CN103521031A - 一种低浓度有机废气浓缩的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低浓度有机废气浓缩的装置及方法，该方法应用于塑料软包装印刷机、干复机及涂敷生产过程中排放废气的回收。其采用活性炭纤维吸附将废气浓缩后再进入废气回收系统的方法，通过对印刷机、干复机排放废气热能的利用降低回收成本，通过对印刷机、干复机排放废气的浓缩减少回收系统的占地面积、设备投资和运行成本。

Description

一种低浓度有机废气浓缩的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种低浓度有机废气回收方法，尤其是用于彩色软包装印刷、干复及涂敷中排放的低浓度有机废气浓缩回收方法。 

背景技术

目前国内99％以上的塑料软包装印刷、干复及涂敷生产过程中，从烘干装置排出的温度在60～100℃的低浓度VOC废气(以下简称：废气)是直接排放的。据不完全统计国内仅塑料软包装印刷行业运行的印刷机在万台以上，年排放VOC气体数百万吨，造成严重的环境污染。一个中型的塑料软包装印刷企业废气排放量高达10～20万m³/h，需要使用多台吸附器和数十吨活性炭，较高的投资和较大的占地面积，制约部分企业对废气处理的积极性和可行性。 

回收废气浓度低至1g/m³左右时，在满足排放标准要求条件下，废气吸附器中每吨活性炭的一次脱附溶剂回收能力仅能达到130Kg左右。由于在印刷溶剂中使用的正丙脂、正丁酯等高沸点溶剂在活性炭中的沉积，吸附器中的活性炭在使用一年后，每吨活性炭的一次脱附溶剂回收能力下降到90Kg以下。较低的和不断下降的溶剂回收能力造成吸附器的吸附时间减少，脱附频率越来越高，脱附中吸附器和活性炭的热能消耗和氮气消耗造成回收成本较高。 

发明内容

本发明是在废气进入回收系统前，增加一个采用活性炭纤维的气体浓缩装置对废气进行浓缩，实现提高废气浓度、减少回收系统气体处理量，从而达到减少回收系统投资、占地面积和降低回收成本的目的。 

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种低浓度印刷、干复及涂敷设备的烘干有机废气的浓缩装置，该装置包括：废气过滤器1；用于过滤排放出来的所述有机废气；废气冷却器2及废气加热器6；废气冷却器2与废气加热器6相互串联连接后的一端与废气过滤器2连接；活性碳纤维浓缩器7：所述活性碳纤维浓缩器7的进气端与废气冷却器2和废气加热器6相互串联连接后的另一端连接；VOC气体监控装置8；所述VOC气体监控装置8的气体浓度传感器安装在活性碳纤维浓缩器7的排气端，监测排气浓度；有机废气回收装置；所述回收装置与所述活性碳纤维浓缩器7的排气端连接。 

所述的废气过滤器1采用无纺布作为过滤介质。 

所述的废气冷却器1与冷却塔4、冷却水循环泵3依次连接构成了冷却循环水的循环，所述的废气加热器6与蒸汽或热导油加热器5连接。 

所述的VOC气体监控装置8为能够为控制系统提供废气中VOC气体浓度信息的传感器。 

所述的有机废气回收装置包括活性炭纤维或活性炭颗粒作为吸附材料的废气回收装置、溶剂回收采用蒸汽脱附回收的装置、保护性气体下的二次脱附常温回收装置、保护性气体下的低温冷凝回收的装置、催化燃烧的多种废气回收装置。 

一种低浓度印刷、干复及涂敷设备的烘干有机废气的浓缩方法，该方法包括以下步骤： 

(1)有机废气的过滤；排放的烘干废气经废气过滤器1进行过滤后，送至串联的废气冷却器2和废气加热器6； 

(2)有机废气的冷却和加热；当活性碳纤维浓缩装置7在吸附工况时废气冷却器2工作，废气加热器6不工作，废气通过废气冷却器2进行冷却降温；当活性碳纤维浓缩装置在解析工况时废气冷却器2不工作，废气加热器6工作，废气通过废气加热器6进行加温； 

