一种净化工业废气的处理方法与流程

本发明涉及一种去除石化工业废气中芳香烃化合物的处理方法，属于环境保护中的废气处理领域。

背景技术：

大气污染是我国目前最突出的环境问题之一，挥发性有机废气是大气污染物的重要来源。随着我国石化工业的迅猛发展，其生产过程中排入大气环境中的挥发性有机废气也在不断增加，这些污染物主要包括芳香烃化合物（苯系物）、醛酮类、卤代烃、醇类等。其中，芳香烃化合物的排放量相对较大，其对生态环境和人体健康的危害又相对突出，因此，芳香烃化合物的净化处理已经越来越受到人们的重视。

由于芳香烃化合物的挥发性很强，暴露于空气中很容易扩散。人和动物通过吸入或皮肤接触摄入过量的芳香烃，会引起急性和慢性苯中毒。有研究报告表明，引起苯中毒的部分原因是由于体内的苯生成了苯酚。苯会对中枢神经系统产生麻痹作用，引起急性中毒。重者会出现头痛、恶心、呕吐、神志模糊、知觉丧失、昏迷、抽搐、甚至死亡；少量苯也能使人产生睡意、头昏、心率加快、头痛、颤抖、意识混乱、神志不清等症状。正常人吸入20000ppm的苯蒸汽5~10分钟便会有生命危险。

长期接触苯会对血液造成极大伤害，引起神经衰弱综合症。苯可以损害骨髓，使红血球、白细胞、血小板数量减少，并使染色体畸变，从而导致白血病，甚至出现再生障碍性贫血。苯可以导致大量出血，从而抑制免疫系统的功用，使疾病有机可乘。有研究报告指出，苯在人体内的潜伏期可长达12~15年。

目前，我国石化工业企业的产工艺流程及废气排放方式各不相同，其废气污染控制技术也大相径庭。总体上来说，我国较广泛采用的处理方法主要有：吸附法、热破坏法、冷凝法、吸收法等。

（1）吸附法：

用多孔性固体处理流体混合物，使其中所含的一种或几种组分富集在固体表面，而与其它组分分离的过程称为吸附。吸附法主要用于低浓度高通量芳香烃的净化。

（2）热破坏法：

热破坏法是目前应用比较广泛、研究较多的芳香烃治理方法，特别适用于含有低浓度芳香烃的废气。该方法可分为直接火焰燃烧和催化燃烧，其过程复杂并且可能包括一系列分解、聚合及自由基反应。而最重要的芳香烃热破坏法机理包括氧化、热裂解和热分解，热破坏法正是基于此机理进行的。

（3）冷凝法：

冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低系统温度或提高系统压力，使处于蒸汽状态的芳香烃冷凝并从废气中分离出来的过程。

（4）吸收法：

吸收法主要利用芳香烃能与大部分油类物质互溶的特点，用高沸点、低蒸汽压的油类作为吸收剂来吸收废气中的芳香烃，常见的吸收器是填料洗涤吸收塔。

（5）生物膜法：

所谓生物膜法就是将微生物固定附着在多孔性介质填料表面，并使污染气体在填料床层中进行生物处理，可将其中的污染物除去，并使之在空隙中降解。挥发性有机污染物被吸附在空隙表面，被空隙中的微生物所耗用，并降解成CO₂、H₂O和中性盐。

目前，我国普遍采用的芳香烃废气处理方法，普遍存在初期投资大、运行维护费用高、技术复杂等缺点，并且其处理效果也难以满足日益严格的排放要求。为此，需要寻找新的方法和途径来解决这一难题。

