一种含高浓度苯气体的处理方法与流程

本发明涉及环保工艺领域，涉及一种处理含高浓度苯气体的方法。处理过程包括吸收、冷凝和吸附三种技术。

背景技术：

苯是常见的石油化工基本原料，应用非常广泛。苯是最简单的芳香烃，难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可以用作有机溶剂。苯挥发性大，25℃时的饱和蒸汽压达到13kPa，极易形成高浓度的含苯气体。苯的毒性大，无论是排放还是汽油等油品都有严格的浓度标准限值。例如国家标准GB31571-2015中规定排放气中苯污染物的排放限值为4mg/m³。因此处理含苯气体需要达到很高的去除效率才能达到排放标准的要求。由于苯的凝固点高达5.5℃，极易凝固。如果采用冷凝方式处理，需要频繁进行加热除霜操作，操作不稳定并且运行费用高。因此不宜采用冷凝技术处理或者预处理高浓度苯气体。由于苯具有凝固点高、挥发性大和排放要求严格等特点，处理高浓度含苯气体难度大，需要多种工艺联合处理。

吸收法可以用于处理高浓度有机气体处理，难点在于选择合适的吸收剂和吸收液的处理。用柴油吸收高浓度苯会产生含苯柴油，使用会造成污染。合适的吸收剂不仅要满足高效的吸收效果，而且产生的吸收液不需要分离即可以重新使用或者分离较为容易，或者可以进入现有工艺进行分离。

吸附法可以达到很高的净化效率，排放气体浓度可以达到很低的水平。由于吸附条件的限制，吸附处理的气体浓度不宜过高，否则吸附过程放热大，造成设备庞大，投资和运行费用较高。因此吸附可以作为最后的一段处理工艺处理苯气体。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种含高浓度苯气体的处理方法,如何降低含苯气体中苯的浓度，同时能够将吸收液、冷凝液分离处理或重新使用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含高浓度苯气体的处理方法，其包括如下步骤：a)在吸收设备中用吸收剂对含高浓度苯气体进行吸收处理，吸收处理后形成吸收液与吸收后气体，回收利用吸收液；b)吸收后气体经冷凝器进行冷凝处理，冷凝温度为0～-70℃，冷凝处理后形成冷凝液与冷凝后气体，回收利用冷凝液；c)通过吸附器中的吸附剂对冷凝后气体进行吸附净化后形成净化气体后排放；吸附剂经抽真空脱附形成脱附气，该脱附气返回至冷凝器入口或者吸收设备入口。

本发明的有益效果是：采用吸收、冷凝和吸附的工艺步骤降低含高浓度苯气体中苯的浓度至4mg/Nm³或者更低，最终达到净化目的，处理后的气体可以达标排放，同时能够将吸收液、冷凝液分离处理后重新用于其它工艺或者作为吸收剂使用或者作为混合物直接用于其它工艺。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，在步骤a)之前，含高浓度苯气体温度高于60℃时，对其降温。

采用上述进一步方案的有益效果是保证吸收效果的前提下减少后续冷凝工艺的负荷和运行费用。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，步骤a)中所述吸收剂采用甲苯、二甲苯、或者乙苯的一种或其组合的混合物。

采用上述进一步方案的有益效果是吸收产生的混合物即吸收液，可以进入其它生产工艺使用，或者进入其它的等分离过程，例如精馏等工艺进行分离提纯后作为吸收剂使用或者用于其它工艺使用。吸收过程的吸收剂可以循环使用，定期更换或者根据吸收效果进行更换；也可以一次性使用。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，步骤a)中所述吸收剂中苯含量低于30％。

采用上述进一步方案的有益效果是苯含量减少，一方面提高吸收传质推动力，提高吸收速度；另一方面气液平衡时气相中苯浓度较小，提高吸收处理效果，使吸收后气体中苯含量仍较低。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，步骤b)中所述冷凝温度为-20～-50℃。

采用上述进一步方案的有益效果是温度更低时，分离效果好。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，在步骤b)中所述吸收后气体中挥发的吸收剂部分冷凝成液态吸收剂，同时少量苯气体溶解于液态吸收剂中形成冷凝液。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，步骤a)中含高浓度苯气体和吸收剂的比例为1000:1～20:1。

采用上述进一步方案的有益效果是气液体积比越小，则吸收效果越好。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，步骤a)中所述吸收设备采用超重力吸收器或者高效填料吸收塔，所述吸收设备的总传质理论板数之和不低于4；所述含高浓度苯气体和吸收剂气液两相采用逆流或者错流接触。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，步骤c)中所述吸附剂采用疏水性硅胶、疏水性沸石、或者活性炭中的一种，或者其组合的混合物。

