CN102494516A - 一种冷冻方式回收有机废气的工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷冻方式回收有机废气的工艺及其装置，可用于印刷行业中聚苯乙烯板生产过程的废气回收。包括干燥装置，换热器，气体输送设备、制冷设备和分离罐，其中分离罐上部装有丝网；气体输送设备位于第一水冷器和第二水冷器之间或在第一换热器和聚苯乙烯生产线之间。高温废气经过水冷以及低温冷冻后，有机物被冷却，在温度-60～20℃和压力0～5MPa下，在分离罐里进行闪蒸汽液分离后，含有少量有机物的废气与将要进行深冷的废气换热，回收冷量后至聚苯乙烯生产线作为吹扫气循环利用或者直接排放，当吹扫气循环利用时，有机溶剂回收率大于99.5％，当直接排放时，有机溶剂回收率大于85％。本发明具有工艺简单，操作方便，有机废气回收率高等优点，且能实现连续式回收。
Description
技术领域：
本发明涉及一种冷冻方式回收有机废气的工艺及其装置，特别是涉及印刷行业中PS生产线废气中有机溶剂的冷冻回收工艺及其装置。可用于印刷行业中聚苯乙烯(PS)板生产过程的废气回收。
背景技术：
印刷行业PS板生产过程中使用大量的有机溶剂，例如乙二醇单乙醚、甲乙酮、甲基异丁基酮、氯仿、乙醇、异丙醇、丁醇、丙醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲苯、二甲苯等等，这些溶剂通过空气夹带以废气的形式排出。目前，国内处理有机废气的方法主要包含吸附回收、生物处理、焚烧处理以及浓缩催化燃烧等方法。吸附回收方法对吸附材料有较高的要求，无法保证吸附全部类型的有机物，此外，吸附剂劣化速度根据有机废气的类型可能加快，造成频繁更换吸附剂导致运行成本增加；生物处理尽管在废水中有机物的处理上取得了较大的进展，但用于废气中有机物的处理还有很大难度，现在仍处于研究阶段；焚烧处理以及浓缩催化燃烧方法仅适合于小风量高浓度有机废气处理，运行费用高，并且溶剂不能回收资源化利用。
综上所述，这些方法在处理PS板生产线废气时，由于有机物含量较低，有机物性质差异等原因，造成运行成本高或者回收效果不理想，无法正常运行，大大加重企业经济负担并对环境造成危害。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，旨在提供一种PS板生产线有机废气冷冻回收工艺及其装置。本发明利用废气中各物质凝固点的差别，通过低温冷冻的方式，对废气中的有机物进行回收。该回收工艺和装置具有高效节能优点，对冷量以及废气进行循环利用，对有机溶剂的回收率达到99％以上，具有良好的回收效果和经济效益。
为了实现上述发明目的，本发明的一种冷冻方式回收有机废气的工艺，采用冷冻的方式对有机废气进行回收，并回收利用冷量，包括预处理单元、气体压缩单元、气体预冷却单元、冷冻回收单元。其技术方案为：高温废气经过水冷以及低温冷冻后，有机物被冷却，在温度-60～20℃和压力0～5MPa下，在分离罐里进行闪蒸汽液分离后，含有少量有机物的废气与将要进行深冷的废气换热，回收冷量后至PS生产线作为吹扫气循环利用或者直接排放，当吹扫气循环利用时，有机溶剂回收率大于99.5％，当直接排放时，有机溶剂回收率大于85％。
本发明所述的工艺过程中，废气的输送由气体输送设备完成，根据系统压力不同，气体输送设备为风机或气体压缩机；气体输送设备位置可以不同，可位于第一水冷器和第二水冷器之间或在第一换热器和PS生产线之间，保证气体在0～5MPa压力范围内正常循环。
本发明所述的工艺过程中，吹扫介质采用空气、氮气、氧气、二氧化碳、氩气等气体中的一种或者多种气体的任意摩尔比例混合物。
本发明的一种冷冻方式回收有机废气的装置，包括至少一组干燥装置，二组换热器，一组气体输送设备、制冷设备和一组分离罐，依据气体输送设备位置不同，有机废气回收处理装置有两种安装方式：