(3)有机废气的吸附；经过冷却降温后的废气进入到活性炭纤维浓缩装置7进行吸附，经吸附后的洁净气体直接排放； 

(4)有机废气的解吸；在VOC气体监控装置8的监控下，当排放气体浓度接近排放标准时，活性炭纤维浓缩装置7由吸附状态转换为解吸状态； 

(5)解吸后的有机废气回收；从活性碳纤维浓缩装置7解吸出的高浓度有机废气进入废气回收装置进行回收，经回收处理后的洁净气体直接排放。 

在进行有机废气的吸附时，废气冷却器2中冷却水进行循环，废气冷却器2工作在降温状态；在进行有机废气的解吸时，废气冷却器2中冷却水停止循环，废气冷却器2停止工作，在解吸的前期直接利用60～100℃的低浓度烘干有机废气进行解吸，在解吸的后期采用经蒸汽或导热油加热的废气加热器6将温度提高到100～200℃的低浓度烘干废气进行解吸。 

在解吸过程中通过VOC气体浓度监控装置8对解吸风量和加热温度的控制，控制解吸出的气体浓度低于爆炸浓度的下限。 

进入废气回收系统的有机废气是经过活性炭纤维浓缩装置7吸附后解析出的高于原废气浓度的浓缩气体。 

在所述低浓度印刷、干复及涂敷设备的烘干有机废气的浓缩方法中： 

当应用于软包装印刷设备的烘干有机废气的浓缩时，可由多个印刷单元排放的废气经多个废气过滤器和保温处理的管道在保温集风箱中汇集混合后，分别连接多条由废气冷却器连接废气加热器再连接活性炭纤维浓缩器组成的气体浓缩装置。 

当应用于干复或涂敷设备的烘干有机废气的浓缩时，可由多个印刷单元排放的废气经多个废气过滤器和保温处理的管道分别连接多条由废气冷却器连接废气加热器再连接活性炭纤维浓缩器组成的气体浓缩装置。 

多台所述的活性碳浓缩器可进行轮流解吸。 

每台活性炭纤维浓缩器内的活性炭纤维重量为10～100Kg，可以根据废气处理量的大小调整活性碳纤维的重量。 

所述排放的烘干废气中VOC气体平均排放浓度为0.2～10g/m³。 

所述含有VOC烘干废气经过活性炭纤维的气体流速为0.05～0.8m/s。 

所述浓缩装置工作过程中解吸时间为5～30分钟，活性炭纤维浓缩器的吸附时间需大于活性炭纤维浓缩器数量×解吸时间。 

浓缩后进入废气回收系统的气体浓度为5g/m³～小于所浓缩气体的爆炸下限。 

浓缩后进入废气回收系统的气体流量为原排放气体流量的1/4～1/20。 

附图说明

图1是本发明的工艺联接图； 

图2是本发明的工作原理框图。 

其中：1、废气过滤器；2、废气冷却器；3、冷却水循环泵；4、冷却塔；5、蒸汽或热导油加热器；6、废气加热器；7、活性炭纤维浓缩装置；8、VOC气体监控装置。 

本专业工程技术人员通过说明书及其附图可以充分的理解本发明。 

具体实施方式

下面结合附图1和实施例对本发明作进一步的说明： 

如说明书附图所示，废气浓缩过程：低浓度印刷、干复或涂敷设备的烘干废气通过采用无纺布作为过滤介质的废气过滤器1过滤掉废气中的粉尘后，进入由废气冷却器2和废气加热器6串联的与4冷却塔、3冷却水循环泵和循环水组成的废气降温装置，将废气温度降低至40℃以下(此时和废气冷却器2串联的废气加热器6不工作)。降温后的废气进入安装有活性炭纤维的活性炭纤维浓缩装置7 内进行吸附，吸附后的洁净气体直接排放。在VOC气体监控装置8(各种VOC气体浓度传感器能够为控制系统提供VOC气体浓度数据)的监控下，当排放气体浓度接近排放标准时，活性炭纤维浓缩装置7由吸附状态转为解吸状态。烘干废气经废气加热器6对活性炭纤维浓缩装置7进行解吸(此时和废气加热器6串联的废气冷却器2不工作)。在解吸过程前期，废气冷却器2内的冷却水停止循环，未经降温的废气进入活性炭纤维浓缩装置7，对低沸点的溶剂进行解吸。当在活性炭纤维浓缩装置7排气中VOC气体浓度下降(低沸点溶剂解吸趋于结束)时，由蒸汽或热导油加热器5提供加热能源的废气热交换器6开始工作对60～100℃的烘干废气进行加温，将废气温度加热到100～200℃，继续对活性炭纤维浓缩装置7中吸附的高沸点溶剂进行解吸，直至解吸结束。在解吸过程中，通过VOC气体监控装置8对解吸风量和加热温度的控制，实现解吸气体浓度低于爆炸浓度的下限。解吸过程中从活性炭纤维浓缩装置7中排出的经过浓缩的高浓度VOC气体送入各种现有的废气回收系统进行回收，例如：吸附材料采用活性炭纤维或活性炭颗粒的，溶剂回收采用蒸汽脱附回收、保护性气体下的二次脱附常温回收、保护性气体下的低温冷凝回收的，或者催化燃烧的多种废气回收、处理装置。 

