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1、-双氧水氧化尾气两级处理技术设计李海明根据氧化尾气排放特性,采用改良空气冷干机组及活性炭吸附两级处理技术,并对工艺技术参数优选,以取得较佳的回收效益及达标排放。关键词:双氧水氧化尾气两级处理尾气处理参数优选Design of Two-Step Treatment of OxidationTail-Gas from Hydrogen Peroxide ProductionLi Haiming（Fujian Design Institute of Petrochemical Industry，Fuzhou 350001）An improved air freeze-drying set and a
2、ctivated carbon adsorption are used as two steps for treatment of oxidation tail-gas in accordance with emission data of tail-gas，and process parameters are optimized to achieve a better recovery and come up to the emission standardsKeywords：hydrogen peroxide，oxidation tail-gas，two-step treatment，tr
3、eatment of tail-gas，optimization of parameter在蒽醌法生产双氧水过程中,压缩空气进入氧化塔与氢化液进行氧化,而后由氧化塔顶部排出,排出的尾气(45)中含有15.33g/m3重芳烃(三甲苯异构体)。 目前, 国内双氧水氧化尾气大多采用-5盐水冷却回收, 不仅装置庞大复杂、 操作不便, 过程控制难于实现自动化, 而且排放尾气中芳烃含量仍有2.15g/m31，该排放浓度对大气无疑造成严重污染。 笔者在泉州隆泰年产5万t27.5%双氧水设计中,根据福建泉州环保局对该项目的批复中氧化尾气芳烃排放浓度70mg/m3的要求,对多种氧化尾气处理方案进行比较,确定将空
4、气冷干机进行部分改良后用于氧化尾气的“干燥”,并用活性炭作二次处理。经两级处理后,氧化尾气不仅达到排放标准,而且回收芳烃重复利用,可获得较好经济效益和社会效益。1氧化尾气的排放特性氧化尾气的排放特性由双氧水生产装置所决定,其排放温度为4548, 压力为0.250.3MPa。 尾气的总排放量根据生产负荷而变化, 每吨27.5%H2O2产品排放量约1220m3，尾气中芳烃接近饱和状态, 其组成见表1。表1氧化尾气组成(体积百分比)N2O2重芳烃其它91.989.9681.112氧化尾气两级处理工艺及技术参数优选 2.1氧化尾气处理流程见图1。图1氧化尾气处理流程来自氧化塔的尾气进入冷干机组,经常温
5、冷却器、预冷器、冷凝器、分离器等单元,在所控制的压力、温度下进行冷凝分离芳烃后,尾气进入活性炭吸附塔,芳烃被活性炭吸附,而净化后的尾气经管道高空排放。活性炭塔设两台,其中一台吸附,一台再生。再生介质用过热蒸汽。出活性炭塔的废热蒸汽经冷凝漂析器进行冷却、冷凝分离,分离后的冷凝水去污水站处理,而芳烃集中回收再投入系统使用。再生后的活性炭层用前塔净化尾气冷却到40后投入下周期吸附。2.2主要工艺参数优选(1) 尾气在冷干机的冷却温度含有芳烃的尾气温度冷却得越低,排出的尾气中芳烃的饱和蒸汽压越低。但从表2看,当温度从5降到-10,其蒸汽压变化量随温度变化趋小,芳烃回收率增加不明显,如表中温度45饱和芳
6、烃,冷却至5时芳烃回收率为91.7%, 在-5时回收率96.0%, 仅增加4.3%, 而耗冷量经测算却增加50%。 因此氧化尾气在冷干机的冷却温度宜控制在05之间, 本设计值取3。表2尾气温度与芳烃饱和含量关系温度蒸汽压mmHg*芳烃饱和含量g/m3尾气458.1517.04406.1812.91303.467.20201.863.88100.962.0050.6771.4100.4710.98-50.3230.67-100.2190.46*1mmHg1333Pa (2) 活性炭的选择及其空速、吸附量活性炭选用目前国内广泛用于鞋厂及油漆厂废气处理的TF型蜂窝状活性炭。为确保工程设计的可靠性,对
