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CN110038407A - 一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理方法及系统 - Google Patents

一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理方法及系统 Download PDF

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CN110038407A CN201910303052.9A CN201910303052A CN110038407A CN 110038407 A CN110038407 A CN 110038407A CN 201910303052 A CN201910303052 A CN 201910303052A CN 110038407 A CN110038407 A CN 110038407A
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蒲霄
崔咪芬
汤吉海
费兆阳
刘清
张竹修
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Nanjing Zihuan Engineering Technology Research Institute Co ltd
Nanjing Tech University
Original Assignee
Nanjing Zihuan Engineering Technology Research Institute Co ltd
Nanjing Tech University
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Abstract

本发明公开了一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,包括以下步骤:将废气与空气的混合气通入石墨预热器预热,然后通入换热器A的壳程与固定床反应器出来的高温气体进行换热升温,然后通入固定床反应器进行催化氧化反应,反应后的高温气体通入换热器A的管程进行换热冷却,冷却后的气体通入喷雾洗涤器吸收酸性气体,然后通入气液分离器后气体直接排出。本发明采用固定床反应器催化氧化的方法,高效、低成本地处理含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气,通过石墨预热器预热混合气,减少了HCl气体对管路、换热器的露点腐蚀,并将催化氧化后的高温尾气与待处理的废气通过换热器进行换热,充分利用了反应热,具有较好的经济效益。

Description

一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理方 法及系统
技术领域
本发明涉及废气治理领域,具体为一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理方法及系统。
背景技术
近年来,环境污染已经成为国际国内社会关注和讨论的热点问题。在各种导致环境污染的因素中,挥发性有机物VOCs(volatile organic compounds)已成为大气污染的一个重要源头,越来越受到人们的关注。
其中,含氯挥发性有机物(CVOCs)被广泛应用于工业、农业、农药、医药、有机合成等领域。然而CVOCs在应用过程中会通过挥发、泄漏、排放等途径进入环境中,会造成臭氧层的破坏、光化学烟雾以及全球变暖等危害,并且CVOCs难于生物降解,易在生物体内累积,具有很强的致癌、致畸、致突变的“三致”作用。
鉴于CVOCs对人类健康和环境的危害,世界各地展开了治理CVOCs废气的技术研究,探索出多种处理方法。目前,处理CVOCs的技术主要有回收技术和销毁技术。回收技术一般通过改变工艺过程中温度、压力等物理条件使CVOCs富集分离,这类技术主要有吸附、吸收、冷凝以及膜分离技术等;销毁技术采用化学或生物方法使CVOCs分解成二氧化碳、水及氯化氢等无毒或者毒性较小的气体,该类技术包括直接燃烧、催化燃烧、光催化降解、生物降解、等离子体技术等。
专利CN200910169676.2公开了一种含氯废液/废气焚烧废气急冷工艺及其装置,其技术方案是将含氯废液和废气送入到焚烧炉内,在焚烧炉内与充足的氧气发生反应,有机物被氧化分解成为CO2、H2O、HCl和少量的Cl2等,高温废气直接进入急冷塔冷却到90℃以下,随后再进入填料塔进行碱洗后通过烟囱排出大气。但此工艺投资巨大,运行成本高昂,且当焚烧炉排出的高温废气在急冷塔冷却到90℃以下,通入填料塔的过程中HCl会对阀门管道和装置造成严重的露点腐蚀,影响装置的长期运行。
专利CN107149852A公开了一种能够产生微乳液体系的水溶液作为吸收剂对CVOCs的吸收方法,其技术方案是将含氯挥发性有机物废气经除尘冷却后,进增压机增压后导入装有一定体积的吸收液的鼓泡吸收装置,废气通过设置在吸收装置底部的布气孔均匀分散进入吸收液,与吸收液充分接触完成物质交换后离开吸收装置,再进入尾气处理系统后直接排放,吸收液和吸收的CVOCs可以回收利用。但该工艺不适用于水溶性较差的含氯有机物,例如二氯甲烷,氯化苄等,且回收效率低,难以实现工业化。
顾巧浓等(浙江工业大学学报,2004,32(5):589~593.)利用TiO2作为光催化剂,采用功率 15W、波长253.7nm的医用紫外荧光灯作为光源,对模拟二氯甲烷和三氯乙烯废气的去除效果进行了实验研究,结果表明对于一定浓度的二氯甲烷和三氯乙烯的去除率均达到了70%以上,但该方法效率较低,无法应用于企业的大规模处理,难以实现工业化。
