CN102614754A - 真空蒸发式voc回收装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种VOC除去液再生/回收装置。该VOC除去液再生/回收装置具有：喷雾VOC除去液的送液泵及喷嘴；在内部配置有所述喷嘴的真空容器；对所述真空容器内部进行减压以使VOC除去液所含有的VOC进行真空蒸发的真空泵；将蒸发促进气体导入所述真空容器内的气体导入机构；自所述真空容器排出处理后的VOC除去液的排液机构；以及对来自外部的空气进行压缩以生成具有热能及压力能的压缩空气的压缩机，其中，在自所述送液泵至喷嘴的通路上设置有热交换器，利用该热交换器使所述VOC除去液和所述压缩空气进行热交换，从而将所述热能供给至所述VOC除去液，并且所述送液泵是将空气压作为动力源进行驱动的气体驱动型泵，作为该送液泵的动力源，利用所述压缩空气的压力能。

Description

真空蒸发式VOC回收装置及方法
技术领域
本发明涉及VOC除去液再生/回收装置及再生/回收方法，其用于从为了除去VOC(Volatile Organic Compounds：挥发性有机化合物)而使用的VOC除去液(以下称为除去液)中除去该除去液中所含有的VOC并回收除去液。
背景技术
例如在涂装或印刷工序中产生的废气中含有VOC，若将含有VOC的废气直接排放到大气中，则会引起二次污染，这种情况是公知的。于是，正在研究用于从废气中除去VOC的技术。
作为从废气中除去VOC的技术，例如存在专利文献1中公开的技术。
在专利文献1所公开的技术中，设置有用于回收与VOC(废气)接触并将其吸收的除去液(吸收液)的吸收液回收槽。在所述吸收液回收槽设置有加热器，利用加热器进行加热以从除去液中蒸发除去VOC。
另外，作为从废气中除去VOC的其他技术，在专利文献2中公开有与使用了脱气膜的除去液回收机构相关的技术。
在专利文献2所公开的技术中，由如下组件构成，即，将应处理的液体导入气体透过膜的一侧，对另一侧的气相进行减压，将液体中含有的气体乃至挥发性物质朝气相室中除去。在专利文献2所公开的技术中，还设置有用于将作为搬送气体的空气导入减压的气相室中的放气装置。该放气装置是用于促进脱气的机构，优选设置在如下位置：从此处导入的气体高效地带走透过气体透过膜的挥发性物质这样的位置，而且，作为气体透过膜，可以使用平膜、空心纤维膜、管状膜的非多孔膜或多孔膜。
专利文献1：日本特开2002-273157号公报
专利文献2：日本特许第2949732号公报
但是，在专利文献1所公开的技术中，由于为了回收除去液(吸收液)而使用加热器，因此，存在如下课题：耗电量大，与此相应地导致CO2过多地排放。另外，在专利文献2所公开的技术中，由于必需使用气体透过膜，因此，存在如下课题：因挥发性物质等透过气体透过膜时受到的不良影响而导致处理效率差。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种VOC除去液再生/回收装置及再生/回收方法，由于不需要加热器，因此不消耗因加热器的使用而消耗的电力，与此相应地可以削减CO2的排放量，而且，由于不需要气体透过膜，因此不存在挥发性物质等透过气体透过膜时受到不良影响的情况。
为了解决上述课题，在本发明的VOC除去液再生/回收装置中，将VOC除去液中所含有的VOC除去以对VOC除去液进行再生/回收，该VOC除去液再生/回收装置的特征在于，具有：
喷雾VOC除去液的送液泵及喷嘴；
在内部配置有所述喷嘴的真空容器；
对所述真空容器内部进行减压以使VOC除去液所含有的VOC进行真空蒸发的真空泵；
将蒸发促进气体导入所述真空容器内的气体导入机构；
自所述真空容器排出处理后的VOC除去液的排液机构；以及
对来自外部的空气进行压缩以生成具有热能及压力能的压缩空气的压缩机，
其中，在自所述送液泵至喷嘴的通路上设置有热交换器，利用该热交换器使所述VOC除去液和所述压缩空气进行热交换，从而将所述热能供给至所述VOC除去液。
另外，本发明的VOC除去液再生/回收装置的特征在于，所述送液泵是将空气压作为动力源进行驱动的气体驱动型泵，作为该送液泵的动力源，利用所述压缩空气的压力能.