(1)气体输送设备位置在第一水冷器和第二水冷器之间的安装方式为：
印刷行业中PS板生产线废气出口与干燥器进口连接，干燥器出口与第一水冷器管程连接，第一水冷器将高温废气冷却，第一水冷器管程出口与气体输送设备进口连接，将废气升压；气体输送设备出口与第二水冷器管程进口连接，废气再次被冷却；第二水冷器管程出口与第一换热器壳程连接，在此换热器中，壳程的室温废气与管程的低温冷却废气换热，回收部分冷量；第一换热器壳程右侧出口与第二换热器壳程左侧进口连接，温度降至-60～20℃范围；来自冰机制冷设备的制冷剂进入第二换热器9壳程下部进口，制冷剂与废气换热后由第二换热器9壳程上部出口流出进入冰机制冷设备入口；第二换热器壳程右侧出口与分离罐连接，罐底由液位控制阀控制连续采出回收的有机物或者定期人工排出，罐顶出口与第一换热器管程上部进口连接，回收低温冷量；第一换热器管程下部出口进入PS板生产线循环吹扫或者直接排放；当吹扫介质循环利用时，考虑体系气密性，在气体输送设备入口处设置旁路，由压力控制系统自动补充新鲜气体进入回收系统，确保生产正常进行以及良好的回收效果。
(2)气体输送设备位置在第一换热器和PS生产线之间的安装方式为：
印刷行业中PS板生产线废气出口与干燥器进口连接，干燥器出口与第一水冷器管程连接，第一水冷器将高温废气冷却，第一水冷器管程出口与第一换热器壳程连接，在此换热器中，壳程的室温废气与管程的低温冷却废气换热，回收部分冷量；第一换热器壳程右侧出口与第二换热器壳程左侧进口连接，温度降至-60～20℃范围；来自冰机制冷设备的制冷剂进入第二换热器9壳程下部进口，制冷剂与废气换热后由第二换热器9壳程上部出口流出进入冰机制冷设备入口；第二换热器壳程右侧出口与分离罐连接，罐底由液位控制阀控制连续采出回收的有机物或者定期人工排出，罐顶出口与第一换热器管程上部进口连接，回收低温冷量；第一换热器管程下部出口与气体输送设备进口连接，将废气升压后进入PS板生产线循环吹扫或者直接排放；当吹扫介质循环利用时，考虑体系气密性，在气体输送设备入口处设置旁路，由压力控制系统自动补充新鲜气体进入回收系统，确保生产正常进行以及良好的回收效果。在这种安装方式下，可以省去第二水冷器。
干燥器中装填活性炭或分子筛；第一水冷器和第二水冷器的管程分别接入冷却水，第一换热器管程连接冰机制冷设备，调节冷冻温度到指定温度条件；分离罐中上部装有高效丝网填料，增加汽液分离效果。
采用气体循环回收方式时，气体输送设备入口处设置压力自动补偿装置，根据系统指定压力，由自控阀开关引入新鲜气体，分离罐底采出管线装有液位控制阀，既能稳定液位，也能保证体系的密闭性。
本发明的有机废气回收工艺以及装置运用冷冻分离、能量集成以及气体介质循环技术方法，可实现高效节能地回收废气中的有机溶剂，如乙二醇单乙醚、甲乙酮、甲基异丁基酮、氯仿等，既保护生态环境，又节约资源，减少生产中的经济损失；另外，气体循环冷冻方式对有机溶剂进行回收过程中，整个系统为相对封闭体系，保证了最大程度的能量和有机物的回收。其工艺简单，操作方便，有机废气回收率高，且能实现连续式回收。
本发明可冷冻部分冷冻温度可以达到-60～20℃，根据具体情况，回收不同种类的有机溶剂，特别适合印刷行业PS板生产过程中的有机废气回收。
附图说明：
图1-图4为本发明的工艺流程图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明的有机废气的回收工艺及其装置做进一步阐述。
实施例1：
