CN103463938B - 脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置和工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于脱除工业废气中挥发性有机化合物的技术领域，具体涉及一种脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置和工艺方法，解决了现有工业废气脱除挥发性有机化合物存在的问题。装置包括旋转填料床吸收器、吸收富液储槽、吸收贫液储槽、再生装置、富液循环泵及贫液循环泵。工艺方法，将含有挥发性有机化合物的工业废气和吸收液分别进入旋转填料床，气液接触方式为逆流，气液在旋转的填料上接触完成工业废气中挥发性有机化合物的脱除，然后分别由排气管和排液管排出。本发明工艺方法具有对工业废气的要求低、应用范围广、脱除效率高、可回收挥发性有机化合物、装置结构紧凑、避免堵塞、体积小、投资少等优点。

Description

脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置和工艺方法

技术领域

本发明属于脱除工业废气中挥发性有机化合物的技术领域，具体涉及一种脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置和工艺方法。

背景技术

挥发性有机化合物（VOCs）是大气污染物的重要来源。目前VOCs已经被视为是继粉尘之后第二类量大面广的大气污染物。工业排放的VOCs带来的不仅仅是环境污染问题，同时也产生了一定的经济损失。VOCs主要来源于石油化工行业排放的废气，造纸、涂料、采矿、金属电镀和纺织等行业逸散的有机溶剂，交通工具排放的尾气，以及其他可能排放有机废气的污染源。大多数VOCs有毒、恶臭及“三致”作用，部分VOCs还会破坏臭氧层，可以和大气中的氮氧化物、碳氢化合物与氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾，对环境、动植物的生长及人类健康造成了极大的危害。

治理VOCs的技术可以分为两大类：一类是破坏性方法，如直接氧化燃烧、催化燃烧、电晕、等离子体及紫外光分解和生物法降解等；另一类是非破坏性的方法，如吸收、活性炭吸附法、冷凝法以及膜分离法等。其中燃烧技术和活性炭吸附两种技术在工业中应用较为普遍，但是在实际应用中都存在一定的限制。燃烧技术在操作过程中温度较高，控制较为困难，在催化燃烧工艺中对工业废气中的组分有一定的要求，当工业废气中有含硫和含氯的有机物时，燃烧会造成二次污染，并且燃烧过程中易使催化剂中毒，工艺失效。活性炭吸附技术广泛应用于大风量低浓度的有机废气的治理，工艺比较成熟，但是对工业废气的要求较高，如工业废气的湿度、浓度等，通常需要辅以工业废气的前处理过程，工艺流程庞大，能耗高。

吸收是一种发展较早、工艺成熟、应用范围广泛的化工分离过程，在消除气态污染物的同时对污染物进行回收利用，是常用大气污染物的治理技术。吸收过程中吸收剂多采用柴油为代表的矿物油、高沸点的有机溶剂以及复合吸收剂三类，近几年对吸收剂的研究也有了很大的进展。吸收装置多采用以填料塔为代表的传统塔设备，塔设备的体积庞大，装置投资较大，液体循环量大，气阻高，开停车不方便，设备运行费用高；此外，对一些涂料和胶制品生产行业，废气中通常含有胶粒物质和杂质，这些物质会附着在填料或者塔板上，运行一段时间后会造成塔设备的堵塞，降低设备的传质性能，带来严重的经济损失。因此，开发新型吸收装置及其工艺方法意义重大。

旋转填料床（Rotating Packed Bed，简称RPB）利用电机带动填料高速旋转产生超重力环境，在此超重力环境下气液传质效率得到1~3个数量级的提高，液体循环量减小，设备体积大大缩小，单位设备体积的生产效率提高，气相阻力大幅减小，开停车方便，整个工艺可在很短时间内稳定，高速旋转的填料具有自清洗的作用，可以避免传统塔设备因为胶粒物质造成的填料堵塞问题。但研究表明，现有旋转填料床对液相传质速率有极大的提高，而对气相传质速率的改善不明显，现有旋转填料床在传质性能方面还有很大的提升空间。

发明内容

本发明针对上述技术中存在的不足，提出了一种脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置和工艺方法。

本发明采用如下的技术方案实现：

脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置，包括旋转填料床吸收器、吸收富液储槽、吸收贫液储槽、再生装置、富液循环泵及贫液循环泵。

