專利名稱：用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于廢氣治理技術領域，涉及一種用于工業有機廢氣的凈化裝置。
背景技術：
近年來隨著經濟的發展，電子、塑膠、建材、制藥、化工等行業迅速發展，在加上環保投資力度的不夠，導致了大量工業有機廢氣的排放，使得大氣環境質量下降。上述行業的企業在生產過程中排入大氣環境中的有機污染物包括苯系物、醛酮類、鹵代烴、醇類等化合物，尤其制藥行業，其產品種類繁多、更新快、生產過程復雜、生產規模小，治污難度較大。在許多生產過程中使用大量的有機溶劑，只有少部分成為產品，大部分都進入廢水和廢氣中。工業有機廢氣污染已經直接對人們的身體健康造成危害，給國民經濟造成巨大損失，因此，有機廢氣的處理勢在必行。有機廢氣治理技術可分為兩大類，一是回收技術，是指采用吸收、吸附、冷凝、膜分離等方法將有機廢氣中有機物濃縮回收再生的方法。主要包括吸附技術、吸收技術、冷凝(及蒸汽平衡)技術及膜分離技術等。回收的有機溶劑可以直接用于質量要求較低的生產工藝，或者集中進行分離提純。二是銷毀技術，是指利用光、電、熱、催化劑、等離子體或微生物等作用將有機廢氣中低濃度的揮發性有機物徹底分解轉化成水和二氧化碳等無毒害無機小分子化合物的方法，主要包括高溫焚燒、催化燃燒、生物氧化等技術。其中吸附法、吸收法、催化燃燒法是傳統的有機廢氣治理技術，也是目前應用最廣泛的實用治理技術。活性炭吸附技術適用于低濃度、溫度低于50°C、濃度在l-5000mg/m3的有機廢氣。雖然比表面積大，吸附廢氣范圍全。但其不足之處是需要進行廢氣預處理；針對高濃度廢氣會有凈化效率不高的結果；在濕潤條件下不能保持很好的吸附能力；不適合高溫廢氣；會產生不吸附的情況；活性炭再生補充費用大；設備龐大。直接燃燒技術適用于高濃度、連續作業場合的有機廢氣。可以在保持一定的停留時間內能高效處理高濃度有機廢氣。但針對低濃度有機廢氣需要耗費大量的能耗來維持分解所需的熱量。催化燃燒法適用于小風量、高濃度、連續作業場合、濃度在2000-6000mg/m3的有機廢氣。實現該工藝方法的設備簡單，操作方便；凈化比較徹底；無二次污染；可以回收利用熱能；起燃溫度低。但催化劑成本高；催化劑存在中毒和壽命問題；有燃燒爆炸危險；不能回收溶劑。吸收法適用于各種濃度、溫度低于100°C的有機廢氣。運行穩定，操作維護方便；不需要預處理；流程簡單，運轉費用低；占地面積小；凈化效率高。但是對有機成分選擇性大；當廢氣中有膠粒物質或其他雜質時，吸附劑易中毒；容易出現二次污染。綜上，無論是廣泛采用的傳統處理方法，還是新開發的處理技術，均有諸多因素(如適用范圍、去除性能、投資運行費用等)制約了單元處理(即實現單一處理功能)技術的應用。因此，尋求該類廢氣的有效處理技術已經迫在眉睫。目前，除了推廣單元處理工藝外，重點是開發不同單元處理工藝的組合技術，以達到提高去除效率，降低投資運行費用，減少二次污染的目的。
實用新型內容針對上述現有技術，本實用新型提供一種用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，形成了工業有機廢氣治理過程中的吸收、水解及氧化工藝的有機結合，不但能夠有效去除廢氣中的有機污染物，而且能降低處理系統的投資和運行費用，實現工藝設備簡單，降低了工人的勞動強度，同時能夠保證系統穩定運行，不會產生二次污染。