CN104524918B - 一种低浓度含voc的混合气体中voc的回收方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法及装置，属于节能、环境保护技术领域。它以微泡吸收‑吸附富集组合方式，在绝对压力0.08～0.5MPa、温度–20℃～60℃下，从低浓度VOC混合气体中回收VOC气体，解决传统低浓度含VOC的混合气体工艺复杂、设备大、回收成本高的问题，它能够减少吸收器体积、操作停留时间，实现低浓度含VOC的混合气体低成本环保处理，VOC的总处理率在90%以上，总回收率在50%以上。
Description
技术领域
本发明属于节能、环境保护技术领域，具体涉及一种减少传输和停留时间、低压降、适应处理低浓度VOC废气的节能的低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法及装置。
背景技术
含有挥发性有机物VOC的废气对大气、环境及人类身体健康都产生了危害。低浓度有机废气处理的处理可通过化学方法，如燃烧、催化氧化等，这些方法易产生二次污染且不能回收气体中的有机物。而传统物理方法如吸附、冷凝、液体吸收等，能够回收气体中的有机物、应用较为广泛，但是对于低浓度废气处理效率较低、所需的处理设备体积庞大。
传统的吸收法回收气体中的VOC受制于单位体积的气液传质面积，难以达到高效吸收的效果，微泡吸收装置通过微泡技术极大的提高了单位体积的气液接触面积，提高了传质效率，减小吸收器体积；吸附再生的方法多采用饱和水蒸气脱附法，该方法得到的是VOC水溶液，然后再通过精馏或者萃取的方法进行VOC回收。这种脱附方法步骤多、能耗大、工艺复杂。采用渗透气化技术可以有效地分离水蒸气和VOC，使得VOC能够低能耗高效富集。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种减少传输和停留时间、低压降、适应处理低浓度VOC废气的节能的低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法及装置。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于以微泡吸收-吸附富集组合方式，在绝对压力0.08～0.5MPa、温度–20℃～60℃下，从低浓度VOC混合气体中回收VOC气体。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于包括如下步骤：
1）用气体输送泵将含VOC的混合气体送入微泡吸收装置内，经微泡吸收装置内的微泡发生装置作用后含VOC的混合气体以纳米级气泡的形态进入微泡吸收装置内的内循环吸收器中，VOC经内循环吸收器内的吸收剂充分吸收，吸收后的混合气体经过微泡吸收装置内的泡沫捕捉装置除去夹带的泡沫和雾滴，得到吸附后的尾气，纳米级气泡直径为300～800mm；
2）吸附后的尾气进入吸附器进行吸附，吸附后吸附剂用低压蒸汽进入脱附，脱附时从吸附器底部通入低压蒸汽，使VOC从吸附剂上脱附，带有VOC的蒸汽进入渗透气化富集器，VOC被富集，所述的低压蒸汽为0.5Mpa以下的水蒸气。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤１）中所述的内循环吸收器内的吸收剂包括水性溶液、聚乙二醇、复合型表面活性剂溶液、g丁内酯或离子液体。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤１）所述的微泡发生装置为超声式发生装置、机械喷射式发生装置或微通道装置。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤１）所述的微泡吸收装置与闪蒸器循环连接，微泡吸收装置内的吸收剂通过间歇或连续的方式进入闪蒸器内进行VOC回收及吸收剂的再生，再生后的吸收剂再进入微泡吸收装置用。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤２）中吸附器内的吸附剂为活性炭纤维、改性碳纤维、改性环糊精材料一种或几种的混合物，优选为改性碳纤维或 β-环糊精-十二烷基苯磺酸钠复配表面活性剂溶液，采用间歇式操作，操作时间为30min。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤２）中脱附时低压蒸汽为饱和蒸汽，蒸汽用量为吸附剂质量为15-25倍。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤２）中所述的渗透气化富集器采用ZMA1型膜。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤２）中吸附剂的吸附量达到饱和吸附量的85%时，进行切换再生操作，再生利用低压蒸汽使得VOC从吸附剂上脱附。