与其他处理技术比较,催化氧化法具有适用范围广、起燃温度低、能耗低、净化效率高、无二次污染等优点,使其成为处理CVOCs的主流技术和发展方向。催化氧化也称为无焰燃烧,其实质是催化氧化反应,即采用催化剂,利用催化剂的深度催化氧化活性将有机组分在燃点以下的温度200~450℃与氧化合生成无毒的CO2,HCl和H2O,达到净化目的。
专利CN107583639A提出将含氯有机废气和氧气分别通过废气输送管道和氧气钢瓶进入气体缓冲罐中进行混合缓冲后以一定流量同时通入连续设置的第一反应器、第二反应器和第三反应器中进行催化氧化,催化氧化处理的尾气进入尾气收集装置,经吸附处理后由排气口排出,其中第一反应器的温度控制在100-200℃之间,第二反应器的温度控制在200-300℃之间,第三反应器的温度控制在300-400℃之间。但该发明工艺较为繁琐,运行成本相对高昂,经济性较差。并且由于含氯废气中会存在一定量的HCl和水蒸气,HCl及水蒸气会在150℃以下凝结在反应器壁上和管壁上,导致金属材质减薄,穿孔泄漏等,有较大的安全隐患。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体 (以下简称含氯废气)的废气净化处理方法和装置,通过石墨预热器预热,使含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中的HCl以气体形式存在,避免了HCl对换热器和管路以及阀门等的露点腐蚀,提高了系统中各设备的使用寿命,并将含氯废气催化氧化后的高温氧化气体与待处理的废气通过换热器进行换热,使反应热得到了充分利用,高效、低成本地处理含氯废气。
本发明的第一个目的是提供一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,所述方法为将含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气与空气混合后得到的混合气体进行预热,预热后的混合气体温度高于氯化氢的露点温度,介于氯化氢气体的露点温度和180℃之间;将所述预热后的混合气体与经后续绝热催化氧化后的所得的高温氧化气体进行间接换热升温,使预热后的混合气体的温度进一步升高后,进入固定床反应器,在催化剂存在的条件下进行绝热催化氧化反应,反应结束后得到高温氧化气体,所述高温氧化气体包括绝热催化氧化反应将废气中的有机氯化合物氧化后生成的小分子混合物和废气中的氯化氢,所述小分子混合物包括二氧化碳、水、氯化氢;所述高温氧化气体经换热器A,与后续通入的预热后的混合气体换热冷却,得到的低温氧化气体进入喷雾洗涤器,经吸收液洗涤酸性物质后排出。
进一步的,包括以下具体步骤:
(1)将含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气与空气混合后得到的混合气体通入石墨预热器进行预热,所述空气作为绝热催化氧化反应的氧化剂,所述石墨预热器可以采用蒸汽为热源;
(2)将步骤(1)预热后的混合气体通入换热器A的壳程,与固定床反应器催化氧化反应结束后排出的高温氧化气体进行换热升温,将升温后的混合气体输送至固定床反应器中,在催化剂存在的条件下进行绝热催化氧化反应,反应结束后排出高温氧化气体,所述高温氧化气体包括废气中有机氯化合物氧化后的小分子混合物和废气中的氯化氢,所述高温氧化气体通入换热器A的管程,与后续通入换热器A壳程的待处理的预热废气进行换热冷却,得到低温氧化气体。
(3)将步骤(2)得到的低温氧化气体通过喷雾洗涤器,以吸收液洗涤低温氧化气体中的 HCl、Cl2等气体。
(4)将步骤(3)中喷雾洗涤器洗涤后的气体通入气液分离器,分离得到气体和液体,气体直接排出,液体进入生化池净化。
进一步的,本发明所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气是指废气中含有氯化氢和有机氯化合物,而这些含氯有机物通常是指氯代芳烃和氯代脂肪烃,如氯甲烷,二氯甲烷,二氯乙烷,氯苯,对氯甲苯,邻氯甲苯,氯化苄,三氯乙烯,邻氯苯甲醛,对氯苯甲醛,邻二氯苯等。所述含氯化氢和有机氯化合物气体的废气中有机氯化合物(CVOCs)浓度为3000~15000mg/Nm3,氯化氢气体的含量为0~1000mg/Nm3
进一步的,所述废气经石墨预热器预热后温度为155~180℃。由于本系统处理的废气中含有的一定量的HCl和水蒸气,HCl及水蒸气会在较低温度下凝结在管壁或换热器元件上,对管路、阀门以及换热器等装置造成露点腐蚀。并且由于露点腐蚀的腐蚀速率通常比普通的均匀腐蚀速率要高出5-15倍,所以将会在短时间内导致金属材质减薄,穿孔泄漏等,造成不必要的经济损失。通过石墨预热器将混合气进行预热,预热后混合气的温度在氯化氢气体的露点温度以上,使HCl和水蒸气均以气体形式存在,大大降低了对换热器和管路以及阀门的腐蚀。由于氯化氢气体的露点温度不是定值,与气体中氯化氢的含量和含水量有关,优选为155℃以上,可以排除氯化氢露点腐蚀影响。
进一步的,所述预热后的废气经换热器A换热升温至200~250℃后进入催化氧化反应器,其中,反应起始,还暂无已反应结束的高温氧化气体与经预热的混合气体换热时,这一部分温度不足200℃的混合气体,可在装置开车前向固定床反应器通入300℃的蒸汽,为固定床反应器预热,使进入催化氧化反应的气体温度达到200~250℃,满足绝热催化氧化反应所需。
