人造石产线废气苯乙烯污染组分资源化回收方法

本发明属于voc尾气治理领域，涉及一种voc尾气中污染组分的资源化回收利用，具体的说是一种人造石产线废气苯乙烯污染组分资源化回收方法。

背景技术：

1、苯乙烯是工业行业的重要原料，应用广泛，尤其在精细化工、制药、油漆和涂料等行业广泛应用。由于苯乙烯易挥发且饱和蒸汽压较大，采用清水捕捉难度大，捕捉后易逃逸，生产和使用过程中都可能导致低浓度苯乙烯气体的排放，形成大量voc尾气，对环境及人体健康造成危害，而且其为易燃易爆气体/液体，对眼和上呼吸道黏膜有刺激作用，高浓度有麻醉作用【雷艳梅等.生物膜填料塔净化低浓度苯乙烯废气的实验研究.环境工程学报,2006,7(3):36－39】。苯乙烯还是形成pm2.5的重要前体之一【赵磊等.石化voc废气深度净化技术开发及工业应用.环境工程,2016,(s1):569－571】。

2、目前苯乙烯尾气治理多采用传统治理voc尾气技术，主要为吸附法、燃烧法、吸收法、冷凝法【林雨.冷凝法治理苯乙烯废气及影响规律的研究.现代化工,2018,38(10):192－195】等，这些治理技术都比较成熟，有许多成功应用案例。传统处理方法各有自身的优点，但也有一定的局限性。

3、冷凝法可以实现尾气中的污染组分资源化回收，但运行成本高，动力消耗大，净化后尾气难达标。

4、吸收法可以实现尾气中的污染组分资源化回收。由于吸收过程主要采用有机溶剂，吸收推动力小，净化效果差，净化后尾气难以达标，吸收剂吸收容量小，吸收剂再生成本高。

5、吸附法是voc尾气常见的治理措施之一,可实现达标排放。但对于高浓度、大风量尾气采用吸附法，吸附周期短，存在频繁吸、脱附，运行能耗高，饱和后的吸附剂属于危废，吸附剂消耗大，处置成本高。

6、燃烧法运行成本相对较低，处理刀较彻底，但需提供辅助热焓，特别是低浓度尾气，碳辅助热焓消耗量大，碳排放量大，还导致大量苯乙烯资源浪费。

7、从理论上分析，传统治理voc尾气技术可用于苯乙烯尾气治理，但由于苯乙烯组分在一定温度条件下易聚合、发热，传统治理技术应用苯乙烯尾气治理时存在聚合导致堵塞以及发热安全等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、将吸收和转轮吸附有效偶合、投资和运行成本低、尾气净化效果好、节能降耗、苯乙烯回收率高的人造石产线废气苯乙烯污染组分资源化回收方法。

2、本发明人造石产线废气苯乙烯污染组分资源化回收方法，人造石产线废气在风机的抽吸作用下进入转轮单元吸附浓缩，吸附后的净化尾气外排，脱附后的浓缩气进吸收塔与塔内吸收剂贫液逆流接触，苯乙烯组分被吸收下来，塔顶的浓缩气经除雾塔除雾后引出，或者送入焚烧炉，或者和人造石产线废气混合后送入转轮单元；吸收塔底部吸收苯乙烯组分的富液加热后送入闪蒸解析单元，苯乙烯组分被解析回收，解析后的贫液返回吸收塔作为吸收剂循环喷淋吸收苯乙烯。

3、所述转轮单元包括串联的两级转轮，其中，一级转轮吸附后产生的一级净化气再经二级转轮吸附后得到净化尾气外排；一级转轮产生的一级浓缩气冷却降温至25℃以下送入吸收塔与塔内吸收剂贫液逆流接触；二级转轮产生的二级浓缩气或者送入焚烧炉，或者部分和人造石产线废气混合后送入一级转轮，其余部分和一级浓缩气混合后送入吸收塔。

4、所述一级转轮吸附后产生的一级浓缩气分为两股，一股送入吸收塔，另一股送入焚烧炉。

5、所述闪蒸解析单元包括闪蒸釜，所述闪蒸釜从上往下至少具有两级闪蒸室和底部储液槽。

6、所述闪蒸釜上段为一级闪蒸室，下段为二级闪蒸室，底部储液槽通过至少一块溢流板分隔成贫液槽和半贫液槽，所述一级闪蒸室上部设一级闪蒸雾化器，底部为一级闪蒸导流板；所述二级闪蒸室上部设二级闪蒸雾化器，所述二级闪蒸室下部一部分位于半贫液槽上方区域设二级闪蒸导流板，其余区域与所述贫液槽相通；所述二级闪蒸导流板的前端插入贫液槽中；所述二级闪蒸导流板与溢流板将半贫液槽与所述二级闪蒸室分隔开；所述半贫液槽上方气相空间与一级闪蒸室经气提气导气管连通，半贫液槽经半贫液-烟气换热器、半贫液电辅加热器连接二级闪蒸雾化器，所述一级闪蒸室经一级闪蒸导流管连通半贫液槽。

