一种高效有机废气回收处理方法与成套装置与流程

本发明涉及一种有机废气回收处理方法与成套装置，其主要应用于石化企业领域的有机废气回收处理。具体地说是一种将膜法有机废气回收技术、压缩冷凝、吸附工艺以及低温催化氧化处理技术进行相应优化、改进、耦合后，形成的针对石化企业有机废气的回收、处理方法与成套装置。

背景技术：

随着国家经济水平的提高和生产理念的转变，对炼油化工等石化企业的环保指标不断提升。环保已被列为十三五计划的重点发展方向。通常石化企业排放大量的有机废气，其中含有大量的易挥发有机物(vocs)，造成较大的环境污染的同时也造成资源的浪费，环保部和各地方环保局相继出台了针对vocs的排污费征收办法，使得石化企业的环保压力提高。这就要求高效回收利用这部分有机废气，从而获得很好的环境效益和经济效益。因此，针对石化行业需求，开发适用性强、处理能力大、安全性高的有机废气回收处理新工艺具有积极意义。

有机废气回收处理技术主要有回收和破坏两类。回收类方法包括吸收法、吸附法、冷凝法和膜法。破坏类方法则有燃烧、低温催化氧化等。各类方法都有自身优势和最佳适用范围。

吸附法(专利号cn201210334393.0)可以回收污染物，吸附剂多采用活性炭，优点是造价低、排气指标优异，可实现深度处理。缺点是活性碳吸附量有限，高浓度废气会导致活性炭迅速饱和，造成处理效果下降、更换活性炭操作过程复杂，且设备体积大。另外，吸附过程是放热过程，吸附高浓度有机废气时，存在安全隐患。

吸收法是以挥发性较小的油品对有机废气进行吸收，吸收法成本较低，适宜对高浓度有机废气进行预处理，但受条件限制较大，装置区如没有低挥发性吸收剂，则无法采用吸收工艺。

冷凝法是通过将有机废气降温达到有机物凝固点以下，使有机物冷凝并与气态分离的技术，当有机废气中含有凝固点较低的低分子量有机物时(如丙烷、乙烯等轻烃)，则无法实现去除，并且低温冷凝的能耗较高。

膜分离法(专利号200820178507.6)处理有机废气虽然具有运行成本低、组件可模块化、操作过程温和、安全性好等优点。然而，单独采用膜技术也存在渗余气无法深度处理，轻烃累积的问题。

低温催化氧化技术(专利号cn103721510a)为核心的工艺，具有能耗低，可去除轻烃的优势。但其难以实现对有机物的回收。

综上，现在尚不存在完善的针对石化企业有机废气回收处理方法与成套装置，可对复杂有机废气进行回收处理。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高效有机废气回收处理方法与成套装置。可以在回收有机废气中的有价值污染物的同时，满足有机废气排放指标以及石化企业安全生产要求。克服现有有机废气回收处理装置建设成本高，安全性差，尾气不达标等问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种高效有机废气回收处理成套装置，包括有机废气收集装置1、储气罐2、缓冲罐3、一级膜单元、活性炭吸附单元、真空泵8、气液分离罐9、压缩冷凝单元、二级膜单元、低温催化氧化反应器10和列管换热器11；

有机废气收集装置1的出口与储气罐2的入口一相连，储气罐2的出口与缓冲罐3的入口相连，缓冲罐3的出口与一级膜单元的入口 相连，

一级膜单元的渗余侧与活性炭吸附单元的入口相连，一级膜单元的渗透侧与真空泵8的入口相连，

活性炭吸附单元设有吸附排放口7，用于排放达标气；活性炭吸附单元的回流气出口与储气罐2的入口二相连，活性炭吸附单元的解吸气出口与真空泵8的入口相连，

真空泵8的出口与气液分离罐9的入口相连，气液分离罐9的可凝气出口与压缩冷凝单元的入口相连，压缩冷凝单元的出口与二级膜单元的入口相连，

二级膜单元的渗余侧与缓冲罐3的入口相连，二级膜单元的渗透侧与真空泵8的入口相连，

气液分离罐9的不可凝气出口与列管换热器11的管程入口相连，列管换热器11的管程出口与低温催化氧化反应器10的入口相连，低温催化氧化反应器10的出口与列管换热器11的壳程入口相连，列管换热器11的壳程出口与大气连通。

