一种废气处理系统及方法与流程

本发明涉及废气治理技术领域，特别涉及一种废气处理系统及方法。

背景技术：

原油、成品油、液体有机化工品(苯、甲苯、二甲苯、醇类、苯乙烯等)等挥发性有机物(vocs，volatileorganiccompounds)在装载、存放等过程中，会产生挥发性气体。这些气体如果直接排放在大气中，不但造成了浪费，还会对周边环境及大气造成污染，某些化工品具有生物毒性，如果挥发扩散，还会对人等生物造成危害。因此，需要对这些废气进行治理。

在现有技术中，对有机废气的治理一般是通过吸附、冷凝、吸收、膜分离等物理过程进行回收处理。这些处理手段或是处理手段的结合对废气处理后，得到的气体中仍然含有较高浓度的有机物，治理效果较差。对有机废气的治理还可以采取氧化处理，例如直燃炉焚烧、蓄热式氧化等，这类技术通过氧化将废气中的有机物氧化分解为水和二氧化碳。但现有的氧化技术都有各自的适用范围，且适用条件较为苛刻。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种废气处理系统及方法，具有更广的适用范围及更强的波动适应能力，在高效回收有机组分的同时，对有机废物进行有效处理。

根据本发明的一方面，提供一种废气处理系统，包括：吸收塔，用于吸收待吸收气体中的至少部分有机组分以形成回收液，并将剩余的所述待吸收气体作为中间气体输出；膜分离组件，与所述吸收塔相连接以接收所述中间气体，并将所述中间气体分离为渗透气体和截留气体，所述渗透气体中的有机组分浓度大于所述截留气体中的有机组分浓度；以及氧化反应器，与所述膜分离组件相连接以接收所述截留气体，所述截留气体在所述氧化反应器内发生氧化反应以生成可排放的干净气体，其中，所述待吸收气体包括所述废气和/或所述渗透气体。

优选地，所述吸收塔包括：第一输入端，用于接收所述待吸收气体；第二输入端，用于接收吸收剂；气体输出端，与所述膜分离组件相连接以输出所述中间气体；喷头，与所述第二输入端连通，所述吸收剂被所述喷头喷淋在所述吸收塔内，其中，所述喷头的位置高于所述第一输入端的位置。

优选地，所述废气处理系统还包括：第一压缩机，位于向所述吸收塔输送所述待吸收气体的输送管道上，用于对所述待吸收气体进行加压；回流管道，一端与所述吸收塔的塔顶相连接，另一端与所述第一压缩机的入口端相连接，用于将所述塔顶处的气体输送至所述第一压缩机的入口端；第一调节阀，位于所述回流管道上，用于调节所述回流管道中的气流。

优选地，所述废气处理系统还包括：吸收剂回收泵，与所述吸收塔的底部相连接，用于回收富集有所述有机组分的所述吸收剂；其中，当所述吸收塔底部的所述吸收剂的液位到达一定高度时，开启所述吸收剂回收泵进行所述吸收剂的回收。

优选地，所述膜分离组件包括：输入端，与所述吸收塔相连接，用于接收所述中间气体；分离膜，用于所述中间气体的分离，将所述中间气体分离为所述渗透气体和所述截留气体；第一输出端，与所述吸收塔相连接，用于将所述渗透气体输出至所述吸收塔中；第二输出端，与所述氧化反应器相连接，用于将所述截留气体输出至所述氧化反应器；其中，所述分离膜具有选择透过性，所述分离膜对有机物具有透过作用，对无机气体具有截留作用。

优选地，所述废气处理系统还包括：背压阀，与所述膜分离组件的输出端相连接，并设定有恒定值，用于维持所述背压阀阀前的压力值为所述恒定值。

优选地，所述废气处理系统还包括：换热器，所述换热器包括冷流体入口端和热流体入口端；所述冷流体入口端与所述膜分离组件的输出端相连接，用于接收作为冷流体的所述截留气体；所述热流体入口端用于接收热流体；其中，所述冷流体与所述热流体在所述换热器中发生换热。

优选地，所述氧化反应器与所述换热器相连接；所述氧化反应器中发生所述氧化处理，得到的高温尾气作为所述热流体输送至所述换热器；换热后的所述截留气体输送至所述氧化反应器，用于所述氧化处理；