采用上述进一步方案的有益效果是疏水性硅胶、疏水性沸石均为非极性吸附剂，对非极性的有机物的吸附量大，适用于含有机物气体的净化分离。

进一步，所述一种含高浓度苯气体的处理方法，步骤c)中脱附抽真空时真空度不高于绝对压力15kpPa。

采用上述进一步方案的有益效果是脱附时真空度越高，脱附效果越好。

附图说明

图1为本发明采用高效填料吸收塔的工艺流程图；

图2为本发明采用超重力吸收器的工艺流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

101、高浓度苯气体，102、高效填料吸收塔，103、吸收后气体，104、冷凝器,105、冷凝液,106、吸附器，107、净化气体，108、脱附气，109、真空泵，110、吸收剂，111、泵，112、吸收液，201、高浓度苯气体，202、超重力吸收器，203、吸收后气体，204、风机，205、冷凝器，206、冷凝液，207、吸附器，208、净化气体，209、脱附气，210、真空泵，211、吸收剂，212、泵，213、吸收液。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

苯是挥发度很大的芳香烃物质。苯物料在汽车、火车装卸车过程，以及储罐装料以及呼吸阀呼气过程中会产生高浓度苯气体。其它使用苯或者生产苯的工艺过程也会产生高浓度苯气体。本发明提供针对高浓度苯气体的处理方法。本发明中高浓度苯气体为苯浓度高于2g/Nm³的气体。

甲苯、二甲苯、乙苯与苯结构和性质相近，被称为苯系物。这三种物质的挥发性都比苯小，并且熔点较低。这三种物质都是吸收苯的优秀溶剂。并且这三种物质与苯通常都是由同一种工艺生产，而后分离成纯净产品，因此这三种物质与苯的混合物可以返回生产工艺再次进行分离提纯。混合物也可以通过精馏等工艺分离。因为这几种物质通常含有少量其它几种成分，一般情况下分离要求不高。用这三种溶剂不仅可以很好地吸收苯，作为高浓度苯气体的预处理工艺，而且产生的混合物也便于处理。对于乙苯、苯乙烯等生产工艺，乙苯、苯混合物可以返回生产工艺重新使用。对于苯系物生产工艺，苯、甲苯、二甲苯和乙苯的混合物可以返回生产工艺重新分离提纯后使用。

对于吸附工艺，需要选择合适的吸附剂和吸附再生方法。吸附剂不仅要对苯和作为吸收剂的乙苯、甲苯、二甲苯有较高的吸附量，而且脱附再生容易。脱附再生的方法有采用降低压力的变压吸附，和升高温度的变温吸附等。

本发明一种含高浓度苯气体的处理方法，其包括如下步骤：

a)在吸收设备中用吸收剂对含高浓度苯气体进行吸收处理，吸收处理后形成吸收液与吸收后气体，回收利用吸收液。

吸收液进入其它分离过程进行分离提纯后重新使用或者作为混合物进入其它工艺直接使用。

经过步骤a)后含高浓度苯气体中的苯浓度大幅度降低，同时吸收剂会部分挥发与未吸收的苯气体形成吸收后气体。

含高浓度苯气体温度高于60℃时，在进行上述步骤a)之前首先用冷却水或者空气降温。将含高浓度苯气体温度降低至40～60℃或者更低。如含高浓度苯气体温度不高于60℃，可以省略此工艺。如含高浓度苯气体温度稍高于60℃，也可以采用在步骤a)中增大吸收剂流量或者对吸收剂进行降温处理，以保证吸收效果的前提下减少后续冷凝工艺的负荷和运行费用。

b)吸收后气体经冷凝器进行冷凝处理，冷凝温度为0～-70℃，冷凝处理后形成冷凝液与冷凝后气体，回收利用冷凝液。

冷凝液进入其它分离过程进行分离提纯后重新使用或者作为混合物进入其它工艺直接使用。

冷凝器的冷凝温度一般为0～-70℃。但是，考虑到冷凝效果和投资运行费用，优化的冷凝温度为-20～-50℃。在此温度下，吸收后气体中挥发的吸收剂部分冷凝成液态吸收剂，并有少量吸收后气体中残留的苯冷凝并溶解于液态吸收剂中形成冷凝液。经过冷凝处理后吸收后气体剩余的气体为冷凝后气体，其中的吸收剂和苯浓度降低至较低水平而后进入吸附器中进行吸附处理。

