本发明涉及环境保护与大气污染治理领域。本发明尤其涉及一种用于处理乙醇废气的方法及其设备。
背景技术：
人类在现代工业特别是例如化工厂、钢铁厂、制药厂，以及炼焦厂的生产过程中排放出有毒害的污染性气体。社会的进步使人类对自己所处的生存环境提出了更高的要求,各级环保部门对大气污染物排放的限制也越来越严格。
在制药、化妆品、食品等工艺过程中用于造粒而产生乙醇废气的工艺或工程中,一般将工业酒精(乙醇)用于造粒、帮助溶解有机成分成为药体成分、清洁设备零部件、消毒等工序。尤其是在制药工序中将乙醇作为湿润剂或者分散剂使用。浓度为95％的乙醇在制粒过程中可以使含糖高的颗粒分散均匀，浓度为70％的乙醇可以使含糖高的颗粒聚集。由于乙醇挥发快，因此在制药工序中大量使用,乙醇投入成本较多。当制药设备或系统进行换风排热时，大量挥发的乙醇以气态形式伴随药物粉尘进入排放的尾气中，造成排放尾气中非甲烷有机化合物排放超标、药物粉尘排放超标。
此外，一般制药工序的造粒和包衣工序中，工业酒精排放浓度超过500mg/m3，甚至高达2000mg/m3以上，高于爆炸的下限，属于易燃易爆的危险排气。因此，通常采用喷淋塔中吸收液吸收乙醇为安全可靠的处理方式。但是，传统的喷淋塔吸收工艺中会产生大量的乙醇废液，为此制药厂每年为处理乙醇废液向专门的废液处理厂付出相当多的运行成本。通常废液处理厂将收集到的乙醇废液与所有废液汇总到一起后，进行800～1000℃以上高温分解后排放。为此，造成废液处理设施造价高、运行成本高以及大量吸收液的浪费。
技术实现要素：
本发明的目的之一是提供一种用于处理乙醇废气的方法，以解决现有技术中存在的乙醇废液处理的成本高、乙醇吸收液大量浪费的技术问题。
本发明的另外一个目的是提供一种用于处理乙醇废气的设备，用于实施上述处理乙醇废气的方法，来实现回收和再利用乙醇和吸收液，并节约运行成本。
为解决上述技术问题，本发明的一方面提供一种用于处理乙醇废气的方法，包括：
将优选经过粉尘过滤后的乙醇废气输送至吸收处理设备以分离出可排放的尾气和乙醇水溶液，其中，所述吸收处理设备中的吸收液包括水；将所述乙醇水溶液缓存至预设浓度；对达到所述预设浓度的所述乙醇水溶液进行超重力分子分离，得到水和提纯后的乙醇；将分离后得到的水输送至所述吸收处理设备中，以补充吸收液。
其中，将所述乙醇水溶液缓存可包括：将所述乙醇水溶液输送至循环液箱。
其中，将分离后得到的水输送至所述吸收处理设备中可包括：将分离后得到的水经过所述循环液箱后输送至所述吸收处理设备。
其中，所述缓存后的乙醇水溶液的所述预设浓度为：乙醇浓度可为35～45％，优选浓度为40％。
其中，可以以1000r/min的转速、650kg/h的乙醇水溶液处理量进行超重力分子分离步骤，得到提纯后的乙醇体积浓度为92～98％，优选为95％。
其中，所述吸收处理设备包括单级喷淋塔，所述单级喷淋塔吸收得到的乙醇水溶液输送至循环液箱，所述分离后得到的水也输送至所述循环液箱，并与所述乙醇水溶液混合后输送至所述单级喷淋塔。
其中，所述吸收处理设备包括一级喷淋吸收塔和二级喷淋吸收塔，所述方法还包括：
将乙醇废气进行粉尘过滤后依次经过一级喷淋吸收和二级喷淋吸收的步骤，和/或