7、所述吸收塔塔底的富液加热到60-65℃后送入闪蒸釜的一级闪蒸室的一级闪蒸雾化器喷出进行闪蒸；一级闪蒸后的半贫液落入半贫液槽，再抽出加热至65-70℃后送入二级闪蒸室的二级闪蒸雾化器喷出进行二级闪蒸，得到的贫液落入贫液槽后引出闪蒸釜送入持液柱；二级闪蒸室的气相和一级闪蒸室的气相在负压作用下引出闪蒸釜送入闪蒸汽冷凝器。

8、所述闪蒸解析单元包括闪蒸釜和富液回流洗涤塔，所述闪蒸釜的一级闪蒸室的上段还设有回流富液雾化器；

9、来自吸收塔的富液分为两股，第一股富液加热到60-65℃后送入闪蒸釜的一级闪蒸雾化器喷出解析回收苯乙烯组分；第二股富液送入富液回流洗涤塔与来自闪蒸釜的气相洗涤换热；

10、出富液回流洗涤塔的富液也分为两股，第一股送入闪蒸釜的回流富液雾化器喷出解析回收苯乙烯组分，第二股和来自吸收塔的第一股富混合后加热到60-65℃后送入闪蒸釜的一级闪蒸雾化器喷出；

11、出闪蒸釜的气相经富液回流洗涤塔与来自吸收塔的第二股富液洗涤换热后再送入闪蒸汽冷凝器。

12、出吸收塔的第一股富液与出持液柱的贫液换热后，再进一步升温至60-65℃后送入闪蒸釜。

13、向闪蒸釜内的贫液槽和半贫液槽中通入沸点低于苯乙烯且不溶于吸收剂的惰性气体组分进一步气提贫液和半贫液中残留的苯乙烯组分，这些惰性气体组分为水蒸汽，或者是水蒸气与氮气或二氧化碳的混合气。

14、所述半贫液槽逸出的气提气经气提气导气管、除雾器引入一级闪蒸室；所述贫液槽逸出的气提气直接进入二级闪蒸室，一级闪蒸室和二级闪蒸室内的气相在抽气泵的抽吸作用下引出闪蒸釜。

15、来自闪蒸室的气相经闪蒸汽冷凝器分离出冷凝液和不凝性气体，所述冷凝液通过泵前油水分离器分离出苯乙烯组分和冷凝水，分离出的冷凝水经冷凝水-烟气汽化器加热汽化后作为水蒸汽通入闪蒸釜内的贫液槽和半贫液槽中气提贫液、半贫液中的苯乙烯组分，实现冷凝水循环。

16、所述闪蒸汽冷凝器分离出的不凝性气体经抽气泵抽与出除雾塔的尾气混合。

17、所述焚烧炉引出的800℃以上的高温烟气通过脱附气换热器与转轮单元的脱附气换热后，形成温度230-250℃的中温烟气再分成三股，其中第一股和出半贫液槽的半贫液间接换热后形成低温烟气外排，第二股和送入闪蒸釜内汽提用的冷凝水间接换热使冷凝水汽化后形成低温烟气外排，第三股与出吸收塔的富液换热后形成低温烟气，通过烟气循环阀调控流量进入rto焚烧炉内循环，其余部分经外排烟气阀外排。

18、所述焚烧炉引出100-120℃的低温烟气分成两股，一股与第三股中温烟气混合后通过换热器加热来自吸收塔的富液，另一股应急外排。

19、控制闪蒸釜、闪蒸汽冷凝器和泵前油水分离器的负压在绝对压力4kpa以下。

20、针对背景技术中存在的问题，发明人通过设置转轮单元，将吸收和吸附偶合，结合蒸闪单元，实现人造石产线废气净化达标排放及尾气中苯乙烯组分的回收，具体改进如下：

21、(1)设置两级转轮单元，适应不同环境下的voc(苯乙烯)尾气的净化，根据废气中苯乙烯浓度不同，可以选择全部开启，或单独开启，灵活性好。冬季气温低，voc(苯乙烯)尾气中的voc(苯乙烯)浓度低，只需启动一级转轮，夏季气温高，voc(苯乙烯)尾气中的voc(苯乙烯)浓度高，需启动两级转轮；另一方面，在夏季一级转轮吸附浓缩产生高浓度的一级浓缩气进入吸收塔，有利于提高单位吸收剂对苯乙烯的吸收量，节省吸收单元的动力消耗，减少富液解析量，降低解析过程的能耗；二级转轮吸附确保外排废气达标；