进一步的,含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的进料速率为10~200m3/(kgcat·h),空气的进料速率为1~50m3/(kgcat·h),固定床反应器中催化剂的装填量根据有机氯化合物的进料速率来定,催化剂粒径为2~4mm。
进一步的,所述绝热催化氧化反应所用的催化剂是以Al2O3、SiO2、TiO2、ZSM-5分子筛、稀土Y分子筛、MCM-41分子筛、H-MOR分子筛中的一种为催化剂载体,以过渡金属氧化物氧化钛、氧化铜、氧化铈、氧化镍、氧化钒、氧化铬、氧化铁、氧化锰、氧化钴、氧化锌,氧化镧,氧化钼中的一种或两种氧化物为活性组分的催化剂,负载量为5~25%。
进一步的,所述绝热催化氧化反应的绝对压力为0.1~0.3MPa;固定床反应器出口处排出的,已绝热催化氧化反应结束的高温氧化气体温度为250~450℃;经换热冷却后得到的所述低温氧化气体温度为180~230℃。
进一步的,喷雾洗涤器中洗涤所述低温氧化气体采用的吸收液为2~5wt%的NaOH溶液。
进一步的,所述方法还包括:(5)将步骤(3)中喷雾洗涤器中洗涤所述低温氧化气体后产生的液体通入碱液池,所述液体与碱液混合后回到喷雾洗涤器中循环使用,碱液池中根据碱液浓度定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度,碱液池底部设有排渣口,洗涤吸收后产生的液体的主要成分除了H2O,还包括氯化钠和次氯酸钠,可以直接通过排渣口排出。
本发明的第二个目的是提供一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理系统,所述净化处理系统包括:风机、石墨预热器、换热器A、固定床反应器、喷雾洗涤器、碱液池、离心泵、换热器B、气液分离器;所述石墨预热器、换热器A、换热器B均分别包括壳程和管程;所述风机一侧设置混合气体进口,另一侧设置混合气体出口;喷雾洗涤器顶部设置第一气体出口,底部设置第一液体出口,喷雾洗涤器一侧的下部设置低温氧化气体进口,另一侧上部设置碱液入口;
所述含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理系统还包括废气进料管道和空气进料管道,风机上设置的所述混合气体进口连接废气进料管道和空气进料管道,废气和空气通过风机混合,风机上设置的混合气体出口与石墨预热器壳程进口相连接,石墨预热器管程设置蒸汽进口和蒸汽出口,通入蒸汽对混合气体进行加热,石墨预热器壳程出口与换热器A的壳程进口相连,换热器A的壳程出口与固定床反应器的进口相连,固定床反应器的出口与换热器A的管程进口相连接,换热器A管程出口与喷雾洗涤器的低温氧化气体进口相连,喷雾洗涤器第一气体出口与气液分离器进口相连,气液分离器上部设置第二气体出口,底部设置第二液体出口,所述第二液体出口连接生化池;喷雾洗涤器第一液体出口连接碱液池的一端,碱液池的另一端与离心泵入口相连接,离心泵出口与换热器B管程进口相连接,换热器B的管程出口与喷雾洗涤器吸收液入口相连接,换热器B壳程设置冷却水进口和冷却水出口,喷雾洗涤器的吸收液由碱液池中的碱液经离心泵泵出后,然后经换热器B冷却后送入喷雾洗涤器,碱液池中需要定期加入NaOH溶液,且碱液池底部有排渣口,洗涤吸收后产生的液体的主要成分除了H2O,还包括氯化钠和次氯酸钠,可以直接通过排渣口排出。优选的,所述废气进料管道上设置第一控制阀、所述空气进料管道上设置第二控制阀。
相对于现有技术,本发明的技术方案有益效果在于:
本工艺通过石墨预热器预热,使含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气(以下简称含氯废气)中的HCl以气体形式存在,避免了HCl对换热器和管路以及阀门等的露点腐蚀,提高了系统中各设备的使用寿命。
本发明采用固定床反应器催化氧化含氯废气的方法,高效、低成本地处理CVOCs浓度为 3000~15000mg/Nm3,HCl气体的含量小于0~1000mg/Nm3的废气。
本发明将含氯废气催化氧化后的高温氧化气体与待处理的废气通过换热器进行换热,使反应热得到了充分利用,具有较好的经济效益。
本发明技术方案中:含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气通过催化氧化过程净化后的气体中含有水蒸汽、二氧化碳、氯化氢以及微量未反应的有机物蒸汽。这部分的气体经过喷雾洗涤器后,有机氯化合物气体的除率达到99.96%,出口HCl浓度小于2mg/Nm3,然后经过气液分离器分离后排放的气体中CVOCs含量和HCl的含量都达到大气污染物综合排放标准 (GB16297-1996)和江苏省化学工业挥发性有机物排放标准(DB32/3151-2016),无需进一步处理即可直接排放。
附图说明
图1是含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理系统的装置
1为风机,2为石墨预热器,3为换热器A,4为固定床反应器,5为喷雾洗涤器,6为碱液池,7为离心泵,8为换热器B,9为气液分离器
图2是对比例含氯废气净化装置
1为风机,2为换热器A,3为固定床反应器,4为喷雾洗涤器,5为碱液池,6为离心泵,7为换热器B,8为气液分离器
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