技术实现要素：

一种净化工业废气的处理方法，含有芳香烃化合物的石化工业废气通过气体管路进入气体过热保护器，其作用是当废气温度过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护器的出口通过气体管路连接智能孔板流量计，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，智能孔板流量计的出口通过气体管路连接前端引风机，其作用是提供废气流动所需要的动力，前端引风机的出口通过气体管路连接旋风式除尘器，在此除去废气中的颗粒污染物，防止磨损或阻塞后端处理装置，旋风式除尘器的出口通过气体管路连接气体稳压装置，其作用是稳定废气的压力和流速，防止其对后端处理装置产生冲击，气体稳压装置的出口通过气体管路连接紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器的出口通过气体管路连接气体余热回收装置，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并可回收利用剩余热量，气体余热回收装置的出口通过气体管路连接湿式气体净化器，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，湿式气体净化器的出口通过气体管路连接后端引风机，后端引风机的出口通过气体管路连通大气环境；其中，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器采用不锈钢材质，其左侧下部设有进气阀门，右侧上部设有超细滤网和排气阀门，反应器底部并排安装有5支紫外线发生器，紫外线发生器上方设有1道箔片防护网，箔片防护网上方左、右两侧分别安装有1个活塞限位器，反应器内部均匀漂浮着若干镍钯合金箔片，反应器顶部安装有1套气体压缩活塞，气体压缩活塞由伸缩式传动杆连接至位于反应器顶端的液压压缩装置。

其中，含有芳香烃化合物的石化工业废气通过位于紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器左侧下部的进气阀门进入反应器内部，位于反应器顶端的液压压缩装置首先开始工作，通过伸缩式传动杆驱动气体压缩活塞做下压运动，使废气体积被压缩，除了使其内能逐渐升高外，还可以使废气与反应器内部的镍钯合金箔片充分混合，当气体压缩活塞到达活塞限位器处时将停止压缩运动并在该位置停留一定时间，此时，位于反应器底部的5支紫外线发生器启动，向被压缩的废气发射紫外线，在紫外线持续照射激发的条件下，高内能的废气中所含的芳香烃分子中的苯环共轭化学键会在镍钯合金箔片表面发生断裂，芳香烃分子会逐步裂解生成H₂O和CO₂等无机分子，其后，气体压缩活塞开始上升并返回反应器顶部，经过分解处理后的废气通过位于反应器右侧上部的超细滤网滤除镍钯合金箔片后，通过超细滤网后端的排气阀门排出反应器，并进入下一处理工序；其中，箔片防护网的作用是阻截镍钯合金箔片的下落，防止其与紫外线发生器发生接触，从而避免紫外线发生器的损坏。

其中，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器的有效容积为375m³，工作压力范围为7.0~29.0MPa，其气体压缩活塞可将反应器中的废气压缩至125m³，气体压缩比为3:1。

其中，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器，其紫外线发生器的工作电压为65V，能够产生波长为295nm的紫外线辐射，其使用寿命一般为6500h。

其中，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器，其液压压缩装置的液压油为精致矿油，油缸内径为140mm，其工作压力范围为12.0~18.0MPa，液压油最大流量为165L/min。

通过本系统处理后的废气，其芳香烃化合物的去除效率可达99.3%。

本发明的优点在于：

（1）本方法摆脱了现有的石化工业废气中芳香烃化合物的治理模式，创造性的利用了芳香烃分子中的苯环在其体内能较高的状态下易受金属表面催化而分解的特性，对废气进行体积压缩使其内能升高，并使其在紫外线持续照射激发的条件下与镍钯合金发生表面接触，芳香烃分子中苯环的共轭化学键会在镍钯合金表面发生断裂，并逐步裂解为H₂O和CO₂等无机分子。该方法对芳香烃化合物有较好的催化分解效果，是一种非常有针对性的处理方法，其处理效率可达99.3%。

（2）本方法不使用任何化学药剂作为处理物料，一方面大大减少了购置处理物料所产生的成本，另一方面还杜绝了引入危害更大的污染物的风险。

（3）本方法使用镍钯合金箔片作为金属表面催化材料，其创造性的采用了箔片式外形设计，大大增加了接触面积，提高了催化反应效率。

（4）本方法技术路线先进，设备占地面积较小，并且处理效果良好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。

