机物被树脂吸附拦截,其余不被吸附的气体直接通过吸附器后外排,完成整个吸附过程,待吸附器饱和后需进行脱附,脱附时向吸附器通入低压蒸汽,低压蒸汽将有机物以蒸汽形式带出后通过冷凝器冷凝排至废水池。脱附废气送至流化床锅炉掺烧。工艺流程如图1所示。

2 试验结果与讨论

(1)从检测结果看出,治理设施出口的氢气含量明显高于进口的含量,多组数据验证了本大孔树脂对氢气几乎没有吸附作用,也就是说,本装置可以进行含氢混合废气的分离。

(2)检测结果显示,废气中的挥发性有机物VOCs浓度出口均小于25.6mg/m?。该吸附装置对VOCs挥发性气体的吸附效果较好,通过实验监测数据可以看出去除率大部分在90%以上。

(3)值得注意的是,该大孔树脂对温度的控制有所要求,在耐温试验中,第一周期四个样检测非甲烷总烃去除率在80%以上,之后反而下降,分析原因,装置工况没有发生任何变化,吸附装置进行了一次蒸汽升温、脱附、以及冷却、氮气吹扫作业,升温至250℃后再脱附,第五组实验检测时发现吸附器里面有些吸附剂颜色变白,存在部分树脂失水现象,经过数据验证,树脂的吸附及脱附温度均对该树脂的性能有影响,最好不超过180℃。

(4)从吸附器出口废气的监测结果看,即使装置对外排气稳定,吸收塔工况稳定,丁胺装置排出的废气组分仍有变化,尤其是非甲烷总烃的排放浓度,直接影响到吸附分离效果。

(5)对吸附器进出口同时采样,检测其对特征因子丁醇、氨、一正丁胺、二正丁胺、三正丁胺的吸附去除效果,从检测结果数据看,对丁胺装置废气中的特征因子均有一定的吸附作用,尤其是对丁醇、二正丁胺、三正丁胺吸附效果明显,废气出口几乎不含二正丁胺和三正丁胺,丁醇的去除率均在93%以上,氨与一正丁胺的去除率在70%上下浮动。

(6)丁胺装置的废气排放口高度高于15m,按照浙江省杭州市排放标准要求,总烃的去除率应≥75%(排放速率 <0.2kg/h时,总烃去除率≥30%),臭氣浓度应<800(无量纲),从目前检测结果看,经过树脂吸附后臭气浓度最低在229,最高在800,经过焚烧后臭气浓度在200以内,总烃的去除率基本97%以上,能够达标排放。

(7)脱附废气送锅炉掺烧比例的影响:氢气的密度为0.09kg/Nm?,泄漏后或有不完全燃烧极易发生爆炸。丁胺废气组分时常不稳定,关系到锅炉装置的安全稳定运行,且废气中很难达到完全不含氢气,如果掺烧比例过大,燃气系统因保护退出运行后,易将锅炉灭火或联锁停炉,引起系统波动,经过反复核算及实验,建议将掺烧的比例控制在5~15%之间。

3 结论

通过实验数据可以看出,大孔树脂的吸附对丁胺装置废气有较好的吸附分离效果,可将丁胺废气中的氢气与其他烷类、醇、胺等分离,对有机胺类装置均适用,尤其是碳3以上的混合废气,将废气分成氢气和脱附废气两部分,一部分氢气循环利用于生产装置,一部分脱附废气送至流化床锅炉焚烧,“大孔树脂+流化床焚烧”治理工艺的组合,不仅降低了含氢废气焚烧的安全隐患,而且该治理工艺循环节能环保,将成为含氢废气高效治理的最具有工业前景路线,关键性控制技术在于送至锅炉焚烧废气组分中氢气含量的控制以及整个焚烧系统的安全联锁、自检等控制系统的精准到位。

参考文献

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[4]孙群.化工企业废气污染治理分析[J].环境与发展,2019(4):28-29.

收稿日期:2020-05-06

作者简介:强林萍(1981-),女,汉族,本科学历,高级工程师,研究方向为环保污染物治理研究。