所述废气处理系统还包括：加热器，与所述氧化反应器相连接，当所述换热后的所述截留气体的温度低于预期值时，用于对所述换热后的所述截留气体进行加热。

优选地，所述废气处理系统还包括：稀释风管路，与所述膜分离组件的输出端相连接，当所述截留气体的浓度高于设定值时，开启所述稀释风管路对所述截留气体进行稀释；风机，与所述冷流体入口端相连接，所述风机用于对输入所述换热器的所述截留气体进行加压。

优选地，所述废气处理系统固定在底座上，形成撬装设备。

根据本发明的另一方面，提供一种废气处理方法，包括以下步骤：对待吸收气体中的至少部分有机组分进行吸收以得到回收液，并将剩余的所述待吸收气体作为中间气体输出；使用膜分离技术对所述中间气体进行分离，得到渗透气体和截留气体，所述渗透气体中的有机组分浓度大于所述截留气体中的有机组分浓度；以及对所述截留气体进行氧化处理以生成可排放的干净气体，其中，所述待吸收气体包括所述废气和/或所述渗透气体。

优选地，所述对所述截留气体进行氧化处理释放的热量用于后续的所述截留气体的预热。

根据本发明实施例的废气处理方法，是一种包括膜分离法和氧化处理的组合工艺，对废气中的有机组分进行反复回收，对有机废物进行氧化处理，对有机组分的回收效果好，回收效率及回收率高，对有机废物的处理彻底；并利用了氧化反应放出的反应热，节约了能源。

根据本发明实施例的废气处理系统，包括膜分离部分和氧化处理部分，在实现废气中有机组分的回收的同时，实现对有机废物的治理，并且具有更广的适用范围，能够用于多种废气的治理。

根据本发明实施例的废气处理系统，设计有膜分离组件、回流管道等，适应气体波动能力强，不论气体的气量、浓度、组成在设计范围内如何波动，该系统能够迅速有效的实现削峰平谷，系统的稳定性强，安全性高。

根据本发明实施例的废气处理系统，氧化处理部分设计有换热器，高效利用了能源；并设计有稀释风管道等，能够控制氧化反应反应物的浓度，保证了系统的平稳运行及安全性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的废气处理方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的废气处理系统的装置示意图；

图3示出了根据本发明另一实施例的废气处理系统的装置示意图。

附图标记说明：

1压缩机、2吸收塔、3第一吸收剂泵、4第二吸收剂泵、5膜分离组件、6真空泵、7背压阀、8进气管路、9风机、10换热器、11氧化反应器、12排气筒、13加热器、14稀释风管路、15冷旁路、16紧急排空管路、17紧急排气筒

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

图1示出了根据本发明实施例的废气处理方法的流程示意图。如图1所示，废气处理方法包括以下步骤：

在步骤s101中，对待吸收气体中的有机组分进行回收，分别得到回收液和中间气体；

使用吸收剂对待吸收气体中的至少部分有机组分进行吸收，气相有机物溶解于液相吸收剂中，得到回收液，实现有机组分的回收；并将剩余的所述待吸收气体作为中间气体(包括未被吸收的有机组分和惰性气体)输出。

在步骤s102中，使用膜分离技术对中间气体进行分离，得到渗透气体和截留气体；

膜分离是以选择透过性膜为分离介质，利用有机蒸汽与空气透过膜的能力不同，在膜两侧形成的压力差的推动下，使含烃类组分的油气有选择性的透过膜；透过膜的气体为渗透气体，未透过膜的气体为截留气体。分离后，渗透气体中的有机组分浓度大于截留气体中的有机组分浓度。

在步骤s103中，对渗透气体进行富集；

对分离得到的渗透气体进行富集。

在步骤s104中，对截留气体进行氧化处理。

对截留气体进行氧化处理，截留气体中的有机物发生氧化反应，生成二氧化碳和水，生成可排放的干净气体，同时放出反应热。

需要特别说明的是，步骤s103与步骤s104发生在不同的地方，步骤s103和步骤s104间并无时间上的先后顺序。

在本发明的一个可选实施例中，步骤s101中待吸收气体至少包括由外部首次输入的废气和治理过程中回收得到的废气中的至少一种。治理过程中回收得到的废气例如为经步骤s103处理的富集后的渗透气体，富集后的渗透气体中包含有机组分。富集后的渗透气体作为待吸收气体返回步骤s101，再次进行有机组分的回收。

