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一种有机挥发物（VOCs）废气的资源利用方法及装
技术领域
本发明涉及一种吸收法回收有机挥发物（VOCs）废气的资源利用方法，属于化工环保领域，具体涉及一种有机挥发物（VOCs）废气的资源利用方法及装置。
背景技术
挥发性有机物VOCs(volatile organic compounds)，是指常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在常温下具有相应挥发性的全部有机化合物。长期处于挥发性有机化合物（VOCs）污染的环境中，可引起慢性中毒，损害肝脏和神经系统、引起全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒等。苯和二甲苯还能损害造血系统，以至引发白血病。更重要的是研究表明：VOCs是造成我国以臭氧、PM2.5和酸雨为特征的区域性复合型大气污染的重要前体物［1］，严重威胁着人们的身体健康，VOCs的减排和治理迫在眉睫，而且任重道远。
VOCs的治理技术分为两大类，一类为回收利用技术，另一类为销毁性技术。回收利用技术包括冷凝法、吸附法、吸收法和膜分离法，该类方法突出体现有机挥发物的回收再用，但VOCs去除率偏低，单独使用无法达到理想的效果，一般作为高浓度有机挥发物前处理和其它方法联合使用。销毁性技术包括储热式热力燃烧法（RTO）、储热式催化燃烧法（RCO）、生物降解法、光催化氧化法和低温等离子法。该类方法VOCs去除率高，但投资大，操作安全性问题突出，适合低浓度VOCs的处理。近来，有一个值得重点关注的动向是我国又多地出台的VOCs防控方案中明确提出“不鼓励”“不建议”或“淘汰”单一活性炭吸附、光催化氧化、低温等离子处理工艺。因此，开展VOCs处理新技术新装备的研究是我国大气污染有效防控、打赢蓝天保卫战重要的技术保障。
VOCs通过吸收或吸附法回收利用，作为一种废气资源再利用途径，可以达到变废为宝，经济效益和环境效益的统一。已有的吸收方法也有很多报道，CN106237920A公开了一种含VOCs工业废气的处理工艺及系统，该技术采用吸收与焚烧的相结合的方法处理含VOCs工业废气，吸收剂采用机油、洗油或有机溶剂，吸收装置采用射流喷嘴混合吸收，通过气液混合吸收大部分VOCs，没有被吸收剂吸收的含VOCs工业废气进入焚烧炉焚烧后排空，处理效率达到99%以上。但该技术采用的吸收剂仍有一定的蒸汽压，在一定条件下也会挥发进入气相，造成吸收了工业废气中VOCs，同时还会产生新的VOCs进入后续的焚烧炉，同时焚烧工艺对含硫、氮等有机挥发物处理会产生新的SO2或NO2，有一定的局限性。CN106994293公开了一种处理炼油厂VOCs废气的装置和工艺，该技术采用吸收塔、脱硫塔和催化氧化三个单元处理废气，吸收塔的吸收剂使用5-10℃的低温柴油吸收，吸收后的柴油进行再生处理。该方法适合于炼油厂的VOCs处理。CN108905577A公开了一种VOCs废气净化处理方法，该方法采用二级碱喷淋吸收，碱吸收后的气体再通过三级吸附过程达到废气净化目的。但碱吸收只适合酸性VOCs气体吸收，而且喷淋吸收的吸收效果较差，同时吸附工序产生的吸附废渣处理仍是一个难题。
微观混合过程强化技术在气液传质和提高气液混合效率方面表现出一定优势,因此基于微观混合过程强化技术和装备处理含VOCs工业废气的方法日益受到关注。公开号CN108217914A公开的用于臭氧深度氧化处理工业废水的二阶微混反应装置，为本申请人河南省化工研究所有限责任公司于2018.03.21提出的发明专利申请，该专利申请提出了一种超重力场下气液分子级微观混合过程的强化设备，该装置的突出优势是使气液接触混合达到分子级微观混合，将该装置用于吸收法处理含VOCs工业废气，同样可以达到强化VOCs吸收的效果。
发明内容
