CN104128066B - 有机废气吸附回收系统及其吸附解吸方法 - Google Patents
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Abstract
针对常规的有机废气吸附回收系统中粉末状吸附剂难以填充、难以实现连续的吸附-解吸操作，而且吸附效率低、能耗大等问题，提出了一种特别适用于粉末状吸附剂的有机废气吸附回收系统及其吸附解吸方法。该回收系统包括吸附塔、解吸设备、自动控制设备、冷凝回收设备、吸附剂输送设备、数据处理及气体分析工作站等。其中特别设计出一种非密闭式解吸设备，能够将流动进入的粉末状富吸附剂被“微波和真空”集成工艺解吸再生，解吸出来的油气进一步被冷凝回收。通过自动控制设备、数据处理和气体分析工作站在线分析温度和浓度等参数，可自动实现吸附剂的输送和解吸再生操作。该发明可以实现粉末状吸附剂连续的吸附及高效的解吸再生。
Description
技术领域
本发明属于有机废气回收技术领域，涉及一种新型高效的有机废气吸附回收系统，尤其涉及到一种“微波和真空”集成的高效解吸方法。
背景技术
有机废气作为主要的气态污染物对我们的生存环境产生直接危害，也是城市中光化学烟雾的主要诱因之一。如今，国家有关部门越来越重视对有机废气的治理，并将其与清洁生产、资源利用、达标排放结合起来作为循环经济的重要环保工作。有机废气回收技术将在生产安全、环境安全、人体防护等方面产生重大效益。进一步地，如果将有机废气回收后转换成油品，可以重新作为能源加以再次利用。因此，有机废气回收具有良好的的综合效益和广阔的发展前景。
对有机废气的污染控制一直是国内外环保科研工作者研究的重点课题，进而研发一些有机废气吸附回收系统。其中，吸附剂的解吸再生技术是有机废气吸附回收系统的一个难点，高效、节能、绿色的解吸方法不仅可以改善工作条件，还能将投资及运行能耗最优化。为了使吸附剂可以多次循环吸附，就需要选择出一种优异的吸附再生方法。目前，解吸技术主要有升温法、降压法、置换法、吹扫法、溶剂萃取法、超临界流体法及化学转化脱附法等等。微波加热具有发热效率高、操作方便等特点，在有机废气回收系统中，将微波加热和抽真空的集成工艺用于吸附剂解吸，将是一个很好的应用前景。
根据本发明技术特点检索了国内外数据库，发现有关有机废气吸附回收系统及其微波真空集成解吸工艺的报道和专利比较少，有些是本课题组的类似相关专利。例如，中国专利CN102371105A基于吸附－解吸一体化的旋转式吸附器，并利用微波加热及低真空集成解吸工艺，来实现油气吸附回收。中国专利CN102295118A提出一种循环式原油储罐油气真空吸附回收系统，吸附饱和的吸附罐被真空泵抽真空解吸再生；中国专利CN102029100A涉及一种有机废气吸附剂吸附的干法脱附工艺，其中吸附装置的吸附剂在高温蒸汽中进行脱附。但针对粉末状吸附剂，尤其是对于流动式吸附剂的微波和真空的集成解吸方法及其非密闭式解吸设备，尚未见到有公开发表的技术相同的专利或文献。本课题组前期申请的中国专利CN2014102129981涉及到一种新型高效的有机废气吸附塔。本申请专利就是在该专利的基础上进行系统化，以实现粉末状吸附剂连续的吸附及高效的解吸再生。
发明内容
本发明为解决有机废气吸附回收系统中粉末状吸附剂吸附效果不是非常好、解吸效率低等问题，开发出一种集微波和抽真空于一体的解吸设备，提出了一种专用于粉末状吸附剂的新型高效的吸附解吸方法。