采用如图1所述的流程和装置进行含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理,所述含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理系统设置废气进料管道和空气进料管道,所述废气进料管道上设置第一控制阀、所述空气进料管道上设置第二控制阀。将室温下含氯有机物浓度为3000~15000mg/Nm3且氯化氢气体的含量为0~1000mg/Nm3的废气,通过废气进料管道通入风机入口,废气进料管道上设置的第一控制阀调节含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的进料速率为10~200m3/(kgcat·h);空气进料管道通入空气,空气进料管道上设置的第二控制阀,调节空气的进料速率为1~50m3/(kgcat·h)。
风机上设置的混合气体进口连接废气进料管道和空气进料管道,废气和空气通过风机混合得到混合气体。或者,空气进料管道与废气进料管道连接,连接处为第一控制阀和风机之间,将空气通过空气进料管道通入废气进料管道,与废气混合后再通入风机上设置的混合气体进口。
风机上设置的混合气体出口与石墨预热器壳程进口相连接,由风机将混合后的混合气体通入石墨预热器壳程进口,石墨预热器管程设置蒸汽进口和蒸汽出口,通入蒸汽将石墨预热器壳程中混合气体预热到155~180℃,石墨预热器壳程出口与换热器A的壳程进口相连,将经预热的废气通入换热器A壳程,与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温氧化气体进行换热,使经预热的混合气体升温至200~250℃,然后从换热器A的壳程出口排出,由固定床反应器的入口通入固定床反应器,在催化剂存在的条件下进行绝热催化氧化反应,绝热催化氧化反应的绝对压力为0.1~0.3MPa。反应后的高温氧化气体温度为250~450℃,从固定床反应器的出口排出,由换热器A的管程进口通入换热器A的管程,与换热器A壳程中的预热混合气体换热,冷却为180~230℃的低温氧化气体,由换热器A的管程出口排出,由喷雾洗涤器低温氧化气体进口通入喷雾洗涤器吸收酸性气体,经洗涤后的气体再通过喷雾洗涤器顶部设置的第一气体出口排至气液分离器分离,气液分离得到的气体通过气液分离器上部设置的第二气体出口直接排出,液体通过气液分离器底部设置的第二液体出口进入生化池净化。喷雾洗涤器中的液体通过喷雾洗涤器底部设置的第一液体出口通入碱液池,碱液池中定期加入 NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。碱液池底部设有排渣口。
实施例1
本实施例采用图1所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为氯苯,氯苯的浓度为5024.9mg/Nm3,HCl含量为150 mg/Nm3
本实施例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 TiO2,催化剂的活性组分是Cr2O3和V2O5,V2O5的负载量是7%,Cr2O3的负载量是3%,催化剂制备时采用浸渍法,催化剂粒径为2~4mm。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1300m3/h通入图1所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为300m3/h。
(2)通入石墨预热器壳程进口的废气与空气的混合气的温度为25℃,经石墨预热器预热后混合气的温度达到155.5℃,进入换热器A中与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温气体进行换热升温,经换热器A换热升温后,进入固定床反应器入口处混合气的温度为218.1℃,氯苯的进料速率为50m3/(kgcat·h),空气的进料速率为15m3/(kgcat·h),催化剂装填量为20.0kg,在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.1MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为295.2℃。反应后的高温氧化气体经换热器A 冷却后的低温氧化气体温度为225.2℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得氯苯的含量为7.72mg/Nm3,HCl的含量为1.5mg/Nm3,均符合大气的排放标准。气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
经计算,氯苯的脱除率达到99.80%,并经过六个月长周期运行,氯苯脱除率仍达99.79%。
实施例2
本实施例采用图1所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为二氯甲烷,二氯甲烷的浓度为13270.3mg/Nm3,HCl 含量为200mg/Nm3
本实施例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 Al2O3,催化剂的活性组分是Cr2O3,Cr2O3的负载量是8%,催化剂制备时采用浸渍法,催化剂粒径为2~4mm。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1100m3/h通入图1 所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为100m3/h。
