一種處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統及其工藝的制作方法
【專利說明】一種處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統及其工
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技術領域
[0001]本發明涉及一種離子樹脂生產工藝中，利用LNG冷能高效處理有機廢氣的工藝和系統。
【背景技術】
[0002]隨著有機合成技術的迅速發展，離子交換技術迅速發展，在許多行業特別是高新科技產業和科研領域中得到了廣泛的應用。離子交換劑由最初的天然物質如泡沸石和經過磺化的煤(磺化煤)，發展到許多種性能更為優良的材料，目前，國內外生產的離子交換樹脂品種達數百種，年產量數十萬噸。在離子交換樹脂生產過程中，大部分原料都屬于揮發性有機物，氣體種類多，如苯乙烯、二氯乙烷、二乙烯苯等，如果將這些有機溶劑直接排放到大氣中將會對現有生物和公共環境造成危害。
[0003]而且，因為這些有機廢氣普遍存在易燃易爆、有毒有害、不溶于水、溶于有機溶劑等特點，使得有機廢氣的處理難度較大。目前有機廢氣的主要處理方法有:吸附、燃燒、催化燃燒、生物氧化等，但燃燒和催化燃燒法不適用于大風量、低濃度、不穩定的有機廢氣；吸附工藝的活性炭吸附劑再生及溶劑回收等后處理工藝復雜；生物氧化工藝存在微生物培養困難、適應性面窄，運行費用高等缺點。因此，以上現有技術在治理復雜工業有機廢氣(尤其在大風量、低濃度工業有機廢氣處理)時在技術或經濟上存在一定的局限性。
[0004]LNG是天然氣經脫酸、脫水處理，低溫工藝冷凍液化而成的低溫液體混合物(_162°C)，可以大大節約儲運空間，而且具有熱值大、性能高等特點。LNG在進入天然氣管網前，需要從液化狀態氣化至常溫，目前LNG氣化所需的熱量，以往是通過與海水換熱或者通過燃燒天然氣補充加熱的方式提供。如此巨量的冷能不僅沒有被科學的利用，而且破壞了海洋生態環境甚至消耗了天然氣資源。因此，我國的LNG冷能利用還只是處于起步階段，LNG冷能利用技術尚不成熟，要求尋找更合理的冷能梯級利用方式。

【發明內容】

[0005]為了合理的利用LNG氣化時放出的冷能及進一步降低處理離子交換樹脂生產工藝中有機廢氣處理的能耗，提高廢氣凈化率，減少環境污染，本發明提出了一種處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統及其工藝，通過換熱方式將LNG氣化時放出的高品位冷能經冷凍提純分離離子交換樹脂產生的大風量、低濃度有機廢氣，并通過燃燒法處理有機廢氣。取代目前傳統處理有機廢氣方法適用面窄、凈化率低、能耗高的問題，同時也有助于解決目前LNG冷能的梯級綜合利用問題。
[0006]本發明申請采用了以下的技術方案:
一種處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統，包括換熱單元、分離單元、廢氣燃燒裝置；
換熱單元與LNG儲罐通過輸送管道相連，離子交換樹脂生產工藝廢氣輸送管道與LNG輸送管道反向地經過換熱單元后連接至分離單元，在分離單元的輸出端并排設置空氣輸送管道和回收管道，其中空氣輸送管道經過換熱單元后連接至戶外大氣，回收管道經過換熱單元后連接至廢氣燃燒裝置。在換熱單元和分離單元之間的廢氣輸送管道上設置輔助制冷設備。
[0007]一種處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的工藝，步驟如下:
(1)在換熱單元，LNG低溫液體與逆向輸入的高溫離子交換樹脂生產過程產生的工藝廢氣發生換熱反應，LNG低溫液體升溫至室溫氣化，然后由天然氣輸送管道輸送至界區外的天然氣使用處；工藝廢氣經換熱單元換熱后降溫至-20°C?0°C ；
離子交換樹脂生產過程中產生的有機廢氣溫度為50?100°C，壓力為3?1bar ;各組份的質量分數是:苯乙烯<1500mg/m3, 二乙烯苯<150mg/m3，二氯乙燒<1000mg/m3；
