一种处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统及其工艺.pdf

本发明涉及处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统及其工艺，LNG低温液体与高温工艺废气在换热单元发生换热反应后升温气化输送至界外使用，工艺废气降温至-20℃～0℃，然后工艺废气在分离单元降温至-50～-55℃，使苯乙烯、二氯乙烷呈固态，二乙烯苯呈液态，而空气呈气态，便于分离各相。本发明提高离子树脂生产工艺中有机废气的净化率，并有助于解决目前LNG冷能的综合利用问题，减少了环境污染。

权利要求书
1.  一种处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统，其特征在于包括换热单元、分离单元、废气燃烧装置；
换热单元与LNG储罐通过输送管道相连，离子交换树脂生产工艺废气输送管道与LNG输送管道反向地经过换热单元后连接至分离单元，在分离单元的输出端并排设置空气输送管道和回收管道，其中空气输送管道经过换热单元后连接至户外大气，回收管道经过换热单元后连接至废气燃烧装置。

2.  根据权利要求1所述的处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统，其特征在于在换热单元和分离单元之间的废气输送管道上设置辅助制冷设备。

3.  基于权利要求1所述的处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统的工艺，其特征在于步骤如下：
（1）在换热单元，LNG低温液体与逆向输入的离子交换树脂生产过程产生的高温工艺废气发生换热反应，LNG低温液体升温至室温气化，然后由天然气输送管道输送至界区外的天然气使用处；工艺废气经换热单元换热后降温至-20℃～0℃，然后输送至分离单元；
（2）在分离单元通过冷冻分离设备将工艺废气降温至-50～-55℃，在分离单元苯乙烯、二氯乙烷呈固态，二乙烯苯呈液态，而空气呈气态；其中，气态空气经空气输送管道排空；固态苯乙烯、固态二氯乙烷、液态二乙烯苯，经收集后输送至废气燃烧装置，实现完全燃烧。

4.  根据权利要求3所述的处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的工艺，其特征在于离子交换树脂生产过程中产生的有机废气温度为50～100℃，压力为3～10bar；各组份的质量分数是：苯乙烯<1500mg/m3，二乙烯苯<150mg/m3,二氯乙烷<1000mg/m3。

5.  根据权利要求3所述的处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的工艺，其特征在于工艺废气在输送至分离单元之前，输送至辅助制冷设备进一步降温至-28℃～-30℃。

6.  根据权利要求3所述的处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的工艺，其特征在于气态空气在排空之前，经管道输送至换热单元进行余冷回收。

7.  根据权利要求3所述的处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的工艺，其特征在于在固态苯乙烯、固态二氯乙烷、液态二乙烯苯在输送至废气燃烧装置之前，经管道输送至换热单元进行余冷回收。