附图说明

图1是本发明的设备示意图。

图中：1-气体过热保护器、2-智能孔板流量计、3-前端引风机、4-旋风式除尘器、5-气体稳压装置、6-紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器、7-气体余热回收装置、8-湿式气体净化器、9-后端引风机

图2是紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器的示意图。

61-进气阀门、62-紫外线发生器、63-箔片防护网、64-活塞限位器、65-镍钯合金箔片、66-气体压缩活塞、67-伸缩式传动杆、68-液压压缩装置、69-超细滤网、610-排气阀门。

具体实施方式

如图1所示，一种净化工业废气的处理方法，含有芳香烃化合物的石化工业废气通过气体管路进入气体过热保护器1，其作用是当废气温度过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护器1的出口通过气体管路连接智能孔板流量计2，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，智能孔板流量计2的出口通过气体管路连接前端引风机3，其作用是提供废气流动所需要的动力，前端引风机3的出口通过气体管路连接旋风式除尘器4，在此除去废气中的颗粒污染物，防止磨损或阻塞后端处理装置，旋风式除尘器4的出口通过气体管路连接气体稳压装置5，其作用是稳定废气的压力和流速，防止其对后端处理装置产生冲击，气体稳压装置5的出口通过气体管路连接紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器6，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器6的出口通过气体管路连接气体余热回收装置7，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并可回收利用剩余热量，气体余热回收装置7的出口通过气体管路连接湿式气体净化器8，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，湿式气体净化器8的出口通过气体管路连接后端引风机9，后端引风机9的出口通过气体管路连通大气环境；其中，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器6采用不锈钢材质，其左侧下部设有进气阀门61，右侧上部设有超细滤网69和排气阀门610，反应器底部并排安装有5支紫外线发生器62，紫外线发生器62上方设有1道箔片防护网63，箔片防护网63上方左、右两侧分别安装有1个活塞限位器64，反应器内部均匀漂浮着若干镍钯合金箔片65，反应器顶部安装有1套气体压缩活塞66，气体压缩活塞66由伸缩式传动杆67连接至位于反应器顶端的液压压缩装置68；其中，含有芳香烃化合物的石化工业废气通过位于紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器6左侧下部的进气阀门61进入反应器内部，位于反应器顶端的液压压缩装置68首先开始工作，通过伸缩式传动杆67驱动气体压缩活塞做下压运动，使废气体积被压缩，除了使其内能逐渐升高外，还可以使废气与反应器内部的镍钯合金箔片65充分混合，当气体压缩活塞66到达活塞限位器64处时将停止压缩运动并在该位置停留一定时间，此时，位于反应器底部的5支紫外线发生器62启动，向被压缩的废气发射紫外线，在紫外线持续照射激发的条件下，高内能的废气中所含的芳香烃分子中的苯环共轭化学键会在镍钯合金箔片65表面发生断裂，芳香烃分子会逐步裂解生成H₂O和CO₂等无机分子，其后，气体压缩活塞66开始上升并返回反应器顶部，经过分解处理后的废气通过位于反应器右侧上部的超细滤网69滤除镍钯合金箔片65后，通过超细滤网69后端的排气阀门610排出反应器，并进入下一处理工序；其中，箔片防护网63的作用是阻截镍钯合金箔片65的下落，防止其与紫外线发生器62发生接触，从而避免紫外线发生器62的损坏；其中，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器6的有效容积为375m³，工作压力范围为7.0~29.0MPa，其气体压缩活塞66可将反应器中的废气压缩至125m³，气体压缩比为3:1；其中，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器6，其紫外线发生器62的工作电压为65V，能够产生波长为295nm的紫外线辐射，其使用寿命一般为6500h；其中，紫外线激发-镍钯合金催化高压分解反应器6，其液压压缩装置68的液压油为精致矿油，油缸内径为140mm，其工作压力范围为12.0~18.0MPa，液压油最大流量为165L/min。

通过本方法处理后的废气，其芳香烃化合物的去除效率可达99.3%。