本废气浓缩过程，在保证解吸气体浓度远低于爆点的安全条件情况下，解吸时间与吸附时间的比值为1/5～1/20。由于只有解吸过程的气体进入废气回收系统，因此进入废气回收系统的经过浓缩的高浓度VOC气体较原废气的浓度提高了5～20倍，废气体积缩小5～20倍。进入废气浓缩装置的废气浓度高，浓度提高和废气体积减小的倍数小；进入废气浓缩装置的废气浓度低，浓度提高和废气体积减小的倍数大。 

通过上述方法，废气回收系统的吸附器中每吨活性炭的一次脱附溶剂回收能力提高到250Kg左右，活性炭在使用一年后，每吨活性炭的一次脱附溶剂回收量仍能够保持在170Kg以上，提高了活性炭的使用寿命。由于进入废气回收系统气体量的减少及上述溶剂回收能力的提高，废气回收系统中废气吸附器使用量减少 7～25倍，减少了系统的占地面积；气体浓缩部分的投资与减少的废气回收系统投资相相抵，与直接处理废气相比，可以较大的降低废气处理系统的投资和废气处理成本。 

实施例

下面结合附图对本发明作进一步详细说明： 

实施例1： 

一台8色塑料软包装印刷机的废气排放量：3500×8＝28000m³/h、VOC气体平均排放浓度0.8～1.2g/m³。8个印刷单元排放的废气经8个废气过滤器和保温处理的管道连接至保温集风箱，保温集风箱分别连接8条由废气冷却器连接废气加热器再连接活性炭纤维浓缩器组成的气体浓缩装置，每台活性炭纤维浓缩器内的活性炭纤维重量为15～25Kg，通过活性炭纤维的气体流速为0.05～0.8m/s。设置在气体浓缩装置排气端的VOC监控装置在浓缩吸附过程中监控排放气体达标排放，在解吸过程中监控解吸气体浓度低于爆炸浓度，解析出的高浓度VOC气体送入废气回收系统。 

废气浓缩过程：保温集风箱中的60～100℃低浓度印刷废气分别进入8路由废气冷却器连接废气加热器(吸附时废气冷却器工作，加热器不工作)再连接活性炭纤维浓缩器组成的气体浓缩装置吸附，吸附后的洁净气体直接排放。当VOC监控装置监控到某路排放气体浓度接近排放标准时，该路由吸附状态转换为解吸状态。解吸时该路废气冷却器停止工作(冷却水停止循环)，解吸前期由60～100℃度的印刷废气对活性炭纤维进行解吸，解吸后期采用经热导油加热的加热器将温度提高到100～200℃的印刷废气进行解吸。解吸过程中VOC气体的浓度由VOC监控装置通过对解吸风量和加热器的开启时间、加热温度进行控制，以保证解吸气体浓度低于爆炸浓度。解吸出的高浓度VOC气体送入废气回收系统。 

气体浓缩装置工作过程中活性炭纤维浓缩器的吸附时间为90分钟、解吸时间为10分钟。8台活性炭纤维吸附器轮流进行解吸。浓缩后进入废气回收系统的气体浓度7.2～10.8g/m³、气体流量3500m³/h。 

实施例2： 

一台胶带涂敷机的烘干废气排放量：15000m³/h、VOC气体平均排放浓度2～4g/m³。烘干废气经废气过滤器和保温处理的管道连接到4条由废气冷却器连接废气加热器再连接活性炭纤维浓缩器组成的气体浓缩装置，每台活性炭纤维浓缩器内的活性炭纤维重量为50～70Kg，通过活性炭纤维的气体流速为0.05～0.8m/s。设置在气体浓缩装置排气端的VOC监控装置在浓缩吸附过程中监控排放气体达标排放，在解吸过程中监控解吸气体浓度低于爆炸浓度，解析出的高浓度VOC气体送入废气回收系统。 