(2)通入石墨预热器壳程进口的废气与空气的混合气的温度为25℃,经石墨预热器预热后混合气的温度达到178.9℃,进入换热器A中与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温气体进行换热升温,经换热器A换热升温后,进入固定床反应器入口处的混合气的温度为208.0℃,二氯甲烷的进料速率为60m3/(kgcat·h),空气的进料速率为6m3/(kgcat·h),催化剂装填量为16.7kg,在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.15MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为251.9℃。反应后的高温氧化气体经换热器A冷却后的低温氧化气体温度为221.1℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得二氯甲烷的含量为41.2mg/Nm3,HCl的含量为1.5mg/Nm3,均符合大气的排放标准。气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
经计算,二氯甲烷的脱除率达到99.50%,并经过六个月长周期运行,二氯甲烷的脱除率仍达99.49%。
实施例3
本实施例采用图1所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为1,2二氯乙烷,且1,2二氯乙烷的浓度为11487.6 mg/Nm3,HCl含量为500mg/Nm3
本实施例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 Al2O3,催化剂的活性组分是Cr2O3和CeO2,Cr2O3的负载量是8%,CeO2的负载量是12%,催化剂制备时采用浸渍法,催化剂粒径为2~4mm。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1200m3/h通入图1所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为200m3/h。
(2)通入石墨预热器壳程进口的废气与空气的混合气的温度为25℃,经石墨预热器预热后混合气的温度达到155.2℃,进入换热器A中与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温气体进行换热升温,经换热器A换热升温后,进入固定床反应器入口处混合气的温度为218.1℃,1,2二氯乙烷进料速率为100m3/(kgcat·h),空气的进料速率20m3/(kgcat·h),催化剂装填量为10.0kg,在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.1MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为296.2℃。反应后的高温氧化气体经换热器A 冷却后的低温氧化气体温度为226.6℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得1,2二氯乙烷的含量为4.77mg/Nm3,HCl的含量为1.6mg/Nm3,均符合大气的排放标准。气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
经计算,1,2二氯乙烷的脱除率达到99.96%,并经过六个月长周期运行,1,2二氯乙烷的脱除率仍达99.95%。
实施例4
本实施例采用图1所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为三氯乙烯,三氯乙烯的浓度为12904.4mg/Nm3,HCl 含量为580mg/Nm3
本实施例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 H-MOR分子筛,催化剂的活性组分是Cr2O3和CeO2,Cr2O3的负载量是5.5%,CeO2的负载量是7%,催化剂制备时采用浸渍法,催化剂粒径为2~4mm。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1120m3/h通入图1所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为120m3/h。
(2)通入石墨预热器壳程进口的废气与空气的混合气的温度为25℃,经石墨预热器预热后混合气的温度达到170.3℃,进入换热器A中与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温气体进行换热升温,再经换热器A换热升温后,进入固定床反应器入口处混合气的温度为206.2℃,三氯乙烯进料空速为90m3/(kgcat·h),空气的进料速率为10.8m3/(kgcat·h),催化剂装填量为11.1kg,在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.2MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为263.4℃。反应后的高温氧化气体经换热器A 冷却后的低温氧化气体温度为225.5℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得三氯乙烯的含量为27.6mg/Nm3,HCl的含量为1.4mg/Nm3,均符合大气的排放标准。气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
经计算,三氯乙烯的脱除率达到99.76%,并经过六个月长周期运行,三氯乙烯的脱除率仍达99.75%。