在上述方案的基础上，所述有机废气收集装置1的入口设有氮封气体管路和压力表21。

在上述方案的基础上，所述缓冲罐3的出口与一级膜单元的入口之间设有压缩机4a、流量计16和阀门。

在上述方案的基础上，所述一级膜单元由若干一级膜组件5a以串联或并联形式组合而成；

所述二级膜单元由若干二级膜组件5b以串联或并联形式组合而成；

所述一级膜单元和二级膜单元的膜组件形式是卷式、碟片式或中空纤维形式。

在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元由两个活性炭吸附罐6通过四通阀15并联组合而成；一个活性炭吸附罐6吸附时，另一个活性炭吸附罐6进行真空解吸和再生过程。

在上述案的基础上，所述活性炭吸附单元的达标气出口与吸附排放口7之间设有电控开度阀22；所述活性炭吸附单元的回流气出口与储气罐2之间设有电控开度阀22。

在上述方案的基础上，所述真空泵8与气液分离罐9之间设有压缩机4b。

在上述方案的基础上，所述压缩冷凝单元包括冷凝换热器12、制冷压缩机13、空气换热器14、氟利昂储罐23和两个阀门。

在上述方案的基础上，所述气液分离罐9与压缩冷凝单元中的冷凝换热器12之间设有电磁阀18。

在上述方案的基础上，所述二级膜单元的渗余侧与缓冲罐3的入口之间设有阀门。

在上述方案的基础上，所述气液分离罐9与列管换热器11之间设有电控开度阀。

在上述方案的基础上，所述列管换热器11的管程出口与低温催化氧化反应器10的入口之间设有鼓风机20。

在上述方案的基础上，所述低温催化氧化反应器10的入口与大气之间设有鼓风机和阀门。

在上述方案的基础上，所述列管换热器11的壳程出口设有低温催化氧化排放口17。

在上述方案的基础上，所述低温催化氧化反应器10的管程上设有带压蒸汽入口和蒸汽出口，带压蒸汽入口上设有电控开度阀22。

在上述方案的基础上，所述气液分离罐9的油相出口设有回收油品储罐19。

在上述方案的基础上，所述一级膜单元和二级膜单元所采用的膜可以为有机硅膜、嵌段共聚物膜或无机膜。

在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元中所使用的吸附剂为活性炭或分子筛，解吸方法为真空解吸。

在上述方案的基础上，所述低温催化氧化反应器10和列管换热器11组成的低温催化氧化单元可以通过吸收塔和吸收器等各类常规 吸附装置替代实现，所使用的吸收剂为柴油等挥发性较小、沸点较高的有机物。

在上述方案的基础上，所述成套装置可以为固定设计，也可以为撬装式设计，并通过汽车进行运输。

一种高效有机废气回收处理方法，包括以下步骤：

1)待处理有机废气首先由有机废气收集装置1经储气罐2、缓冲罐3进入一级膜单元进行膜分离；

2)一级膜单元的渗余侧气体进入活性炭吸附单元，经过吸附后的气体达标后通过吸附排放口7排放，如未达标则按照一定比例通过回流线返回储气罐2的入口二继续处理，形成处理循环，直至达标排放；

3)一级膜单元的渗透侧浓气与活性炭吸附单元的解吸气通过真空泵8进入压缩机4b增压，然后进入气液分离罐9；分离后的有机物由回收油品储罐19保存并定期回收；分离后的可凝气进入压缩冷凝单元进行压缩冷凝，然后进入到二级膜单元进行二级膜分离；

4)二级膜单元的渗余侧气体进入缓冲罐3，再由缓冲罐3进入一级膜单元和活性炭吸附单元进行循环处理；

5)二级膜单元的渗透侧浓气与一级膜单元的渗透侧浓气并流通过真空泵8经压缩机4b增压后，进入气液分离罐9；

6)气液分离罐9中的不可凝气通过电控开度阀调节流量后，进入列管换热器11中加热，与鼓风机20通入的空气混合后，进入低温催化氧化反应器10；在催化剂的作用下，发生低温催化氧化反应，随后在列管换热器11中降温，最终通过低温催化氧化排放口17排放。