所述的旋转填料床吸收器包括旋转床主体、设备支架和传动装置，旋转床主体包括上下两部分：集气室和主腔室，主腔室内设有可高速逆向旋转的填料转子，主腔室上部连接进气管，主腔室底部连接排液管，填料转子中心设置液体分布器，液体分布器连接进液管，集气室顶部连接排气管，填料转子顶部开孔与集气室连通。

旋转填料床吸收器的进气管连接废气来源，排液管连接吸收富液储槽，吸收富液储槽经富液循环泵分别连接吸收贫液储槽和再生装置，吸收贫液储槽经贫液循环泵连接旋转填料床吸收器的进液管。

所述的旋转填料床吸收器的填料转子包括分别独立旋转的上转盘和下转盘，上转盘底部和下转盘顶部分别安装有若干同心环状填料支撑，填料支撑内部装有填料形成填料环，上、下转盘上的填料环互相嵌套，相邻填料环之间留有间隙，上转盘顶部与实心轴连接，下转盘底部与空心轴连接，空心轴顶部连接液体分布器，空心轴底部连接进液管。

所述的旋转填料床吸收器的上转盘底部和下转盘顶部分别设置有若干同心环状的槽，填料环固定于槽内，填料环的自由端伸入另一转盘的槽内、并与另一转盘的槽底留有间隙。

所述的主腔室和集气室通过隔板隔离，隔板中心位置开孔并沿孔周设置筒形结构，筒形结构底部与填料转子顶部开孔的孔周连接，实心轴穿过筒形结构与上转盘连接。

所述的旋转填料床吸收器的填料转子顶部开孔与集气室连通的部位设置密封结构，所述的密封结构包括上下设置的上密封盖和下密封盖，上密封盖套于筒形结构，下密封盖与上转盘连接，下密封盖中心均布设置若干扇形孔，上、下密封盖上设有迷宫环，上、下密封盖的迷宫环相嵌在一起，迷宫环的最外圈设置油封毡圈。

所述的旋转填料床吸收器的填料支撑为筒状不锈钢圈，周向密布开孔，填料支撑外缘设置有若干形体阻力件，所述的形体阻力件为金属片状突起、外形为矩形或三角形，垂直安装于填料支撑的外缘，填料采用多孔波纹填料。

脱除工业废气中挥发性有机化合物的工艺方法，基于上述的脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置完成，步骤包括：开启旋转填料床，通过调节电机使多层填料逆向旋转，上、下转盘转速为200~1600r/min，将含有挥发性有机化合物的工业废气和吸收液分别由进气管和进液管进入旋转填料床，气液接触方式为逆流，吸收液和含挥发性有机化合物的工业废气液气比为0.5~10L/m3，气液在旋转的填料上接触完成工业废气中挥发性有机化合物的脱除，然后分别由排气管和排液管排出。对吸收后的吸收富液进行再生，再生后的吸收液循环用于吸收操作。

吸收液根据挥发性有机化合物的不同采用为水、柴油、机油或者表面活性剂水溶液等。对吸收后的吸收富液进行再生，再生方式根据不同的物系进行选择，包括精馏、热空气吹脱和水蒸汽吹脱等，再生后的吸收液循环用于吸收操作。

研究表明，传统旋转填料床对液相传质速率有极大的提高，而对气相传质速率没有较大的改善，传统旋转填料床在传质性能方面还有很大的提升空间。本发明中所述的工艺将新型旋转填料床作为吸收装置，吸收液经过多层高速逆向旋转填料的切割、分散成为微米级的液滴、液丝和液膜，极大的增加了气相与液相的接触面积；且含有挥发性有机化合物的工业废气经过形体阻力件的扰动，可进一步促进气相的湍流，将更多的动能传递给流体，湍动能增加，加快相界面更新速率，气液的流动轨迹更加曲折，停留时间相应的延长，气液间的传质速率得到极大的提高，强化吸收效果。

所述的高速逆向旋转的填料还具有自清洗的作用，对于含有胶质颗粒的气体，可以避免传统塔设备的堵塞问题。填料是多孔波纹填料根据不同吸收体系进行表面改性，使填料具有亲水或亲油的优良性质，提高表面润湿效果。

