CN101987275B - 吸附-电热脱附回收挥发性有机化合物的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及吸附-电热脱附回收挥发性有机化合物的方法及其装置，包括有以下步骤：1)将含有VOCS的废气，从吸附电热脱附装置的壳体上部输入，VOCS被中空筒体吸附、净化后的废气由壳体下部排出；2)向吸附了VOCS的中空筒体中输入惰性气体，通电加热使中空筒体升温，继续通惰性气体，惰性气体由中空筒体内中空通道通过筒壁向外透过，吸附在筒壁上的VOCS得以脱附，得到含VOCS的惰性气流；3)含VOCS惰性气流经冷凝冷却，使惰性气流液化并流至VOCS贮罐，惰性气体自吸附电热脱附装置的壳体上部排出，循环使用。本发明具有以下优点：本发明的方法及装置，具有效率高、节能、操作周期短，可以循环利用惰性气体的特点。

Description

吸附-电热脱附回收挥发性有机化合物的方法及其装置
技术领域
本发明涉及工业废气中挥发性有机化合物处理的技术领域，具体的是涉及一种吸附-电热脱附回收挥发性有机化合物的方法及其装置。
背景技术
有机废气一般是指有害空气污染物或挥发性有机化合物(HAPs/VOCs)，即室温下饱和蒸汽压大于70.91Pa或沸点小于260℃的有机化合物。挥发性有机污染物的成分复杂，它包括芳香烃类、酯类、酮类、醚类、卤代烃、脂肪烃、氯烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环芳香烃等。主要来源于工业生产过程，如石油化工、制药、农药、印刷、人造革、制鞋、油漆和涂料等等行业排放的废气，HAPs/VOCs对人类(包括动植物)健康造成侵害。大多数挥发性有机化合物(VOCs)易燃易爆，它的聚集对生产企业也存在不安全隐患，严重威胁着人类并制约着国民经济的可持续性发展。
活性炭纤维(ACFs)吸附-水蒸气脱附治理回收废气中有机化合物是国内外目前工业上应用最广泛的方法，但水蒸汽再生方法有较大的局限性：第一，水蒸汽再生时，其间产生有机气体与饱和水蒸气混合，形成冷凝混合物，如苯和水分层，酒精和水则混合在一起，又需要对产生的有机混合物进行分离的塔群；第二，有些有机气体不适合蒸汽再生，如卤(氯、溴、氟)代烷或类似物，再生过程中被水蒸汽分解，形成的卤酸(如盐酸)腐蚀设备；第三，水蒸气脱附时间长、能耗高；第四，水蒸气来源和价格问题，传统理念认为水蒸气是最便捷的能质，但在节能减排、保护环境的今天，水蒸气与电能比，来源面临困难，随之带来工业生产接受不了的蒸汽价格。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提供一种吸附-电热脱附回收挥发性有机化合物的方法，其利用吸附-电热脱附系统，采用ACFs为吸附剂，以电能作为脱附的热源替代水蒸气，利用惰性气体吹扫和床层升温的协同作用来达到脱附的目的，其效率更高，能耗更低，操作简便，是一种极具工业应用价值的气体新型分离方法。
本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：一种吸附-电热脱附回收挥发性有机化合物的方法，其特征在于包括有以下步骤：1)吸附：将含有VOCs的废气，从吸附电热脱附装置的壳体上部输入，经过中空筒体的筒壁，透过壁层，废气中的VOCs被中空筒体吸附、净化后的废气由壳体下部排出；2)电热脱附：向经步骤1)吸附了VOCs的中空筒体中输入惰性气体并在中空筒体两端引入电源，通电加热迅速使中空筒体升温，保温，继续通惰性气体，惰性气体由中空筒体内中空通道通过筒壁向外透过，吸附在筒壁上的VOCs在电热和惰性气流的作用下得以脱附，得到含VOCs的惰性气流；3)冷凝冷却：步骤2)得到的含VOCs的惰性气流，经夹套换热器、蛇管换热器冷凝冷却，使含VOCs的惰性气流液化并流至VOCs贮罐，脱去VOCs且冷却后的惰性气体，自吸附电热脱附装置的壳体上部排出，稍加施压后至惰性气体包，循环使用。