為了解決上述技術問題，本實用新型用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置予以實現的技術方案是包括依次連接的水洗塔、水解塔、氣液分離器、引風機和氧化塔；所述水洗塔、水解塔和氧化塔內均分別自下而上的設有兩級布氣-噴淋裝置，在第二級布氣-噴淋裝置的頂部設有除霧裝置；所述水洗塔連接有循環水池1，所述水解塔連接有循環水池2，所述氧化塔連接有循環水池3 ;所述循環水池I、循環水池2和循環水池3均分別設有排 污口和連接至水源的進水口 ；所述循環水池2還連接有水解液罐，所述循環水池3還連接有氧化液罐；所述水洗塔的上游設有阻火器，所述氧化塔設有排放煙囪。進一步講，本實用新型用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，其中，所述循環水池I、循環水池2和循環水池3均分別連接有循環水泵。所述水洗塔和水解塔的進氣管口均向下傾斜45°，所述氧化塔的進氣管口采用倒凹形布置方式。所述氧化塔的內壁設有玻璃鋼防腐層，所述玻璃鋼防腐層的厚度為2mm。所述第一、第二級布氣-噴淋裝置均包括自下而上設置的布氣裝置和噴淋裝置；所述布氣裝置包括鮑爾環，所述噴淋裝置包括霧化噴嘴；所述霧化噴嘴與同級的布氣裝置最高點之間的距離為I. ο-l. 2m。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是目前，用于工業有機廢氣的治理多采用吸附工藝，而由于吸附工藝受廢氣量和吸附能力的影響，當達到一定濃度或一定氣量后吸附系統設備龐大。最難解決的問題是受工業生產特點影響廢氣排放濃度不穩定，吸附劑飽和時間不容易確定，處理效果不穩定，導致廢氣不能穩定達標排放。利用本實用新型的裝置可以將水洗吸收、水解與氧化的組合工藝引入工業有機廢氣處理中，其中廢氣的布氣-噴淋裝置是各個反應塔的核心部分，可以高效去除有機污染物，整套系統的去除率高達99%以上，而且去除效果穩定，替代了單純的吸附或是吸收或是氧化工藝。本實用新型用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置不受廢氣性質變化的影響，可以快速且穩定去除廢氣中的有機污染物，徹底解決了現有技術中的不足，同時，還徹底解決了吸附劑飽和點難掌握，吸收劑二次污染，處理效果不穩定等技術問題，本實用新型工藝簡單、經濟、運行可靠，對工人技術水平要求不高，可控性強。
圖I是利用本實用新型進行廢氣水解氧化治理工藝的流程示意圖；圖2是本實用新型中水洗塔、水解塔和氧化塔的基本結構及連接關系示意圖。圖中10-水洗塔，20-水解塔，30-氣液分離器，40-引風機，50-氧化塔，60-煙囪，I-阻火器，2-45°進氣管口，31-第一級布氣裝置，41-第一級噴淋裝置，32-第二級布氣裝置，42-第二級噴淋裝置，5-除霧裝置，6-倒凹形進氣管口。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地描述。如圖I和圖2所示，本實用新型用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，包括依次連接的水洗塔10、水解塔20、氣液分離器30、引風機40和氧化塔50 ;所述水洗塔10、水解塔20和氧化塔50內均分別自下而上的設有第一、第二級布氣-噴淋裝置，第一級布氣-噴淋裝置包括自下而上設置的第一級布氣裝置31和第一級噴淋裝置41，第二級布氣-噴淋裝置包括自下而上設置的第二級布氣裝置32和第二級噴淋裝置42，每級布氣裝置均采用鮑爾環結構，所述噴淋裝置的噴嘴為霧化噴嘴，所述霧化噴嘴與所述布氣裝置最高點之間的距離為I. 0-1. 