在上述方案的基础上，所述一级膜单元和二级膜单元的渗余侧压力范围为0.1mpa～1mpa，温度低于50℃；渗透侧压力为绝压0mpa～0.02mpa。

在上述方案的基础上，所述压缩冷凝单元的压力范围为 0.2mpa～1mpa，制冷温度范围为-10℃～10℃。

在上述方案的基础上，所述低温催化氧化反应器10通过中低压蒸汽进行预热或通过电加热导热油预热；达到催化氧化起始温度后停止加热，催化过程启动，催化氧化后的气体通过氧化过程产生的热量维持反应温度。

本发明提供了一种通过高效膜分离、吸附技术、冷凝回收技术和经过改进设计的低温催化氧化技术相结合而成的组合工艺和成套装置，对有机废气进行高效回收处理。

本发明所述装置使用时，既可以回收有机废气中价值较高的有机物，又可以满足有机废气排放指标，装置的防爆等级提高。该工艺和成套装置运行条件温和，核心技术膜分离和低温催化氧化都具有高效、安全、耐用、低能耗的特点，油品回收率高，尾气指标优越。

本工艺流程创新性的应用二级膜过程，将一级膜的浓缩气体进一步分离，降低返回到缓冲罐的气体浓度，发挥膜过程高效、连续、回收率高、安全性强、适用于高浓度有机废气的优点，回收废气中的可回收组分，有利于提高尾气的达标率。同时，提高压缩冷凝单元内的有机物浓度、降低压缩冷凝气体总量，有利于增加有机物回收效率。低温催化氧化反应器则可以定期去除难以冷凝的轻烃类物质，发挥其深度处理的优势，克服了轻烃类物质在系统中累积的弊端。既能够通过膜技术高效回收有价值有机物，又能够在满足石化企业对安全生产的严苛要求的同时，利用低温催化技术对有机废气进行深度处理，使有机废气满足最严格的国家排放指标。该工艺设计适用性、安全性和经济性强，具有较好的应用前景。

本发明的结构简单、可实现撬装式设计，安装维护方便，自控水平高。对不同种类的有机废气都具有较强的适用性。能够实现石化企业有机废气回收和高效处理，解决有机废气治理的难题，具有一定的工业应用前景。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明的结构图。

图2膜过程及成套装置的去除率曲线图。

图中，1-有机废气收集装置，2-储气罐，3-缓冲罐，4a-压缩机，4b-压缩机，5a-一级膜组件，5b-二级膜组件，6-活性炭吸附罐，7-吸附排放口，8-真空泵，9-气液分离罐，10-低温催化氧化反应器，11-列管换热器，12-冷凝换热器，13-制冷压缩机，14-空气换热器，15-四通阀，16-流量计，17-低温催化氧化排放口，18-电磁阀，19-回收油品储罐，20-鼓风机，21-压力表，22-电控开度阀，23-氟利昂储罐；

注：实线为催化燃烧前气体流道，虚线为催化燃烧后气体流道

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明针对石化企业在储运、装卸以及生产过程所产生的有机废气，采用以二级膜为核心技术，结合吸附工艺和低温催化氧化技术，开发有机废气回收处理方法与成套装置。

一种高效有机废气回收处理成套装置，包括有机废气收集装置1、储气罐2、缓冲罐3、一级膜单元、活性炭吸附单元、真空泵8、气液分离罐9、压缩冷凝单元、二级膜单元、低温催化氧化反应器10和列管换热器11；

有机废气收集装置1的出口与储气罐2的入口一相连，储气罐2的出口与缓冲罐3的入口相连，缓冲罐3的出口与一级膜单元的入口相连，

一级膜单元的渗余侧与活性炭吸附单元的入口相连，一级膜单元的渗透侧与真空泵8的入口相连，

活性炭吸附单元设有吸附排放口7，用于排放达标气；活性炭吸附单元的回流气出口与储气罐2的入口二相连，活性炭吸附单元的解 吸气出口与真空泵8的入口相连，

真空泵8的出口与气液分离罐9的入口相连，气液分离罐9的可凝气出口与压缩冷凝单元的入口相连，压缩冷凝单元的出口与二级膜单元的入口相连，

二级膜单元的渗余侧与缓冲罐3的入口相连，二级膜单元的渗透侧与真空泵8的入口相连，

气液分离罐9的不可凝气出口与列管换热器11的管程入口相连，列管换热器11的管程出口与低温催化氧化反应器10的入口相连，低温催化氧化反应器10的出口与列管换热器11的壳程入口相连，列管换热器11的壳程出口与大气连通。