所述的脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置和工艺方法具有对工业废气的要求低、应用范围广、脱除效率高、可回收挥发性有机化合物、装置结构紧凑、避免堵塞、体积小、投资少等优点。

附图说明

图1是脱除工业废气中挥发性有机化合物工艺的流程图，

图2是旋转填料床吸收设备主体示意图，

图3是本发明形体阻力件一种结构示意图；

图4是本发明形体阻力件另一种结构示意图；

图5是本发明上下转盘上填料环的组装示意图；

图6是旋转填料床吸收器内部结构示意图，

图中：1-旋转填料床，2-吸收富液储槽，3-富液循环泵，4-吸收贫液储槽，5-贫液循环泵，6-再生装置，7、8-调节阀，

1.1-进气管，1.2-排气管，1.3-旋转床主体，1.4-排液管，1.5-旋转接头，1.6-皮带，1.7-设备支架，1.8-T型槽，1.9-电机，1.10-皮带轮，1.11-主腔室，1.12-填料环，1.13-吸收器液体分布器，1.14-空心轴，1.15-轴承，1.16-轴套Ⅰ，1.17-下转盘，1.18-上转盘，1.19-上密封盖，1.20-集气室，1.21-轴套Ⅱ，1.22-实心轴，1.23-油封，1.24-下密封盖，1.25-隔板。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置，包括旋转填料床1、吸收富液储槽2、富液循环泵3、吸收贫液储槽4、贫液循环泵5及再生装置6。

所述的旋转填料床吸收器包括旋转床主体1.3、设备支架1.7和传动装置，旋转床主体1.3包括上下两部分：集气室1.20和主腔室1.11，主腔室1.11内设有可高速旋转的填料转子，主腔室1.11上部连接进气管1.1，主腔室1.11底部连接排液管1.4，填料转子中心设置液体分布器1.13，液体分布器1.13连接进液管，集气室1.20顶部连接排气管1.2，填料转子顶部开孔与集气室1.20连通。

旋转填料床吸收器1的进气管连接废气来源，排液管连接吸收富液储槽2，吸收富液储槽2经富液循环泵3分别连接吸收贫液储槽4和再生装置6，吸收贫液储槽4经贫液循环泵5连接旋转填料床吸收器1的进液管。

所述的旋转填料床吸收器1的填料转子包括分别独立旋转的上转盘1.18和下转盘1.17，上转盘1.18底部和下转盘1.17顶部分别安装有若干同心环状填料支撑，填料支撑内部装有填料形成填料环1.12，上、下转盘上的填料环互相嵌套，相邻填料环之间留有间隙，上转盘1.18顶部与实心轴1.22连接，下转盘1.17底部与空心轴1.14连接，空心轴1.14顶部连接液体分布器1.13，空心轴1.14底部连接进液管。

所述的旋转填料床吸收器1的上转盘1.18底部和下转盘1.17顶部分别设置有若干同心环状的槽，填料环1.12固定于槽内，填料环的自由端伸入另一转盘的槽内、并与另一转盘的槽底留有间隙。

所述的填料支撑内的填料采用多孔波纹填料，多孔波纹填料根据不同吸收体系进行表面改性，使填料具有亲水或亲油的优良性质，提高表面润湿效果。

所述的主腔室1.11和集气室1.20通过隔板1.25隔离，隔板1.25中心位置开孔并沿孔周设置筒形结构，筒形结构底部与填料转子顶部开孔的孔周连接，实心轴1.22穿过筒形结构与上转盘1.18连接。

所述的旋转填料床吸收器1的填料转子顶部开孔与集气室连通的部位设置密封结构，所述的密封结构包括上下设置的上密封盖1.19和下密封盖1.24，上密封盖1.19套于筒形结构，下密封盖1.24与上转盘1.18连接，下密封盖1.24中心均布设置若干扇形孔，上、下密封盖上设有迷宫环，上、下密封盖的迷宫环相嵌在一起，迷宫环的最外圈设置油封毡圈。

所述的旋转填料床吸收器1的填料支撑为筒状不锈钢圈，周向密布开孔，填料支撑的外缘设置有若干形体阻力件，所述的形体阻力件为金属片状突起，外形为矩形或三角形，垂直安装于填料支撑的外缘。