(2)降溫后的工藝廢氣通過廢氣輸送管道輸送至輔助制冷設備進一步降溫至-28°C?-30°C后輸送至分離單元；
(3)在分離單元通過冷凍分離設備將工藝廢氣降溫至-50?_55°C，該溫度范圍介于苯乙烯和二氯乙烷的凝固點之下、二乙烯苯凝固點之上，是綜合考慮飽和蒸汽壓的影響，使苯乙烯、二氯乙烷呈固態，二乙烯苯呈液態，而空氣呈氣態；
其中，氣態空氣經空氣輸送管道輸入換熱單元余冷回收后直接排空；收集固態苯乙烯、固態二氯乙烷、液態二乙烯苯，經過回收管道輸送至換熱單元與輸入的有機廢氣換熱，為工藝廢氣提供冷能，實現冷能回用，然后收集輸送至廢氣燃燒裝置，在高溫下有機物質與燃料起充分混合，實現完全燃燒(因為苯乙烯、二乙烯苯、二氯乙烷均為微量，而且苯乙烯、二氯乙烷均呈固態，分離成本較大，燃燒處理更為經濟)，有機廢氣凈化率> 95%。
[0008]本發明的優點和有益效果在于:
(I)現有技術通過冷凍法分離物質，一般需將溫度降低至各物質的凝固點之下。本發明經過優選，兼顧了有機廢氣的凝固點和飽和蒸汽壓，分離溫度為-50?-55°c，介于苯乙烯、二氯乙烷和二乙烯苯的凝固點之間，不僅能夠提高廢氣回收率，同時夠降低廢氣處理過程中的能耗，凈化率可以達到95%以上。
[0009](2)在冷凍分離凈化單元以LNG的冷能利用為主，壓縮機、膨脹機輔助制冷，與其它處理方法相比，大幅降低能耗，更加精確控制冷凍分離單元的溫度。同時可以綜合利用LNG的冷能，提高冷能的附加值，緩解LNG氣化時對環境的負面影響。
[0010](3)利用苯乙烯、二乙烯苯、二氯乙烷與空氣凝固點不同的特點，分離不同相態的有機廢氣，取代目前傳統處理有機廢氣方法適用面窄、凈化率低、能耗高的問題。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的工藝流程圖。
[0012]主要附圖標記的說明:1、LNG儲罐；2、換熱單元；3、輔助制冷設備；4、分離單元；5、廢氣燃燒裝置；101、LNG輸送管道；102、天然氣輸送管道；103、104、105、廢氣輸送管道；106、空氣輸送管道；107、回收管道；108、排空管道；109、廢氣物進料管道。
【具體實施方式】
[0013]以下將結合實施例對本申請的技術方案進一步詳細闡述: 實施例1
圖1是本發明的工藝流程圖，參照圖1所示，一種處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統，包括換熱單元2、輔助制冷設備3、分離單元4、廢氣燃燒裝置5。換熱單元2與LNG儲罐I通過LNG輸送管道101相連，_162°C的LNG低溫液體通過換熱單元2換熱升溫至室溫氣化，氣化后的天然氣由天然氣輸送管道102輸送至界區外的天然氣使用處。
[0014]離子交換樹脂生產過程產生的工藝廢氣溫度為80°C，壓力為1bar (苯乙烯為800mg/m3, 二乙烯苯為100mg/m3，二氯乙燒為700mg/m3),以4000m3/h的流速經廢氣輸送管道103進入換熱單元2與LNG低溫液體換熱降溫至0°C。降溫后的工藝廢氣通過廢氣輸送管道104輸送至輔助制冷設備3，在輔助制冷設備3中工藝廢氣進一步降溫至-30°C后，廢氣輸送管道105輸送至分離單兀4。
[0015]在分離單元4通過冷凍分離設備在_50°C條件下分離工藝廢氣中苯乙烯、二乙烯苯、二氯乙烷和空氣，其中固體物料為苯乙烯(質量分數為50.1%)、二氯乙烷(質量分數為44.6%)，液態物料二乙烯苯(質量分數為5.2%)，氣態為空氣。其中，固態和液態物料通過回收管道107輸送至換熱單元2進行余冷回收。余冷回收后的副產物經廢氣物進料管道109送至廢氣燃燒裝置5處理，在高溫下有機物質與燃料起充分混合，實現完全燃燒。而空氣經收集后以4000mVh的流速由空氣輸送管道106送至換熱單元與溫度為80°C，壓力為1bar工藝廢氣換熱，為工藝廢氣提供冷能，實現冷能回用，同時使空氣經排空管道108排空，有機廢氣凈化率為96%。
[0016]比較例1:
