一種處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)及其工藝的制作方法
【專利說(shuō)明】一種處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)及其工
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技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種離子樹脂生產(chǎn)工藝中，利用LNG冷能高效處理有機(jī)廢氣的工藝和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著有機(jī)合成技術(shù)的迅速發(fā)展，離子交換技術(shù)迅速發(fā)展，在許多行業(yè)特別是高新科技產(chǎn)業(yè)和科研領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。離子交換劑由最初的天然物質(zhì)如泡沸石和經(jīng)過(guò)磺化的煤(磺化煤)，發(fā)展到許多種性能更為優(yōu)良的材料，目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的離子交換樹脂品種達(dá)數(shù)百種，年產(chǎn)量數(shù)十萬(wàn)噸。在離子交換樹脂生產(chǎn)過(guò)程中，大部分原料都屬于揮發(fā)性有機(jī)物，氣體種類多，如苯乙烯、二氯乙烷、二乙烯苯等，如果將這些有機(jī)溶劑直接排放到大氣中將會(huì)對(duì)現(xiàn)有生物和公共環(huán)境造成危害。
[0003]而且，因?yàn)檫@些有機(jī)廢氣普遍存在易燃易爆、有毒有害、不溶于水、溶于有機(jī)溶劑等特點(diǎn)，使得有機(jī)廢氣的處理難度較大。目前有機(jī)廢氣的主要處理方法有:吸附、燃燒、催化燃燒、生物氧化等，但燃燒和催化燃燒法不適用于大風(fēng)量、低濃度、不穩(wěn)定的有機(jī)廢氣；吸附工藝的活性炭吸附劑再生及溶劑回收等后處理工藝復(fù)雜；生物氧化工藝存在微生物培養(yǎng)困難、適應(yīng)性面窄，運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。因此，以上現(xiàn)有技術(shù)在治理復(fù)雜工業(yè)有機(jī)廢氣(尤其在大風(fēng)量、低濃度工業(yè)有機(jī)廢氣處理)時(shí)在技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上存在一定的局限性。
[0004]LNG是天然氣經(jīng)脫酸、脫水處理，低溫工藝?yán)鋬鲆夯傻牡蜏匾后w混合物(_162°C)，可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間，而且具有熱值大、性能高等特點(diǎn)。LNG在進(jìn)入天然氣管網(wǎng)前，需要從液化狀態(tài)氣化至常溫，目前LNG氣化所需的熱量，以往是通過(guò)與海水換熱或者通過(guò)燃燒天然氣補(bǔ)充加熱的方式提供。如此巨量的冷能不僅沒有被科學(xué)的利用，而且破壞了海洋生態(tài)環(huán)境甚至消耗了天然氣資源。因此，我國(guó)的LNG冷能利用還只是處于起步階段，LNG冷能利用技術(shù)尚不成熟，要求尋找更合理的冷能梯級(jí)利用方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了合理的利用LNG氣化時(shí)放出的冷能及進(jìn)一步降低處理離子交換樹脂生產(chǎn)工藝中有機(jī)廢氣處理的能耗，提高廢氣凈化率，減少環(huán)境污染，本發(fā)明提出了一種處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)及其工藝，通過(guò)換熱方式將LNG氣化時(shí)放出的高品位冷能經(jīng)冷凍提純分離離子交換樹脂產(chǎn)生的大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣，并通過(guò)燃燒法處理有機(jī)廢氣。取代目前傳統(tǒng)處理有機(jī)廢氣方法適用面窄、凈化率低、能耗高的問題，同時(shí)也有助于解決目前LNG冷能的梯級(jí)綜合利用問題。
[0006]本發(fā)明申請(qǐng)采用了以下的技術(shù)方案:
一種處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)，包括換熱單元、分離單元、廢氣燃燒裝置；
換熱單元與LNG儲(chǔ)罐通過(guò)輸送管道相連，離子交換樹脂生產(chǎn)工藝廢氣輸送管道與LNG輸送管道反向地經(jīng)過(guò)換熱單元后連接至分離單元，在分離單元的輸出端并排設(shè)置空氣輸送管道和回收管道，其中空氣輸送管道經(jīng)過(guò)換熱單元后連接至戶外大氣，回收管道經(jīng)過(guò)換熱單元后連接至廢氣燃燒裝置。在換熱單元和分離單元之間的廢氣輸送管道上設(shè)置輔助制冷設(shè)備。
[0007]一種處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的工藝，步驟如下:
(1)在換熱單元，LNG低溫液體與逆向輸入的高溫離子交換樹脂生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的工藝廢氣發(fā)生換熱反應(yīng)，LNG低溫液體升溫至室溫氣化，然后由天然氣輸送管道輸送至界區(qū)外的天然氣使用處；工藝廢氣經(jīng)換熱單元換熱后降溫至-20°C?0°C ；