脱除工业废气中挥发性有机化合物的工艺方法，步骤为：开启旋转填料床1，调节电机1.9至预定旋转方向和转速，转速为（200~1600） r/min，一定气量的含挥发性有机化合物的工业废气由进气管1.1进入旋转填料床1的多层逆向旋转填料；吸收液在吸收贫液储槽4中经过贫液循环泵5，调整液量按一定的液气比经旋转填料床进液管进入旋转填料床的填料层；此过程中在多层高速逆向旋转填料层所形成的的超重力环境中完成吸收剂和挥发性有机化合物的接触过程，吸收后的气体通过旋转填料床排气管1.2排出，实现达标排放；吸收富液经旋转填料床的排液管1.4进入吸收富液储槽2，在富液循环泵3的作用下进入吸收贫液储槽4，吸收剂进行循环使用，当吸收效率下降到一定的程度，吸收富液经富液循环泵3的作用进入再生装置6，吸收富液经再生操作之后进入吸收剂储槽4，循环使用。工业废气中的挥发性有机化合物的浓度在旋转填料床的进出口进行测定。

根据吸收操作的基本原理，低温和高压环境有利于吸收操作，所以工业废气的温度控制在30~60℃，吸收剂温度控制在10~35℃；气液接触方式为错流或者逆流；吸收剂可为水、柴油、机油、己二酸二异辛酯或者表面活性剂的水溶液，这根据挥发性有机化合物的物理性质和生产实际情况而定。再生工艺根据具体物系的不同，可采用精馏、水蒸汽解吸或者热空气解吸，再生装置相应的可采用精馏塔、填料塔或者旋转填料床。

实施例1：

调整旋转填料床1的逆向旋转转速为400 r/min，将甲苯浓度为1000 ppm的模拟工业废气经旋转填料床的进气管1.1进入旋转填料床1，气体流量为110 m3/h；将质量分数为1.2%的表面活性剂A，其余部分为水的吸收剂经旋转填料床的进液管进入旋转填料床1，调节液气比为6 L/m3，气液两相在高速旋转的填料上快速接触吸收，净化后的气体经旋转填料床的排气管1.2排出，吸收了甲苯的吸收富液经旋转填料床排液管1.4进入吸收富液储槽2，经富液循环泵3打入吸收剂储槽4，吸收剂循环使用。检测排气管处的甲苯浓度，当吸收效率下降到一定值，吸收富液经富液循环泵打入再生装置6，本例中采用旋转填料床，再生温度为95℃，再生后的吸收剂循环使用。整个过程中吸收效率保持在90%以上。

实施例2：

调整旋转填料床1的逆向旋转转速为1000 r/min，将己烷浓度为5000 ppm的工业废气经旋转填料床的进气管1.1进入旋转填料床1，气体流量为190 m3/h；0号柴油为吸收剂，吸收剂经旋转填料床的进液管进入旋转填料床1，调节液气比为9 L/m3，气液两相在高速旋转的填料上快速接触吸收，净化后的气体经旋转填料床的排气管1.2排出，吸收了己烷的吸收富液经旋转填料床排液管1.4进入吸收富液储槽2，经富液循环泵3打入吸收贫液储槽4，吸收剂循环使用。检测排气管处的己烷浓度，当吸收效率下降到一定值，吸收富液经富液循环泵打入再生装置6，本例中采用填料塔，再生后的吸收剂循环使用。整个过程中吸收效率保持在92%以上。

实施例3：

调整旋转填料床1的逆向旋转转速为800 r/min，将甲苯浓度为2500 ppm的工业废气经旋转填料床的进气管1.1进入旋转填料床1，气体流量为150 m3/h；己二酸二异辛酯为吸收剂，吸收剂经旋转填料床的进液管进入旋转填料床1，调节液气比为2 L/m3，气液两相在高速旋转的填料上快速接触吸收，净化后的气体经旋转填料床的排气管1.2排出，吸收了甲苯的吸收富液经旋转填料床排液管1.4进入吸收富液储槽2，经富液循环泵3打入吸收贫液储槽4，吸收剂循环使用。检测排气管处的甲苯浓度，当吸收效率下降到一定值，吸收富液经富液循环泵打入再生装置6，本例中采用填料塔，再生后的吸收剂循环使用。整个过程中吸收效率保持在98%以上。

Claims (8)