按上述方案，所述的吸附条件为：常温，压强为0.05Mpa以下；所述的脱附条件为：电热脱附温度为50～250℃，电热脱附时间为15分钟～2小时，电源电压30～110伏；
按上述方案，所述中空筒体的材料为块状活性炭纤维或复合活性炭纤维，其电阻率0.014-0.05Ωm。
用于实现本发明的装置包括：
两台或两台以上的吸附电热脱附装置，所述的吸附电热脱附装置包括有壳体，壳体内部设置有至少一个中空筒体，壳体内部上端设置有蛇管换热器，壳体的外表中部和下端设置有夹套换热器，壳体具有一个与含有VOCs的废气管线连接的入口，净化后的废气出口和液化后的VOCs排出口；
至少一个VOCs贮罐，其与壳体的底部相连接；
一个惰性气体包，用于存储惰性气体，其一端与压缩机相连，另一端与壳体下侧的惰性气体进口相连；
一个压缩机，用于压缩循环使用的惰性气体，其一端与惰性气体包相连，另一端与壳体上端的惰性气体出口相连。
本发明基于水蒸汽脱附方法的缺点，根据上述电热脱附-惰性气体交互作用的原理，提供了一种以市售ACFs及其复合材料为吸附剂的吸附-电热脱附处理工业废气中VOCs的方法及装置，且本发明方法中的装置集吸附-电热脱附-冷凝-冷却于一体，设备紧凑，可一次获得不含水的高浓有机物，达到自系统排出的气体中VOCs含量附合环保法的规定。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：1、吸附阶段一般放热，装置上部的蛇管换热器，可以有效控制进入中空筒体的气流温度，装置中、下部的夹套换热器，可以调整吸附操作的环境温度；2、脱附阶段排出的含VOCs气流可借蛇管、夹套换热器一次性冷凝冷却完成VOCs蒸汽液化，无需在系统外另设换热器；3、中空筒体至少一支，可以多支，其长度可焊接加长，可根据废气调节处理任务；4、本发明所采用的活性碳纤维类吸附剂具有微孔发达，比表面积高、吸脱附速度快、良好导电导热性能，市售ACFs品种较多，研究表明，须选用的ACFs材料应满足：对待吸附物吸附容量大，机械强度高，不易粉化；其电热性能良好，即伏-安关系附合欧姆定律，电能-热转化率高，升温快；在惰性气体和电热作用下，脱附迅速且彻底；5、本发明的方法及装置，具有效率高、节能、操作周期短，可以循环利用惰性气体的特点。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图
图2为本发明的吸附电热脱附装置的结构图
具体实施方式
下面结合附图通过实施例进一步介绍本发明，但是实施例不会构成对本发明的限制。
实施例1  印刷塑料薄膜制品车间排出的废气，常为含有乙酸乙酯、丙酮、甲苯和丁酮(MEK)的混合气。GB16297-1996对它们的排放浓度均有规定，如丁酮(MEK)为120mg/m3。从上述车间输送来的常温干燥混合气，MEK(本实施例的标示考核组分)800～1000ppmv，相对湿度是4～8％，流速20～24升/分。本发明的装置及其连接如图1所示，包括有两台吸附电热脱附装置(1、2)，吸附电热脱附装置包括有壳体6，壳体内部设置有2个中空筒体8，中空筒体的顶端设置有密封塞7，壳体内部上端设置有蛇管换热器14，壳体的外表中部和下端设置有夹套换热器(9、11)；壳体6的底部连接有一个VOCs贮罐3，还包括有一个惰性气体包5，用于存储惰性气体，其一端与压缩机4相连，另一端与壳体下侧的惰性气体进口相连；压缩机4，用于压缩循环使用的惰性气体，其一端与惰性气体包5相连，另一端与壳体上端的惰性气体出口相连，还包括有常用的管路阀门和仪表。