本发明的技术方案如下：
(1)有机废气吸附回收系统包括：吸附塔、“微波和真空”解吸设备、自动控制设备、冷凝回收设备、第一吸附剂输送设备、第二吸附剂输送设备、数据处理及气体分析工作站、以及流量计、温度计、管道、阀门等配件。
①所述的有机废气吸附回收系统的吸附塔主体内布置了数层多孔挡板筛，挡板筛的孔径大于粉末状吸附剂的颗粒直径，吸附塔主体上沿吸附塔高度方向布置温度探头和自吸式混合气取样口。
②所述的有机废气吸附回收系统的“微波和真空”解吸设备包括：传送带外伸防辐射罩、炉灯、视窗、滚轮、吸附剂传送带和干式真空泵、微波防辐射腔。该解吸设备是带有一定真空度的微波解吸设备，其功能是将吸附剂输送设备运输来的富吸附剂，在流动进入解吸设备的同时被“微波和真空”集成解吸再生。
进一步，所述的传送带外伸防辐射罩的外伸长度为0.3m～0.5m。
进一步，所述的吸附剂传送带上平铺的粉末状吸附剂厚度不超过1cm，传送带下面间隔布置了数个不同直径的滚轮，直径差为4mm～8mm，这样粉末状吸附剂传输过程中能保持振动状态，吸附剂传送带的传送速度不超过0.15m/s，粉末状吸附剂在传输过程中炉灯对其进行微波辐射再生，吸附剂在解吸设备停留时间不低于5min。
进一步，所述的炉灯的微波频率大约在300MHz～300GHz，波长在1mm～1m范围内的电磁波，位于电磁波谱的红外光波和无线电波之间。
进一步，所述的干式真空泵对解吸设备进行抽气，并设定解吸设备的真空度在45KPa～55KPa范围内。
③所述的有机废气吸附回收系统的自动控制设备，是对整个吸附解吸系统中的动力设备进行自动控制，以适时进行吸附剂的吸附、输送及解吸再生操作。
④所述的有机废气吸附回收系统的数据处理及气体分析工作站，是通过在线监测吸附塔内和排气口的温度和浓度等数据来确定解吸操作的最佳时机。
⑤所述的有机废气吸附回收系统的冷凝回收设备的作用是将“微波和真空”解吸设备中解吸出的有机废气进一步冷凝回收。
(2)有机废气吸附回收系统的吸附解吸方法为：
①现场来气进入集气管线，经过防爆电磁阀、温度探头、流量计、自吸式浓度取气口，从吸附塔主体下的混合气进口进入吸附塔，该混合气在塔中自下而上流动。同时，解吸再生后的粉末状吸附剂经过第一、第二吸附剂输送设备，从吸附塔顶盖的吸附剂进口进入吸附塔，并通过多孔挡板筛均匀撒下。这样，混合气和粉末状吸附剂之间实现了逆流接触，其中的有机废气被粉末状吸附剂所吸附，吸附后的粉末状吸附剂从吸附塔底盖的吸附剂出口流出，未被吸附的尾气(空气)通过吸附塔顶盖上的多孔陶瓷板及排气口，经过防爆电磁阀、温度探头、流量计、自吸式浓度取气口，进入尾气放空管线排入大气。
②来自吸附塔的粉末状吸附剂经过防爆电磁阀、压力表、第一吸附剂输送设备，并借助吸附剂传送带带入“微波和真空”解吸设备。解吸设备中布置若干个炉灯，以实现粉末状吸附剂的微波辐射加热再生。解吸设备还通过干式真空泵抽真空，从而同时实现粉末状吸附剂的真空解吸再生。由于解吸设备内部的吸附剂传送带下面间隔布置了数个不同直径的滚轮，这样粉末状吸附剂在传输过程中能保持不断振动的状态，并同时被微波加热和减压的共同解吸作用下，被彻底解吸再生。解吸再生后的粉末状吸附剂经过压力表，通过第二吸附剂输送设备输送到吸附塔顶盖的吸附剂进口，从而实现循环使用。
③将“微波和真空”解吸设备中的有机废气通过干式真空泵真空解吸出来，并送入冷凝回收设备，从而实现有机废气的冷凝回收。