在上述方案的基础上，所述有机废气收集装置1的入口设有氮封气体管路和压力表21。

在上述方案的基础上，所述缓冲罐3的出口与一级膜单元的入口之间设有压缩机4a、流量计16和阀门。

在上述方案的基础上，所述一级膜单元由若干一级膜组件5a以串联或并联形式组合而成；

所述二级膜单元由若干二级膜组件5b以串联或并联形式组合而成；

所述一级膜单元和二级膜单元的膜组件形式是卷式、碟片式或中空纤维形式。

在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元由两个活性炭吸附罐6通过四通阀15并联组合而成；一个活性炭吸附罐6吸附时，另一个活性炭吸附罐6进行真空解吸和再生过程。

在上述案的基础上，所述活性炭吸附单元的达标气出口与吸附排放口7之间设有电控开度阀22；所述活性炭吸附单元的回流气出口与储气罐2之间设有电控开度阀22。

在上述方案的基础上，所述真空泵8与气液分离罐9之间设有压缩机4b。

在上述方案的基础上，所述压缩冷凝单元包括冷凝换热器12、制冷压缩机13、空气换热器14、氟利昂储罐23和两个阀门。

在上述方案的基础上，所述气液分离罐9与压缩冷凝单元中的冷凝换热器12之间设有电磁阀18。

在上述方案的基础上，所述二级膜单元的渗余侧与缓冲罐3的入口之间设有阀门。

在上述方案的基础上，所述气液分离罐9与列管换热器11之间设有电控开度阀。

在上述方案的基础上，所述列管换热器11的管程出口与低温催化氧化反应器10的入口之间设有鼓风机20。

在上述方案的基础上，所述低温催化氧化反应器10的入口与大气之间设有鼓风机和阀门。

在上述方案的基础上，所述列管换热器11的壳程出口设有低温催化氧化排放口17。

在上述方案的基础上，所述低温催化氧化反应器10的管程上设有带压蒸汽入口和蒸汽出口，带压蒸汽入口上设有电控开度阀22。

在上述方案的基础上，所述气液分离罐9的油相出口设有回收油品储罐19。

在上述方案的基础上，所述一级膜单元和二级膜单元所采用的膜可以为有机硅膜、嵌段共聚物膜或无机膜。

在上述方案的基础上，所述活性炭吸附单元中所使用的吸附剂为活性炭或分子筛，解吸方法为真空解吸。

在上述方案的基础上，所述低温催化氧化反应器10和列管换热器11组成的低温催化氧化单元可以通过吸收塔和吸收器等各类常规吸附装置替代实现，所使用的吸收剂为柴油等挥发性较小、沸点较高的有机物。

在上述方案的基础上，所述成套装置可以为固定设计，也可以为撬装式设计，并通过汽车进行运输。

一种高效有机废气回收处理方法，包括以下步骤：

1)待处理有机废气首先由有机废气收集装置1经储气罐2、缓冲罐3进入一级膜单元进行膜分离；

2)一级膜单元的渗余侧气体进入活性炭吸附单元，经过吸附后的气体达标后通过吸附排放口7排放，如未达标则按照一定比例通过回流线返回储气罐2的入口二继续处理，形成处理循环，直至达标排放；

3)一级膜单元的渗透侧浓气与活性炭吸附单元的解吸气通过真空泵8进入压缩机4b增压，然后进入气液分离罐9；分离后的有机物由回收油品储罐19保存并定期回收；分离后的可凝气进入压缩冷凝单元进行压缩冷凝，然后进入到二级膜单元进行二级膜分离；