说明书一种处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统及其工艺
技术领域
本发明涉及一种离子树脂生产工艺中，利用LNG冷能高效处理有机废气的工艺和系统。
背景技术
随着有机合成技术的迅速发展，离子交换技术迅速发展,在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中得到了广泛的应用。离子交换剂由最初的天然物质如泡沸石和经过磺化的煤（磺化煤），发展到许多种性能更为优良的材料,目前，国内外生产的离子交换树脂品种达数百种,年产量数十万吨。在离子交换树脂生产过程中，大部分原料都属于挥发性有机物，气体种类多，如苯乙烯、二氯乙烷、二乙烯苯等，如果将这些有机溶剂直接排放到大气中将会对现有生物和公共环境造成危害。
而且，因为这些有机废气普遍存在易燃易爆、有毒有害、不溶于水、溶于有机溶剂等特点，使得有机废气的处理难度较大。目前有机废气的主要处理方法有：吸附、燃烧、催化燃烧、生物氧化等，但燃烧和催化燃烧法不适用于大风量、低浓度、不稳定的有机废气；吸附工艺的活性炭吸附剂再生及溶剂回收等后处理工艺复杂；生物氧化工艺存在微生物培养困难、适应性面窄，运行费用高等缺点。因此，以上现有技术在治理复杂工业有机废气（尤其在大风量、低浓度工业有机废气处理）时在技术或经济上存在一定的局限性。
LNG是天然气经脱酸、脱水处理，低温工艺冷冻液化而成的低温液体混合物（-162℃），可以大大节约储运空间，而且具有热值大、性能高等特点。LNG在进入天然气管网前，需要从液化状态气化至常温，目前LNG气化所需的热量，以往是通过与海水换热或者通过燃烧天然气补充加热的方式提供。如此巨量的冷能不仅没有被科学的利用，而且破坏了海洋生态环境甚至消耗了天然气资源。因此，我国的LNG 冷能利用还只是处于起步阶段，LNG 冷能利用技术尚不成熟，要求寻找更合理的冷能梯级利用方式。
发明内容
为了合理的利用LNG气化时放出的冷能及进一步降低处理离子交换树脂生产工艺中有机废气处理的能耗，提高废气净化率，减少环境污染，本发明提出了一种处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统及其工艺，通过换热方式将LNG气化时放出的高品位冷能经冷冻提纯分离离子交换树脂产生的大风量、低浓度有机废气，并通过燃烧法处理有机废气。取代目前传统处理有机废气方法适用面窄、净化率低、能耗高的问题，同时也有助于解决目前LNG冷能的梯级综合利用问题。
本发明申请采用了以下的技术方案:
一种处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统，包括换热单元、分离单元、废气燃烧装置；
换热单元与LNG储罐通过输送管道相连，离子交换树脂生产工艺废气输送管道与LNG输送管道反向地经过换热单元后连接至分离单元，在分离单元的输出端并排设置空气输送管道和回收管道，其中空气输送管道经过换热单元后连接至户外大气，回收管道经过换热单元后连接至废气燃烧装置。在换热单元和分离单元之间的废气输送管道上设置辅助制冷设备。
一种处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的工艺，步骤如下：
（1）在换热单元，LNG低温液体与逆向输入的高温离子交换树脂生产过程产生的工艺废气发生换热反应，LNG低温液体升温至室温气化，然后由天然气输送管道输送至界区外的天然气使用处；工艺废气经换热单元换热后降温至-20℃～0℃；
离子交换树脂生产过程中产生的有机废气温度为50～100℃，压力为3～10bar；各组份的质量分数是：苯乙烯<1500mg/m3，二乙烯苯<150mg/m3,二氯乙烷<1000mg/m3；
（2）降温后的工艺废气通过废气输送管道输送至辅助制冷设备进一步降温至-28℃～-30℃后输送至分离单元；
（3）在分离单元通过冷冻分离设备将工艺废气降温至-50～-55℃，该温度范围介于苯乙烯和二氯乙烷的凝固点之下、二乙烯苯凝固点之上，是综合考虑饱和蒸汽压的影响，使苯乙烯、二氯乙烷呈固态，二乙烯苯呈液态，而空气呈气态；
    其中，气态空气经空气输送管道输入换热单元余冷回收后直接排空；收集固态苯乙烯、固态二氯乙烷、液态二乙烯苯，经过回收管道输送至换热单元与输入的有机废气换热，为工艺废气提供冷能，实现冷能回用，然后收集输送至废气燃烧装置，在高温下有机物质与燃料起充分混合，实现完全燃烧（因为苯乙烯、二乙烯苯、二氯乙烷均为微量，而且苯乙烯、二氯乙烷均呈固态，分离成本较大，燃烧处理更为经济），有机废气净化率≥95%。
本发明的优点和有益效果在于：
（1）现有技术通过冷冻法分离物质，一般需将温度降低至各物质的凝固点之下。本发明经过优选，兼顾了有机废气的凝固点和饱和蒸汽压，分离温度为-50～-55℃，介于苯乙烯、二氯乙烷和二乙烯苯的凝固点之间，不仅能够提高废气回收率，同时够降低废气处理过程中的能耗，净化率可以达到95%以上。
（2）在冷冻分离净化单元以LNG的冷能利用为主，压缩机、膨胀机辅助制冷，与其它处理方法相比，大幅降低能耗，更加精确控制冷冻分离单元的温度。同时可以综合利用LNG的冷能，提高冷能的附加值，缓解LNG气化时对环境的负面影响。
（3）利用苯乙烯、二乙烯苯、二氯乙烷与空气凝固点不同的特点，分离不同相态的有机废气，取代目前传统处理有机废气方法适用面窄、净化率低、能耗高的问题。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
主要附图标记的说明：1、LNG储罐；2、换热单元；3、辅助制冷设备；4、分离单元；5、废气燃烧装置；101、LNG输送管道；102、天然气输送管道；103、104、105、废气输送管道；106、空气输送管道；107、回收管道；108、排空管道；109、废气物进料管道。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的技术方案进一步详细阐述：
实施例1
    图1是本发明的工艺流程图，参照图1所示，一种处理离子树脂生产工艺产生的有机废气的系统，包括换热单元2、辅助制冷设备3、分离单元4、废气燃烧装置5。换热单元2与LNG储罐1通过LNG输送管道101相连，-162℃的LNG低温液体通过换热单元2换热升温至室温气化，气化后的天然气由天然气输送管道102输送至界区外的天然气使用处。
离子交换树脂生产过程产生的工艺废气温度为80℃，压力为10bar（苯乙烯为800mg/m3，二乙烯苯为100mg/m3,二氯乙烷为700mg/m3），以4000m3/h的流速经废气输送管道103进入换热单元2与LNG低温液体换热降温至0℃。降温后的工艺废气通过废气输送管道104输送至辅助制冷设备3，在辅助制冷设备3中工艺废气进一步降温至-30℃后，废气输送管道105输送至分离单元4。
在分离单元4通过冷冻分离设备在-50℃条件下分离工艺废气中苯乙烯、二乙烯苯、二氯乙烷和空气，其中固体物料为苯乙烯（质量分数为50.1%）、二氯乙烷（质量分数为44.6%），液态物料二乙烯苯（质量分数为5.2%），气态为空气。其中，固态和液态物料通过回收管道107输送至换热单元2进行余冷回收。余冷回收后的副产物经废气物进料管道109送至废气燃烧装置5处理，在高温下有机物质与燃料起充分混合，实现完全燃烧。而空气经收集后以4000m3/h的流速由空气输送管道106送至换热单元与温度为80℃，压力为10bar工艺废气换热，为工艺废气提供冷能，实现冷能回用，同时使空气经排空管道108排空，有机废气净化率为96%。
比较例1：
有机废气处理工艺参照实施例1中的工艺。其中在分离单元4通过冷冻分离设备在-25℃条件下处理工艺废气, 净化率20%。
比较例2：
有机废气处理工艺参照实施例1中的工艺。其中在分离单元4通过冷冻分离设备在-70℃条件下处理工艺废气, 净化率60%。
比较例3：
有机废气处理工艺参照实施例1中的工艺。其中在分离单元4通过冷冻分离设备在-90℃条件下处理工艺废气, 净化率85%。