由此，利用所述送液泵压送的VOC除去液在真空容器内自喷嘴进行喷雾。利用真空泵的工作，真空容器内被减压，由此，从VOC除去液中真空蒸发VOC。由于VOC除去液因喷雾而成为雾状，因此，与仅仅处于存积状态的VOC除去液相比，其表面积飞跃扩大。再加上利用气体导入机构导入蒸发促进气体而使真空蒸发的效率提高。即，能够高效地进行VOC除去液的再生/回收。在此，“真空蒸发”指的是对气相的压力进行减压以从VOC除去液中分离挥发性物质等的方法。
并且，通过将所述压缩空气的热能用于加热VOC除去液，VOC除去液被加热，从而可以更有效地进行真空蒸发。通过使用热交换器将利用压缩机生成的高温高压的压缩空气的热能传递至VOC除去液，也可以对VOC除去液进行加热。
并且，由于可以将进行上述热交换后的降温的压缩空气的压力能作为用于将VOC除去液压送到真空容器内的所述送液泵的驱动源而使用，因此，可以有效使用利用压缩机生成的压缩空气所具有的压力能而不会浪费。
因此，由于不需要加热器，所以不消耗因加热器的使用而消耗的电力，与此相应地可以削减CO2的排放量，而且，由于不需要气体透过膜，因此，也不存在挥发性物质等透过气体透过膜时受到不良影响的情况。并且，能够以高效率从VOC除去液中除去该VOC除去液中包含的VOC而回收除去液。
另外，也可以构成为，具有将自所述排液机构排出的VOC除去液存积的储液槽，并且设置有将利用所述热交换器进行热交换后的压缩空气导入所述储液槽内的压缩空气导入机构。另外，也可以构成为，设置两个所述储液槽以便能够交替地进行除去液的存积。
由此，可以更有效地使用利用压缩机生成的压缩空气所具有的压力能。
另外，也可以构成为，设置有将利用所述热交换器进行热交换后的压缩空气存积的空气罐。
由此，所述空气罐构成所述压缩空气的缓冲装置，可以更有效地利用压缩空气的压力能而不会浪费。
另外，也可以构成为，所述蒸发促进气体使用来自所述压缩机的压缩空气来代替使用大气。通过将加温空气直接导入真空罐内，可以抑制真空罐内的急剧冷却。
另外，作为用于解决上述课题的方法发明，本发明的VOC除去液再生/回收方法用于将VOC除去液中所含有的VOC除去以对VOC除去液进行再生/回收，该VOC除去液再生/回收方法的特征在于，在将与利用压缩机生成的压缩气体进行热交换而升温的VOC除去液向真空容器内部喷雾的同时，利用真空泵对该真空容器内部进行减压，进而，将蒸发促进气体导入该真空容器内，从而使VOC除去液所含有的VOC真空蒸发。另外，本发明的VOC除去液再生/回收方法的特征在于，将所述热交换后的压缩空气作为用于喷雾所述VOC除去液的送液泵的驱动源而使用。
另外，也可以构成为，将使所述VOC真空蒸发后得到的VOC除去液，存积于在所述真空容器外部设置的储液槽，利用所述热交换后的压缩空气的压力，自所述储液槽排出所述VOC除去液。
根据本发明，可以提供一种VOC除去液再生/回收装置及再生/回收方法，由于不需要加热器，因此，不消耗因加热器的使用而消耗的电力，与此相应地可以削减CO2的排放量，而且，由于不需要气体透过膜，因此，不存在挥发性物质等透过气体透过膜时受到不良影响的情况。
附图说明
图1是表示实施例的VOC除去液再生/回收装置的系统图。
图2是表示VOC再生/回收实验的结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例详细地进行举例说明。其中，该实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只要没有特定的记载，其主旨并非将本发明要求保护的范围限定于此，仅仅是说明例。
【实施例】
图1是表示实施例的VOC除去液再生/回收装置的系统图。
VOC除去液再生/回收装置1(以下称为再生/回收装置1)用于自含有VOC的VOC除去液(以下称为被处理除去液)中除去VOC以对VOC除去液(以下称为再生除去液)进行再生/回收。
首先，基于图1说明实施例中的再生/回收装置的结构。