c)通过吸附器中的吸附剂对冷凝后气体进行吸附净化后形成净化气体后排放；吸附剂经抽真空脱附形成脱附气，该脱附气返回至冷凝器入口或者吸收设备入口。

冷凝后气体中的吸收剂和残留的少量苯气体大部分吸附在吸附剂表面，冷凝后气体得到净化所形成的净化气体达到排放标准排放。吸附剂吸附一定时间后，用真空泵抽真空进行脱附。吸附器中压力降低，吸附的吸收剂和苯等有机物脱附，形成脱附气。此脱附气浓度高于进入吸附器的气体。脱附气返回至冷凝器入口，降温后其中的有机物部分冷凝形成液体，从而维持整个工艺的物料平衡。脱附气也可以返回至吸收设备入口处，经过吸收和冷凝进行处理。脱附时真空度越高，脱附效果越好，能耗越高。为保证脱附效果，最终真空度需要不高于绝对压力15kPa。真空度最好不高于绝对压力8kPa。

上述步骤b)中吸收剂采用甲苯、二甲苯、或者乙苯的一种，或者这三种中两种或者三种的混合物。三种吸收剂中乙苯以挥发度最小、毒性最小、排放限值高，为最佳吸收剂。吸收产生的混合物即吸收液，可以返回其它生产工艺使用，或者进入另外设置的精馏等分离过程进行分离提纯。吸收过程的吸收剂可以循环使用，定期更换或者根据吸收效果进行更换；也可以一次性使用。含高浓度苯气体和吸收剂的比例，即气液体积比不大于1000:1，如气液体积比越小，则吸收效果越好，但吸收剂消耗量越大，运行费用高。气液体积比在1000:1～20:1，最优的气液体积比在500:1～50:1。

吸收剂中苯含量不能超过30％，更优不能超过10％，最优不能超过0.1％。苯含量增大，一方面降低吸收传质推动力，降低吸收速度；另一方面气液平衡时气相中苯浓度较大，降低吸收处理效果，使吸收后气体中苯含量仍较高。

吸收设备采用高效吸收设备。可以采用超重力吸收器或者高效填料吸收塔等。其中尤其以超重力吸收器为佳。气液两相采用逆流或者错流接触。吸收设备可以采用一级或者多级。无论是一级还是多级，吸收设备的总传质理论板数之和不低于4，最优不低于9。从简化流程角度，以一级高效吸收设备为优。根据来气浓度条件和温度，吸收剂可以采用循环使用、定期更换，也可以采用一次性使用的方式。吸收效果的原则为吸收后气体中苯浓度低于30％。这样可以保证在冷凝工段，冷凝液中有足够的乙苯或其它吸收剂溶解凝固的苯，不会引起设备和管道堵塞。吸收剂的温度应保持在常温或低于常温，如果温度过高，需要增设换热器降低吸收剂温度，以避免吸收效果变差。

超重力是指比地球重力加速度(9.8m/s²)大得多的超重力环境。超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，提高相间的相对速度和增大相间接触，从而实现强化传热、传质过程和化学反应过程。获取超重力的方式主要是通过转动设备整体或部件形成离心力场。

超重机又叫旋转填料床，是20世纪80年代初发展起来的一种强化相间传质与反应及微观混合的新型设备。超重机利用其转鼓的旋转造成一种稳定的、可以调节的离心力场，以代替常规重力场，这就使得精馏、吸收、解吸和化学反应等化工单元操作中的气液两相的相对速度大大提高，使相界面更加快速地更新，并且大大提高了液泛速率，使得生产强度成倍提高。在超重机内，由旋转产生的离心加速度可达20～500倍的重力加速度，在此离心力场下传质效果与单位设备体积的生产强度都提高了1～3个数量级。

超重力设备除了可以填充填料作为气液两相接触的介质外，还可以采用定转子结构。

经过吸收剂吸收后，气体中的苯大部分被吸收到吸收剂中。形成的吸收液为吸收剂和苯的混合物。吸收剂可以一次性使用或者循环使用，或者定期更换，或者在吸收效果变差到一定程度，根据吸收出口的苯浓度，更换部分吸收剂或者全部吸收剂。吸收液可以进入其它分离过程进行分离提纯后重新使用或者作为混合物进入其它工艺直接使用。