④当自吸式浓度取气口处采集的有机废气浓度远小于出口浓度取气口处采集的有机废气浓度时，则仅仅通过第一、第二吸附剂输送设备输送粉末状吸附剂进行循环使用，此时“微波和真空”解吸设备不运行，即不对粉末状吸附剂进行解吸；当两者浓度几乎相等时，则表明粉末状吸附剂吸附接近饱和，此时应通过自动控制设备来启动“微波和真空”解吸设备，即对吸附油气的粉末状吸附剂进行“微波和真空”解吸再生。当粉末状吸附剂经过循环解吸再生后，其吸附效果还是达不到要求，就要安排更换处理。
⑤在吸附塔主体下的混合气进口处布置了温度探头、流量计和自吸式浓度取气口，在吸附塔主体内不同高度均匀布置了3个温度探头和3个自吸式浓度取气口，并在吸附塔顶盖排气口处布置了温度探头、流量计和自吸式浓度取气口，以实时监测吸附过程中混合气进口、吸附塔主体内部及排气口处的温度和浓度变化，这些参数均在数据处理及气体分析工作站进行分析处理，以判断粉末状吸附剂是否吸附饱和，来确定解吸操作的最佳时机。
本发明的技术效果在于：
(1)本发明采用特殊结构的吸附塔及解吸再生设备，解决了粉末状吸附剂难以实施连续的吸附及解吸再生的关键技术问题。
(2)本发明利用微波(微波频率大约在300MHz～300GHz，波长在1mm～1m范围内的电磁波)加热的即时性、选择性及整体性，并带有一定真空度(45KPa～55KPa)的微波解吸设备对粉末状吸附剂解吸再生，吸附剂的解吸过程采用流动式动态“真空和微波”集成解吸再生技术，结构简单、效果明显，从而实现了设备的小型化和操作的连续性。同时，为实现该功能，解吸再生设备为非密闭式解吸设备，这样有利于传送带将富吸附剂送入设备内，使富吸附剂在流动的过程被解吸再生。
(3)吸附过程中浓度和温度均进行在线采集，通过数据处理和气体分析工作站在线分析温度和浓度等参数，来指导何时进行吸附剂的微波加真空的解吸操作，并利用自动控制设备控制吸附剂的输送和解吸再生操作，这样可以指导更换吸附剂的最佳时机。对于小处理量的混合气，可以实现不连续解吸，从而节省能源。
附图说明
图1为本发明的有机废气吸附回收系统实施例工艺示意图。
附图标记列示如下：
1、9、20、21、22-自吸式浓度取气口，2、8-流量计，3、7、23、24、25-温度探头，4、10、11-防爆电磁阀，5、12、17-压力表，6-吸附塔，13-第一吸附剂输送设备，14-自动控制设备，15-冷凝回收设备，16-“微波和真空”解吸设备，18-第二吸附剂输送设备，19-数据处理气体分析工作站。
图2为“微波和真空”解吸设备内部结构示意图。
附图标记列示如下：
26、33-传送带外伸防辐射罩，27、28、29、30、31-炉灯，32-视窗，34、35、36、37、38、39、40-滚轮，41-吸附剂传送带，42-干式真空泵，43-微波防辐射腔。
具体实施方式
以下以石油储运过程排放出来的油气(是有机废气的一种典型示例)回收，结合附图1、2，对本发明的实施例做进一步说明。
当现场来气(装车鹤管向铁路油罐车或汽车油罐车密闭装油时，或汽油罐车向地下油罐卸油时，油罐车或地下油罐排放出的油气和空气的混合气)流量为100m3/h时，利用本发明技术方案对其进行吸附分离回收。
(1)有机废气吸附回收系统，如图1所示，包括：吸附塔6，“微波和真空”解吸设备16，自动控制设备14，冷凝回收设备15，第一吸附剂输送设备13，第二吸附剂输送设备18，数据处理及气体分析工作站19，以及流量计2、8，温度探头3、7、23、24、25，阀门4、10、11，管道等配件。