1.一种脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置，其特征在于包括旋转填料床吸收器（1）、吸收富液储槽（2）、吸收贫液储槽（4）、再生装置（6）、富液循环泵（3）及贫液循环泵（5），

所述的旋转填料床吸收器包括旋转床主体（1.3）、设备支架（1.7）和传动装置，旋转床主体（1.3）包括上下两部分：集气室（1.20）和主腔室（1.11），主腔室（1.11）内设有可高速逆向旋转的填料转子，主腔室（1.11）上部连接进气管（1.1），主腔室（1.11）底部连接排液管（1.4），填料转子中心设置液体分布器（1.13），液体分布器（1.13）连接进液管，集气室（1.20）顶部连接排气管（1.2），填料转子顶部开孔与集气室（1.20）连通，

所述的主腔室（1.11）和集气室（1.20）通过隔板（1.25）隔离，隔板（1.25）中心位置开孔并设置筒形结构，便于实心轴（1.22）穿过该孔与上转盘（1.18）连接，

旋转填料床吸收器（1）的进气管连接废气来源，排液管连接吸收富液储槽（2），吸收富液储槽（2）经富液循环泵（3）分别连接吸收贫液储槽（4）和再生装置（6），吸收贫液储槽（4）经贫液循环泵（5）连接旋转填料床吸收器（1）的进液管。

2.根据权利要求1所述的脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置，其特征在于所述的旋转填料床吸收器（1）的填料转子包括分别独立旋转的上转盘（1.18）和下转盘（1.17），上转盘（1.18）底部和下转盘（1.17）顶部分别安装有若干同心环状填料支撑，填料支撑内部装有填料形成填料环（1.12），上、下转盘上的填料环互相嵌套，相邻填料环之间留有间隙，上转盘（1.18）顶部与实心轴（1.22）连接，下转盘（1.17）底部与空心轴（1.14）连接，空心轴（1.14）顶部连接液体分布器（1.13），空心轴（1.14）底部连接进液管。

3.根据权利要求2所述的脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置，其特征在于所述的旋转填料床吸收器（1）的上转盘（1.18）底部和下转盘（1.17）顶部分别设置有若干同心环状的槽，填料环（1.12）固定于槽内，填料环的自由端伸入另一转盘的槽内、并与另一转盘的槽底留有间隙。

4.根据权利要求2或3所述的脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置，其特征在于旋转填料床吸收器（1）的填料转子顶部开孔与集气室连通的部位设置密封结构，所述的密封结构包括上下设置的上密封盖（1.19）和下密封盖（1.24），上密封盖（1.19）套于筒形结构，下密封盖（1.24）与上转盘（1.18）连接，下密封盖（1.24）中心均布设置若干扇形孔，上、下密封盖上设有迷宫环，上、下密封盖的迷宫环相嵌在一起，迷宫环的最外圈设置油封毡圈。

5.根据权利要求4所述的脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置，其特征在于所述的旋转填料床吸收器（1）的填料支撑为筒状不锈钢圈，周向密布开孔，填料支撑外缘设置有若干形体阻力件，所述的形体阻力件为金属片状突起、外形为矩形或三角形，垂直安装于填料支撑的外缘。

6.一种脱除工业废气中挥发性有机化合物的工艺方法，基于如权利要求5所述的一种脱除工业废气中挥发性有机化合物的装置完成，其特征在于步骤包括：开启旋转填料床，通过调节电机使多层填料逆向旋转，上、下转盘转速为200~1600r/min，将含有挥发性有机化合物的工业废气和吸收液分别由进气管和进液管进入旋转填料床，气液接触方式为逆流，吸收液和含挥发性有机化合物的工业废气液气比为0.5~10L/m3，气液在旋转的填料上接触完成工业废气中挥发性有机化合物的脱除，然后分别由排气管和排液管排出，对吸收后的吸收富液进行再生，再生后的吸收液循环用于吸收操作。

7.根据权利要求6所述的一种脱除工业废气中挥发性有机化合物的工艺方法，其特征是吸收液为水、柴油、机油或者表面活性剂水溶液。

8.根据权利要求7所述的一种脱除工业废气中挥发性有机化合物的工艺方法，其特征是所述的再生方式为精馏、热空气吹脱或者水蒸汽吹脱。