实施例5
本实施例采用图1所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为氯甲烷,氯甲烷的浓度为9016.1mg/Nm3,HCl含量为780mg/Nm3
本实施例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 ZSM-5分子筛,催化剂的活性组分是CeO2,CeO2的负载量是10%,催化剂制备时采用浸渍法,催化剂粒径为2~4mm。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1220m3/h通入图1所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为220m3/h。
(2)通入石墨预热器壳程进口的废气与空气的混合气的温度为25℃,经石墨预热器预热后混合气的温度达到158.1℃,进入换热器A中与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温气体进行换热升温,经换热器A换热升温后,进入固定床反应器入口处混合气的温度为210.9℃,氯甲烷进料速率为70m3/(kgcat·h),空气的进料速率为15.4m3/(kgcat·h),催化剂装填量为14.3kg,在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.1MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为282.3℃。反应后的高温氧化气体经换热器A 冷却后的低温氧化气体温度为227.2℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得氯甲烷的含量为15.8mg/Nm3,HCl的含量为1.3mg/Nm3,均符合大气的排放标准。气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
经计算,氯甲烷的脱除率达到99.79%,并经过六个月长周期运行,氯甲烷的脱除率仍达 99.77%。
实施例6
本实施例采用图1所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为氯化苄,氯化苄的浓度为4521.1mg/Nm3,HCl含量为280mg/Nm3
本实施例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 TiO2,催化剂的活性组分是Cr2O3,Cr2O3的负载量是8%,催化剂制备时采用浸渍法,催化剂粒径为2~4mm。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1230m3/h通入图1所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为230m3/h。
(2)通入石墨预热器壳程进口的废气与空气的混合气的温度为25℃,经石墨预热器预热后混合气的温度达到155.6℃,进入换热器A中与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温气体进行换热升温,再经换热器A换热升温后,进入在固定床反应器入口处混合气的温度为220.1℃,氯化苄进料速率为130m3/(kgcat·h),空气的进料速率为29.9 m3/(kgcat·h),催化剂装填量为7.7kg在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.1MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为308.6℃。反应后的气体经换热器冷却后的温度为228.1℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得氯化苄的含量为11.0mg/Nm3,HCl的含量为1.5mg/Nm3,均符合大气的排放标准。气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
经计算,氯化苄的脱除率达到99.70%,并经过六个月长周期运行,氯化苄的脱除率仍达 99.69%。
实施例7
本实施例采用图1所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为对氯甲苯,对氯甲苯的浓度为3729.9mg/Nm3,HCl 含量为770mg/Nm3
本实施例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 TiO2,催化剂活性组分是V2O5和MoO3,V2O5的负载量是4%,MoO3的负载量是6%,催化剂制备时采用浸渍法,催化剂粒径为2~4mm。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1210m3/h通入图1所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为210m3/h。