①所述的有机废气吸附回收系统的吸附塔6内布置了数层多孔挡板筛，挡板筛的孔径大于粉末状吸附剂的颗粒直径，吸附塔6主体上沿吸附塔6高度方向布置温度探头23、24、25和自吸式混合气取样口20、21、22。
②所述的有机废气吸附回收系统“微波和真空”解吸设备16，如图2所示，包括：传送带外伸防辐射罩26、33，炉灯27、28、29、30、31，视窗32，滚轮34、35、36、37、38、39、40，吸附剂传送带41和干式真空泵42，微波防辐射腔43。
进一步，所述的传送带外伸防辐射罩26、33的外伸长度为0.4m。
进一步，所述的吸附剂传送带41上平铺的吸附剂厚度为1cm，吸附剂传送带41下面间隔布置了数个不同直径的滚轮34、35、36、37、38、39、40，直径差为6mm，这样吸附剂传输过程中能保持振动状态，吸附剂传送带41的传送速度为0.01m/s，吸附剂在传输过程中炉灯27、28、29、30、31对其进行微波辐射再生。
进一步，所述的炉灯27、28、29、30、31的微波频率大约在300MHz～300GHz，波长在1mm～1m范围内的电磁波，位于电磁波谱的红外光波和无线电波之间。
进一步，所述的干式真空泵42的真空度在50KPa范围内。
③所述的有机废气吸附回收系统的自动控制设备14，是对整个吸附解吸系统中的动力设备进行自动控制，以适时进行吸附剂的吸附、输送及解吸再生操作。
④所述的有机废气吸附回收系统的数据处理及气体分析工作站19，是通过在线监测吸附塔6内和排气口的温度和浓度等数据来确定解吸操作的最佳时机。
⑤所述的有机废气吸附回收系统的冷凝回收设备15的作用是将“微波和真空”解吸设备16中解吸出的油气进一步冷凝回收。
(2)有机废气吸附回收系统中各设备连接描述如下：
①现场来气(装车鹤管向铁路油罐车或汽车油罐车密闭装油时，或汽油罐车向地下油罐卸油时，油罐车或地下油罐排放出的油气和空气的混合气)的集气管线与吸附塔6主体下部的混合气进口连接。
②吸附塔6顶盖的排气口与尾气放空管线连接。
③吸附塔6底盖的吸附剂出口与第一吸附剂输送设备13的入口相连接，第一吸附剂输送设备13的出口与“微波和真空”解吸设备16的左侧入口相连接。
④“微波和真空”解吸设备16的右侧出口与第二吸附剂输送设备18的入口相连接，第二吸附剂输送设备18的出口与吸附塔6顶盖的吸附剂进口相连接。
⑤“微波和真空”解吸设备16的上部出口与干式真空泵42入口相连接，干式真空泵42出口与冷凝回收设备15入口相连接。
⑥第一吸附剂输送设备13、第二吸附剂输送设备18、“微波和真空”解吸设备16的采集信号线均与自动控制设备14连接。
⑦数据处理及气体分析工作站19与回收系统的温度探头3、7、23、24、25和自吸式浓度取气口1、9、20、21、22的接口相连接。
(3)有机废气吸附回收系统的粉末状吸附剂对现场来气的吸附解吸方法为：