图1所示的再生/回收装置1构成为具有：存积罐3、送液泵5、喷雾喷嘴7、真空容器9、真空泵11、气体导入机构13、排液机构15、储液槽17、压缩机19、热交换器21、空气罐23。
存积罐3是将自外部抽入的VOC除去液(被处理除去液Ld)存积的罐。也可以不设置存积罐3，而是代替存积罐3自VOC除去装置(省略图示)直接抽出被处理除去液Ld或者在被处理除去液Ld的送液管(省略图示)的中途设置送液泵5。送液泵5用于将存积于存积罐3的被处理除去液Ld抽出并向喷嘴7压送。喷嘴7用于使被压送的被处理除去液Ld在真空容器9内喷雾。在真空泵11的排气侧设置有作为VOC处理机构的冷却凝结装置27。压缩机19用于生成高温高压的压缩空气。热交换器21用于使利用压缩机19生成的压缩空气与自送液泵5向喷嘴7压送的被处理除去液Ld进行热交换以使被处理除去液Ld升温。空气罐23是用于存积利用热交换器21与被处理除去液Ld进行热交换后的压缩空气的罐。
真空容器9是利用连接的真空泵11使其内部减压的筒状容器。在真空容器9内的上部配设有喷嘴7，在其下部配设有气体导入机构13，在最下部配设有排液机构15。并且，在真空容器9内部的高度方向的中途，在喷嘴7下方且处于气体导入机构上方的位置，设置有集雾器25。在真空容器9上部且处于喷嘴7上方的位置设置有集雾器25’。另外，在集雾器25的下方设置有热交换器21。另外，虽然在本实施例中热交换器21设置于真空容器9的内部，但热交换器21也可以设置于真空容器外。
在本实施例中，集雾器25由作为开孔泡沫塑料的聚氨酯泡沫塑料和对其进行支承的支承体构成。聚氨酯泡沫塑料重量轻且能够便宜地得到。并且，当聚氨酯泡沫塑料为边长为1m的立方体时(即容积为1立方米)，在该单位容积中具有1490m2这样庞大的表面积(泡沫孔壁的总面积)，并具有空隙率为0.97且几乎不存在VOC除去液的通过阻力这样的优点。与此相应地，附着在其泡沫孔壁的被处理除去液Ld的总面积也变得庞大，从而可以实现效率好的VOC的真空蒸发。与现有的陶瓷制气体吸附用多孔体相比，聚氨酯泡沫塑料轻量且便宜(大致为1/10以下)，因此，聚氨酯泡沫塑料使用非常方便。只要是最邻接的泡沫孔间的泡沫孔壁相互连通这样的泡沫孔结构的泡沫孔体且被处理除去液Ld能够附着于该泡沫孔壁，则也可以采用聚氨酯泡沫塑料之外的泡沫塑料。需要说明的是，虽然集雾器25’与集雾器25同样地采用聚氨酯泡沫塑料，但只要能够实现集雾器的目的，则也可以采用其他的开孔泡沫塑料以外的部件。
构成集雾器25的所述支承体是网状部件，其以横穿真空容器9内部的方式安装。通过将所述支承体设为网状，可以自所述开孔泡沫塑料滴下被处理除去液Ld而不会导致其过多滞留。因此，所述支承体的网眼需要使其能够充分支承所述开孔泡沫塑料，并且其粗细需要达到能够使VOC除去液顺畅地滴下这种程度。只要能够实现上述目的，则所述支承体也可以由网状以外的例如帘子状的部件、或冲孔金属板之类的形成有很多小孔的板部件等构成。需要说明的是，当所述开孔泡沫塑料自身具有足够的能够自立的硬度、或采用开孔泡沫塑料之外的能够自立的部件作为集雾器等不需要所述支承体时，也可以省略支承体。
喷嘴7如前所述位于集雾器25的上方，对喷嘴7的喷雾角、其与集雾器25之间的距离、喷雾压力、喷雾粒径等进行调节，以使喷雾的被处理除去液Ld遍及真空容器9的整个内部。虽然在本实施例中，喷嘴7的个数设为一个，但根据真空容器9的容积、被处理除去液Ld的单位时间内的处理量等，也可以设置两个以上的喷嘴7。
气体导入机构13是泄漏阀。驱动真空泵11使真空容器9内减压，若在使真空容器9内减压的状态下打开该泄漏阀，则将蒸发促进用气体(虽然在本实施例的图1中图示了大气导入，但也可以直接导入来自压缩机19的被加热的压缩空气)吸入真空容器9内。另外，也可以代替设置泄漏阀而构成为通过喷嘴7将蒸发促进用气体导入真空容器9内。另外，也可以利用泄漏阀和喷嘴7这两者进行蒸发促进用气体的导入。在上述情况下，喷嘴7兼具有对被处理除去液进行喷雾的功能和气体导入机构13的功能。