有機廢氣處理工藝參照實施例1中的工藝。其中在分離單元4通過冷凍分離設備在-25 °C條件下處理工藝廢氣，凈化率20%。
[0017]比較例2:
有機廢氣處理工藝參照實施例1中的工藝。其中在分離單元4通過冷凍分離設備在_70°C條件下處理工藝廢氣，凈化率60%。
[0018]比較例3:
有機廢氣處理工藝參照實施例1中的工藝。其中在分離單元4通過冷凍分離設備在_90°C條件下處理工藝廢氣，凈化率85%。
【主權項】
1.一種處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統，其特征在于包括換熱單元、分離單元、廢氣燃燒裝置； 換熱單元與LNG儲罐通過輸送管道相連，離子交換樹脂生產工藝廢氣輸送管道與LNG輸送管道反向地經過換熱單元后連接至分離單元，在分離單元的輸出端并排設置空氣輸送管道和回收管道，其中空氣輸送管道經過換熱單元后連接至戶外大氣，回收管道經過換熱單元后連接至廢氣燃燒裝置。
2.根據權利要求1所述的處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統，其特征在于在換熱單元和分離單元之間的廢氣輸送管道上設置輔助制冷設備。
3.基于權利要求1所述的處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統的工藝，其特征在于步驟如下: (1)在換熱單元，LNG低溫液體與逆向輸入的離子交換樹脂生產過程產生的高溫工藝廢氣發生換熱反應，LNG低溫液體升溫至室溫氣化，然后由天然氣輸送管道輸送至界區外的天然氣使用處；工藝廢氣經換熱單元換熱后降溫至-20°C?0°C，然后輸送至分離單元； (2)在分離單元通過冷凍分離設備將工藝廢氣降溫至-50?-55°C，在分離單元苯乙烯、二氯乙烷呈固態，二乙烯苯呈液態，而空氣呈氣態；其中，氣態空氣經空氣輸送管道排空；固態苯乙烯、固態二氯乙烷、液態二乙烯苯，經收集后輸送至廢氣燃燒裝置，實現完全燃Jyti ο
4.根據權利要求3所述的處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的工藝，其特征在于離子交換樹脂生產過程中產生的有機廢氣溫度為50?100°C，壓力為3?1bar ;各組份的質量分數是:苯乙烯<1500mg/m3, 二乙烯苯<150mg/m3，二氯乙燒〈1000mg/m3。
5.根據權利要求3所述的處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的工藝，其特征在于工藝廢氣在輸送至分離單元之前，輸送至輔助制冷設備進一步降溫至_28°C?_30°C。
6.根據權利要求3所述的處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的工藝，其特征在于氣態空氣在排空之前，經管道輸送至換熱單元進行余冷回收。
7.根據權利要求3所述的處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的工藝，其特征在于在固態苯乙烯、固態二氯乙烷、液態二乙烯苯在輸送至廢氣燃燒裝置之前，經管道輸送至換熱單元進行余冷回收。
【專利摘要】本發明涉及處理離子樹脂生產工藝產生的有機廢氣的系統及其工藝，LNG低溫液體與高溫工藝廢氣在換熱單元發生換熱反應后升溫氣化輸送至界外使用，工藝廢氣降溫至-20℃～0℃，然后工藝廢氣在分離單元降溫至-50～-55℃，使苯乙烯、二氯乙烷呈固態，二乙烯苯呈液態，而空氣呈氣態，便于分離各相。本發明提高離子樹脂生產工藝中有機廢氣的凈化率，并有助于解決目前LNG冷能的綜合利用問題，減少了環境污染。
【IPC分類】F23G7-06, F25J3-08
【公開號】CN104634065
【申請號】CN201510013921
【發明人】錢平, 王章忠, 穆立文, 杭祖圣, 張玉格, 程曉輝
【申請人】江蘇蘇青水處理工程集團有限公司, 南京工程學院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月12日