如图1所示，本发明有机废气回收工艺和所涉及装置，包括干燥器1、第一水冷器2，压缩机5，第二水冷器7，第一换热器8、第二换热器9、分离罐10以及液位控制阀11。PS板生产线废气出口与干燥器1进口连接，干燥器1出口与第一水冷器2管程进口连接，第一水冷器2将高温废气冷却至室温，第一水冷器2管程出口与压缩机5进口连接，将废气升压；压缩机5出口与第二水冷器7管程进口连接，废气再次被冷却；第二水冷器7管程出口与第一换热器8壳程连接，在此换热器中，壳程的室温废气与管程的低温冷却废气换热，回收部分冷量；第一换热器8壳程右侧出口与第二换热器9壳程左侧进口连接；来自冰机制冷设备的制冷剂进入第二换热器9壳程下部进口，制冷剂与废气换热后由第二换热器9壳程上部出口流出进入冰机制冷设备入口；第二换热器9壳程右侧出口与分离罐10连接，罐底由液位控制阀11控制采出，罐顶出口与第一换热器8管程上部进口连接。第一水冷器2和第二水冷器7的管程分别接入冷却水，第一换热器8管程连接冰机制冷设备，调节冷冻温度到指定温度条件；分离罐10中上部装有高效丝网填料，增加汽液分离效果。
温度90℃，空气夹带含有甲基异丁基酮、氯仿、乙醇、丁醇和丙醇五种有机物的废气经过干燥器1除水后由第一水冷器2降温至室温，由压缩机5将压力升压至2MPa后，由第二水冷器7调节温度至40℃，经第一换热器8与低温废气冷却后进入第二换热器9进行深冷，冷却至-45℃后，进入分离罐10进行闪蒸汽液分离，罐底为回收的有机溶剂，通过液位控制阀11进行采出。分离罐10顶部未冷凝的有机物和空气进入第一换热器8的管程，与来自第二水冷器7的废气进行换热，回收冷量；换热后，来自第一换热器8管程的废气升温至室温后，直接排放。
由实施例1所示的废气回收工艺和装置对甲基异丁基酮、氯仿、乙醇、丁醇和丙醇总回收率达到92％，表明该方案可以很好地达到废气回收的效果。
实施例2：
如图2所示，本发明有机废气回收工艺和所涉及装置，包括干燥器1、第一水冷器2，自控阀3，混合器4，风机6，第二水冷器7，第一换热器8、第二换热器9、分离罐10以及液位控制阀11。干燥器1出口与第一水冷器2管程进口连接，第一水冷器2将高温废气冷却至室温，第一水冷器2管程出口与混合器4进口连接，混合器4出口与风机6进口连接，将废气升压；风机6出口与第二水冷器7管程进口连接，废气再次被冷却；第二水冷器7管程出口与第一换热器8壳程连接，在此换热器中，壳程的室温废气与管程的低温冷却废气换热，回收部分冷量；第一换热器8壳程右侧出口与第二换热器9壳程左侧进口连接；冰机制冷设备的制冷剂进入第二换热器9壳程下部进口，制冷剂与废气换热后由第二换热器9壳程上部出口流出进入冰机制冷设备入口；第二换热器9壳程右侧出口与分离罐10连接，罐底由液位控制阀11控制采出。分离罐10顶部出口与第一换热器8管程上部进口连接，回收低温冷量；第一换热器8管程下部出口进入PS板生产线循环吹扫。由压力控制系统自动开关自控阀3补充新鲜空气由混合器4进入回收系统。第一水冷器2和第二水冷器7的管程分别接入冷却水，第一换热器8管程连接冰机制冷设备，调节冷冻温度到指定温度条件；分离罐10中上部装有高效丝网填料，增加汽液分离效果。
温度90℃，空气夹带含有乙二醇单乙醚、甲乙酮、氯仿和乙醇四种有机物的废气经过干燥器1除水后由第一水冷器2降温至室温，由风机6将压力升压至58kPa后，由第二水冷器7调节温度至40℃，经第一换热器8与低温废气冷却后进入第二换热器9进行深冷，冷却至-38℃后，进入分离罐10进行闪蒸汽液分离，罐底为回收的有机溶剂，通过液位控制阀11进行采出。分离罐10顶部未冷凝的有机物和空气进入第一换热器8的管程，与来自第二水冷器7的废气进行换热，回收冷量。换热后，来自第一换热器8的废气升温至室温后，进入PS板生产线循环再利用。另外，由压力控制系统自动开关自控阀3补充新鲜空气由混合器4进入回收系统。
由实施例2所示的废气回收工艺和装置对乙二醇单乙醚、甲乙酮、氯仿和乙醇总回收率达到99.5％，表明该方案可以很好地达到废气回收的效果。
实施例3：