本发明的目的正是基于公开号为CN108217914A公开的用于臭氧深度氧化处理工业废水的二阶微混反应装置，提出一种吸收法回收有机挥发物（VOCs）废气的资源利用方法及装置。利用本发明可以提高VOCs吸收率，吸收的VOCs通过再生可以回收有机溶剂，变废为宝，达到工业废气资源化利用的目的。
本发明的目的可以通过以下措施来实现：
本发明的有机挥发物（VOCs）废气的资源利用方法的步骤如下：将新鲜的吸收剂装入新鲜吸收剂储罐中，加入吸收剂的量始终保持新鲜吸收剂储罐的液位上限位，开启二级二阶微混反应器，待运转稳定后，开启吸收剂循环泵，待二级吸收剂储罐中吸收剂达到液位上限后，开启一级二阶微混反应器，待运转稳定后，开启二级循环泵，待一级吸收剂储罐中吸收剂达到液位上限后，开启高压磁悬浮风机，开始VOCs吸收；开启一级循环泵将吸收剂打入薄膜刮板蒸发器进口，开始加热薄膜刮板蒸发器；开启冷凝器，冷却后的有机溶剂进入回收溶剂接受罐；按此流程连续运行，经过分别对芳烃体系、烷烃体系、低碳醇酯体系不同VOCs浓度工业废气的处理后，达标尾气排空，排放气体含VOCs浓度达到GB31570-2015或GB31571-2015标准规定。
本发明中所述吸收剂的流量调节范围为40-30000L/h；高压磁悬浮风机气体流量的调节范围为1-30000m3/h，含VOCs气体与吸收剂量的体积比为1：0.001-10。
本发明中所述吸收剂为离子液体，组成为1， 3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1，3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种。
本发明中所述吸收剂的工作温度控制在-5-80℃，最佳温度为0-40℃。
本发明中所述薄膜蒸发器的加热温度控制在60-160℃，真空度控制在0.133Kpa-80Kpa。
适用于本发明方法的装置包括通过相应管路相连接的高压磁悬浮风机、一级循环泵、一级吸收剂储罐、一级二阶微混反应器、二级二阶微混反应器、二级循环泵、二级吸收剂储罐、新鲜吸收剂循环泵、新鲜吸收剂储罐、薄膜刮板蒸发器、回收溶剂接受罐、冷凝器，所述高压磁悬浮风机的出风口与一级二阶微混反应器侧下部的进风口相连，位于一级二阶微混反应器底部的出液口接入一级吸收剂储罐的进口，一级吸收剂储罐的出液口通过一级循环泵接入薄膜刮板蒸发器的进液口；位于一级二阶微混反应器顶部的出气口接入位于二级二阶微混反应器侧下部的进气口，位于二级二阶微混反应器底部的出液口接入二级吸收剂储罐的进液口，二级吸收剂储罐1-7的出液口通过二级循环泵接入位于一级二阶微混反应器侧上部的进液口；位于二级二阶微混反应器侧上部的进液口通过新鲜吸收剂循环泵与新鲜吸收剂储罐的出液口相连通，位于二级二阶微混反应器顶部的排气口与大气相连通；位于薄膜刮板蒸发器底部的出液口与位于新鲜吸收剂储罐顶部的一个进液口相连，位于新鲜吸收剂储罐顶部的另一个进液口用于补加损失的新鲜的吸收剂；位于薄膜刮板蒸发器侧上部的出液口通过冷凝器接入回收溶剂接受罐。
本发明的作用原理如下：
二阶微混反应器通过旋转床形成的上千倍强大超重力流场，使液体在旋转床中处于均匀分布的流动超细微粒状态，而且液滴表面被不断快速更新，使得气液两相达到微观分子级混合水平，气液传质系数较传统塔式反应器提高1-3个数量级，极大提高了气液反应的效率，含VOCs工业废气通过二阶微混反应器与吸收剂吸收，反应时间短，处理量大，VOCs捕集利用率高，处理后尾气中VOCs含量低，无需再加装其它的处理设施。
本发明中使用的吸收剂为咪唑类离子液体，离子液体属于低温熔盐类化合物，被称为“绿色溶剂”，它具备很多传统有机溶剂所不具备的特性，它的溶解能力强、溶解范围广，对金属、无机、有机化合物都有很强的溶解能力；它极低的蒸汽压可以在高温下不挥发；它的高温稳定性可以使离子液体长期循环使用，减少损失量。因此，本发明使用咪唑类离子液体作为吸收剂，可以对多类型的VOCs有很强的吸收溶解作用，而且在吸收剂再生脱除VOCs的过程中不挥发、不分解，节省了吸收剂的补加量。