2m，在第二級布氣-噴淋裝置的頂部設有除霧裝置5。所述水洗塔10和水解塔20的進氣管口均向下傾斜45°，即形成了 45°進氣管口 2，所述氧化塔50的進氣管口采用倒凹形布置方式；所述水洗塔10連接有循環水池1，所述水解塔20連接有循環水池2，所述·氧化塔50連接有循環水池3，所述循環水池I、循環水池2和循環水池3均分別連接有循環水泵，如圖I中所示的泵、泵2和泵3。所述循環水池I、循環水池2和循環水池3均分別設有排污口和連接至水源的進水口 ；所述循環水池2還連接有水解液罐，所述循環水池3還連接有氧化液罐；所述水洗塔10的上游設有阻火器1，所述氧化塔50的內壁設有玻璃鋼防腐層，所述玻璃鋼防腐層的厚度為2mm，所述氧化塔50設有排放煙囪60。利用本實用新型用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置實現的工藝包括以下步驟廢氣經過阻火器I后，由引風機40負壓吸入水洗塔10內，所述水洗塔10內廢氣經過45°進氣管口 2降低流速后，每級布氣裝置中的鮑爾環均布廢氣，保證了布氣均勻性，避免短流現象產生，與常規處理系統相比，提高了廢氣與噴淋液的接觸面積和反應時間，保證了廢氣的凈化效率。廢氣自下而上流動，其中，噴淋裝置的噴嘴選用霧化噴嘴，霧化噴嘴可以將噴淋液霧化噴出，均勻懸浮于空氣中，并形成自上而下流動的直徑達微米級別的霧化顆粒，提高了噴淋液與廢氣碰撞的幾率，增加了反應時間，氣液兩相傳質，提高凈化效率，同時大大降低了藥劑費用和運行成本；由于水洗塔10內自下而上的串聯有兩級布氣-噴淋裝置，并在位于上方的第二級布氣-噴淋裝置的頂部設有除霧裝置5，廢氣經過鮑爾環布氣均勻后與霧化顆粒接觸，經兩級的氣液兩相混溶，初步降低廢氣有機污染物濃度，最終經過除霧裝置除霧后由引風機40負壓吸入水解塔20中；水解塔20的結構與水洗塔10的結構基本相同；采用氫氧化鈉溶液作為水解液，水解液由循環水泵提升至水解塔20內的噴淋裝置，經霧化噴嘴霧化后與廢氣污染物傳質交換，發生水解反應，經過水解塔20內的兩級布氣-噴淋裝置，水解反應處理后的廢氣經過氣液分離器30氣水分離排出水分后由引風機40正壓送至氧化塔50中；引風機40置于氣液分離器30之后，主要原因有二個一是工業有機廢氣具有一定的腐蝕性采用負壓進氣方式避免對風機形成腐蝕；二是節省占地，降低管路投資。氧化塔50的結構基本上也與水洗塔10的結構相同，其不同之處僅在于氧化塔的進氣管口采用倒凹形布置方式，即形成了倒凹形進氣管口 6，如圖2所示；以次氯酸鈉溶液作為氧化液，氧化液由循環水泵提升至氧化塔50內的噴淋裝置處，經霧化噴嘴霧化后與廢氣污染物傳質交換，發生氧化還原反應；經過氧化塔50內的兩級布氣-噴淋裝置進行氧化還原反應處理；廢氣經上述的水洗吸收-水解-氧化三級處理達到《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)后經位于氧化塔50頂部的煙囪60排放至 高空。利用本實用新型實現水洗吸收-水解-氧化的組合工藝替代傳統的吸收工藝或吸附工藝，解決了吸收劑易中毒和容易二次污染的問題，同時也解決了吸附劑容易飽和，需再生等問題。本實用新型中水洗塔10、水解塔20和氧化塔50的噴淋液存放至與塔相應連接的循環水池中，利用循環水泵提升進行循環使用，直至濃度較低時可補充部分藥劑。最好是定期(一季度或半年)對循環水池I、循環水池2和循環水池3內的循環液進行測定，當污染物濃度COD高于3000mg/L時，排放少量部分循環液至污水處理系統，并向循環水池內補充部分循環液以保證循環液的濃度。