在本发明的一个可选实施例中，使用吸收剂对待处理废气中的有机组分进行回收。吸收剂采用喷淋的方式与待处理废气逆流接触，气相有机物溶解于液相吸收剂中，实现有机组分的吸收。吸收剂的温度小于35℃、蒸气压小于75kpa，同时不含或者极少含有c2c3组分。吸收剂可以为汽油、柴油、中间柴油、重石脑油、混苯、粗苯、混合甲苯、c9、抽余油、航煤中的至少一种。

在本发明的一个可选实施例中，膜分离的输出端连接有低压以增强膜分离性能。

在本发明的一个可选实施例中，氧化处理使用的是催化氧化，利用贵金属催化剂降低反应所需活化能。氧化处理过程中的反应温度为300-500℃。

在本发明的一个可选实施例中，氧化处理过程中产生的反应热用于为后续的截留气体升温，使后续的截留气体被升温至起燃温度以上。后续的截留气体氧化处理过程中产生的反应热用于之后截留气体的升温。当进气浓度不够高以至于氧化反应放热不能维持系统自身热量平衡时，启动电加热器以保证达到氧化反应所需温度。

在上述实施例中，采用膜分离与氧化处理相结合的方式治理挥发性有机物挥发出的废气，在实现废气中有机组分回收的同时，对未吸收有机物进行氧化处理。

图2示出了根据本发明一个实施例的废气处理系统的装置示意图。如图2所示，废气处理系统包括吸收塔2、膜分离组件5以及氧化反应器11。

吸收塔2包括第一输入端、第二输入端以及输出端。膜分离组件5包括输入端、第一输出端以及第二输出端。氧化反应器11包括输入端以及输出端。废气通过管道从吸收塔2的第一输入端输入至吸收塔2中。在吸收塔2中气相有机物溶解于液相吸收剂中，实现有机组分的回收。吸收塔2的输出端与膜分离组件5的输入端相连接，吸收塔2中未能吸收的有机组分和惰性气体经过管道到达膜分离组件5。

膜分离组件5具有选择透过性，混合气体中的有机物(例如碳氢化合物)渗透穿过，在渗透侧进行富集并通过膜分离组件5的第二输出端经吸收塔2的第二输入端进入吸收塔2中；未能通过膜分离组件5的气体(主要为空气，包括少量碳氢化合物)通过膜分离组件5的第一输出端经氧化反应器11的输入端输入至氧化反应器11中。在氧化反应器11中，气体发生氧化反应，反应后的气体经氧化反应器11的输出端排出。

图3示出了根据本发明另一实施例的废气处理系统的装置示意图。如图3所示，废气处理系统包括压缩机1、吸收塔2、第一吸收剂泵3、第二吸收剂泵4、膜分离组件5、真空泵6、背压阀7、氧化进气管路8、风机9、换热器10、氧化反应器11、排气筒12、加热器13、稀释风管路14、冷旁路15、紧急排空管路16、紧急排气筒17。

废气经由管道输送至压缩机1。压缩机1对废气进行加压，加压至所需压力后，将加压后的废气输送至吸收塔2。第一吸收剂泵3将吸收剂泵送至吸收塔2中，吸收剂对废气中的有机组分进行吸收，实现从气相到液相的相间传至过程。吸收剂经管道进入吸收塔2中，管道的末端设置有喷头，吸收剂以喷淋的形式进入吸收塔2中，实现对废气的喷淋吸收。完成吸收后高度富集有机物的吸收剂收集于吸收塔2的液相层暂存。当暂存吸收剂的液位到达一定高度时，开启第二吸收剂泵4，将富集有机物的吸收剂输送至储罐。吸收塔2中未被吸收溶解的碳氢化合物及惰性气体在高压力推动下进入膜分离组件5。

不同的气体在膜分离组件5中具有不同的渗透速率，废气中的各组分由于渗透速率的不同而实现分离。其中，碳氢化合物优先渗透过膜分离组件5在渗透侧进行富集，并通过真空泵6的抽吸作用输送至压缩机1的入口。经分离、富集的碳氢化合物重新进入吸收塔2进行吸收。未能通过膜分离组件5的截留气体主要为空气，包含少量碳氢化合物。截留气体经进气管路8进入风机9。优选地，风机9可以为稀释风机。为了保证膜分离组件5有足够的推动力，设置有背压阀7使阀前压力恒定。当压力超过背压阀7的设定值时，背压阀7的阀体打开，气体进入紧急排空管路16，并经紧急排气筒17排出。