接着，基于图1说明实施例的再生/回收装置的工作。
根据再生/回收装置1，存积于存积罐3内的被处理除去液Ld利用送液泵5被压送，该被压送的被处理除去液Ld利用热交换器21与来自压缩机19的压缩空气进行热交换而升温后，自喷嘴7向真空容器9内进行喷雾。另一方面，通过利用热交换器21与所述被处理除去液Ld进行热交换而在保持高压的状态下降温的压缩空气被存积于空气罐23。
需要说明的是，送液泵5是以压缩空气为驱动源的气体驱动型泵。作为送液泵的驱动源，将存积于空气罐23的压缩空气利用减压阀31降压至适当的压力后使用。
另外，通过驱动真空泵11，真空容器9内被减压，利用该减压，从自喷嘴7喷雾的被处理除去液Ld中真空蒸发VOC。由于被处理除去液Ld通过喷雾而形成雾状，因此，与仅仅处于存积状态的被处理除去液Ld相比，其表面积飞跃扩大。并且，由于被处理除去液Ld利用热交换器21被升温，所以该被处理除去液Ld变得更容易蒸发。
接着，雾状的被处理除去液Ld到达构成集雾器25的开孔泡沫塑料并附着于其泡沫孔壁。附着于所述泡沫孔壁的被处理除去液Ld的表面积进一步扩大。反复扩大的被处理除去液Ld的表面积变得庞大。再加上利用气体导入机构13导入蒸发促进气体(空气)而使真空蒸发的效率提高。即，能够高效地进行被处理除去液Ld的回收(向再生除去液Lc的转换)。被处理除去液Ld在通过所述开孔泡沫塑料(下降)的同时成为再生除去液Lc，通过所述开孔泡沫塑料及支承体滴下。
滴下的再生除去液Lc利用排液机构15向真空容器9外排出并存积于储液槽17。存积于储液槽17的再生除去液Lc适当地自储液槽17排出。在自储液槽17排出再生除去液Lc时，打开设置于储液槽17下部的排出阀18，将存积于空气罐23的压缩空气通过配管33导入储液槽17以使储液槽17的内压上升，从而可以将再生除去液Lc容易地排出到外部。另外，在配管33设置有减压阀35、调速器37、压缩空气导入阀39。可以利用减压阀35及调速器37调节自空气罐23导入储液槽17的压缩空气的压力及导入量，并且，在不需要自空气罐23向储液槽17导入压缩空气时，通过关闭压缩空气导入阀39，可以停止导入。
另外，在储液槽17的跟前设置有排液阀40，通过将该排液阀40设为使用来自空气罐23的压缩空气的气动式切换控制阀，从而可以将自真空容器9排出的除去液交替地存积到两个储液槽17。
附带地对气体导入机构13进行说明。
作为前提，对现有技术中的自VOC除去液进行回收的甲苯回收率的结果进行说明。
作为使含有VOC的VOC除去液再生的现有方法，存在基于膜分离的PV法(蒸汽渗透法)。但是，对于该方法而言，自VOC除去液进行回收的甲苯回收率是0.027％左右的非常低的值，难以实时地进行VOC除去液的再生。
于是，如图2(a)所示，可以利用为了减小膜的透过阻力而使用了多孔膜的真空蒸发法来增大VOC蒸发量。基于前述的PV法而得到的甲苯的蒸发浓度稳定在大约70ppm、回收率为0.027％左右，与此相对，基于使用了图2(a)所示的多孔膜的真空蒸发法而得到的甲苯蒸发浓度稳定在大约200ppm、回收率为0.077％，与PV法相比提高到3倍。但是，即便是使用了图2(a)所示的多孔膜的真空蒸发法，也难以实时地再生VOC除去液。
即，如前所述在现有方法中可认为：因形成数十Pa以下的高真空，故空气不流动，不能高效地回收蒸发的VOC。与此相对，如图2(b)所示，空气流动真空蒸发法是如下的方法：在使真空容器泄露而导入空气以降低真空度的状态下，利用空气的流动消除蒸发的VOC并将其回收。在该方法中，在甲苯蒸发时若形成数千Pa左右的较低真空，则可以有效进行VOC的回收，这种情况已经得到确认。而且，根据本发明的不使用气体透过膜而对除去液进行喷雾的空气流动真空蒸发法，甲苯蒸发浓度稳定在大约2900ppm、回收率为93.5％。
即，根据本发明，VOC回收率为93.5％，与现有方法相比飞跃上升，从而能够实时地再生除去液。