下面結合本實用新型的裝置進一步詳細說明水洗吸收-水解-氧化三級處理工藝及其原理。I.阻火器I :本實用新型中有機廢氣進入水解氧化裝置前首先經過阻燃過濾，防止火焰在設備之間的傳播，同時可以粗除塵并起到氣體均布分配的作用。2.水洗塔10 :水洗塔10中設置廢氣進氣口、廢氣的布氣-噴淋裝置和除霧裝置5。廢氣經過進氣口降低流速后自下而上流動，再經過鮑爾環布氣均勻后與已經被霧化的噴淋液接觸，經氣液兩相混溶，初步降低廢氣有機污染物濃度，最終經過除霧裝置5除霧進入水解塔20中。其中，廢氣進氣口采用向下傾斜45°切口管形式，形成了 45°進氣管口 2，以此可以有效的擴大進氣口的布氣面積，降低廢氣流速，提高后續布氣均勻性。最為布氣的功能件鮑爾環由支撐結構承載，其厚度為150mm-400mm之間，不可過厚，以免阻力過大導致能源浪費，同時也避免了噴淋液形成塔壁效應。噴淋裝置由噴淋管、霧化噴嘴和支撐件三部分組成，根據廢氣有機污染物濃度可調節噴淋裝置中霧化噴嘴的數量，噴淋管和霧化噴嘴布置時應盡量避免死角，每個霧化噴嘴服務面積需保證最小交叉，霧化噴嘴至同級布氣裝置最高點必須滿足噴嘴的服務高度，一般為I. 0-1. 2m。本實用新型中是采用兩級自下而上布置的布氣-噴淋裝置，并在第二級噴淋裝置的頂部設置除霧裝置。除霧裝置由25-30_鮑爾環和支撐件構成，厚度為100mm-200mm。本實用新型中水洗吸收過程的噴淋液采用自來水或回用水，并且循環使用。利用本實用新型裝置進行水洗吸收工藝的主要原理是工業廢氣中的有機溶劑種類較多，其中易溶于水的有機溶劑如乙醇、甲醇等醇類物質，二氧六環、四氫呋喃、DMF、乙腈等物質也均易溶于水，并且可以任意比例的互溶，它們溶于水后為優良的有機溶劑，除了脂肪族飽和烴以外，可與幾乎所有的有機溶劑混溶。因此，水洗塔的噴淋液采用自來水或回用水，且循環使用可以提高廢氣中溶于水的有機物，從而降低廢氣中的有機污染物濃度。3.水解塔本實用新型的水解塔20的內部結構與水洗塔10基本相似，水解液采用氫氧化鈉溶液，由循環水泵提升至水解塔內噴淋裝置處，經霧化噴嘴霧化后與廢氣污染物傳質交換，發生水解反應。通過水解反應改變污染物的化學結構和化學性質,溶于堿性溶液中，而達到凈化污染物的目的。具體反應方程式舉例如下[0034]氯烴類水解反應CH2Cl2.+. H:() Nfin >CH2Cl - OH + NaO，二氯甲烷水解成氯甲醇( ( ,十 H1O n^oh > CHCX2 - OH + NaCl ,氯甲烷水解成二氯甲醇四氫呋喃水解反應C4H4O+ H2O NaOH > C4H10O2，四氫呋喃水解生成丁二醇乙酸乙酯水解反應C4H,O2 +H2O>C1HSi-ONa^C1H, -OH乙酸乙酯水解成乙酸鈉與乙
醇 N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)水解反應
(( , )( Ο — N + H2O~)2 - COOH + NH' T主要原理可參見上述方程式，也可根據廢氣中的有機污染物的種類和濃度調節水解噴淋液，水解液可采用氫氧化鈉溶液、稀硫酸溶液或稀鹽酸溶液中的一種。3.氣液分離器30和引風機40 :本實用新型中氣液分離器30主要是防止水分進入引風機40中，特別是冬季管道中常出現冷凝水，可以通過氣液分離器30分離后排出。引風機40放在氧化塔50前，主要是防止引風機40被腐蝕，提高風機的使用壽命。4.氧化塔50 :本實用新型中氧化塔50的內部結構與前兩個塔基本相似，不同之處僅在于廢氣是由弓I風機40正壓送至氧化塔50內，所以氧化塔50的進氣管口采用倒凹形布置方式，從而形成倒凹形進氣管口結構，以此可以降低廢氣流速。氧化液采用次氯酸鈉溶液，由循環水泵提升至氧化塔50內的噴淋裝置處，經霧化后與廢氣污染物傳質交換，發生氧化還原反應，即改變污染物的化學性質和化學結構，從而達到凈化污染物的目的。具體反應方程式舉例如下正丁醇氧化成正丁酸的反應