4)二级膜单元的渗余侧气体进入缓冲罐3，再由缓冲罐3进入一级膜单元和活性炭吸附单元进行循环处理；

5)二级膜单元的渗透侧浓气与一级膜单元的渗透侧浓气并流通过真空泵8经压缩机4b增压后，进入气液分离罐9；

6)气液分离罐9中的不可凝气通过电控开度阀调节流量后，进入列管换热器11中加热，与鼓风机20通入的空气混合后，进入低温催化氧化反应器10；在催化剂的作用下，发生低温催化氧化反应，随后在列管换热器11中降温，最终通过低温催化氧化排放口17排放。

在上述方案的基础上，所述一级膜单元和二级膜单元的渗余侧压力范围为0.1mpa～1mpa，温度低于50℃；渗透侧压力为绝压0mpa～0.02mpa。

在上述方案的基础上，所述压缩冷凝单元的压力范围为0.2mpa～1mpa，制冷温度范围为-10℃～10℃。

在上述方案的基础上，所述低温催化氧化反应器10通过中低压蒸汽进行预热或通过电加热导热油预热；达到催化氧化起始温度后停止加热，催化过程启动，催化氧化后的气体通过氧化过程产生的热量维持反应温度。

实施例1

储油罐区拱顶催化汽油罐外排有机废气回收处理工艺应用结果，其有机废气组成(体积分数记)主体为氮气，易挥发有机物(vocs)浓度约在150000至300000mg/m³之间。装置设计处理量为40m³/h，额定进气最高浓度200000mg/m³，一级膜渗余侧压力0.2mpa，二级膜渗余侧压力0.38mpa，装置中压缩冷凝过程压力0.4mpa、温度2℃，透过侧真空度不低于-0.09mpa，低温催化过程起始温度260℃至340℃。装置运行过程进气流量，进气非甲烷总烃浓度、吸附排放口7和低温催化氧化排放口17的排气浓度及装置对有机物的回收率，见表1所示：

表1膜组件和装置对vocs的处理效果

实施例2

该方法和装置在炼油厂针对中间罐区内浮顶污油罐呼吸阀外排有机废气回收处理应用的效果。其有机废气组成(体积分数记)主体为氮气约占体积分数的80％至88％，易挥发有机物(vocs)占体积分数的12％至20％之间。vocs中烃类物质中主要是轻烃包括甲烷、 乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、异丁烷、正丁烷、正丁烯、异丁烯、反丁烯、碳5。另外废气中还含有少量硫化氢和氧气。装置设计处理量为40m³/h，额定进气最高浓度300000mg/m³或体积分数20％(v/v)，一级膜渗余侧压力0.2mpa，二级膜渗余侧压力0.38mpa，压缩冷凝过程压力0.4mpa、温度2℃，透过侧真空度不低于-0.09mpa，低温催化过程起始温度260℃至340℃。装置进出口的各种有机废气浓度见表2：

表2.装置进气与吸附排放口7排放气的浓度

由表2数据可知，本专利方法对vocs的总去除率高达99.5％以上，并且对各类轻烃，如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、异丁烷、正丁烷、正丁烯、异丁烯、反丁烯均具有很好的处理效果。

实施例3

对催化剂生产车间废气的处理，首先对排放量其vocs浓度进行理论估算，废气中vocs主要来自于生产过程中所用原料己烷和甲 苯，由于生产过程的工艺条件限制，会有部分甲苯和己烷被在生产过程中随着设备操作与氮气一起排入到大气。系统进气中己烷及非甲烷总烃浓度波动较大，大部分浓度值在20000mg/m³到140000mg/m³之间，vocs中烃类物质中主要包含正己烷和甲苯。装置设计处理量为50m³/h，进气最高浓度不超过350000mg/m³，一级膜渗余侧压力0.2mpa，二级膜渗余侧压力0.38mpa，压缩冷凝过程压力0.4mpa、温度2℃，透过侧真空度不低于-0.09mpa，低温催化过程起始温度260℃至340℃。装置进出口有机废气浓度，进气流量，膜过程及整套装置的去除率见图2。

数据表明，本发明所述成套装置可以稳定去除超过99.75％的有机污染物。由于结合了压缩冷凝和低温催化氧化技术，可保证对膜过程处理后的废气进行深度处理和油品回收，尾气达标率为100％，平均尾气浓度45mg/m³，平均去除率高于99.85％，其回收率和去除率均远远高于现有有机废气回收处理技术。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。