含有MEK(本实施例的标示考核组分)800～1000ppmv，相对湿度是4～8％的混合气，流速20～24升/分，并予控制和自动测定记录，经壳体与含有VOCs的废气管线连接的入口15输入，经过壳体上部设置的蛇管换热器14输入经块状活性炭纤维或复合活性炭纤维(即ACFs)制成的中空筒体8，从其外壁穿过筒壁，同时混合气中的MEK被ACFs吸附，进入中空筒体的内中空通道的净化混合气，经壳体下部右侧净化后的废气出口10排出，出口可自动分析(气相色谱)并记录MEK的含量和自动测定流量，当净化混合气中MEK的含量达到法定排出标准12ppmv，关闭进气，再从惰性气体进口(亦是净化后的废气排出口)通入惰性气体，流量0.4～0.5升/分，排出残存在壳体中的净化混合气，继续通入惰性气体，在中空筒体两端引入电源13通电5到8分钟内快速升温，当中空筒体8内中空温度达到65～70℃时，保温，继续通惰性气体，惰性气体从中空筒体的内中空通道，通过中空筒体8筒壁，在电热和惰性气体的作用下，将吸附的MEK脱附，随惰性气体流将MEK带到中空筒体的外壁空间，电热脱附启动的同时运行冷凝冷却系统，惰性气体流被壳体的上部蛇管换热器14、中部夹套换热器9和下部夹套换热器11冷凝冷却为MEK液体，通过壳体下端的VOCs排出口12收集于VOCs回收贮罐3，并自动测定回收MEK的量及含量，与进气比较计算MEK的回收率，当脱附率(回收率)达90％时关闭电源，冷却后，停止通入惰性气体，整个脱附时间约10～25min。脱VOCs后的惰性气体，经压缩机4稍加压缩后，贮于惰性气体包5，循环使用。脱附完毕。吸附电热脱附装置1转入吸附操作，吸附电热脱附装置2处于电热脱附在线，如此交替循环，周而复始。

Claims (2)

1.一种吸附-电热脱附回收挥发性有机化合物的方法，其特征在于包括有以下步骤：1）吸附：将含有VOCS的废气，从两台或两台以上的吸附电热脱附装置的壳体上部输入，经过中空筒体的筒壁，透过壁层，废气中的VOCS被中空筒体吸附、净化后的废气由壳体下部排出, 所述的吸附条件为：常温，压强为0.05Mpa以下；2）电热脱附：向经步骤1）吸附了VOCS的中空筒体中输入惰性气体并在中空筒体两端引入电源，通电加热迅速使中空筒体升温，保温，继续通惰性气体，惰性气体由中空筒体内中空通道通过筒壁向外透过，吸附在筒壁上的VOCS在电热和惰性气流的作用下得以脱附，得到含VOCS的惰性气流, 所述的脱附条件为：电热脱附温度为50～250℃，电热脱附时间为15分钟～2小时，电源电压30～110伏, 所述中空筒体的材料为块状活性炭纤维或复合活性炭纤维，其电阻率0.014-0.05Ωm；3）冷凝冷却：步骤2）得到的含VOCS的惰性气流，经夹套换热器、蛇管换热器冷凝冷却，使含VOCS的惰性气流液化并流至VOCS贮罐，脱去VOCS且冷却后的惰性气体，自吸附电热脱附装置的壳体上部排出，稍加施压后至惰性气体包，循环使用；所述的吸附电热脱附装置包括有壳体，壳体内部设置有至少一个中空筒体，壳体内部上端设置有蛇管换热器，壳体的外表中部和下端设置有夹套换热器，壳体具有一个与含有VOCS的废气管线连接的入口，净化后的废气出口和液化后的VOCS排出口。
2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于包括：
至少一个VOCS贮罐，其与壳体的底部相连接；
一个惰性气体包，用于存储惰性气体，其一端与压缩机相连，另一端与壳体下侧的惰性气体进口相连；
一个压缩机，用于压缩循环使用的惰性气体，其一端与惰性气体包相连，另一端与壳体上端的惰性气体出口相连。
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