RCH2OH RCOOH
( :'(C'H2).OHC(CH2)1 ('OOH甲苯氧化成苯甲酸的反應
(\H,-COOH主要原理可參見上述方程式，也可根據廢氣中的有機污染物的種類和濃度調節氧化噴淋液，氧化液可采用次氯酸鈉溶液、氯化鐵溶液或雙氧水溶液中的一種。廢氣經過以上系列凈化處理后，達標后經煙 排放至高空。噴淋液存放至循環水池，利用泵提升進行循環使用，定期(每季度或每半年)對循環水池內循環液測定，當污染物濃度COD高于3000mg/L時，排放少量部分循環液至污水處理系統，并向循環水池補充部分循環液以保證循環液的濃度。根據經驗，循環水池以補充循環液為主。研究試驗實例選用來自某一化學合成制藥工業有機廢氣治理工程，結合附圖對本實用新型的實施過程做具體說明研究材料有機廢氣中主要含有甲醇、乙醇、甲苯、二氧六環、四氫呋喃、乙酸乙酯等有機污染物，廢氣溫度為常溫。本實用新型中包括阻火器1，對廢氣進行阻燃過濾，防止火焰在設備之間的傳播，同時可以粗除塵。阻火器I的管路上設置壓差計1，用于預測阻火器I堵塞情況。阻火器I的出口連接水洗塔10廢氣進氣管口 2，廢氣進氣管口采用的是向下傾斜45°切口管形式，經過45°進氣管口 2降低流速后進入布氣裝置，布氣裝置是由支撐裝置和250mm厚度鮑爾環組成，鮑爾環直徑為35-40mm，經過布氣裝置可提高水洗塔10內廢氣均勻度，避免短流，提高噴淋液與廢氣碰撞幾率，提高反應效率。廢氣自下而上流動與布氣裝置上部的噴淋裝置霧化后的噴淋液混溶，噴淋液采用自來水或廠區回用水，由循環水泵提升至水洗塔10的第一級噴淋裝置41和第二級噴淋裝置42處，經霧化后的噴淋液直徑可達微米級別，增加了氣液反應時間，保證了廢氣中有機污染的去除效率。本實施例中采用兩級串聯的布氣-噴淋裝置，經過兩級布氣-噴淋裝置的充分反應后，廢氣進入水洗塔10頂部的除霧裝置5，去除廢氣中的水分后經負壓吸入水解塔20中。除霧裝置5是由直徑為25-30mm鮑爾環和支撐組成,鮑爾環厚度為150mm。水解塔的結構與水洗塔基本相似,水解液采用氫氧化鈉溶液，由循環水泵提升至水解塔20的第一級噴淋裝置41和第二級噴淋裝置42處，經噴嘴霧化后 與廢氣污染物傳質交換，發生水解反應。通過水解反應改變污染物的化學結構和化學性質，溶于堿性溶液中，而達到凈化污染物的目的。在水解塔20后設置氣液分離器30，用于去除廢氣中含有的水分，避免廢氣對后面的引風機40造成腐蝕。引風機40將廢氣負壓引入水洗塔10和水解塔20中，并正壓送入氧化塔50中，在水洗塔10和水解塔20中反應不完全或未反應的有機物經過氧化塔50中的氧化液氧化，達到排放標準后經煙 60高空排放。氧化塔的結構與前兩個塔基本相似，氧化液采用次氯酸鈉溶液，次氯酸鈉溶液有效氯按10%考慮。氧化液由循環水泵提升至氧化塔50中的第一噴淋裝置41和第二噴淋裝置42處，經噴嘴霧化后與廢氣污染物傳質交換，發生氧化反應。通過氧化反應改變污染物的化學結構和化學性質，從而達到凈化污染物的目的。為了避免氧化劑對氧化塔的腐蝕，氧化塔內部采用玻璃鋼防腐，玻璃鋼防腐厚度約為2mm。噴淋液均采用循環利用方式，在使用過程中根據實際情況補充循環液(包括自來水或回用水、氫氧化鈉溶液和次氯酸鈉溶液)。當循環水池中的循環液濃度高于3000mg/L時可以排放少量部分至污水處理系統。盡管上面結合圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護之內。