①现场来气(装车鹤管向铁路油罐车或汽车油罐车密闭装油时，或汽油罐车向地下油罐卸油时，油罐车或地下油罐排放出的油气和空气的混合气)进入集气管线，经过防爆电磁阀10、温度探头7、流量计8、自吸式浓度取气口9，从吸附塔6主体下部的混合气进口进入吸附塔6，该混合气在塔中自下而上流动。同时，解吸再生后的粉末状吸附剂经过第二吸附剂输送设备18，从吸附塔6顶盖的吸附剂进口进入吸附塔6，并通过多孔挡板筛均匀撒下。这样，混合气和粉末状吸附剂之间实现了逆流接触，其中的油气被粉末状吸附剂所吸附，吸附后的粉末状吸附剂从吸附塔6底盖的吸附剂出口流出，未被吸附的尾气(空气)通过吸附塔6顶盖上的多孔陶瓷板及排气口，经过防爆电磁阀4、温度探头3、流量计2、自吸式浓度取气口1，进入尾气放空管线排入大气。
②来自吸附塔6的粉末状吸附剂经过防爆电磁阀11、压力表12、第一吸附剂输送设备13，并借助吸附剂传送带41带入“微波和真空”解吸设备16。解吸设备16中布置若干个炉灯27、28、29、30、31，以实现粉末状吸附剂的微波辐射加热再生。解吸设备16还通过干式真空泵42抽真空，从而同时实现粉末状吸附剂的真空解吸再生。由于解吸设备16内部的吸附剂传送带下面间隔布置了数个不同直径的滚轮34、35、36、37、38、39、40，这样粉末状吸附剂在传输过程中能保持不断振动的状态，并同时被微波加热和减压的共同解吸作用下，被彻底解吸再生。解吸再生后的粉末状吸附剂经过压力表17，通过第二吸附剂输送设备18输送到吸附塔6顶盖的吸附剂进口，从而实现循环使用。
③将“微波和真空”解吸设备16中的油气通过干式真空泵42真空解吸出来，并送入冷凝回收设备15，从而实现油气的冷凝回收。
④当自吸式浓度取气口1处采集的油气浓度远小于浓度取气口9处采集的油气浓度时，则仅仅通过第一吸附剂输送设备13、第二吸附剂输送设备18输送粉末状吸附剂进行循环使用，此时“微波和真空”解吸设备16不运行，即不对粉末状吸附剂进行解吸；当两者浓度几乎相等时，则表明粉末状吸附剂吸附接近饱和，此时应通过自动控制设备14来启动“微波和真空”解吸设备16，即对吸附油气的粉末状吸附剂进行“微波和真空”解吸再生。当粉末状吸附剂经过循环解吸再生后，其吸附效果还是达不到要求，就要安排更换处理。
⑤在吸附塔6主体下部的混合气进口管线上布置了温度探头7、流量计8和自吸式浓度取气口9，在吸附塔6主体内不同高度均匀布置了3个温度探头23、24、25和3个自吸式浓度取气口20、21、22，并在吸附塔6顶盖排气口管线上布置了温度探头3、流量计2和自吸式浓度取气口1，以实时监测吸附过程中混合气进口、吸附塔6主体内部及排气口处的温度和浓度变化，这些参数均在数据处理及气体分析工作站19进行分析处理，以判断粉末状吸附剂是否吸附饱和，来确定解吸操作的最佳时机。
Claims (5)
1.一种有机废气吸附回收系统，其特征在于：包括吸附塔(6)、“微波和真空”解吸设备(16)、自动控制设备(14)、冷凝回收设备(15)、第一吸附剂输送设备(13)、第二吸附剂输送设备(18)、数据处理及气体分析工作站(19)、以及流量计(2、8)、阀门(4、10、11)；“微波和真空”解吸设备(16)包括传送带外伸防辐射罩(26、33)、炉灯(27、28、29、30、31)、视窗(32)、滚轮(34、35、36、37、38、39、40)、吸附剂传送带(41)、干式真空泵(42)和微波防辐射腔(43)；传送带外伸防辐射罩(26、33)的外伸长度为0.3m～0.5m，吸附剂传送带(41)上平铺的粉末状吸附剂厚度不超过1cm，吸附剂传送带(41)的传送速度不超过0.15m/s，吸附剂传送带(41)下面间隔布置了数个直径差为4mm～8mm的滚轮(34、35、36、37、38、39、40)，炉灯(27、28、29、30、31)的微波频率在300MHz～300GHz、波长在1mm～1m范围内的电磁波，干式真空泵(42)的真空度在45KPa～55KPa范围内。