本发明中再生吸收剂使用薄膜刮板蒸发器，操作温度低，操作弹性大，对粘度大物料处理效率高，对离子液体吸收剂中脱除VOCs效率高，节省能耗。
本发明的有益效果如下：
利用本发明的一种吸收法回收有机挥发物（VOCs）废气的资源利用方法处理含VOCs工业废气，VOCs的吸收效率得到提高，经过处理后的尾气VOCs可以满足排放标准，无需后续再增加其它处理设施，节约投资。由于旋转形成的强大超重力场的强化混合和反应过程，使气液接触充分、反应时间短、反应效率高、设备处理量大、体积小，节省投资、减小设备占地面积 ；同时磁力电机的使用，使反应装置内部为完全封闭状态，彻底避免了因动密封结构造成的跑、冒、滴、漏难题。
离子液体无挥发性，不会造成尾气中新的污染物产生，可以反复循环使用，降低处理成本。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图1中序号：1-1是高压磁悬浮风机，1-2是一级循环泵，1-3是一级吸收剂储罐，1-4是一级二阶微混反应器（公开号为CN108217914A），1-5是二级二阶微混反应器（公开号为CN108217914A），1-6是二级循环泵，1-7是二级吸收剂储罐，1-8是新鲜吸收剂循环泵，1-9是新鲜吸收剂储罐，1-10是薄膜刮板蒸发器，1-11是回收溶剂接受罐，1-12是冷凝器。
图2是公开号为CN108217914A的二阶微混反应装置结构示意图。
图2中序号：1、支架，2、永磁体驱动盘，3、二级进气口，4、二级液体分布器，5、二级进水口，6、一级出水口，7、二级出气口，8、外壳，9、磁性一级旋转填料床，10、一级出气口，11、一级进水口，12、一级液体分布器，13、永磁体，14、一级进水口，15、磁性二级旋转填料床，16、二级出水口，17、电机。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
如图1所示，适用于本发明方法的装置包括通过相应管路相连接的高压磁悬浮风机1-1、一级循环泵1-2、一级吸收剂储罐1-3、一级二阶微混反应器1-4（公开号为CN108217914A）、二级二阶微混反应器1-5（公开号为CN108217914A）、二级循环泵1-6、二级吸收剂储罐1-7、新鲜吸收剂循环泵1-8、新鲜吸收剂储罐1-9、薄膜刮板蒸发器1-10、回收溶剂接受罐1-11、冷凝器1-12，所述高压磁悬浮风机1-1的出风口与一级二阶微混反应器1-4侧下部的进风口相连，位于一级二阶微混反应器1-4底部的出液口接入一级吸收剂储罐1-3的进口，一级吸收剂储罐1-3的出液口通过一级循环泵1-2接入薄膜刮板蒸发器1-10的进液口；位于一级二阶微混反应器1-4顶部的出气口接入位于二级二阶微混反应器1-5侧下部的进气口，位于二级二阶微混反应器1-5底部的出液口接入二级吸收剂储罐1-7的进液口，二级吸收剂储罐1-7的出液口通过二级循环泵1-6接入位于一级二阶微混反应器1-4侧上部的进液口；位于二级二阶微混反应器1-5侧上部的进液口通过新鲜吸收剂循环泵1-8与新鲜吸收剂储罐1-9的出液口相连通，位于二级二阶微混反应器1-5顶部的排气口与大气相连通；位于薄膜刮板蒸发器1-10底部的出液口与位于新鲜吸收剂储罐1-9顶部的一个进液口相连，位于新鲜吸收剂储罐1-9顶部的另一个进液口用于补加损失的新鲜的吸收剂；位于薄膜刮板蒸发器1-10侧上部的出液口通过冷凝器1-12接入回收溶剂接受罐1-11。
本发明的有机挥发物（VOCs）废气的资源利用方法的步骤如下（参见图1）：