换热器10包括第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端。换热器10的第一输入端与风机9通过管道连接，截留气体经加压后由第一输入端进入换热器10中发生热交换。换热器10的第二输入端与氧化反应器11的输出端相连接。氧化反应器11中发生氧化反应生成的高温尾气经第二输入端进入换热器10中，用于与换热器10中的截留气体发生热交换。换热器10的第一输出端与加热器13相连接，用于输出有机废气。换热器10的第二输出端与排气筒12相连接，用于排出治理完成的尾气。氧化反应器11的输入端与加热器13的输出端相连接，接收加热器13输送的有机废气。有机废气在氧化反应器11中发生氧化反应生成二氧化碳和水，并产生热量。氧化反应生成的热量用于提高新进截留气体的温度。

氧化反应器11中发生的氧化反应例如为催化氧化，氧化反应器11中放置有贵金属催化剂，基质可选用陶瓷基底或金属基底，使氧化反应的反应温度降至300-500℃。当换热器10第一输出端的输出的有机废气的温度低于催化剂起燃温度时，开启加热器13，提高输送至氧化反应器11中的有机废气的温度。加热器13例如为电加热器，优选为可控硅调节的连续可调电加热器。氧化反应器11中还设置有温度监测装置，当监测到温度高于报警值时，调大稀释风管路14的进气量，并开启冷旁路15使新进截留气体不通过换热器10换热升温，直接进入氧化反应器11中，以达到降温的目的；当监测到温度高于危险值时，开启紧急排空管路16，同时关闭进气管路8，截留气体直接通过紧急排气筒17排出。可选地，排气筒12与紧急排气筒17的高度均不小于15米。

在上述实施例中，使用膜分离组件对废气进行分离。由于膜分离组件独特的选择性透过作用(优先透过有机物、对氮气氧气等无机气体有截留作用)，当废气中有机物浓度升高时，分离膜组件会更多的渗透有机组分；当废气中有机物浓度降低时，随之有机物渗透过分离膜的量会变小。因此不论浓度如何波动，膜组件截留侧的有机物浓度会维持在一个较小范围内，达到削峰平谷的目的。根据本发明实施例的处理系统，适应废气波动能力强，进而控制了氧化反应器中的废气浓度水平，有利于整个系统的平稳运行。

在本发明的一个可选实施例中，处理系统固定在底座上，形成撬装设备。

下面结合两个具体实施例以及图3对本发明进行更加详细的描述。

实施例1：

治理对象为流量100-1000nm³/h、挥发性有机物体积浓度在0-40vol％范围内波动的原油装车废气。废气经过收集后，通过压缩机1的抽吸作用输送至处理系统中，并且废气被压缩至3.1bara后，输送至吸收塔2中。其中，压缩机1选用液环式压缩机。优选地，液环式压缩机使用的环液与用于吸收有机组分的吸收剂为同一种液体；液环式压缩机与第一吸收剂泵3相连接。进入吸收塔2中的废气与第一吸收剂泵3输送来的中间柴油吸收剂进行逆流接触吸收。作为吸收剂的中间柴油吸收了废气中的有机组分(原油)后输送至储罐。对储罐中的中间柴油和原油进行分离，并对分离后的原油进行回收。

经过吸收塔2的喷淋吸收后，塔顶平衡气进入膜分离组件5进行有机物和空气的进一步分离、富集。有机物烃类的渗透气通过膜分离组件5，并且富集在膜渗透侧。膜渗透侧富集的渗透气经由真空泵6的抽吸作用(压力为20kpaa)返回至压缩机1的入口，重新进行压缩-吸收过程，以回收富集后的有机组分。真空泵6例如是液环真空泵或油气回收专用防火花旋片真空泵。膜分离组件5的截留侧是以空气组分为主的贫有机物气流。贫有机物气流经背压阀7维持阀前压力恒定值后(3.0bara)，进入后续催化氧化单元进一步深度处理vocs。经过上述初步处理后的废气中的有机物浓度为5000mg/m³左右。