2.根据权利要求1所述的有机废气吸附回收系统，各设备连接特征在于：现场来气的集气管线与吸附塔(6)主体下部的混合气进口连接，吸附塔(6)顶盖的排气口与尾气放空管线连接，吸附塔(6)底盖的吸附剂出口与第一吸附剂输送设备(13)的入口相连接，第一吸附剂输送设备(13)的出口与“微波和真空”解吸设备(16)的左侧入口相连接，“微波和真空”解吸设备(16)的右侧出口与第二吸附剂输送设备(18)的入口相连接，第二吸附剂输送设备(18)的出口与吸附塔(6)顶盖的吸附剂进口相连接，“微波和真空”解吸设备(16)的上部出口与干式真空泵(42)入口相连接，干式真空泵(42)出口与冷凝回收设备(15)入口相连接，第一吸附剂输送设备(13)、第二吸附剂输送设备(18)、“微波和真空”解吸设备(16)的采集信号线均与自动控制设备(14)连接，数据处理及气体分析工作站(19)与回收系统的温度探头(3、7、23、24、25)和自吸式浓度取气口(1、9、20、21、22)的接口相连接。
3.根据权利要求1所述的有机废气吸附回收系统的吸附解吸方法，其特征在于：现场来气从吸附塔(6)主体下部的混合气进口进入，同时粉末状吸附剂从吸附塔(6)顶盖的吸附剂进口进入，并通过吸附塔(6)内部的多孔挡板筛均匀撒下，吸附后的粉末状吸附剂从吸附塔(6)底盖的吸附剂出口流出，未被吸附的尾气通过吸附塔(6)顶盖上的多孔陶瓷板及排气口排入大气；来自吸附塔(6)底盖吸附剂出口的粉末状吸附剂通过第一吸附剂输送设备(13)，并借助吸附剂传送带(41)带入“微波和真空”解吸设备(16)，然后解吸再生后的粉末状吸附剂再通过第二吸附剂输送设备(18)输送到吸附塔(6)顶盖的吸附剂进口；“微波和真空”解吸设备(16)中的有机废气通过干式真空泵(42)解吸出来，并送入冷凝回收设备(15)。
4.根据权利要求3所述的有机废气吸附回收系统的吸附解吸方法，其特征在于：当吸附塔(6)顶盖排气口管线上的自吸式浓度取气口(1)处采集的有机废气浓度远小于吸附塔(6)主体下部的混合气进口管线上的自吸式浓度取气口(9)处采集的有机废气浓度时，则仅仅通过第一吸附剂输送设备(13)、第二吸附剂输送设备(18)输送粉末状吸附剂进行循环使用；当两者浓度几乎相等时，此时应通过自动控制设备(14)来启动“微波和真空”解吸设备(16)；当粉末状吸附剂经过循环解吸再生后，其吸附效果还是达不到要求，就要安排更换处理。
5.根据权利要求3所述的有机废气吸附回收系统的吸附解吸方法，其特征在于：在吸附塔(6)主体下部的混合气进口管线上布置了温度探头(7)、流量计(8)和自吸式浓度取气口(9)，在吸附塔(6)主体内不同高度均匀布置了3个温度探头(23、24、25)和3个自吸式浓度取气口(20、21、22)，并在吸附塔(6)顶盖排气口管线上布置了温度探头(3)、流量计(2)和自吸式浓度取气口(1)，以实时监测吸附过程中混合气进口、吸附塔(6)主体内部及排气口处的温度和浓度变化，这些参数均在数据处理及气体分析工作站(19)进行分析处理，以判断粉末状吸附剂是否吸附饱和，来确定解吸操作的最佳时机。
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