(2)通入石墨预热器壳程进口的废气与空气的混合气的温度为25℃,经石墨预热器预热后混合气的温度达到160.0℃,进入换热器A中与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温气体进行换热升温,再经换热器A换热升温后,进入固定床反应器入口处混合气的温度为203.3℃,对氯甲苯进料速率为10m3/(kgcat·h),空气的进料速率为2m3/(kgcat·h),催化剂装填量为100kg,在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.1MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为268.7℃。反应后的高温氧化气体经换热器A 冷却后的低温氧化气体温度为223.8℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得对氯甲苯的含量为9.24mg/Nm3,HCl的含量为1.6mg/Nm3,均符合大气的排放标准。气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
经计算,对氯甲苯的脱除率达到99.70%,并经过六个月长周期运行,对氯甲苯的脱除率仍达99.69%以上。
实施例8
本实施例采用图1所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为邻二氯苯,邻二氯苯的浓度为6562.5mg/Nm3,HCl 含量为800mg/Nm3
本实施例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 Al2O3,催化剂活性组分是Cr2O3,活性组分的负载量是5.2%。催化剂制备时采用浸渍法,催化剂粒径为2~4mm。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1202m3/h通入图1所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为202m3/h。
(2)通入石墨预热器壳程进口的废气与空气的混合气的温度为25℃,经石墨预热器预热后混合气的温度达到155.3℃,进入换热器A中与换热器A管程中固定床反应器中反应结束后排出的高温气体进行换热升温,再经换热器A换热升温后,进入固定床反应器入口处混合气的温度为209.8℃,邻二氯苯进料速率为80m3/(kgcat·h),空气的进料速率为16m3/(kgcat·h),催化剂装填量为12.5kg,在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.1MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为285.1℃。反应后的高温氧化气体经换热器A 冷却后的低温氧化气体温度为223.7℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得邻二氯苯的含量为7.87mg/Nm3,HCl的含量为1.5mg/Nm3,均符合大气的排放标准。气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
经计算,邻二氯苯的脱除率达到99.85%,并经过六个月长周期运行,邻二氯苯的脱除率仍达99.83%。
对比例1
本对比例采用图2所示的工艺,反应采用固定床反应器,本实施例的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气中,有机氯化合物为氯苯,氯苯的浓度为5024.9mg/Nm3,HCl含量为1.9 mg/Nm。
本对比例固定床反应器中采用的催化剂是负载型过渡金属氧化物催化剂,催化剂载体是 TiO2,催化剂的活性组分是Cr2O3和V2O5,V2O5的负载量是7%,Cr2O3的负载量是3%,催化剂制备时采用浸渍法。
(1)将上述含氯废气与空气混合后,由风机将混合后的混合气体以1300m3/h通入图2所述的含氯废气净化装置,其中空气的流量为300m3/h。
(2)在固定床反应器中发生催化氧化反应时,反应压力为0.1MPa(绝压)。通入换热器 A的废气与空气的混合气的温度为25℃,经换热器A换热升温后,进入固定床反应器入口处混合气的温度为201.2℃,氯苯进料空速为50m3/(kgcat·h),,空气的进料速率为15m3/(kgcat·h),催化剂装填量为20.0kg,在催化剂存在的条件下,进行绝热催化氧化反应,固定床反应器中发生绝热催化氧化反应压力为0.1MPa(绝对压力)。绝热催化氧化反应结束后,经过催化氧化反应后反应器出口排出的高温氧化气体温度为289.6℃。反应后的高温氧化气体经换热器A 冷却后的低温氧化气体温度为110.6℃。
(3)低温氧化气体进入喷雾洗涤器经2~5%的NaOH洗涤吸收。
(4)经喷雾洗涤器洗涤后的气体,通过气液分离器分离得到气体和液体,其中气体中测得氯苯的含量为9.17mg/Nm3,HCl的含量为1.5mg/Nm3。经计算氯苯的脱除率为99.79%,气液分离器分离得到的液体进入生化池净化。经喷雾洗涤器洗涤后的液体,通入碱液池,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。碱液池中的碱液经离心泵泵出后,进入换热器B的管程,经换热器B壳程中的冷却水冷却后,送入喷雾洗涤器吸收液入口,作为吸收液循环使用。
但经过一周的运行后,换热器中管壁存在穿孔泄漏现象,管路中也存在气体泄露现象,由于未净化的气体通过腐蚀形成的孔洞与净化过的气体混合在一起,导致最终洗涤器出口处的氯苯浓度达到1549mg/Nm3,必须要更换换热器和气体管路。

Claims (10)