離子交換樹脂生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣溫度為50?100°C，壓力為3?1bar ;各組份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是:苯乙烯<1500mg/m3, 二乙烯苯<150mg/m3，二氯乙燒<1000mg/m3；
(2)降溫后的工藝廢氣通過(guò)廢氣輸送管道輸送至輔助制冷設(shè)備進(jìn)一步降溫至-28°C?-30°C后輸送至分離單元；
(3)在分離單元通過(guò)冷凍分離設(shè)備將工藝廢氣降溫至-50?_55°C，該溫度范圍介于苯乙烯和二氯乙烷的凝固點(diǎn)之下、二乙烯苯凝固點(diǎn)之上，是綜合考慮飽和蒸汽壓的影響，使苯乙烯、二氯乙烷呈固態(tài)，二乙烯苯呈液態(tài)，而空氣呈氣態(tài)；
其中，氣態(tài)空氣經(jīng)空氣輸送管道輸入換熱單元余冷回收后直接排空；收集固態(tài)苯乙烯、固態(tài)二氯乙烷、液態(tài)二乙烯苯，經(jīng)過(guò)回收管道輸送至換熱單元與輸入的有機(jī)廢氣換熱，為工藝廢氣提供冷能，實(shí)現(xiàn)冷能回用，然后收集輸送至廢氣燃燒裝置，在高溫下有機(jī)物質(zhì)與燃料起充分混合，實(shí)現(xiàn)完全燃燒(因?yàn)楸揭蚁?、二乙烯苯、二氯乙烷均為微量，而且苯乙烯、二氯乙烷均呈固態(tài)，分離成本較大，燃燒處理更為經(jīng)濟(jì))，有機(jī)廢氣凈化率> 95%。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
(I)現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)冷凍法分離物質(zhì)，一般需將溫度降低至各物質(zhì)的凝固點(diǎn)之下。本發(fā)明經(jīng)過(guò)優(yōu)選，兼顧了有機(jī)廢氣的凝固點(diǎn)和飽和蒸汽壓，分離溫度為-50?-55°c，介于苯乙烯、二氯乙烷和二乙烯苯的凝固點(diǎn)之間，不僅能夠提高廢氣回收率，同時(shí)夠降低廢氣處理過(guò)程中的能耗，凈化率可以達(dá)到95%以上。
[0009](2)在冷凍分離凈化單元以LNG的冷能利用為主，壓縮機(jī)、膨脹機(jī)輔助制冷，與其它處理方法相比，大幅降低能耗，更加精確控制冷凍分離單元的溫度。同時(shí)可以綜合利用LNG的冷能，提高冷能的附加值，緩解LNG氣化時(shí)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。
[0010](3)利用苯乙烯、二乙烯苯、二氯乙烷與空氣凝固點(diǎn)不同的特點(diǎn)，分離不同相態(tài)的有機(jī)廢氣，取代目前傳統(tǒng)處理有機(jī)廢氣方法適用面窄、凈化率低、能耗高的問題。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
[0012]主要附圖標(biāo)記的說(shuō)明:1、LNG儲(chǔ)罐；2、換熱單元；3、輔助制冷設(shè)備；4、分離單元；5、廢氣燃燒裝置；101、LNG輸送管道；102、天然氣輸送管道；103、104、105、廢氣輸送管道；106、空氣輸送管道；107、回收管道；108、排空管道；109、廢氣物進(jìn)料管道。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)闡述: 實(shí)施例1
圖1是本發(fā)明的工藝流程圖，參照?qǐng)D1所示，一種處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)，包括換熱單元2、輔助制冷設(shè)備3、分離單元4、廢氣燃燒裝置5。換熱單元2與LNG儲(chǔ)罐I通過(guò)LNG輸送管道101相連，_162°C的LNG低溫液體通過(guò)換熱單元2換熱升溫至室溫氣化，氣化后的天然氣由天然氣輸送管道102輸送至界區(qū)外的天然氣使用處。
[0014]離子交換樹脂生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的工藝廢氣溫度為80°C，壓力為1bar (苯乙烯為800mg/m3, 二乙烯苯為100mg/m3，二氯乙燒為700mg/m3),以4000m3/h的流速經(jīng)廢氣輸送管道103進(jìn)入換熱單元2與LNG低溫液體換熱降溫至0°C。降溫后的工藝廢氣通過(guò)廢氣輸送管道104輸送至輔助制冷設(shè)備3，在輔助制冷設(shè)備3中工藝廢氣進(jìn)一步降溫至-30°C后，廢氣輸送管道105輸送至分離單兀4。
[0015]在分離單元4通過(guò)冷凍分離設(shè)備在_50°C條件下分離工藝廢氣中苯乙烯、二乙烯苯、二氯乙烷和空氣，其中固體物料為苯乙烯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.1%)、二氯乙烷(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.6%)，液態(tài)物料二乙烯苯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.2%)，氣態(tài)為空氣。其中，固態(tài)和液態(tài)物料通過(guò)回收管道107輸送至換熱單元2進(jìn)行余冷回收。余冷回收后的副產(chǎn)物經(jīng)廢氣物進(jìn)料管道109送至廢氣燃燒裝置5處理，在高溫下有機(jī)物質(zhì)與燃料起充分混合，實(shí)現(xiàn)完全燃燒。而空氣經(jīng)收集后以4000mVh的流速由空氣輸送管道106送至換熱單元與溫度為80°C，壓力為1bar工藝廢氣換熱，為工藝廢氣提供冷能，實(shí)現(xiàn)冷能回用，同時(shí)使空氣經(jīng)排空管道108排空，有機(jī)廢氣凈化率為96%。