所述一级喷淋塔和二级喷淋塔吸收得到的乙醇水溶液分别输送至各自的循环液箱，所述分离后得到的水也分别输送至所述循环液箱，并单独或与所述各自循环液箱中的乙醇水溶液混合后分别输送至所述一级喷淋塔和二级喷淋塔。
本发明另一方面还提供一种用于处理制药乙醇废气的设备，包括：
吸收处理设备，接收优选经过滤粉尘的乙醇废气以分离出可排放的清洁尾气和乙醇水溶液，其中，所述吸收处理设备中的吸收液包括水；缓存来自所述吸收处理设备的所述乙醇水溶液的循环液箱；超重力分离装置，将来自所述循环液箱的达到预定浓度的乙醇水溶液进行分离，得到水和提纯后的乙醇，所述分离后得到的水输送至所述循环液箱。
其中，本发明所述的用于处理制药乙醇废气的设备，还包括：在所述循环液箱和所述超重力分离装置之间可设置第一泵，用于经所述循环液箱向所述超重力分离装置泵入所述乙醇水溶液和用于将所述超重力分离装置分离出的水泵回所述循环液箱以与所述乙醇水溶液混合；以及在所述循环液箱和所述吸收处理设备之间设置第二泵，用于经所述循环液箱向所述吸收处理设备泵回水。
其中，所述吸收处理设备可以为单级喷淋吸收塔、双级喷淋吸收塔或多级喷淋吸收塔，优选为双级喷淋吸收塔。
其中，所述双级喷淋吸收塔具有各自的循环液箱，所述各自的循环液箱通过总管线与所述超重力分离装置连接。
其中，所述超重力分离装置可包括折流式超重力旋转床和精馏装置。
其中，所述精馏装置包括再沸器和冷凝器，使来自所述循环液箱的乙醇水溶液形成乙醇气体，然后与所述乙醇水溶液中的水一起经所述超重力旋转床分离，分离出的水从所述超重力旋转床通过所述第一泵泵回至所述循环液箱，经所述超重力旋转床分离出的乙醇经所述冷凝器后输出至乙醇贮藏容器。
其中，来自所述吸收处理设备的乙醇水溶液与来自所述超重力分离装置的水在所述循环液箱中混合。
其中，所述喷淋吸收塔末端设置有除雾层，以使水汽和雾气的去除效果达到95％以上。
上述的用于处理乙醇废气的工艺，通过采用水作为吸收液吸收乙醇，节约了成本；此外，通过采用超重力分子分离技术，并将分离后得到的水循环至吸收处理设备中补充吸收液，实现了对吸收液的再利用，从而大大降低了处理含乙醇废液的成本，节约能源，减少了乙醇的浪费。另外，通过本发明上述处理乙醇废气的工艺使尾气排放也能达到国家对粉尘、非甲烷总烃排放的标准。
附图说明
图1是本发明一实施方式的处理乙醇废气的方法流程图。
图2是本发明一实施方式的处理乙醇废气的设备示意图。
图3是本发明另一实施方式的处理乙醇废气的设备示意图。
其中：1、11、1a-喷淋吸收塔；2、12、2a-第一泵；3、13、3a-循环液箱；4、14、4a-浓度检测装置；5-超重力分离装置；6、16、6a-第二泵；7-再沸器；8-折流式超重力旋转床；9-冷凝器；17-乙醇贮藏容器。
具体实施方式
图1所示为根据本发明一实施方式的处理乙醇废气的方法流程图。以处理制药过程中产生的乙醇废气为例，但本发明并不限于制药过程。也可适用于如化妆品生产或食品生产等的造粒工艺中。
参考图1，该方法可包括如下多个步骤。本领域技术人员可以理解，可以根据具体的生产工艺情况和现场情况对以下所详细描述的各步骤进行取舍和组合。因此下述的实施方式并不应当理解为对本发明的唯一步骤顺序和组合的限定。
首先，要将乙醇废气通过分离处理设备处理以分离尾气和乙醇水溶液。具体而言，如图1所示，由于制药过程中产生的含乙醇挥发物的废气通常伴有药物粉尘，因此在进行分离处理步骤之前可先进行过滤以去除粉尘(步骤s101)。