吸收完成后的气体中，含有苯的浓度大为降低，一般低于20g/m³，优化条件下低于2g/m³。液相中苯的浓度大为增加。而挥发的吸收剂和苯气体形成吸收后气体进入冷凝器进行降温处理。冷凝温度在0～-70℃。冷凝温度越低，冷凝液产生越多，分离效果越好，但投资和运行费用也越高。综合分离效果和投资运行费用。冷凝温度设定在-20～-50℃较为合适。温度更低时，分离效果好，但是运行费用和投资增加很多；温度较高时，则分离效果较差。冷凝温度在-20～-50℃时，大部分甲苯、二甲苯和乙苯冷凝成液体，气体中有机物浓度降低到较低水平。同时有少量气体中未吸收的苯凝固析出，并溶解于甲苯、二甲苯或者乙苯液体中。

冷凝后的气体温度较低，可以与进冷凝器的气体进行换热，回收冷量同时预冷进气，节省冷凝器运行费用。

出冷凝器的气体，其中还含有一定浓度的有机物，进入吸附器进行吸附处理。吸附处理净化后的气体达到排放标准后排放。吸附器采用吸附塔，或者吸附罐。吸附剂采用疏水性硅胶、疏水性沸石、或者活性炭中的一种，或者其中三种或者两者吸附剂的混合物。多种吸附剂混合使用，或者分层使用。吸附未达到饱和，即停止吸附，启动真空泵抽真空进行脱附。吸附器采用两台或多台设备，不同设备进行吸附、再生，一定时间后切换使用。

疏水性硅胶、疏水性沸石均为非极性吸附剂，对非极性的有机物的吸附量大，适用于含有机物气体的净化分离。活性炭是常见的处理含有机物气体的吸附剂。活性炭吸附容量大，但强度低，易破损。活性炭吸附放热大，并且可燃，安全性较差。沸石强度高，吸附容量偏小，但处理后的气体可以达到很低的有机物浓度。疏水性硅胶强度较高，是新型的有机物吸附剂。沸石和硅胶因吸附量较小，吸附放热较小，并且均为不燃烧物质，安全性高。吸附剂使用时，可以三种吸附剂混合或者分层填充，可以充分发挥三种吸附剂的优点。吸附剂选用这三种中的一种，或者两种、三种混合或者分层填充。

吸附采用变压吸附工艺。吸附一段时间后，采用真空泵抽真空的方式进行脱附再生。抽真空时脱附最终时绝对压力不高于15kPa，最好不高于8kPa。抽真空产生的脱附气中含有较高浓度的吸收剂和少量苯，此脱附气返回冷凝器入口进行冷凝处理，其中的吸附剂和苯大部分被冷凝下来形成液体。脱附气也可以返回至吸收设备入口处，经过吸收和冷凝进行处理。

气体压力较低时设置风机，对气体进行增压。风机最好设置在冷凝器和吸收设备之间。气体压力较高时，不设置风机即可保证气体顺利通过流程的各台设备。

图1为采用高效填料吸收塔的工艺流程图。

高浓度苯气体101进入高效填料吸收塔102，吸收剂110经泵111加压后进入吸收塔102，吸收其中的苯气体。产生的吸收液112进入其它工艺处理或者使用。吸收后气体103进入冷凝器104，冷凝液105进入其它工艺处理或者使用，冷凝后气体而后进入吸附器106进行处理。处理完成后的净化气体107排放。吸附器用真空泵109抽真空脱附。脱附气108返回至冷凝器105入口。

图2为采用超重力吸收器的工艺流程图。对于来气压力较小的场合采用风机进行增压。

高浓度苯气体201，进入超重力吸收器202，吸收剂211经泵212加压后进入吸收器202，吸收其中的苯气体。产生的吸收液213返回其它工艺进行分离处理或重新使用。吸收后气体203经过风机204增压后进入冷凝器205，冷凝液206分离出来进行分离处理或者重新使用，冷凝后气体而后进入吸附器207进行处理。处理完成后的净化气体208排放。吸附器用真空泵210抽真空脱附。脱附气209返回至冷凝器205入口。

实施例1

苯装车产生含苯气体，采用氮气做保护气。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到4vol％(约为139g/Nm³)。气量500m³/h。首先用超重力吸收器进行吸收，吸收剂为乙苯，流量为2m³/h，吸收器传质理论板数为9。而后经风机加压15kPa，吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-45℃。而后进入活性炭吸附塔，两塔切换使用。每个塔内装填活性炭吸附剂4吨。吸附时间为10分钟。真空脱附时间为8分钟。吸附周期为10分钟，最大真空度为绝对压力5kPa。脱附气返回至冷凝器入口处。吸收器和冷凝器产生的液体，经泵送入储液罐。储液罐内的液体，定期泵回生产工艺进行分离处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m³,苯浓度≤1mg/m³。