另外，根据本发明，通过利用所述压缩空气的热能加热被处理除去液Ld，被处理除去液Ld被加热而能够更有效地进行真空蒸发。并且，在使用设置于真空容器内的热交换器将利用压缩机生成的高温高压的压缩空气的热能传递至被处理除去液Ld时，不在真空容器外部进行被处理除去液Ld的加热，从而能够安全且高效地加热被处理除去液Ld。
进而，可以将进行所述热交换后的降温的压缩空气的压力能作为用于将被处理除去液Ld压送到真空容器内的送液泵5的驱动源而使用，并且，可以将上述压缩空气的压力能作为用于将分离后的除去液自储液槽高效地排出的压送功能而使用，因此，可以有效使用利用压缩机生成的压缩空气所具有的能量而不会浪费。
因此，作为被处理除去液Ld的加热手段而利用压缩空气，从而不需要使用加热器来进行被处理除去液Ld的加热，可以削减因使用加热器而消耗的电力并可以削减CO2的排放量，并且，可以避免因使用加热器而导致起火的危险。即，由于是利用了空气压的装置，因此，也不需要考虑防爆结构，是安全的。
并且，通过利用与被处理除去液Ld进行热交换后降温的压缩空气的压力能，作为一系列的系统可以有效用于排出利用气体驱动式泵及空气压进行分离后的再生除去液Lc，可以提高装置整体的能量效率。
工业实用性
本发明可以用作VOC除去液再生/回收装置及再生/回收方法，由于不需要加热器，因此，不消耗因加热器的使用而需要的电力，与此相应地可以削减CO2的排放量，而且，由于不需要气体透过膜，因此，不存在挥发性物质等透过气体透过膜时受到不良影响的情况。

Claims (9)

1.一种VOC除去液再生/回收装置，其将VOC除去液中所含有的VOC除去以对VOC除去液进行再生/回收，该VOC除去液再生/回收装置的特征在于，具有：
喷雾VOC除去液的送液泵及喷嘴；
在内部配置有所述喷嘴的真空容器；
对所述真空容器内部进行减压以使VOC除去液所含有的VOC进行真空蒸发的真空泵；
将蒸发促进气体导入所述真空容器内的气体导入机构；
自所述真空容器排出处理后的VOC除去液的排液机构；以及
对来自外部的空气进行压缩以生成具有热能及压力能的压缩空气的压缩机，
其中，在自所述送液泵至喷嘴的通路上设置有热交换器，利用该热交换器使所述VOC除去液和所述压缩空气进行热交换，从而将所述热能供给至所述VOC除去液。
2.如权利要求1所述的VOC除去液再生/回收装置，其特征在于，
所述送液泵是将空气压作为动力源进行驱动的气体驱动型泵，作为该送液泵的动力源，利用所述压缩空气的压力能。
3.如权利要求1或2所述的VOC除去液再生/回收装置，其特征在于，
具有将自所述排液机构排出的VOC除去液存积的储液槽，
并且设置有将利用所述热交换器进行热交换后的压缩空气导入所述储液槽内的压缩空气导入机构。
4.如权利要求3所述的VOC除去液再生/回收装置，其特征在于，
设置两个所述储液槽以便能够交替地进行除去液的存积。
5.如权利要求3所述的VOC除去液再生/回收装置，其特征在于，
设置有将利用所述热交换器进行热交换后的压缩空气存积的空气罐。
6.如权利要求5所述的VOC除去液再生/回收装置，其特征在于，
所述蒸发促进气体使用来自所述压缩机的压缩空气。
7.一种VOC除去液再生/回收方法，将VOC除去液中所含有的VOC除去以对VOC除去液进行再生/回收，该VOC除去液再生/回收方法的特征在于，
在将与利用压缩机生成的压缩气体进行热交换而升温的VOC除去液向真空容器内部喷雾的同时，利用真空泵对该真空容器内部进行减压，进而，将蒸发促进气体导入该真空容器内，从而使VOC除去液所含有的VOC真空蒸发。
8.如权利要求7所述的VOC除去液再生/回收方法，其特征在于，
将热交换后的压缩空气作为用于喷雾所述VOC除去液的送液泵的驱动源而使用。
9.如权利要求7或8所述的VOC除去液再生/回收方法，其特征在于，
将使所述VOC真空蒸发后得到的VOC除去液，存积于在所述真空容器外部设置的储液槽，
利用热交换后的压缩空气的压力，自所述储液槽排出所述VOC除去液。
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