CN100379484C - 排出气体吸附系统及回收挥发性有机化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种排出气体吸附系统和回收挥发性有机化合物(VOC)的方法，更具体地是，涉及被设计为有效地吸附包含在排出气体中的VOC、并降低排出气体中VOC含量的排出气体吸附系统，该排出气体吸附系统包括吸附塔、解吸塔和热交换器，及回收VOC的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种排出气体吸附系统及回收挥发性有机化合物(VOC)的方法，尤其是涉及被设计为有效地吸附包含在排出气体中的VOC、并降低排出气体中VOC含量的排出气体吸附系统，及回收VOC的方法。
背景技术
膜分离系统、堆芯冷却系统(core cooling system)、吸附系统、及其组合作为从排出气体中除去并回收VOC的技术已经为人们所共知。
对于吸附系统，韩国专利注册号266479公开了通过将污染的气体加入填充有硅凝胶和活性碳吸附塔中而有效地除去VOC的方法。
并且，韩国专利注册号2002-10384公开了通过真空在中温下连续循环使用吸附剂、并分离和回收包含在排出气体中的VOC的方法和设备。
然而，上述技术并不能有效地回收VOC。而且，由于复杂的结构使安装和维持费用昂贵。
图3为用于PVC生产工艺的常规VOC回收和吸附系统的示意图。从图中可以看出，从分离箱100和冷凝器110中排出的VCM通过储气器120被压缩，或者再经过第二冷凝器130被直接释放到活性碳塔140中。或者，在被转移入第二浓缩器130前，VCM在燃烧装置150处被燃烧。
常规系统不适合于大规模应用、并且燃烧处理造成了需要处理废气的问题。
发明内容
因而，本发明的一个目的是提供一种能够使排出气体中VOC含量最小的排出气体吸附系统、和使用该系统的回收VOC的方法。
本发明的另一个目的是提供一种能够通过优化气态和液态物质在吸附塔和解吸塔中的传输和停留时间以提高VOC回收率的排出气体吸附系统以及使用该系统回收VOC的方法。
附图说明
图1为本发明的排出气体吸附系统的示意图。
图2为本发明的排出气体吸附系统的分配器的剖面图。
图3为常规排出气体吸附系统的示意图。
具体实施方式
本发明的排出气体吸附系统将包含VOC成分的排出气体送入吸附塔中，该吸附系统通过逆流流动使气液接触最优化、将吸附溶剂流入吸附塔中以使排出气体中的VOC成分被吸附、将吸附了VOC成分的吸附溶剂转移至解吸塔以使吸附到吸附溶剂的VOC成分通过热能被解吸并在再生处理中被回收。结果，无VOC成分的惰性气体被释放入空气中。
为此目的，本发明提供了包括通过循环吸附溶剂而吸附包含在排出气体中的VOC成分、并向空气中释放无VOC的气体的吸附塔；和通过循环载气而从吸附溶剂中分离VOC成分、并回收VOC成分的解吸塔；通过两种吸附溶剂的热交换而加热流入解吸塔的吸附溶剂和冷却流入吸附塔的吸附溶剂的热交换器的排出气体吸附系统。
为此目的，通过两种吸附溶剂的热交换而加热流入解吸塔的吸附溶剂和冷却流入吸附塔的吸附溶剂的热交换器可以被用作温度控制装置。
并且，热交换器可以进一步包括冷却流入吸附塔的吸附溶剂的冷却器和加热流入解吸塔的吸附溶剂的加热器。
吸附塔具有在底部的将惰性排出气体分配入吸附塔的气体分配器，和在顶部的将VOC吸附溶剂分配到吸附塔底部的溶剂分配器。而且，吸附塔在底部配有能够将已吸附了VOC成分的吸附溶剂输入解吸塔中的传输管线。吸附塔在顶部和底部之间具有由能够最优化气态和液态物质接触的填塞材料填充的数层板。
优选地，流体硅酮油或其它硅基化合物被用作吸附剂。
并且，解吸塔在顶部具有与传送管线相连、并分送吸附溶剂至解吸塔的分配器；和在底部具有将从吸附溶剂中分离出来的VOC成分用载气输送至再生处理的释放管线。解吸塔具有位于顶部和底部之间由能够最优化气体和液体物质接触的填塞材料填充的数层板。
优选地，载气温度被控制高于VOC的沸点。
本发明的排出气体吸附系统可以进一步包括在放出管线上的、从载气中分离吸附溶剂的分离器，和与分离器和解吸塔连接并将分离的吸附溶剂再送入解吸塔的回收管线。
本发明还提供了回收VOC的方法，包括步骤：将排出气体与吸附溶剂接触，以吸附包含在排出气体中的VOC成分；将热载气加入已吸附了VOC成分的吸附溶剂，以从吸附溶剂中分离VOC成分；用载气将分离的VOC成分输送到再生处理，以回收和处理；和再循环除去了VOC成分的吸附溶剂至吸附步骤。