在完成过滤后，将经过过滤的乙醇废气输送至吸收处理设备进行吸收处理步骤。根据收集到的乙醇废气的量，吸收处理步骤可以选择采用单级喷淋吸收或者多级喷淋吸收步骤。为了便于说明，在本实施方式中以采用二级喷淋吸收步骤为例，相应地吸收处理设备采用双级喷淋吸收塔。如步骤s102和s103所示，使乙醇废气经过一级喷淋吸收和二级喷淋吸收，以使乙醇废气充分被所述喷淋吸收塔中的吸收液吸收，分离出清洁尾气和乙醇水溶液。其中，喷淋吸收塔中的吸收液包括水。
在经过二级喷淋吸收步骤进行分离处理后，即可分离出乙醇水溶液以及不含或仅有少量乙醇的清洁尾气(尾气乙醇含量低于20mg/m3)。然后，将清洁尾气排入大气中，经检测排入大气中的清洁尾气可达到国家对药物粉尘排放标准、非甲烷总烃排放标准。
在步骤s105，将上述分离处理后得到的来自一级喷淋吸收塔和二级喷淋吸收塔的乙醇水溶液分别缓存至与一级和二级喷淋吸收塔各自连接的循环液箱中。另外，可以在两个循环液箱中分别设置浓度检测装置，例如浓度计，用于检测循环液箱中乙醇的浓度。
当各自循环液箱中的浓度计检测到各自循环液箱中的缓存的乙醇水溶液的溶度达到预设浓度(例如40％)时，则可分别进入下一工序，将乙醇与水分离。例如，将乙醇水溶液输入超重力分子分离设备中，以例如1000r/min的转速、650kg/h的乙醇水溶液处理量对所述乙醇水溶液执行超重力分子分离步骤(步骤s106)，从而得到水和提纯后的乙醇。
发明人注意到，当乙醇水溶液的预设浓度低于35％时，可能会使超重力分子分离步骤执行频率过高，不利于节约能源和成本。当预设浓度高于45％时，乙醇水溶液容易变成水气或雾气，不利于乙醇回收。
经过超重力分子分离步骤的提纯后的乙醇浓度可达到体积比为95％。可将浓度为95％的乙醇返回输送至用于造粒和包衣的制药工序中等，和/或稀释至70％-75％用于其它工序中(步骤s108)。将超重力分子分离步骤中分离出的水泵入相应的循环液箱中，以进一步泵回与循环液箱相应的喷淋吸收塔(步骤s107)。由此，可实现吸收液的循环再利用，从而避免吸收液的浪费，节约运行成本。或者，也可以将超重力分子分离步骤中分离后得到的水不通过循环液箱直接泵入喷淋吸收塔。在这种情况下，尽管减少了从超重力分子分离步骤中分离后得到的水在循环液箱中缓存的过程和步骤，但是需要在循环液箱和喷淋吸收塔之间增加额外的控制装置以控制进入喷淋吸收塔的吸收液的压力等参数，对技术上的要求较高，使实现成本增加。因此，采用循环液箱缓存的方式看似增加了工艺环节和设备成本，但实际取得的效果是使工艺的设计和操作更为简化，同时降低了设备成本。
以下是根据上述实施方式的处理乙醇废气的方法，采用不同的处理乙醇废气的设备的实施例。
实施例1
图2所示为本发明一实施方式的处理乙醇废气的设备示意图。该设备可用于实施上文所述的处理乙醇废气的方法。仍然以制药工艺为例。
如图2所示，处理乙醇废气的设备可包括：滤筒
