CN102274672B

CN102274672B - 通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺及装置

Info

Publication number: CN102274672B
Application number: CN201110223732.3A
Authority: CN
Inventors: 殷斌烈; 殷莉
Original assignee: XUSHIHUA SCIENCE-TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd WUHAN
Current assignee: Xushihua Science-Technology Development Co., Ltd., Wuhan
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: CN102274672A

Abstract

本发明涉及一种通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺及装置，包括有以下步骤：1）吸附操作；2）脱附操作；3）冷却冷凝回收，吸附-脱附装置，包括有一罐体或塔体，其特征在于其上设置有外间壁换热器，其内部配置有内间壁换热器，所述的罐体或塔体的底部还连接设置有震动器。本发明的有益效果在于：1）高效率、安全地完成吸附和脱附过程；2）有效克服TSA回收VOCs的分离困难、吸附剂寿命缩短及效率降低等诸多弊端，本发明回收的VOCs纯度高，耗用冷却剂量将减少；3）适用于低、中、高沸点有机物回收，特别是高沸点溶剂回收存在的困难，能通过本发明获得解决。

Description

通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺及装置

技术领域

本发明涉及从废气中回收挥发性有机物的工艺，具体的是涉及一种通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺及装置。

背景技术

变温吸附（TSA）和变压吸附(PSA)以它们自身优势在回收工业或生活废气中的VOCs中获得广泛应用，但它们也存在不足：

（1）过程不能完全满足固体吸附和脱附基本规律的要求，众所周知，吸附平衡的吸附等温线表明，吸附容量随着吸附操作温度升高而降低，而且VOCs被固体吸附剂吸附的过程，通常伴随放热，吸附释放的热效应不能及时移出，会导致吸附剂升温，降低吸附效率，阻碍吸附有效地继续完成，甚至造成过热，引起吸附床层闪爆、自燃（于小峰，涂层设备混合溶剂废气排放的处理，装备制造技术，2009（3），170；实际工业处理VOCs也发生数次类似现象）而引发火灾，而目前TSA和PSA VOCs回收装置，缺乏在吸附阶段采用过吸附热效应移出的有效措施；

（2）脱附阶段，要使脱附完全，必须给饱和VOCs，的固体吸附剂供给热能，让它提升到足够高的温度，使被吸附VOCs分子得到足够动能，加速VOCs从固体吸附剂表面脱附的速率和脱附完全度，特别是高沸点有机溶剂，如二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺等。PSA脱附阶段均采用常温操作。TSA脱附阶段因直接向床层导入水蒸汽或惰性热气体，特别是水蒸汽，受一般工矿锅炉压力限制，要达到很高的温度，提供VOCs足够动能，均存在困难。

目前以固体吸附剂活性炭、活性炭纤维(ACF)、硅胶和分子筛等吸附的TSA技术在回收VOCs应用比PSA更广泛，后者虽有不同的实施方案，不管采用哪种固体吸附剂，还是利用蒸汽或惰性气体作脱附剂，这些均存在许多弊端。特别应指出的是：作为工业常用热源的水蒸气，因环保而禁止一般企业使用燃煤锅炉，无水蒸气气源的中、小型企业已不能采用这类工艺及装置，也威胁到生产这类TSA回收VOCs装备制造企业的前景。

基于上述，寻求新的、有效的、通用的、适应性宽，特别是对能源类型适应性强的VOCs回收工艺及装置十分迫切。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而提出一种通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺及装置，旨在克服变温吸附（TSA）和变压吸附(PSA)存在不足，从废气中回收挥发性（低、中、高沸点）有机物，实现在生产过程中产生的废气中VOCs最大限度地回收利用，满足废气中VOCs浓度符合国家排放标准要求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺，其特征在于包括有以下步骤：

1）吸附操作：含有VOCs的废气，经干燥、过滤预处理后，气相色谱法测定VOCs的含量，送入充填固体吸附剂的固定床吸附-脱附装置，由上而下流动，吸附废气中的VOCs，吸附-脱附装置的内间壁换热器和外间壁换热器通入冷却剂，吸取吸附过程产生的热效应，当排离吸附-脱附装置出口的废气中的VOCs含量达到设定的穿透点，停止通入含有VOCs的废气，并停止通入冷却剂，终止吸附操作，转入脱附操作；

