[发明专利]一种含环氧丙烷或环氧乙烷有机废气的净化方法

说明书

技术领域

本发明属于有机废气净化处理领域，更具体地涉及由聚醚生产装置产生的含有高浓度环氧丙烷或者环氧乙烷废气的净化方法。

背景技术

聚醚多元醇是由多元醇作为起始剂，以环氧丙烷(PO)或环氧乙烷(EO)为主要原料在胺类催化剂作用下在反应温度100～120℃，压力为3Mpa条件下，经开环聚合制得，聚合反应系统为间歇操作过程。聚醚多元醇生产过程中，随着环氧丙烷或环氧乙烷的在反应过程中消耗而补充氮气，提高反应压力，从而提高环氧丙烷或环氧乙烷的转化率。在聚合反应结束后，系统采取对反应釜抽真空的方式，将反应釜中气相全部排出排放至废气总管，其中气相中主要包括惰性气体氮气含量通常为60v％(体积)以上和未反应的含量不超过40v％的环氧丙烷或环氧乙烷，另外还包括在聚醚多元醇生产过程中产生的挥发性有机气体，例如乙醇、低分子醚类、胺类；以及金属离子等。

聚醚多元醇的废气排放系统工况较复杂，由于聚合反应系统为间歇操作过程，废气流量及浓度变化很大，在反应器开阀排气瞬间，废气瞬时最大排气流量约3000Nm³/小时，脱气中环氧丙烷或环氧乙烷的最高浓度约40v％；2～5min后排气流量约1000～2000Nm³/小时，脱气中环氧丙烷或环氧乙烷的最高浓度约30v％；30min后排气流量约0～100Nm³/小时，脱气中环氧丙烷或环氧乙烷的最高浓度约10v％。废气平均总量3000Nm³/天，废气中环氧乙烷或环氧丙烷的平均浓度为8v％，脱气时间约4小时/天。环评处理标准是环氧丙烷或环氧乙烷废气排放浓度<2ppm。

目前，工业上报道处理含环氧丙烷或环氧乙烷有机废气的净化方法主要有高温催化燃烧法、化学吸收法、固体酸催化三种。

其中高温催化燃烧法主要是将废气引入到焚烧或火炬系统，进行催化燃烧。这类专利报道，如：CN01274679.7、CN200710053868.8、CN03258985.9、CN03211736.1等。由于环氧丙烷或环氧乙烷为甲类易燃物质，在空气中爆炸极限都很低，浓度范围宽，如果废气中环氧丙烷或环氧乙烷浓度处于爆炸极限，催化燃烧很容易发生危险事故。在过去10年，在美国已经发生多起安全事故。无论其控制系统做的多么“周全”，都会有安全隐患存在，在意外的情况下会导致事故的发生。而且，由于其中氮气含量在60v％以上，如果直接引入火炬焚烧系统，大股惰性气体可能会造成火焰熄灭。废气中的环氧丙烷或环氧乙烷也没有有效利用，增加了环境的碳排放。

化学吸收法主要是在酸、碱为催化剂条件下，环氧丙烷或环氧乙烷会和水发生开环加成水解反应，转化成丙二醇或乙二醇。环氧丙烷或环氧乙烷都是三元环，由于三元环存在很大的环张力，所以化学性质非常活泼。这类专利报道，如：CN200910188103.4等。其中尤其以无机酸催化效果最佳，因为其具有很强的氢离子电解能力，且性质稳定不易挥发，能够促使环氧丙烷或环氧乙烷开环质子化。但是其存在工艺复杂，尤其废水后处理复杂，副产物较多、污染环境。并且根据实验室研究数据发现，如下规律：

表一 5％硫酸对不同浓度环氧丙烷催化水解效果

从表一可以看出：随着环氧丙烷入口浓度降低，硫酸对环氧丙烷催化水解效果下降，对于低浓度环氧丙烷尾气需要多级硫酸催化处理，去除效果较差。

由于固体酸的固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位—酸中心，可以广泛应用于离子型机理的催化反应。固体酸催化反应处理含有高浓度环氧丙烷或环氧乙烷废气报道较多，其优点在于对设备无腐蚀，且不产生难于处理废水，条件温和。但是容易受进料溶液中的悬浮物质、碱性物质、有机物和金属离子等的污染，使固体酸催化剂中毒、造成离子交换能力降低甚至失去。因此在使用固体酸催化处理含有高浓度环氧丙烷或环氧乙烷废气过程中应避免：⑴进料内不能有大量金属离子，以免金属离子与固体酸树脂上的氢交换，降低树脂交换容量，造成催化剂部分失活；⑵进料中不能有碱性物质，因碱性物质会中和掉部分树脂上的氢，降低交换容量，造成催化剂部分失活。在实际生产过程中，很难保证入口进料的“纯度”，造成固体酸催化剂使用寿命较短，无法满足工业化需求。