除尘器(未示出)，可使用常规的设备实施，用于对乙醇废气进行粉尘过滤，输出除粉尘后的乙醇废气；喷淋吸收塔1、11，对来自滤筒除尘器的过滤除粉尘后的乙醇废气进行吸收处理，使乙醇废气充分被所述喷淋吸收塔中的吸收液吸收，分离出清洁尾气和乙醇水溶液，其中，喷淋吸收塔1、11中的吸收液包括水；与喷淋吸收塔11连接的尾气排放装置(未示出)和循环液箱13，尾气排放装置将喷淋吸收塔11排出的清洁尾气排放至大气环境中；与喷淋吸收塔1连接的循环液箱3。循环液箱3、13可设置有浓度检测装置4、14以检测箱内物质(如乙醇)的浓度；超重力分离装置5，具有乙醇输出口以输出分离出的乙醇；液体导通装置(未示出)，其一端连接至循环液箱3、13，另一端连接至超重力分离装置5、并且在循环液箱3与超重力分离装置5之间布置有第一泵2、在循环液箱13与超重力分离装置5之间布置有第一泵12；第一泵2、12用于经循环液箱3、13向超重力分离装置5泵入乙醇水溶液和用于将超重力分离装置5分离出的水输送回循环液箱3、13；布置在循环液箱3和喷淋吸收塔1之间的第二泵6、布置在循环液箱13和喷淋吸收塔11之间的第二泵16，第二泵6、16用于从循环液箱3、13向喷淋吸收塔1、11泵回水。
双级喷淋吸收塔1、11末端还可设置有除雾层，以使水汽和雾气的去除效果达到95％以上。除雾层可以采用常规的设备，在此不再赘述。
在本例中，循环液箱既贮存来自喷淋吸收塔的乙醇溶液，又贮存来自超重力旋转床的分离出的水，而并没有采用将两种液体分别贮存的方式。该设计既可以实现补充吸收液以减少浪费的目的，还可以节省设备成本，同时，还可以实现在设备运行过程中延长超重力分离装置的开启周期，节省运营成本。
其中，超重力分离装置包括折流式超重力旋转床8和精馏装置。折流式超重力旋转床可以采用中弘环境工程有限公司的型号为se750-2p的折流式超重力旋转床，其转子直径为750mm，两层转子，外壳直径为830mm，高为550mm。本例中，精馏装置包括再沸器7和冷凝器9。采用连续精馏方式，处理量可达到650kg/h。
如图2所示，喷淋吸收塔1未吸收的乙醇废气从喷淋吸收塔1的顶部排出，从喷淋吸收塔2的下部进入喷淋吸收塔2中，以此得到的清洁尾气经尾气排放装置(未示出)排出。
在喷淋吸收塔1中吸收乙醇后的乙醇水溶液从喷淋吸收塔1的底部流入循环液箱3中。当通过浓度检测装置4检测到循环液箱中的乙醇浓度达到预设体积浓度如40％时，第一泵2将循环液箱3中乙醇水溶液经总管线泵入超重力分离装置5。同样地，在喷淋吸收塔11中吸收乙醇后的乙醇溶液从喷淋吸收塔11的底部流入循环液箱13中。当浓度检测装置14显示循环液箱中的乙醇浓度达到预设体积浓度40％时，第一泵12将循环液箱13中乙醇水溶液经总管线泵入超重力分离装置5。与循环液箱13相比，循环液箱3中的乙醇水溶液浓度更容易达到预设浓度。通常两个循环液箱不会同时达到预设浓度，因而不同时向分离装置输送乙醇水溶液。
当开启超重力分离装置5时，乙醇水溶液经总管线流入再沸器7后形成乙醇气体，与乙醇水溶液中的水一起经超重力旋转床8分离。分离出的水从超重力旋转床8经总管线分别由第一泵2泵回至循环液箱3、由第一泵12泵回至循环液箱13。经超重力旋转床8分离出的乙醇经冷凝器9后输出至乙醇贮藏容器17中。
实施例2
图3所示为本发明一实施方式的处理乙醇废气的设备示意图。该设备可用于实施上文所述的处理乙醇废气的方法。仍然以制药工艺为例。
如图3所示，本实施例的实施方式与实施例1的实施方式不同之处仅在于，处理乙醇废气的设备仅包括一组吸收处理设备和一个循环液箱。