2）脱附操作：脱附时向内间壁换热器和外间壁换热器通入加热剂进行间壁供热，使固体吸附剂逐步升温，维持设定的温度完成脱附过程，其中，在固体吸附剂逐步升温过程中，同时抽真空，促使脱附的VOCs气体加速离开固体吸附剂的表面，富含VOCs的蒸汽与吸附阶段的混合气流向相反方向由下而上，使充填固体吸附剂的固定床被压紧后得到松动，当达到设定脱附率，终止脱附，停止加热和抽真空，同时内间壁换热器和外间壁换热器改通冷却剂冷却床层，达到设定床层冷却温度，转入下一周期吸附操作；

3）冷却冷凝回收：从吸附-脱附装置真空抽出的VOCs气体与吸附-脱附装置之外的间壁换热器进行换热，真空泵的排气端用气相色谱检测，尾气VOCs达排放标准，排入大气，暂时不达标的与含有VOCs的废气合并再行吸附操作处理。

按上述方案，步骤1）所述的固体吸附剂为活性炭、ACF、硅胶或分子筛。

按上述方案，步骤2）脱附操作过程床层温度为室温-250℃。

由上述方法处理获得的VOCs蒸汽凝液基本是纯净的，无需作进一步分离纯化。

本发明的另一个目的是提供一种吸附-脱附装置，包括有一罐体或塔体，其特征在于其上设置有外间壁换热器，其内部配置有内间壁换热器，所述的罐体或塔体的底部还连接设置有震动器。

按上述方案，所述的罐体或塔体为圆筒形，所述的罐体或塔体的底盖为椭圆形。

按上述方案，所述的内间壁换热器换热器为列管，蛇管或排管。

按上述方案，所述的列管、蛇管或排管外部固定设置有翅片。

按上述方案，所述的震动器的振动频率为50-250次/分。

本发明的有益效果在于：

1）按照固体吸附剂吸附VOCs放热，脱附VOCs吸热的规律，在合宜的时间移出或移入热量，可高效率、安全地完成吸附和脱附过程；

2）间壁换热脱附，避免了脱附热介质与VOCs和吸附剂直接接触，可有效克服TSA回收VOCs的分离困难、吸附剂寿命缩短及效率降低等诸多弊端，本发明回收的VOCs纯度高，与TSA法比较，回收VOCs分离纯化的固定资产投入和经常费用的支出，全部节省，同时脱附排除的是富含VOCs的可凝性蒸汽，而不是象TSA法那样在VOCs的可凝性蒸汽中混杂有大量高温水蒸气或高温不凝性气体，因而耗用冷却剂量将减少；

3）工业或民用装置的傻瓜化即通用化、操作简便化是人们的追求，本发明的通用性在于：可以因地制宜的利用各种形式的热源，特别是工业废热，不受某些厂矿水蒸气来源困扰；适用于低、中、高沸点有机物回收，特别是高沸点溶剂回收存在的困难，能通过本发明获得解决。

附图说明

图1为通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺及装置的示意图；

图2为吸附-脱附装置的结构示意图；

图中：1 缓冲罐；2高压送风机；3冷却器；4过滤器；5阻火器；61吸附-脱附装置；62吸附-脱附装置；7油加热器；8加热介质输送泵；91冷却冷凝器；92冷却冷凝器；10回收储槽。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于实施例的任何一个或类似实例。

通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺，其特征在于包括有以下步骤：

步骤1）所述的固体吸附剂为活性炭、ACF、硅胶或分子筛。

步骤2）脱附操作过程床层温度为室温-250℃。

本发明的另一个目的是提供一种吸附-脱附装置，包括有一圆筒形罐体或塔体，其上设置有外间壁换热器，其内部配置有内间壁换热器，所述的内间壁换热器换热器为列管，蛇管或排管，所述的罐体或塔体的底盖为椭圆形，以利抗真空引致的外压，当加热剂为不凝性气体（如热空气）时列管、蛇管和排管外部焊接翅片，增加传热面补偿因不凝性气体给热系数低而引起的总传热系数的恶化。对于纤维状热电良导体，如ACF，列管，蛇管，排管等可作为支架；对于吸附能力差的颗粒状吸附剂，罐体还可根据工艺需要，将其支撑在振动频率50-250次/分震动器上，不断更新颗粒界面，使用震动器时，所有与罐体相连的管线均用柔性结构。

