一种去除有机化工废气中苯胺类化合物的处理系统的制作方法

本发明涉及一种去除有机化工废气中苯胺类化合物的处理系统，属于环境保护中的废气处理领域。

背景技术：

苯胺类化合物是重要的有机化工原料之一，广泛的应用于有机化工原料和化工生产工业，制得的化工产品和中间体有三百多种，在燃料、医药、农药、炸药、香料、橡胶硫化促进剂等行业具有广泛的应用。但是，苯胺类化合物的毒性比较高，仅少量就能引起中毒。它主要通过皮肤、呼吸道和消化道进入人体，破坏血液造成溶血性贫血，损害肝脏引起中毒性肝炎，甚至导致各种癌症。因此，针对苯胺类化合物废气的处理与净化势在必行。

目前，苯胺类化合物污染的治理方法主要包括回收法和消除法两类。回收法是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离挥发性有机化合物，主要包括活性炭吸附、变压吸附、冷凝法和生物膜法等；消除法是通过化学或生物反应，用光、热、催化剂和微生物等将有机物转化为水和二氧化碳，主要包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法、光分解法等。

（1）活性炭吸附法：

目前，对于浓度较低的有机污染物的净化手段主要为吸附法，应用活性炭的强吸附性吸附污染物，且对有机废气质量浓度的动态变化有着较好的缓冲调节作用。常用的吸附剂有多孔炭材料、蜂窝状活性炭、球状活性炭、活性炭纤维、新型活性炭以及分子筛、沸石、多孔粘土矿石、活性氧化铝和硅胶等。在工业吸附过程中，活性炭是使用最为广泛的一种吸附剂，但它也存在不耐高温，在湿润的条件下不能保持很好的吸附能力，易燃，较快达到饱和吸附而失去效用，吸附剂需定期更换，会产生二次固体或液体污染物等缺点。

（2）催化燃烧法：

催化燃烧法是以催化燃烧代替传统的火焰燃烧，降低了燃烧温度，提高了能量利用率。另外，催化燃烧产生的热流温度适中，无需冷却空气的稀释，提高了热效。这种方法的不足之处是：气体燃烧条件非常苛刻，需高温和高水蒸气分压，因此催化剂必须具备较高的活性、高热稳定性和较高的水热稳定性，以及一定的抗中毒能力。

（3）生物膜法：

按照传统生物膜理论，生物法处理有机废气一般要经历以下步骤：废气中的有机污染物首先与水接触，并溶解于水中；溶解于液膜中的有机污染物成分在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜，进而被微生物捕获并吸收；微生物以有机物为能源或碳源进行生长代谢，从而将其分解为简单无毒的无机物(如CO2和H2O)和低毒的有机物。生物法具有设备简单、投资少、运行费用低、无二次污染等优点，但也存在着反应装置占地面积大、反应时间较长的缺点。

目前，我国普遍采用的废气苯胺类化合物处理方法，普遍存在方法局限性大、投资与运行成本高、技术条件要求高、易产生二次污染等缺点，因此，有必要摆脱现有的处理技术思路，开辟出处理有机化工废气中苯胺类化合物的新途径，进而开发一种全新形式的有机化工废气中苯胺类化合物的处理技术。

技术实现要素：

针对现有技术中的诸多不足，本发明提供了一种去除有机化工废气中苯胺类化合物的处理系统，该系统包括余热交换器、气体过热保护装置、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、布袋式除尘器、超临界水活化氧化分解反应器、烟气水洗净化塔、引风机；其中，含有苯胺类化合物的有机化工废气通过气体管路进入余热交换器，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并且得到的剩余热量可供利用，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，其作用是当余热交换器故障或经热交换后的废气温度依旧过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，通过导入空气的方法调整废气中苯胺类化合物的实际浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，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，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接超临界水活化氧化分解反应器，超临界水活化氧化分解反应器的出口通过气体管路连接烟气水洗净化塔，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗净化塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境；其中，超临界水活化氧化分解反应器由超临界水发生装置和氧化反应舱体两部分组成，超临界水发生装置最前端为一储水箱，其中储存有纯水，储水箱后端通过1部离心水泵连接至热管式换热器，热管式换热器由电加热器供给热量，热管式换热器后端通过耐压变径管道连接至超临界减压喷口，超临界减压喷口位于超临界水氧化舱体左侧，舱体内部竖直安装有8道多孔阻燃隔板，舱体右下角设有进气阀门，顶部设有排气阀门，底部设有冷凝水排口；其中，超临界水发生装置在废气进入超临界水氧化舱体前即开始工作，离心水泵将储水箱中的纯水输送至热管式换热器处，同时，电加热器开始给热管式换热器供给热量，纯水经热管式换热器的加热后，逐步升温转化为水蒸汽，并进入耐压变径管道，耐压变径管道采用管径逐渐变小的设计，当水蒸汽通过时，其压强和内能会逐渐增加，当高压水蒸汽输送至超临界减压喷口时，会迅速减压并释放其过剩内能，水蒸汽会在超临界水氧化舱体中瞬间达到超临界状态，此时通过进气阀门将含有苯胺类化合物的有机化工废气导入超临界水氧化舱体中，废气中的苯胺类化合物分子在超临界水的强氧化环境中，其分子中的共价键会被打破，最终被氧化分解为H2O和CO2等无机分子，经过氧化处理后的废气经超临界水氧化舱体顶部的排气阀门排出，并进入下一处理工序，处理过程中产生的冷凝水由超临界水氧化舱体底部的冷凝水排口排出；