实施例2

苯储罐产生含苯气体，采用氮气做保护气。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到4vol％(约为139g/Nm³)。气量200m³/h。首先用超重力吸收器进行吸收，吸收剂为二甲苯和乙苯混合物，流量为1m³/h，吸收器传质理论板数为10。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-25℃。而后进入吸附塔，两塔切换使用。每个塔内装填活性炭吸附剂3吨，疏水性沸石吸附剂1吨。吸附时间为8分钟。真空脱附时间为6分钟。吸附周期为8分钟，最大真空度为绝对压力3kPa。脱附气返回至冷凝器入口处。吸收器和冷凝器产生的液体，经泵送入储液罐。储液罐内的液体，定期泵回生产工艺进行分离处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m³,二甲苯浓度≤0.5mg/m³,苯浓度≤1mg/m³。

实施例3

苯卸车时产生含苯气体，采用氮气做保护气。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到4.5vol％(约为157g/Nm³)。气量600m³/h。首先用填料吸收塔进行吸收，吸收剂为甲苯、二甲苯和乙苯混合物，其中甲苯10％，二甲苯15％，乙苯75％，流量为4m³/h，吸收器传质理论板数为10。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-20℃。而后进入疏水性硅胶吸附塔，两塔切换使用。每个塔内装填硅胶吸附剂7吨。吸附时间为5分钟。真空脱附时间为4分钟，最大真空度为绝对压力8kPa。吸附周期为5分钟。脱附气返回至冷凝器入口处。吸收器和冷凝器产生的液体，经泵送入储液罐。储液罐内的液体，定期泵回生产工艺进行分离处理。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m³,甲苯浓度≤0.5mg/m³,二甲苯浓度≤0.5mg/m³,苯浓度≤1mg/m³。

实施例4

生产工艺产生含苯气体。产生的含苯气体主要成分为氮气，苯浓度最高达到1vol％(约为35g/Nm³)。气量800m³/h。首先用填料吸收塔进行吸收，吸收剂为二甲苯，流量为4m³/h，吸收器传质理论板数为8。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-50℃。而后进入疏水性分子筛吸附塔，两塔切换使用。每个塔内装填疏水性分子筛吸附剂6吨。吸附时间为10分钟。真空脱附时间为8分钟，最大真空度为绝对压力10kPa。吸附周期为10分钟。脱附气返回至冷凝器入口处。吸收器和冷凝器产生的液体，经泵送入储液罐。储液罐内的液体，定期泵至分离装置进行分离提纯。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，二甲苯浓度≤0.5mg/m³,苯浓度≤1mg/m³。

实施例5

使用苯的生产工艺产生含苯气体。产生的含苯气体主要成分为空气，苯浓度最高达到1000ppm(约为3.5g/Nm³)。气量700m³/h。首先用填料吸收塔进行吸收，吸收剂为乙苯，流量为3m³/h，吸收器传质理论板数为4。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-70℃。而后进入吸附塔，两塔切换使用。每个塔内装填疏水性硅胶吸附剂1吨，活性炭3吨。吸附时间为20分钟。真空脱附时间为15分钟，最大真空度为绝对压力6kPa。吸附周期为20分钟。脱附气返回至冷凝器入口处。吸收器和冷凝器产生的液体，经泵送入储液罐。储液罐内的液体，定期泵至分离装置进行分离提纯。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m³,苯浓度≤1mg/m³。

实施例6

使用苯的生产工艺产生含苯气体。产生的含苯气体主要成分为空气，苯浓度最高达到1000ppm(约为3.5g/Nm³)。气量1000m3/h。首先用超重力吸收器进行吸收，吸收剂为乙苯，流量为5m³/h，吸收器传质理论板数为10。吸收后的气体进入冷凝器，冷凝温度最低为-40℃。而后进入吸附塔，两塔切换使用。每个塔内装填疏水性分子筛吸附剂2吨，活性炭3吨。吸附时间为15分钟。真空脱附时间为10分钟，最大真空度为绝对压力5kPa。吸附周期为15分钟。脱附气返回至冷凝器入口处。吸收器和冷凝器产生的液体，经泵送入储液罐。储液罐内的液体，定期泵至分离装置进行分离提纯。经吸收、冷凝、吸附处理后的排放气中，乙苯浓度≤20mg/m³,苯浓度≤1mg/m³。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。