初步处理后的废气，首先经过风机9的输送，并与适量稀释空气混合后进入换热器10，并与氧化反应器11中排出的高温烟气进行换热，将废气温度由35-40℃左右升高至280-320℃，同时氧化反应器11中排出的高温烟气温度由420-450℃降低至150-170℃左右。换热器10可采用管壳式、板式等。

经换热处理后的废气进入氧化反应器11中，有机组分vocs在贵金属催化剂以及氧气存在的条件下，发生无焰的氧化反应，彻底氧化分解，生成二氧化碳和水，同时放出反应热，并得到处理后的尾气。尾气经过换热器10的换热后，经由排气筒12进行排放。当初步处理后的废气中的有机物浓度下降，或者单纯依靠换热器11换热的废气温升不足以满足催化氧化反应的起燃温度时，开启一定功率的加热器13，对废气进行加热，以保证废气达到氧化反应温度后再进入氧化反应器11。在本实施例中，经过上述的处理后，最终经排气筒12排放的尾气中，非甲烷总烃浓度保持在9-12mg/m³左右，治理效果显著。

在本发明的一个可选实施例中，吸收塔2的塔顶设置有回流管道和自动调节阀。回流管道和自动调节阀将塔顶处的废气输送至压缩机1的入口以维持压缩机1处的压力。

在上述实施例中，回流管道和自动调节阀的设置能够自适应气体流量的变化，维持压缩机1处的压力在一定范围内波动。

实施例2：

治理对象为含苯储罐的呼吸气(废气)，流量为0-500nm³/h。储罐内温度压力变化时会从呼吸阀产生大量的呼吸气，挥发出的有机物体积浓度在0-20vol％范围内波动。废气经过收集汇总后，通过压缩机1增压至3.1bara进入吸收塔2。吸收塔2例如采用填料塔设计，填料采用鲍尔环、八四内弧环等高效填料。在吸收塔2中，废气与第一吸收剂泵3输送来的吸收剂(混苯)进行逆流接触吸收；经过喷淋吸收后，平衡气进入膜分离组件5。膜分离组件5可以采用卷式膜组件、碟片式膜组件等。在压缩机1及真空泵6的抽吸作用下，膜分离组件5的两侧形成压力差，压力差推动有机物与空气的渗透分离。渗透侧为高度富集有机物烃类的渗透气，经由真空泵6的抽吸作用(压力20kpaa)返回压缩机1的入口，并再次压缩进入吸收塔2回收富集后的有机组分。截留侧是以空气组分为主的贫有机物气流(截留气体)，经背压阀7维持阀前压力恒定值(3.0bara)后，进入后续催化氧化单元进一步深度处理含苯vocs。经过上述初步处理的含苯废气浓度为2000mg/m³左右。

初步处理后的废气经由风机9输送至换热器10，当监测到废气浓度高于设定值时，开启稀释风管路14从外界获取空气，空气与废气混合后进入换热器10，并与氧化反应器11中排出的高温烟气进行换热，将废气温度由35-40℃左右升高至280-320℃，同时氧化反应器11排出的高温烟气温度温度由420℃-450℃降低至150-170℃左右，降温后的烟气经由排气筒12排放。换热后的有机废气在氧化反应器11中的贵金属催化剂以及氧气存在条件下，发生无焰的氧化反应，彻底氧化分解废气中的有机物，生成二氧化碳和水，同时放出反应热。当初步处理后的废气中有机物浓度低于设定值时，或者仅靠换热器10换热的废气升温不足以满足催化氧化反应的起燃温度时，开启一定功率的加热器13，对废气进行加热，以保证废气达到氧化反应所需温度后再进入氧化反应器11。经过初步处理以及氧化处理后，经由排气筒12排放的尾气中，苯排放浓度保持在0.5-1mg/m³左右，治理效果显著。

在上述实施例中，处理系统包括有换热器。换热器用于实现截留气体与氧化反应后得到的高温尾气进行热交换，使截留气体达到起燃温度，提高了能源的利用率。

在本发明的一个可选实施例中，压缩机1采用液环式压缩机，保证了气体压缩过程中的安全(废气为爆炸性气体)；真空泵6采用油气回收专用防火花旋片真空泵；加热器13选用电加热器。本发明实施例提供的处理系统中，不会有明火，安全性高。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。