将新鲜的吸收剂装入新鲜吸收剂储罐1-9中，加入吸收剂的量始终保持新鲜吸收剂储罐1-9的液位上限位，开启二级二阶微混反应器1-5，待运转稳定后，开启吸收剂循环泵1-8，待二级吸收剂储罐1-7中吸收剂达到液位上限后，开启一级二阶微混反应器1-4，待运转稳定后，开启二级循环泵，待一级吸收剂储罐1-3中吸收剂达到液位上限后，开启高压磁悬浮风机，开始VOCs吸收；开启一级循环泵1-2将吸收剂打入薄膜刮板蒸发器1-10进口，开始加热薄膜刮板蒸发器；开启冷凝器1-12，冷却后的有机溶剂进入回收溶剂接受罐1-11；按此流程连续运行，经过分别对芳烃体系、烷烃体系、低碳醇酯体系不同VOCs浓度工业废气的处理后，达标尾气排空，排放气体含VOCs浓度达到GB31570-2015或GB31571-2015标准规定。
本发明中所述吸收剂的流量调节范围为40-30000L/h；高压磁悬浮风机气体流量的调节范围为1-30000m3/h，含VOCs气体与吸收剂量的体积比为1：0.001-10。
本发明中所述吸收剂为离子液体，组成为1， 3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1，3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种。
本发明中所述吸收剂的工作温度控制在-5-80℃，最佳温度为0-40℃。
本发明中所述薄膜蒸发器的加热温度控制在60-160℃，真空度控制在0.133Kpa-80Kpa。
实施例1：
工业废气VOCs组成为甲苯650mg/m3、苯1050 mg/m3、二甲苯410 mg/m3；吸收剂离子液体选用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，熔点-82℃，密度1.17g/ml，粘度233cP。将吸收剂装入新鲜吸收剂储罐1-9，加入吸收剂的量始终保持新鲜吸收剂储罐1-9的液位上限位，吸收剂温度控制在10-15℃，开启二级二阶微混反应器1-5，待运行稳定后，开启新鲜吸收剂循环泵1-8，流量控制2000L/h，待二级吸收剂储罐中1-7达到吸收剂液位上限后，开启一级二阶微混反应器1-4，待运转稳定后，开启二级循环泵1-6流量控制2000L/h，待一级吸收剂储罐1-3中吸收剂达到液位上限后，开启高压磁悬浮风机，风量控制1000m3/h,开始VOCs吸收。开启一级循环泵1-2将吸收剂打入薄膜刮板蒸发器1-10入口，开始加热薄膜刮板蒸发器，加热温度80℃，真空度15Kpa,开启冷凝器1-12，冷却后的有机溶剂进入回收溶剂接受罐1-11，蒸发器下部液体为脱除VOCs后的再生吸收剂，进入新鲜吸收剂储罐1-9，同时停止外部新鲜的吸收剂加入。按此流程连续循环运行。经过吸收后的达标尾气排空。经过吸收后的排空尾气VOCs含量分别为甲苯13.5 mg/m3、苯1.19 mg/m3、二甲苯9.96 mg/m3，低于国家特殊排放限值。
实施例2：
工业废气VOCs组成为正己烷777mg/m3、戊二烯380 mg/m3、异辛烷210 mg/m3；吸收剂离子液体选用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，熔点-8℃，密度1.36g/ml，粘度312cP。按照实例1中过程操作，吸收剂温度控制20℃，吸收剂流量控制1000L/h，气体风量1000m3/h，薄膜刮板蒸发器温度80℃，真空度20-30Kpa。处理后尾气中VOC含量为正己烷32mg/m3、戊二烯58mg/m3、异辛烷14.5 mg/m3
实施例3：
工业废气VOCs组成为甲醇2100mg/m3、乙醇1100 mg/m3、乙酸乙酯530 mg/m3；吸收剂离子液体选用1-丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，熔点40℃。按照实例1中过程操作，吸收剂温度控制60℃，吸收剂流量控制2000L/h，气体风量500m3/h，薄膜刮板蒸发器温度100℃，真空度30-35Kpa。处理后尾气中VOC含量为甲醇106mg/m3、乙醇65 mg/m3、乙酸乙酯25 mg/m3。