如图3所示，本发明有机废气回收工艺和所涉及装置，包括干燥器1、第一水冷器2，自控阀3，混合器4，风机6，第一换热器8、第二换热器9，分离罐10以及液位控制阀11。干燥器1出口与第一水冷器2管程进口连接，第一水冷器2将高温废气冷却，第一水冷器2管程出口与第一换热器8壳程连接；第一换热器8壳程右侧出口与第二换热器9壳程左侧进口连接；冰机制冷设备的制冷剂进入第二换热器9壳程下部进口，制冷剂与废气换热后由第二换热器9壳程上部出口流出进入冰机制冷设备入口；第二换热器9壳程右侧出口与分离罐10连接，罐底由液位控制阀11控制采出。分离罐10顶部出口与第一换热器8管程上部进口连接，回收低温冷量；第一换热器8管程下部出口与混合器4进口连接，混合器4出口与风机6进口连接，将废气升压后进入PS板生产线循环再利用。由压力控制系统自动开关自控阀3补充新鲜空气由混合器4进入回收系统。第一换热器8管程连接冰机制冷设备，调节冷冻温度到指定温度条件；分离罐10中上部装有高效丝网填料，增加汽液分离效果。
温度90℃，空气夹带含有乙醇、异丙醇、乙二醇单乙醚和甲乙酮四种有机物的废气经过干燥器1除水后由第一水冷器2降温至40℃，经第一换热器8与低温废气冷却后进入第二换热器9进行深冷，冷却至-35℃后，进入分离罐10进行闪蒸汽液分离，罐底为回收的有机溶剂，通过液位控制阀11进行采出。分离罐10顶部未冷凝的有机物和空气进入第一换热器8的管程，与来自第一水冷器2的废气进行换热，回收冷量。换热后，来自第一换热器8管程的废气升温至室温后，由风机6将压力升压至300kPa后，进入PS板生产线循环再利用。另外，由压力控制系统自动开关自控阀3补充新鲜空气由混合器4进入回收系统。
由实施例3所示的废气回收工艺和装置对醇、异丙醇、乙二醇单乙醚和甲乙酮总回收率达到99.5％，表明该方案可以很好地达到废气回收的效果。
实施例4：
如图4所示，本发明有机废气回收工艺和所涉及装置，包括干燥器1、第一水冷器2，自控阀3，混合器4，压缩机5，第二水冷器7、第一换热器8、第二换热器9，分离罐10以及液位控制阀11。干燥器1出口与第一水冷器2管程进口连接，第一水冷器2将高温废气冷却，第一水冷器2管程出口与混合器4进口连接，混合器4出口与压缩机5进口连接，将废气升压；压缩机5出口与第二水冷器7管程进口连接，废气再次被冷却；第二水冷器7管程出口与第一换热器8壳程连接，在此换热器中，壳程的室温废气与管程的低温冷却废气换热，回收部分冷量；第一换热器8壳程右侧出口与第二换热器9壳程左侧进口连接；冰机制冷设备的制冷剂进入第二换热器9壳程下部进口，制冷剂与废气换热后由第二换热器9壳程上部出口流出进入冰机制冷设备入口；第二换热器9壳程右侧出口与分离罐10连接，罐底由液位控制阀11控制采出。分离罐10顶部出口与第一换热器8管程上部进口连接，回收低温冷量；第一换热器8管程下部出口进入PS板生产线循环吹扫。由压力控制系统自动开关自控阀3补充新鲜空气由混合器4进入回收系统。第一水冷器2和第二水冷器7的管程分别接入冷却水，第一换热器8管程连接冰机制冷设备，调节冷冻温度到指定温度条件；分离罐10中上部装有高效丝网填料，增加汽液分离效果。
温度90℃，氮气夹带含有醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲苯、二甲苯四种有机物的废气经过干燥器1除水后由第一水冷器2降温至40℃，由压缩机5将压力升压至60kPa后，由第二水冷器7调节温度至40℃，经第一换热器8与低温废气冷却后进入第二换热器9进行深冷，冷却至-39℃后，进入分离罐10进行闪蒸汽液分离，罐底为回收的有机溶剂，通过液位控制阀11进行采出。分离罐10顶部未冷凝的有机物和空气进入第一换热器8的管程，与来自第二水冷器7的废气进行换热，回收冷量。换热后，来自第一换热器8的废气升温至室温后，进入PS板生产线循环再利用。另外，由压力控制系统自动开关自控阀3补充新鲜空气由混合器4进入回收系统。