本发明的回收VOC的方法可以进一步包括在VOC分离步骤前加热吸附溶剂的步骤。
本发明的回收VOC的方法可以进一步包括在传输载气时，分离包含在载气中的被吸附物质的步骤。
下文中，本发明的优选实施例以附图为参考被详细地加以描述。
图1为本发明的排出气体吸附系统的示意图。
回收聚氯乙烯(PVC)制造过程中产生的排出气体中所包含的氯乙烯单体(下文中称为“VCM”)的方法将作为例子被描述。
下面的例子仅用于理解本发明，但本发明并不限于下面的例子。
由图1可知，本发明的排出气体吸附系统包括用吸附溶剂从惰性气体中吸附VCM气体的吸附塔10，和回收吸附于吸附溶剂的VCM气体的解吸塔20。
在吸附塔10，位于底部的气体分配器11将惰性气体分配入吸附塔10，并且通过气体分配器11分配的除去VCM气体的气体在吸附塔的顶部被释放入空气。
在吸附塔10的顶部，有将VCM气体吸附溶剂分配入吸附塔10的底部的溶剂分配器12。溶剂分配器12通过进料管线14与装有吸附溶剂的贮存罐15相连。进料管线14上的传输泵16加入吸附溶剂。
在该实施例中，流体的基于硅的化合物被用作吸附溶剂。
在吸附塔10的底部，有将已吸附VCM气体的吸附溶剂传输到解吸塔20的传输管线17。传输管线17也配有传输泵18。
因而，VCM气体被连续地且均匀地被吸附入吸附塔10中的循环吸附溶剂、并随后被释放入空气。结果，被释放入空气中的惰性气体的VCM含量保持在10ppm或更低。
解吸塔20从吸附溶剂中分离VCM气体、并传输其到再生处理过程。在解吸塔20的顶部，有连接于传输管线17、并将吸附溶剂分配到解吸塔20的分配器21。传输从吸附溶剂中分离出来的VCM气体的载气从解吸塔20的底部进料。在解吸塔20的顶部，有释放包含VCM气体的载气的释放管线22。
优选，200℃或低于200℃的水汽被用作载气。
吸附溶剂与VCM气体在解吸塔20中被分离、并通过位于解吸塔20底部的进料管线14被再次送入吸附塔10。在该过程中，任何随载气流入释放管线22的吸附溶剂需要被回收。
为此目的，从载气中分离吸附溶剂的分离器23被安装在释放管线22的顶部。该分离器23通过回收管线24与解吸塔20连接，以使得分离并回收的吸附溶剂被再次送入解吸塔20中。
释放管线22配有将含有VOC成分的载气传输到再生处理的真空泵25。
吸附塔10和解吸塔20被优化了气态或液态物质的传输和停留时间的数层板分隔。各个板用填充材料13、26填充。
优选地，吸附塔10由三层板分隔、且解吸塔20由两层板分隔。
各板由水平栅格19分开。栅格19具有填充材料13、26不能渗透的细小孔。约75％的各板之间的空间用填充材料填充。填充材料13、26优化了气态和液态物质在其传输中的接触。25％或更少的持液率是优选的(持液率的含义是粘附在填充物上的液体的体积比例。低的持液率能够使接触最优)。
热交换器30被安装在吸附塔10和解吸塔20之间的进料管线14和传输管线17上、并交换在吸附塔10和解吸塔20之间循环的吸附溶剂的热能。冷却器和加热器被顺序地安装热交换器，以进一步冷却或加热传输到各管线的吸附溶剂。
即，冷却器被安装在连接于吸附塔10的进料管线14上，并且已经通过热交换器被冷却的吸附溶剂被进一步冷却，以适于吸附塔的操作条件。并且，加热器被安装在连接于解吸塔20的传输管线17上，并且已经通过热交换器被加热的吸附溶剂被进一步加热，以适于吸塔的操作条件。
考虑到吸附塔10的操作温度优选为0～50℃、并且解吸塔20的操作温度优选为60～150℃，所以优选通过冷却器和加热器将各吸附溶剂的温度控制在0～35℃和95～100℃。
优选各分配器可以防止各塔内气态和液态物质的输送过程中的溢流或渗出。为此目的，各分配器对吸附溶剂和气体有不同的路径，能够使吸附溶剂和气体无中断地流动。图2为吸附塔10的溶剂分配器12的范例性剖面视图。其具有用于气体的路径40和用于吸附溶剂的路径41。
本发明的排出气体吸附系统如下操作。
当安装在各管线上的泵运行时，装在贮存罐15中的流体吸附溶剂通过进料管线14被送入位于吸附塔10的顶部的溶剂分配器12中。然后，其经过吸附塔10的各板向下流动。
位于吸附塔10底部的气体分配器11均匀地将排出气体送入吸附塔10中。
因而，吸附溶剂和排出气体在吸附塔10中接触，并且包含在排出气体中的VCM气体被吸附于吸附溶剂。在该处理中，填充于吸附塔10和各板的填充材料13最优化了压差、气态和液态物质的停留时间以及它们的接触状态，以使通过吸附溶剂的VCM气体吸附被最大化。