其中，超临界水氧化舱体中的多孔阻燃隔板的作用是分隔超临界水团，减小其连续体积，从而达到防火防爆的目的。

进一步，超临界水氧化舱体的工作压力范围为5.50~23.0MPa，工作温度范围为120~400℃，有效容积为180m³。

进一步，超临界水活化氧化分解反应器的电加热器的工作电压为380V，加热温度范围为80~500℃，其热管式换热器内部为气体介质，热管管径为45mm，传热量为20.5W/(m³·k)。

进一步，耐压变径管道采用钢衬四氟管体，工作压力范围为0.05~25.3MPa，管道变径系数为1.78。

通过本系统处理后的废气，其苯胺类化合物的去除效率可达99.5%。

本发明的优点在于：

（1）本系统摆脱了现有的有机化工废气中苯胺类化合物的治理模式，创造性的利用了纯水在超临界状体下极强的反应活性，通过将水蒸汽逐渐增压输送再瞬间减压释放的方法使水在瞬间达到超临界状态，形成超临界水，此时将含有苯胺类化合物的废气导入超临界水的强氧化环境中，苯胺类化合物等有机物分子中的共价键会被打破，最终被氧化分解为H2O和CO2等无机分子。该方法对苯胺类化合物有较好的氧化分解效果，是一种非常有针对性的处理方法，其处理效率可达到99.5%。

（2）本系统所使用的处理物料仅为纯水，后端产物为冷凝水，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）由于超临界水的反应活性很强，当其聚团体积过大后可能会产生火焰，存在燃烧和爆炸风险。因此，本系统特别采用了多层阻燃挡板设计，可有效分隔超临界水团，减小其连续体积，从而达到防火防爆的目的。

（4）本系统技术路线先进，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-余热交换器、2-气体过热保护装置、3-热式气体质量流量计、4-混合气体流量调节阀、5-布袋式除尘器、6-超临界水活化氧化分解反应器、7-烟气水洗净化塔、8-引风机

图2是超临界水活化氧化分解反应器的示意图。

61-进气阀门、62-储水箱、63-离心水泵、64-热管式换热器、65-电加热器、66-耐压变径管道、67-超临界减压喷口、68-超临界水氧化舱体、69-多孔阻燃隔板、610-排气阀门、611-冷凝水排口。

具体实施方式

如图1所示，去除有机化工废气中苯胺类化合物的处理系统，该系统包括余热交换器1、气体过热保护装置2、热式气体质量流量计3、混合气体流量调节阀4、布袋式除尘器5、超临界水活化氧化分解反应器6、烟气水洗净化塔7、引风机8；其中，含有苯胺类化合物的有机化工废气通过气体管路进入余热交换器1，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并且得到的剩余热量可供利用，余热交换器1的出口通过气体管路连接气体过热保护装置2，其作用是当余热交换器1故障或经热交换后的废气温度依旧过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护装置2的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计3，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，热式气体质量流量计3的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀4，通过导入空气的方法调整废气中苯胺类化合物的实际浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀4的出口通过气体管路连接布袋式除尘器5，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，布袋式除尘器5的出口通过气体管路连接超临界水活化氧化分解反应器6，超临界水活化氧化分解反应器6的出口通过气体管路连接烟气水洗净化塔7，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗净化塔7的出口通过气体管路连接引风机8，引风机8的出口通过气体管路连通大气环境；其中，超临界水活化氧化分解反应器6由超临界水发生装置和氧化反应舱体两部分组成，超临界水发生装置最前端为一储水箱62，其中储存有纯水，储水箱62后端通过1部离心水泵63连接至热管式换热器64，热管式换热器64由电加热器65供给热量，热管式换热器64后端通过耐压变径管道66连接至超临界减压喷口67，超临界减压喷口67位于超临界水氧化舱体68左侧，舱体内部竖直安装有8道多孔阻燃隔板69，舱体右下角设有进气阀门61，顶部设有排气阀门610，底部设有冷凝水排口611；其中，超临界水发生装置在废气进入超临界水氧化舱体68前即开始工作，离心水泵63将储水箱62中的纯水输送至热管式换热器64处，同时，电加热器65开始给热管式换热器64供给热量，纯水经热管式换热器64的加热后，逐步升温转化为水蒸汽，并进入耐压变径管道66，耐压变径管道66采用管径逐渐变小的设计，当水蒸汽通过时，其压强和内能会逐渐增加，当高压水蒸汽输送至超临界减压喷口67时，会迅速减压并释放其过剩内能，水蒸汽会在超临界水氧化舱体68中瞬间达到超临界状态，此时通过进气阀门61将含有苯胺类化合物的有机化工废气导入超临界水氧化舱体68中，废气中的苯胺类化合物分子在超临界水的强氧化环境中，其分子中的共价键会被打破，最终被氧化分解为H2O和CO2等无机分子，经过氧化处理后的废气经超临界水氧化舱体68顶部的排气阀门610排出，并进入下一处理工序，处理过程中产生的冷凝水由超临界水氧化舱体68底部的冷凝水排口611排出；其中，超临界水氧化舱体68中的多孔阻燃隔板69的作用是分隔超临界水团，减小其连续体积，从而达到防火防爆的目的；其中，超临界水活化氧化分解反应器6，其超临界水氧化舱体68的工作压力范围为5.50~23.0MPa，工作温度范围为120~400℃，有效容积为180m³；其中，超临界水活化氧化分解反应器6，其电加热器65的工作电压为380V，加热温度范围为80~500℃，其热管式换热器64内部为气体介质，热管管径为45mm，传热量为20.5W/(m³·k)；其中，超临界水活化氧化分解反应器6，其耐压变径管道66采用钢衬四氟管体，工作压力范围为0.05~25.3MPa，管道变径系数为1.78。

通过本系统处理后的废气，其苯胺类化合物的去除效率可达99.5%。