[0016]比較例1:
有機(jī)廢氣處理工藝參照實(shí)施例1中的工藝。其中在分離單元4通過(guò)冷凍分離設(shè)備在-25 °C條件下處理工藝廢氣，凈化率20%。
[0017]比較例2:
有機(jī)廢氣處理工藝參照實(shí)施例1中的工藝。其中在分離單元4通過(guò)冷凍分離設(shè)備在_70°C條件下處理工藝廢氣，凈化率60%。
[0018]比較例3:
有機(jī)廢氣處理工藝參照實(shí)施例1中的工藝。其中在分離單元4通過(guò)冷凍分離設(shè)備在_90°C條件下處理工藝廢氣，凈化率85%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)，其特征在于包括換熱單元、分離單元、廢氣燃燒裝置； 換熱單元與LNG儲(chǔ)罐通過(guò)輸送管道相連，離子交換樹脂生產(chǎn)工藝廢氣輸送管道與LNG輸送管道反向地經(jīng)過(guò)換熱單元后連接至分離單元，在分離單元的輸出端并排設(shè)置空氣輸送管道和回收管道，其中空氣輸送管道經(jīng)過(guò)換熱單元后連接至戶外大氣，回收管道經(jīng)過(guò)換熱單元后連接至廢氣燃燒裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)，其特征在于在換熱單元和分離單元之間的廢氣輸送管道上設(shè)置輔助制冷設(shè)備。
3.基于權(quán)利要求1所述的處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)的工藝，其特征在于步驟如下: (1)在換熱單元，LNG低溫液體與逆向輸入的離子交換樹脂生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的高溫工藝廢氣發(fā)生換熱反應(yīng)，LNG低溫液體升溫至室溫氣化，然后由天然氣輸送管道輸送至界區(qū)外的天然氣使用處；工藝廢氣經(jīng)換熱單元換熱后降溫至-20°C?0°C，然后輸送至分離單元； (2)在分離單元通過(guò)冷凍分離設(shè)備將工藝廢氣降溫至-50?-55°C，在分離單元苯乙烯、二氯乙烷呈固態(tài)，二乙烯苯呈液態(tài)，而空氣呈氣態(tài)；其中，氣態(tài)空氣經(jīng)空氣輸送管道排空；固態(tài)苯乙烯、固態(tài)二氯乙烷、液態(tài)二乙烯苯，經(jīng)收集后輸送至廢氣燃燒裝置，實(shí)現(xiàn)完全燃Jyti ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的工藝，其特征在于離子交換樹脂生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣溫度為50?100°C，壓力為3?1bar ;各組份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是:苯乙烯<1500mg/m3, 二乙烯苯<150mg/m3，二氯乙燒〈1000mg/m3。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的工藝，其特征在于工藝廢氣在輸送至分離單元之前，輸送至輔助制冷設(shè)備進(jìn)一步降溫至_28°C?_30°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的工藝，其特征在于氣態(tài)空氣在排空之前，經(jīng)管道輸送至換熱單元進(jìn)行余冷回收。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的工藝，其特征在于在固態(tài)苯乙烯、固態(tài)二氯乙烷、液態(tài)二乙烯苯在輸送至廢氣燃燒裝置之前，經(jīng)管道輸送至換熱單元進(jìn)行余冷回收。
【專利摘要】本發(fā)明涉及處理離子樹脂生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的系統(tǒng)及其工藝，LNG低溫液體與高溫工藝廢氣在換熱單元發(fā)生換熱反應(yīng)后升溫氣化輸送至界外使用，工藝廢氣降溫至-20℃～0℃，然后工藝廢氣在分離單元降溫至-50～-55℃，使苯乙烯、二氯乙烷呈固態(tài)，二乙烯苯呈液態(tài)，而空氣呈氣態(tài)，便于分離各相。本發(fā)明提高離子樹脂生產(chǎn)工藝中有機(jī)廢氣的凈化率，并有助于解決目前LNG冷能的綜合利用問題，減少了環(huán)境污染。
【IPC分類】F23G7-06, F25J3-08
【公開號(hào)】CN104634065
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510013921
【發(fā)明人】錢平, 王章忠, 穆立文, 杭祖圣, 張玉格, 程曉輝
【申請(qǐng)人】江蘇蘇青水處理工程集團(tuán)有限公司, 南京工程學(xué)院
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日