处理乙醇废气的设备可包括：滤筒除尘器(未示出)，可使用常规的设备实施，用于对乙醇废气进行粉尘过滤，输出除粉尘后的乙醇废气；喷淋吸收塔1a，对来自滤筒除尘器的过滤除粉尘后的乙醇废气进行吸收处理，使乙醇废气充分被所述喷淋吸收塔中的吸收液吸收，分离出清洁尾气和乙醇水溶液；气体输送装置(未示出)，气体输送装置的一端连接至滤筒除尘器，另一端连接至喷淋吸收塔1a进行处理；与喷淋吸收塔1a连接的尾气排放装置(未示出)和循环液箱3a，尾气排放装置将喷淋吸收塔1a排出的清洁尾气排出；与喷淋吸收塔1a连接的循环液箱，循环液箱3a可设置有浓度检测装置4a以检测箱内物质(如乙醇)的浓度；超重力分离装置5a，具有乙醇输出口以输出分离出的乙醇；液体导通装置(未示出)，其一端连接至循环液箱3a，另一端连接至超重力分离装置5a、并且在循环液箱3a与超重力分离装置5a之间分别布置有第一泵2a。第一泵2a用于经循环液箱3a向超重力分离装置5a泵入乙醇水溶液和用于经超重力分离装置5a向循环液箱3a泵回水；布置在循环液箱3a和喷淋吸收塔1a之间的第二泵6a，第二泵6a用于经循环液箱3a向喷淋吸收塔1a泵回水。
如图3所示，乙醇废气经喷淋吸收塔1a吸收后，得到的清洁尾气经尾气排放装置(未示出)排出。
在喷淋吸收塔1a中吸收乙醇后的乙醇水溶液从喷淋吸收塔1a的底部流入循环液箱3a中。当浓度检测装置4a显示循环液箱中的乙醇浓度达到预设体积浓度如40％时，第一泵2a将循环液箱3a中乙醇水溶液直接泵入超重力分离装置5a。
当开启超重力分离装置5a时，乙醇水溶液流入再沸器7后形成乙醇气体，与水溶液中的水一起经超重力旋转床8分离。分离出的水从超重力旋转床8直接通过第一泵2a泵回至循环液箱3a中。经超重力旋转床8分离出的乙醇经冷凝器9后输出至乙醇贮藏容器17中。
发明人根据本发明的处理乙醇废气的方法对某制药厂采用上述实施例1中处理乙醇废气的设备进行了测试。以往每周需要向废水处理厂支付约8000元的费用处理制药工艺中每周产生的乙醇废液6.5吨。现在采用上述处理制药乙醇废气的工艺和设备对乙醇废液回收，处理量为650kg/h，进料乙醇浓度为体积比40％，按回流比2.5进行操作，每周只需要连续精馏10小时，得到酒精浓度达95％以上的乙醇约2.6吨，回收水3.9吨，投入成本约800元，可节约成本90％。
技术特征：
技术总结
一种用于处理乙醇废气的方法，包括：将乙醇废气输送至吸收处理设备以分离出尾气和乙醇水溶液；将尾气排入大气，将乙醇水溶液缓存；当缓存后的乙醇水溶液达到预设浓度后，对乙醇水溶液进行超重力分子分离，得到水和提纯后的乙醇；将分离得到的水循环至吸收处理设备中，以补充吸收液。本发明所述的方法具有投资成本低、节约运行成本和能源等优点。
技术研发人员：马云;牟松;王俊虎;霍捷
受保护的技术使用者：中弘环境工程（北京）有限公司
技术研发日：2017.08.15
技术公布日：2019.03.01
声明：
“用于处理乙醇废气的方法及设备与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中弘环境工程（北京）有限公司
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2024年07月26日 ~ 28日 