废气浓缩过程：60～100℃的低浓烘干废气度分别进入4路由废气冷却器连接废气加热器(吸附时废气冷却器工作，加热器不工作)再连接活性炭纤维浓缩器组成的气体浓缩装置吸附，吸附后的洁净气体直接排放。当VOC监控装置监控到某路排放气体浓度接近排放标准时，该路由吸附状态转换为解吸状态。解吸时该路废气冷却器停止工作(冷却水停止循环)，解吸前期由60～100℃度的烘干废气对活性炭纤维进行解吸，解吸后期采用经热导油加热的加热器将温度提高到100～200℃的烘干废气进行解吸。解吸过程中VOC气体的浓度由VOC监控装置通过对解吸风量和加热器的开启时间、加热温度进行控制，以保证解吸气体浓度低于爆炸浓度。解吸出的高浓度VOC气体送入废气回收系统。 

气体浓缩装置工作过程中活性炭纤维浓缩器的吸附时间为60分钟、解吸时间为15分钟。4台活性炭纤维吸附器轮流进行解吸。浓缩后进入废气回收系统的气体浓度10～20g/m³、气体流量3750m³/h。 

以上所述，仅是本发明的典型实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围。 

Claims (9)

1.一种低浓度有机废气的浓缩装置，其特征在于，该装置包括：

废气过滤器(1)；用于过滤排放出来的所述有机废气；

废气冷却器(2)及废气加热器(6)；废气冷却器(2)与废气加热器(6)相互串联连接后的一端与废气过滤器(2)连接；

活性碳纤维浓缩器(7)：所述活性碳纤维浓缩器(7)的进气端与废气冷却器(2)和废气加热器(6)相互串联连接后的另一端连接；

VOC气体监控装置(8)；所述VOC气体监控装置(8)的气体浓度传感器安装在活性碳纤维浓缩器(7)的排气端，监测排气浓度；

有机废气回收装置；所述回收装置与所述活性碳纤维浓缩器(7)的排气端连接。

2.根据权利要求1所述的低浓度有机废气的浓缩装置，其特征在于，所述的废气过滤器(1)采用无纺布作为过滤介质。

3.根据权利要求1所述的低浓度有机废气的浓缩装置，其特征在于，所述的废气冷却器(1)与冷却塔(4)、冷却水循环泵(3)依次连接构成了冷却循环水的循环，所述的废气加热器(6)与蒸汽或热导油加热器(5)连接。

4.根据权利要求1所述的低浓度有机废气的浓缩装置，其特征在于，所述的VOC气体监控装置(8)为能够为控制系统提供废气中VOC气体浓度信息的的传感器。

5.根据权利要求1所述的低浓度有机废气的浓缩装置，其特征在于，所述的有机废气回收装置包括活性炭纤维或活性炭颗粒作为吸附材料的废气回收装置、溶剂回收采用蒸汽脱附回收的装置、保护性气体下的二次脱附常温回收装置、保护性气体下的低温冷凝回收的装置、催化燃烧的多种废气回收装置。

6.一种实施如权利要求1所述低浓度有机废气的浓缩装置的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)有机废气的过滤；排放的烘干废气经废气过滤器(1)进行过滤后，送至串联的废气冷却器(2)和废气加热器(6)；

(2)有机废气的冷却和加热；当活性碳纤维浓缩装置(7)在吸附工况时废气冷却器(2)工作，废气加热器(6)不工作，废气通过废气冷却器(2)进行冷却降温；当活性碳纤维浓缩装置在解析工况时废气冷却器(2)不工作，废气加热器(6)工作，废气通过废气加热器(6)进行加温；

(3)有机废气的吸附；经过冷却降温后的废气进入到活性炭纤维浓缩装置(7)进行吸附，经吸附后的洁净气体直接排放；

(4)有机废气的解吸；在VOC气体监控装置(8)的监控下，当排放气体浓度接近排放标准时，活性炭纤维浓缩装置(7)由吸附状态转换为解吸状态；

(5)解吸后的有机废气回收；从活性碳纤维浓缩装置(7)解吸出的高浓度有机废气进入废气回收装置进行回收，经回收处理后的洁净气体直接排放。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在进行有机废气的吸附时，废气冷却器(2)中冷却水进行循环，废气冷却器(2)工作在降温状态；在进行有机废气的解吸时，废气冷却器(2)中冷却水停止循环，废气冷却器(2)停止工作，在解吸的前期直接利用60～100℃的低浓度烘干有机废气进行解吸，在解吸的后期采用经蒸汽或导热油加热的废气加热器(6)将温度提高到100～200℃的低浓度烘干废气进行解吸。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在解吸过程中通过VOC气体浓度监控装置(8)对解吸风量和加热温度的控制，控制解吸出的气体浓度低于爆炸浓度的下限。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进入废气回收系统的有机废气是经过活性炭纤维浓缩装置(7)吸附后解析出的高于原废气浓度的浓缩气体。

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