由实施例四所示的废气回收工艺和装置对醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲苯、二甲苯总回收率达到99.5％，表明该方案可以很好的达到废气回收的效果。
Claims (5)
1.一种冷冻方式回收有机废气的工艺，其特征在于高温废气经过水冷以及低温冷冻后，有机物被冷却，在温度-60～20℃和压力0～5MPa下，在分离罐里进行闪蒸汽液分离后，含有少量有机物的废气与将要进行深冷的废气换热，回收冷量后至聚苯乙烯生产线作为吹扫气循环利用或者直接排放，当吹扫气循环利用时，有机溶剂回收率大于99.5％，当直接排放时，有机溶剂回收率大于85％。
2.根据权利要求1所述的一种冷冻方式回收有机废气的工艺，其特征在于废气的输送由气体输送设备完成，根据系统压力不同，气体输送设备为风机或气体压缩机；气体输送设备位置位于第一水冷器和第二水冷器之间或在第一换热器和聚苯乙烯生产线之间，保证气体在0～5MPa压力范围内正常循环。
3.根据权利要求1所述的一种冷冻方式回收有机废气的工艺，其特征在于吹扫介质采用空气、氮气、氧气、二氧化碳、氩气中的一种或者多种气体的任意摩尔比例混合物。
4.一种冷冻方式回收有机废气的装置，其特征在于：包括至少一组干燥装置，二组换热器，一组气体输送设备、制冷设备和一组分离罐，依据气体输送设备位置不同，有机废气回收处理装置有两种安装方式：第一种，气体输送设备位置在第一水冷器和第二水冷器之间的安装方式为：印刷行业中聚苯乙烯板生产线废气出口与干燥器进口连接，干燥器出口与第一水冷器管程连接，第一水冷器将高温废气冷却，第一水冷器管程出口与气体输送设备进口连接，将废气升压；气体输送设备出口与第二水冷器管程进口连接，废气再次被冷却；第二水冷器管程出口与第一换热器壳程连接，在此换热器中，壳程的室温废气与管程的低温冷却废气换热，回收部分冷量；第一换热器壳程右侧出口与第二换热器壳程左侧进口连接，温度降至-60～20℃范围；来自冰机制冷设备的制冷剂进入第二换热器9壳程下部进口，制冷剂与废气换热后由第二换热器9壳程上部出口流出进入冰机制冷设备入口；第二换热器壳程右侧出口与分离罐连接，罐底由液位控制阀控制连续采出回收的有机物或者定期人工排出，罐顶出口与第一换热器管程上部进口连接，回收低温冷量；第一换热器管程下部出口进入聚苯乙烯板生产线循环吹扫或者直接排放；当吹扫介质循环利用时，在气体输送设备入口处设置旁路，由压力控制系统自动补充新鲜气体进入回收系统，确保生产正常进行以及良好的回收效果；第二种，气体输送设备位置在第一换热器和聚苯乙烯生产线之间的安装方式为：印刷行业中聚苯乙烯板生产线废气出口与干燥器进口连接，干燥器出口与第一水冷器管程连接，第一水冷器将高温废气冷却，第一水冷器管程出口与第一换热器壳程连接，在此换热器中，壳程的室温废气与管程的低温冷却废气换热，回收部分冷量；第一换热器壳程右侧出口与第二换热器壳程左侧进口连接，温度降至-60～20℃范围；来自冰机制冷设备的制冷剂进入第二换热器9壳程下部进口，制冷剂与废气换热后由第二换热器9壳程上部出口流出进入冰机制冷设备入 口；第二换热器壳程右侧出口与分离罐连接，罐底由液位控制阀控制连续采出回收的有机物或者定期人工排出，罐顶出口与第一换热器管程上部进口连接，回收低温冷量；第一换热器管程下部出口与气体输送设备进口连接，将废气升压后进入聚苯乙烯板生产线循环吹扫或者直接排放；当吹扫介质循环利用时，在气体输送设备入口处设置旁路，由压力控制系统自动补充新鲜气体进入回收系统，确保生产正常进行以及良好的回收效果。
5.根据权利要求4所述的一种冷冻方式回收有机废气的装置，其特征在于：干燥器中装填活性炭或分子筛；第一水冷器和第二水冷器的管程分别接入冷却水，第一换热器管程连接冰机制冷设备，调节冷冻温度到指定温度条件；分离罐中上部装有高效丝网填料，增加汽液分离效果。
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