实施例1

某制药厂流量2000-3000NM³/小时二甲基甲酰胺（DMF）混合尾气，DMF含量5％（体积比）。

按图1将设备、管路、管件和控制仪表进行连接。吸附-脱附装置61、吸附-脱附装置62填充固体吸附剂ACF，DMF混合尾气经干燥、过滤预处理后，气相色谱法测定DMF含量5％（体积比），流入缓冲罐1（作用是均和浓度及流量），经高压送风机2，通过冷却器3和过滤器4，以流速0.2-0.8m/s（对罐径或塔径），经阻火器5，由上而下流动，进入吸附-脱附装置61，吸附废气中的VOCs，同时吸附-脱附装置61的外夹套换热器和装置内的列管换热器通入冷导热油，吸取吸附过程产生的热效应。净化除去DMF后的尾气排入大气，当排离吸附-脱附装置出口的废气中的DMF含量达到设定的穿透点，关闭混合尾气进气阀和吸附-脱附装置61内间壁换热器和外间壁换热器的冷却剂，终止吸附操作，转入脱附操作；将经油加热器7加热到180℃-200℃的导热油经加热介质输送泵8，输至吸附-脱附装置的外夹套换热器和其内的列管换热器中，间壁加热，使固体吸附剂逐步升温，维持设定的温度120℃完成脱附过程。在固体吸附剂逐步升温过程中，体系边热脱附，边抽真空，保持真空度0.06MPa，使脱附的DMF 加速离开固体吸附剂的表面。富含VOCs蒸汽与吸附阶段混合气流向相反由下而上，使充填固体吸附剂的固定床被压紧的床层得到松动。达到设定脱附率，终止脱附，关闭加热源和真空，改通冷却剂冷却床层，达到设定床层冷却温度，转入下一周期吸附操作。

吸附-脱附装置61和吸附-脱附装置62并联，交替进行，实现吸附、脱附连续操作。

吸附-脱附装置61排除的富含DMF的蒸汽先经冷导热油作冷却剂的冷却冷凝器91再经

冷却水或冷盐水作冷却剂的冷却冷凝器92，获得的液态DMF收集于回收储槽10，真空泵排气端用MC检测，尾气VOCs达排放标准，排入大气，暂时不达标的与含有VOCs的混合气体合并再行吸附处理。

本发明的全部操作采用PLC程序和集中控制。图中GC：气相色谱仪；G：流量计；PV：压力真空计；T：温度计。

实施例2

除下列操作外，其余同实施例1，即吸附操作阶段，导入吸附-脱附装置61的外夹套换热器的冷却剂改为冷却水。脱附操作阶段，间壁加热采用150℃水蒸气，分别导入吸附-脱附装置61的外夹套换热器和装置内的列管换热器中；固体吸附剂逐步升温，维持设定的温度110℃完成脱附过程，保持真空度0.07MPa；以冷却水作冷却冷凝器91的冷却剂。

实施例3

除下列操作外，其余同实施例1，吸附-脱附装置下设置有震动器，罐体内充填颗粒活性炭，吸附操作时震动频率150次分。吸附操作阶段，导入吸附-脱附装置61的外夹套换热器的冷却剂改为冷却水。脱附操作阶段，间壁加热采用150℃水蒸气，分别导入吸附-脱附装置61的外夹套换热器和装置内的列管换热器中；吸附剂逐步升温，维持设定的温度110℃完成脱附过程，保持真空度0.07MPa；以冷却水作冷却冷凝器91的冷却剂。

Claims

1.通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺，其特征在于包括有以下步骤：

1）吸附操作：含有VOCs的废气，经干燥、过滤预处理后，气相色谱法测定VOCs的含量，送入充填固体吸附剂的固定床吸附-脱附装置，由上而下流动，吸附废气中的VOCs，吸附-脱附装置的内间壁换热器和外间壁换热器通入冷却剂，吸取吸附过程产生的热效应，当排离吸附-脱附装置出口的废气中的VOCs含量达到设定的穿透点，停止通入含有VOCs的废气，并停止通入冷却剂，终止吸附操作，转入脱附操作；所述的吸附-脱附装置，包括有一罐体或塔体，其上设置有外间壁换热器，其内部配置有内间壁换热器，所述的罐体或塔体的底部还连接设置有震动器，所述的罐体或塔体为圆筒形，所述的罐体或塔体的底盖为椭圆形，所述的内间壁换热器为列管，蛇管或排管，所述的列管、蛇管或排管外部固定设置有翅片，所述的震动器的振动频率为50-250次/分；

2.按权利要求1所述的通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺，其特征在于步骤1）所述的固体吸附剂为活性炭、ACF、硅胶或分子筛。

3.按权利要求1或2所述的通用型间壁震动式挥发性有机物回收工艺，其特征在于步骤2）脱附操作过程床层温度为室温-250℃。