22、(2)配制焚烧炉回收无法浓缩气的余能供系统内部脱附、蒸馏等单元的热焓需求。通过焚烧炉提供高温和低温烟气，高温烟气用于为转轮自带的脱附气换热器供热外并进一步回用外，第三股烟气还经烟气循环阀控制返回焚烧炉循环，其作用如下：①有利于提高进入焚烧炉尾气燃烧的稳定性。合适的循环量可保证有足够的低温烟气产生量，从而保证焚烧炉内的蓄热量充足，进而提高进入炉堂尾气的温度；②合理调节循环量，有效控制从焚烧炉引出的800℃以上高温烟气量和110℃-120℃低温烟气量，保证转轮吸附单元、闪蒸解析单元各换热设备所需热量优化分配(合理的循环量，可以实现从焚烧炉引出的800℃以上高温烟气和110℃-120℃低温烟气所含的值满足各自加热介质的热量需求)；③降低入焚烧炉浓缩气中苯乙烯浓度，提高苯乙烯组分的焚烧效果，有利于降低外排烟气voc浓度高温烟气用于为转轮自带的脱附气换热器供热，并实现烟气的的多级利用，低温烟气的热能也得到有效回收利用。

23、(3)闪蒸解析单元设置富液回流洗涤塔，实现富液回流。闪蒸解析单元包括闪蒸釜和富液回流洗涤塔，富液回流洗涤塔设置在闪蒸釜气相出口下游，在抽气泵的抽吸作用下闪蒸釜雾化闪蒸后的闪蒸蒸汽经闪蒸釜气相出口进入富液回流洗涤塔内，与从塔上部喷淋进入的来自吸收塔的富液经填料层逆流接触，换热、捕集微细雾滴。

24、富液回流具有以下作用：1)降温，回收冷源。在富液回流洗涤塔内，低温富液与闪蒸蒸汽逆流直接接触，对闪蒸蒸汽降温，降温效率高，低温富液的冷量回收效率高；2)雾滴捕捉，降低吸收剂损耗。受表面张力作用，喷淋进入塔内的富液遇到微细雾滴时，微细雾滴极易在喷淋形成的液滴表面融合；3)具有提馏功效。富液进入富液回流洗涤塔内，闪蒸蒸汽温度高于富液，闪蒸蒸汽压力低于富液吸收饱和时的压力(即富液已是有常压下吸收达到饱和的吸收液)，入塔富液从上向下流动过程中，由于与闪蒸蒸汽直接接触换热，温度越来越高，富液中的苯乙烯组分不断挥发出来；从塔下部进入的闪蒸蒸汽向上流动过程中，温度越来越低，苯乙烯浓度越来越高；4)提高冷凝器冷凝回收苯乙烯效率。闪蒸蒸汽经过富液回流洗涤塔后，提高的苯乙烯浓度，同时蒸汽温度大幅降低，有利于冷凝器后对苯乙烯组分的冷凝回收；5)形成一段水分富集层，提高苯乙烯闪蒸效果。富液进入富液回流洗涤塔后，相对于整个闪蒸蒸汽管路，在塔内形成了低温区，由于闪蒸蒸汽中的水蒸汽分压远高于苯乙烯分压，且水的饱和蒸汽压在操作温度区间内，受温度影响较大(40℃时，7.381kpa；60℃时，19.932kpa)，大量水分冷凝下来进入富液中，富液经一级闪蒸雾化器进入闪蒸釜内进行一级闪蒸，富液中的水分几乎全部汽化进入闪蒸蒸汽，经富液回流洗涤塔后大部分又被冷凝下来，水分的如此循环，一级闪蒸蒸汽中的水蒸汽浓度越来越高，回流富液冷凝吸收的水分越来越多，直至形成一个回流富液吸收水分的平衡态。根据试验验证，吸收苯乙烯的邻苯二甲酸二乙酯溶液进行蒸馏时，吸收液中掺入一定的水分，可显著提高蒸馏效果。

25、(4)闪蒸釜内设置多层结构，进行多级闪蒸。闪蒸釜内设置多级闪蒸室，釜下部设置气提段，将多级闪蒸与气提有机结合，提高富液蒸馏效果，节省空间，提高抽气泵的抽真空效果，节省抽气泵运行成本，设备结构紧凑安全。

26、闪蒸解析单元的闪蒸釜具有至少两级闪蒸室，并对应设置连通的贫液槽和半贫液槽，富液先通入上段的一级闪蒸室中由一级闪蒸雾化器喷出闪蒸，闪蒸后的半贫液由一级闪蒸导流管落入半贫液槽中，然后再抽出经半贫液加热器加热后送入下段二级闪蒸室的二级闪蒸雾化器喷出，进行二级闪蒸，贫液经二级闪蒸导流板落入贫液槽，二级闪蒸导流板的前端插入贫液槽的液面以下，形成液封，将二级闪蒸室与半贫液槽上方的气提区隔开。一方面，通过在一个闪蒸釜内设置两级闪蒸，强化解析效果，另一方面一级闪蒸室和二级闪蒸室之间互不相通，保证闪蒸效果。