7、该产品进行小型试验,测得空速为450m3/(m3.h)时,吸附量与废气中芳烃(甲苯、二甲苯、三甲苯)浓度关系如图2。图2吸附量与废气中芳烃浓度关系在3时，进活性炭尾气芳烃浓度为1.223g/m3(尾气)，因此吸附量的设计值为20%。(3) 活性炭再生介质及其温度吸附重芳烃的TF蜂窝型活性炭脱附温度为140160。由于芳烃的闪点为48,爆炸极限为1%5.2%,故不宜采用热空气再生。为生产安全及利于操作回收,采用过热蒸汽为再生介质。操作时控制出床层蒸汽温度160，以避免蒸汽冷凝,活性炭床层再生后不需干燥即可投入使用。过热蒸汽的焓值随温度的升高而增大,再生起始时,应采用高温过热蒸汽,减少耗量,便于冷
8、凝回收芳烃。活性炭使用温度为400,起始再生过热蒸汽温度以350为宜,随着再生过程进行适当调整。3主要设备选型及工艺计算3.1尾气冷干机组的选择及主要特点标准的空气冷干机, 其进气压力为0.7MPa, 冷凝温度为5, 空气的常压露点达-25。 氧化尾气的压力为0.250.3MPa。 根据计算, 在该压力下, 温度为3时, 尾气的芳烃常压露点温度为-15, 因此运用冷干机作为氧化尾气回收装置回收效率较高。 本冷干机组由美国某公司根据氧化尾气工艺条件进行改良。 主要改进的部分为: 增加第一冷却器, 将尾气温度从48降至38; 对第二冷却器和冷凝器重新核算, 并采用高效换热器, 强化换热效果; 根据
9、生产负荷波动状况, 选用高效、 富有操作弹性的特种气液分离器; 尾气过流部分均采用不锈钢材料; 根据工艺参数选用全自动控制系统。 其工作流程见图3, 主要技术参数见表3。表3冷干机组主要技术参数处理量/m3/h8500工作压力/MPa0.250.3最低冷凝温度/3压力损失/MPa0.035耗冷量/kJ2.7106耗水量/t/h80图3氧化尾气冷干机组工艺流程图1第一冷却器;2一级分离器;3第二冷却器;4冷凝器;5二级分离器;6冷媒系统;7收集槽32活性炭塔和再生工艺计算3.2.1活性炭塔(1) 活性炭技术参数见表4。表4活性炭技术参数堆密度kg/m3380420规格mm5050100空速1/h
10、450吸附量%20比热容kJ/(kg.)1.095空塔风速m/s0.20.5使用温度400(2) 尾气参数干尾气量: 8500m3/h; 温度: 24; 压力: 0.21MPa; 进塔芳烃含量1.223g/m3(干尾气); 出塔允许芳烃含量70mg/m3。(3) 活性炭用量 备用系数取1.125, 实际用量为21.25m3。式中V活性炭用量, m3V0处理气量, m3/hv空速，m3/(h.m3)(活性炭)（4）活性炭塔径及高度(m)式中V0处理气量, m3/hT1操作温度, KT0273KP1操作压力, MPaP0标准大气压, MPa取2600式中V活性炭床层体积, m3F活性炭塔截面积,
11、m23.2.2活性炭再生(1) 再生周期T2式中T吸附周期, hG活性炭充填量, kgq保持吸附量, kg/kgK装置放大后的有效系数30%80%, 取70%Q处理风量, m3hCi废气进口浓度, mg/m3净化效率%， 平均值取98%(2) 再生蒸汽耗再生蒸汽压力0.1MPa, 进口温度350, 出口温度160, 全塔周期吸附量: (1223-70)85001161061136kg; 芳烃蒸气热容1.053kJ/（kg.）; 活性炭塔平均温度255; 设备热损失取总需热10%。 经热量衡算, 再生时总耗热量为2.55106kJ, 再生蒸汽消耗为6667kg。4投资及效益4.1投资估算投资估算
12、见表5。表5投资估算名称台数金额/万元备注冷干机组153.1包括控制活性炭塔265.5包括活性炭电加热器16包括电控冷凝漂析器17安装费16.3土建1.5合计149.44.2生产费用生产费用见表6(以年生产天数300天计)。 表6生产费用名称耗量单价/元总额/万元冷干机电耗/kW.h/a1.381050.354.819再生电耗/kW.h/a6.21040.350.217蒸汽耗/t/a413.8652.69水耗/t/a6.081050.16.08合计13.8064.3效益芳烃回收量: 根据计算从冷干机回收863.7t/a, 从活性炭回收70.5t/a。 以每吨价格0.38万元计, 全年共回收芳烃
13、总值355万元, 其中活性炭回收26.79万元。 5结论(1) 将空气冷干机组改良,用于双氧水氧化尾气“干燥”,在国内尚属首套。经与设备制造厂家等多方探讨,并对其工艺技术可靠性及设备性能要求的实现进行论证,认为该改良完全可行。(2) 用活性炭作为二级处理装置,不仅能达标排放满足环保要求,而且具有较好的回收效益。从测算结果看,仅活性炭装置回收的芳烃价值,约4年可回收活性炭装置投资。(3) 工艺参数的优化对本处理方法及回收效益尤为关键,特别在活性炭处理装置方面,其活性炭的选择及再生技术参数,关系到该装置的运行及效益。作者单位：福建省石油化学工业设计院,福州350001参考文献1郑国玉.化工设计,1994,(2):15.2刘天齐等.大气污染防治手册.上海科学技术出版社-第 7 页-