当排出气体被传输到吸附塔10的顶部时，VCM气体被除去、并且排出气体通过吸附塔10的顶部被释放入空气。
根据试验，被释放入空气中的惰性气体的VCM含量小于10ppm。
吸附了VCM气体的吸附溶剂向下流动至吸附塔10的底部。在那里，其通过传输管线17由传输泵18被传输到解吸塔20的顶部。在被送入解吸塔之前，该吸附了VCM气体的吸附溶剂通过了热交换器30。热交换器30交换吸附了VCM气体的吸附溶剂和已解吸VCM气体的吸附溶剂的热量。
结果，传输到吸附塔10的吸附溶剂通过热能损失而被冷却，同时传输到解吸塔20的吸附溶剂通过获得热能而被加热。
在该处理中，如果各塔配有冷却器和加热器，则吸附溶剂的温度可以根据操作条件而被更恰当地设定。
在解吸塔20中，VCM气体在沸点下从吸附溶剂中被分离。在该处理中，填充于解吸塔20的各板的填充物质26保持气态和液态物质的优化的停留时间和接触状态，因而进一步提高了解吸效率。
分离的VCM气体通过从解吸塔20的底部进料的载气被传输到再生处理过程。即，含有VCM气体的载气通过释放管线22由真空泵25被传输到再生处理过程。
当载气通过安装在释放管线22上的分离器23时，吸附溶剂被分离、并通过回收管线24再次被送入解吸塔20中。
在解吸塔中的除去VCM气体的吸附溶剂通过连接于解吸塔20底部的进料管线14被再次送入吸附塔10，以用于VCM气体吸附。
如上述本发明的排出气体吸附系统使释放入空气中的排出气体的VOC含量最小化，因而提高了VOC回收、并防止环境污染。
尽管本发明已经根据优选实施例进行了详细描述，本领域技术人员可以理解不背离本发明的所附的权利要求阐明的精神和范围的各种修改和替换均是可以的。
Claims (10)
1.一种排出气体吸附系统，包括：
吸附塔，通过在其内循环吸附溶剂吸附包含在排出气体中的挥发性有机化合物(VOC)成分、并将除去VOC成分的气体释放到空气中；
解吸塔，通过在其内循环载气而从吸附溶剂中分离VOC成分、并回收该VOC成分；以及
热交换器，通过热交换而冷却和加热从解吸塔中分离出的吸附溶剂和从吸附塔传送到解吸塔的吸附溶剂以适于各塔的操作条件。
2.根据权利要求1的排出气体吸附系统，所述的热交换器进一步包括连接于吸附塔和解吸塔的进料管线和传输管线上的冷却器和加热器，以冷却和加热被传输到吸附塔和解吸塔的吸附溶剂。
3.根据权利要求1的排出气体吸附系统，所述的吸附塔配有：位于其底部的气体分配器，该气体分配器分配惰性排出气体到吸附塔；位于其顶部的溶剂分配器，该溶剂分配器分配VOC吸附溶剂到吸附塔的底部；位于其底部的传输管线，该传输管线传输吸附了VOC成分的吸附溶剂到解吸塔；和在其顶部和底部之间的数层板，该板被优化气态和液态物质的接触的填充材料填充。
4.根据权利要求1的排出气体吸附系统，所述吸附溶剂为硅酮油或其它基于硅的化合物。
5.根据权利要求1的排出气体吸附系统，所述的解吸塔配有：位于其顶部的分配器，该分配器连接于传输管线、并将吸附溶剂分配入解吸塔内；位于其顶部的释放管线，该释放管线连接于再生处理；和在其顶部和底部之间的数层板，该板被优化气态和液态物质的接触的填充材料所填充，并且传输从吸附溶剂中分离出的VOC成分至再生处理过程的载气从底部被加入。
6.根据权利要求5的排出气体吸附系统，所述的载气的温度高于VOC成分的沸点。
7.根据权利要求5的排出气体吸附系统，所述的释放管线配有分离器，该分离器从载气中分离吸附溶剂、并通过回收管线将分离的溶剂再次进料入解吸塔内。
8.一种从排出气体中回收VOC成分的方法，包括步骤：
使排出气体与吸附溶剂接触，以吸附包含在排出气体中的VOC成分；
向已经吸附了VOC成分的吸附溶剂中加入热载气，以从吸附溶剂中分离VOC成分；
随载气传输VOC成分到再生处理过程、并回收VOC成分；和
再循环分离了VOC成分的吸附溶剂到VOC吸附步骤，并且使分离了VOC成分的吸附溶剂与吸收了VOC成分的吸附溶剂热交换。
9.根据权利要求8的回收VOC成分的方法，进一步包括在VOC分离步骤前加热吸附溶剂的步骤。
10.根据权利要求8的回收VOC成分的方法，进一步包括在载气传输过程中分离包含于载气中的吸收物质的步骤。
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