27、在贫液槽和半贫液槽中设置曝气头，将闪蒸后分离出不凝性气体和苯乙烯组分的冷凝液经加热器加热汽化后，以水蒸汽形式通入上述曝气头中，可对贫液槽和半贫液槽进行气提，真正意义实现了冷凝液的回用。气提气的引入增强闪蒸区域内的气流流通，通过气提气的流动将集中在闪蒸区域内的苯乙烯气相带出，稀释雾化液滴周围的气相中的苯乙烯，增强苯乙烯挥发效果，提高闪蒸效率；

28、(6)设置持液柱，消除“气蚀”。考虑到所述闪蒸釜的底部的贫液引出存在“气蚀”的问题，设置持液柱进行增压抽出贫液的泵前压力。由于闪蒸釜工作压力维持在4kpa(绝对压力)以下，远低于大气压，从闪蒸釜底部直接通过泵引出进入常压状态的吸收-吸附单元时，泵前后压差大，贫液中残留的苯乙烯组分及溶解的水分会产生“气蚀”，既影响泵运行稳定性，还导致泵叶片受冲击、腐蚀。设置持液柱，从持液柱底部引出贫液进入吸收塔，增加了泵入口处液相压力，有效克服“气蚀”现象。

29、(7)设置抽气泵及闪蒸汽冷凝器和泵前油水分离器。通过抽气泵控制闪蒸室、闪蒸汽冷凝器和泵前油水分离器的负压在绝对压力4kpa以下。抽气泵上游设置闪蒸汽冷凝器，将闪蒸蒸汽冷却、冷凝，降低闪蒸蒸汽体积，提高抽气泵效率，降低抽气泵的运行成本。

30、之所以选择4kpa以下的闪蒸压力，是因为以下几个因素：首先，减少回收下来的苯乙烯组分聚合。苯乙烯温度达60℃，聚合速度加剧，在4kpa以下时，苯乙烯沸点低于55℃，该温度苯乙烯聚合可忽略；其次，4kpa的绝对压力下，富液温度只需控制在60℃左右，就可以达到较高的解析效果，对设备及其密封材料的耐温要求不高，降低设备投资；第三，4kpa的操作压力，可节省投资和运行成本。操作压力过低时，采用的抽气泵负荷加大，同时对真空系统的设备强度及密封要求更高。操作压力高于4kpa时，不利于苯乙烯的解析。

31、(8)设置泵前油水分离器。控制泵前油水分离器排往冷凝水槽的冷凝水量衡定，提高泵前油水分离器内油-水界面液位，实现多余水分从冷凝液排出。由于吸收过程中尾气带入的水气部分被吸收剂一同吸收，闪蒸解析时，水的沸点低于苯乙烯沸点，水分优先气化，随同通入的水蒸汽一同起进入闪蒸蒸汽中，经冷凝后进入冷凝液，打破了系统的水平衡，多余水分需排出。保持从泵前油水分离器排往冷凝水槽的冷凝水量衡定，提高油-水界面处在较高位置，有利于排出吸收液从尾气吸收的水分随油相一同排出，进而减少水相中苯乙烯浓度；有利于提高苯乙烯回收率。因为油-水界面的液位越高，水相排出口液位处的油相分离越彻底，从而降低循环进入闪蒸釜的水蒸汽中苯乙烯浓度。

32、(9)冷凝水槽经冷凝水-烟气汽化器连接曝气头。将冷凝水汽化后作为气提气回送闪蒸釜，实验显示：当富液含有一定的水分时，苯乙烯解吸率明显升高。由于闪蒸蒸汽中的水蒸汽分压远高于苯乙烯分压，且水的饱和蒸汽压在操作温度区间内，受温度影响较大(40℃时，7.381kpa；60℃时，19.932kpa)，旋蒸实验显示，富液中水分全部蒸出时(即水相消失时)达到最大解析率。本技术方案长期向贫液、半贫液曝气水蒸汽(约75kg/h，3000m3)，气液比高，约200-300:1，有利于进一步降低贫液中残留的苯乙烯浓度。

33、有益效果：

34、本发明可以实现人造石产线废气超净化外排，同时回收废气的voc组分，投资和运行成本低、尾气净化效果好、将吸收和吸附有效偶合、节能降耗、苯乙烯回收率高、对环境友好。采用本发明对人造石产线废气中污染物脱除率99.9％以上，回收苯乙烯尾气中98％以上的苯乙烯组分，净化尾气超净排放，吸收剂消耗低于0.1kg/t-苯乙烯，与精馏工艺相比，节省能耗50％以上，降低运行成本50％以上。