權利要求1.一種用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，其特征在于，包括依次連接的水洗塔(10)、水解塔(20)、氣液分離器(30)、引風機(40)和氧化塔(50);所述水洗塔(10)、水解塔(20)和氧化塔(50)內均分別自下而上的設有第一、第二級布氣-噴淋裝置，在第二級布氣-噴淋裝置的頂部設有除霧裝置(5);所述水洗塔(10)連接有循環水池1，所述水解塔(20)連接有循環水池2，所述氧化塔(50)連接有循環水池3 ;所述循環水池I、循環水池2和循環水池3均分別設有排污口和連接至水源的進水口 ；所述循環水池2還連接有水解液罐，所述循環水池3還連接有氧化液罐；所述水洗塔(10)的上游設有阻火器(I)，所述氧化塔(50)設有排放煙囪(60)。
2.根據權利要求I所述用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，其特征在于，所述循環水池I、循環水池2和循環水池3均分別連接有循環水泵。
3.根據權利要求I所述用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，其特征在于，所述水洗塔(10)和水解塔(20)的進氣管口均向下傾斜45°，所述氧化塔(50)的進氣管口采用倒凹形布置方式。
4.根據權利要求I所述用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，其特征在于，所述氧化塔(50)的內壁設有玻璃鋼防腐層，所述玻璃鋼防腐層的厚度為2mm。
5.根據權利要求4所述用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，其特征在于，第一、第二級布氣-噴淋裝置均包括自下而上設置的布氣裝置和噴淋裝置。
6.根據權利要求5所述用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，其特征在于，所述布氣裝置包括鮑爾環，所述噴淋裝置包括霧化噴嘴。
7.根據權利要求6所述用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，其特征在于，所述霧化噴嘴與同級的布氣裝置最高點之間的距離為I. ο-l. 2m。
專利摘要本實用新型公開了一種用于工業有機廢氣治理的水解氧化裝置，包括依次連接的水洗及水解塔、氣液分離器、引風機和氧化塔；水洗、水解和氧化塔內均分別自下而上設兩級布氣-噴淋裝置及一級除霧裝置；水洗塔進氣管上設阻火器，氧化塔設排放煙囪。利用本實用新型裝置實現的工藝是廢氣經阻火器負壓吸入水洗和水解塔內，分別經進氣口和鮑爾環布氣均勻后與霧化的水洗及水解液顆粒發生兩級混溶及水解反應，除霧后經氣液分離器去水由引風機送至氧化塔，再與霧化的氧化液發生兩級氧化還原反應并除霧，廢氣達標后高空排放。本實用新型將水洗吸收、水解及氧化工藝有機結合，有效去除了污染物，降低了初期投資和運行費用，工人勞動強度小，系統穩定運行，無二次污染。
文檔編號B01D53/18GK202683054SQ20122036149
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者徐淼, 張金鳳, 馬艷寧, 劉曉亮, 馮海軍 申請人:天津市環境保護科學研究院