1.一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,所述方法为将含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气与空气混合后得到的混合气体进行预热,预热后的混合气体温度高于氯化氢的露点温度,介于氯化氢气体的露点温度和180℃之间;将所述预热后的混合气体与绝热催化氧化反应所得的高温氧化气体换热升温后,在催化剂存在的条件下进行绝热催化氧化反应,绝热催化氧化反应结束后得到高温氧化气体,所述高温氧化气体包括废气中有机氯化合物氧化后的小分子混合物和废气中的氯化氢,所述小分子混合物包括二氧化碳、水、氯化氢;所述高温氧化气体与预热后的混合气体换热冷却,得到低温氧化气体,所述低温氧化气体经吸收液洗涤酸性物质后排出。
2.根据权利要求1所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,所述方法包括以下具体步骤:
(1)将含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气与空气混合后得到的混合气体通入石墨预热器进行预热;
(2)将步骤(1)预热后的混合气体通入换热器A,与固定床反应器中催化氧化反应结束排出的高温氧化气体进行换热升温,将升温后的混合气体输送至固定床反应器中,在催化剂存在的条件下进行绝热催化氧化反应,反应结束后排出高温氧化气体,所述高温氧化气体通入换热器A进行换热冷却,得到低温氧化气体;
(3)将步骤(2)得到的低温氧化气体通过喷雾洗涤器,以吸收液洗涤低温氧化气体中的酸性气体,所述酸性气体包括HCl、Cl2气体;
(4)将步骤(3)中喷雾洗涤器洗涤后的气体通入气液分离器,分离得到气体和液体,气体直接排出,液体进入生化池净化。
优选的,所述方法还包括:(5)将步骤(3)中喷雾洗涤器中洗涤所述低温氧化气体后产生的液体通入碱液池,将所述液体与碱液混合后回到喷雾洗涤器中循环使用,碱液池中定期加入5wt%NaOH溶液,以维持碱液池中的碱液浓度。
3.根据权利要求1或2所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,所述含氯化氢和有机氯化合物气体的废气中有机氯化合物浓度为3000~15000mg/Nm3,氯化氢气体的含量为0~1000mg/Nm3
4.根据权利要求1或2所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,所述混合气体经石墨预热器预热后温度为155~180℃。
5.根据权利要求1或2所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,所述预热后的混合气体经换热器A换热升温至200~250℃后进入催化氧化反应器。
6.根据权利要求1或2所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的进料速率为10~200m3/(kgcat·h),空气的进料速率为1~50m3/(kgcat·h),催化剂的装填量根据有机氯化合物的进料速率来定,催化剂粒径为2~4mm。
7.根据权利要求1或2所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,所述绝热催化氧化反应所用的催化剂是以Al2O3、SiO2、TiO2、ZSM-5分子筛、稀土Y分子筛、MCM-41分子筛、H-MOR分子筛中的一种为催化剂载体,以过渡金属氧化物氧化钛、氧化铜、氧化铈、氧化镍、氧化钒、氧化铬、氧化铁、氧化锰、氧化钴、氧化锌,氧化镧,氧化钼中的一种或两种氧化物为活性组分的催化剂,负载量为5~25%。
8.根据权利要求1或2所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,所述绝热催化氧化反应的绝对压力为0.1~0.3MPa;绝热催化氧化反应结束后排出的高温氧化气体温度为250~450℃;经换热冷却后得到的所述低温氧化气体温度为180~230℃。
9.根据权利要求1或2所述的含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气净化处理方法,其特征在于,喷雾洗涤器中洗涤所述低温氧化气体采用的吸收液为2~5wt%的NaOH溶液。
10.一种含氯化氢气体和有机氯化合物气体的废气的净化处理系统,其特征在于,所述净化处理系统包括:风机、石墨预热器、换热器A、固定床反应器、喷雾洗涤器、碱液池、离心泵、换热器B、气液分离器;所述石墨预热器、换热器A、换热器B均分别包括壳程和管程;所述风机一侧设置混合气体进口,另一侧设置混合气体出口;喷雾洗涤器顶部设置第一气体出口,底部设置第一液体出口,喷雾洗涤器一侧的下部设置低温氧化气体进口,另一侧上部设置碱液入口;
所述混合气体进口连接废气进料管道和空气进料管道,所述混合气体出口与石墨预热器壳程进口相连接,石墨预热器管程设置蒸汽进口和蒸汽出口,石墨预热器壳程出口与换热器A壳程进口相连,换热器A壳程出口与固定床反应器进口相连,固定床反应器出口与换热器A管程进口相连接,换热器A管程出口与喷雾洗涤器的低温氧化气体进口相连,喷雾洗涤器第一气体出口与气液分离器进口相连,气液分离器上部设置第二气体出口,底部设置第二液体出口,所述第二液体出口连接生化池;喷雾洗涤器第一液体出口连接碱液池的一端,碱液池的另一端与离心泵入口相连接,离心泵出口与换热器B管程进口相连接,换热器B的管程出口与喷雾洗涤器吸收液入口相连接,换热器B壳程设置冷却水进口和冷却水出口;优选的,所述废气进料管道上设置第一控制阀、所述空气进料管道上设置第二控制阀,碱液池底部设有排渣口。
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