所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC回收所用的回收装置，其特征在于包括微泡吸收装置，所述的微泡吸收装置内设置微泡发生装置、内循环吸收器及气液分离器，所述的微泡吸收装置与气体输送泵连接，微泡吸收装置与闪蒸器连接构成内循环，微泡吸收装置顶部与吸附器底部连接，所述的吸附器顶部与渗透气化富集器连接，所述的吸附器底部还设置低压蒸汽进口，顶部设置吸附尾气排放口，微泡发生装置为纳米级微泡发生器，它可以是超声式发生装置、机械喷射式发生装置、微通道装置或者纳米级孔径的膜，能够产生直径在300～800mm的微气泡；内循环吸收器利用气液两相的密度差以及内循环套筒的导流作用，使得吸收器中的吸收剂能够形成环流强化气液传质效果；所述的气液分离器包括气液分离室和泡沫分离装置，使得微泡有充足的时间破碎并且减少吸收剂夹带。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明根据混合气体中挥发性有机物在特定的溶剂中具有极好的溶解度、微泡吸收装置能够提供较高的单位体积传质面积、以及吸附材料对于挥发性有机物具有良好的吸附能力的特点，采用微泡吸收-吸附富集组合方式，将含VOC的混合气体送入微泡吸收装置中，利用微泡技术提高单位体积的气液接触面积，强化吸收传质使得VOC能够溶解在吸收剂中，经过微泡吸收器处理的混合气体进入吸附器，进行进一步的吸附分离，VOC处理率可以到达70%以上；
２）本发明还设置与微泡吸收装置形成内循环的闪蒸器，当微泡吸收装置中吸收剂浓度过高时部分或全部送入闪蒸器中分离，对吸收剂进行再生处理，再生后的吸附器重复利用；
３）本发明吸附器内的吸附剂吸附达到饱和或接近饱和时，利用低压蒸汽进行脱附，吸附剂再生，VOC通过渗透气化装置进行分离富集，使用本工艺后对于低浓度的混合气体，挥发性有机物的处理率可以到达70%以上；
４）本发明的将微泡吸收 -吸附富集耦合的回收方法，解决传统低浓度含VOC的混合气体工艺复杂、设备大、回收成本高的问题，它能够减少吸收器体积、操作停留时间，实现低浓度含VOC的混合气体低成本环保处理，VOC的总处理率在90%以上，总回收率在50%以上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
本发明的低浓度含VOC的混合气体中VOC回收所用的回收装置，包括微泡吸收装置，用于吸收含VOC的混合气体中的VOC，所述的微泡吸收装置底部与气体输送泵连接，气体输送泵将含VOC的混合气体送入微泡吸收装置内，气体流速50～100 L/h；气泡发生器使混合气体产生300～800mm的微气泡，微泡吸收装置与闪蒸器连接构成内循环，通过闪蒸器将微泡吸收装置内的吸收剂进行再生利用，微泡吸收装置顶部与吸附器底部连接，对从微泡吸收装置出来的尾气进行吸附处理，吸附器顶部与渗透气化富集器连接，吸附器底部还设置低压蒸汽进口，顶部设置吸附尾气排放口；当吸附剂吸附量达到85％时，在吸附器底部通过低压蒸汽，对吸附器内的吸附剂进行脱附，得到的基本不含VOC的气体从吸附尾气排放口排出，脱附后的VOC气体经过渗透气化富集器进行富集，富集得到的VOC及闪蒸器内再生吸收剂时得到的VOC都可以回收利用。
本发明内循环吸收器内的吸收剂包括水性溶液、聚乙二醇、复合型表面活性剂溶液或离子液体，优选为聚乙二醇或-环糊精-十二烷基苯磺酸钠复配表面活性剂溶液；吸附器4内的吸附剂为活性炭纤维、改性碳纤维、改性环糊精材料一种或几种的混合物，优选为改性碳纤维。
本发明的微泡发生装置为超声式发生装置、机械喷射式发生装置或微通道装置；脱附时低压蒸汽为0.5Mpa以下的饱和水蒸汽，蒸汽用量为吸附剂质量为15-25倍；渗透气化富集器采用ZMA1型膜；本发明回收VOC时操作压力为：绝对压力0.08～0.5MPa；操作温度为–20℃～60℃。
实施例1：
该实施例中，含VOC的混合气体中，VOC包括丙酮、乙酸乙酯和乙醇，其中丙酮含量为2500ppm，乙酸乙酯含量1300ppm，乙醇含量 800ppm，温度为45℃，气体流速为50～100 L/h；
微泡吸收装置的条件：操作温度25℃，操作压力0.09MPa（绝压），使用聚乙二醇（PEG）作为吸收剂，吸收装置内吸收剂体积0.5 L，吸收剂床层高度控制在57-63cm、气含率25～27%，间隙操作，操作时间30 min，混合气体经过微泡吸收装置3后，气体温度下降，出口气体温度在27～29℃，出口气体中丙酮含量560～1070ppm，乙酸乙酯含量370～590ppm，乙醇含量80～120ppm，闪蒸器操作温度35℃，操作压力0.05MPa；
吸附器：操作温度25℃，操作压力0.085 MPa（绝压），间隙操作，操作时间30 min，吸附剂为改性碳纤维，其用量1.25g，床层高度20cm；出口气体中丙酮含量120～320ppm，乙酸乙酯含量180～270ppm，乙醇含量20～30ppm，脱附时的低压蒸汽为饱和蒸汽温度105℃，蒸汽用量为吸附剂质量的15-25倍，优选为20倍。
渗透气化富集器：渗透气化使用ZMA1型膜。
本发明的回收过程如下：通过气体输送器将上述含VOC的混合气体送入该实施例设定条件的微泡吸收装置对VOC进行吸收，该微泡吸收装置中VOC处理率在71.2%，吸收剂经过闪蒸器再生处理时，VOC回收率55.3%；经微泡吸收装置对VOC进行吸收后的尾气进入吸附器中吸附，脱附蒸汽脱附时，VOC脱附率为85.3%， 渗透气化富集器富集后，VOC回收率为45.2%，整个工艺能够有效降低混合气体中VOC的浓度，VOC的总处理率90.8%，总回收率51.3%。
该实施例中，内循环吸收器内的吸收剂用水性溶液、复合型表面活性剂溶液或离子液体代替聚乙二醇；吸附器内的吸附剂为活性炭纤维、改性碳纤维、改性环糊精材料一种或几种的混合物代替改性碳纤维，VOC为其他气体，均能取得同样的技术效果。
实例2：
该实施例的含VOC的混合气体：包括丙酮含量5000 ppm，乙酸乙酯含量3500 ppm，混合气体温度50℃，气体流速50～100L/h。
微泡吸收装置：操作温度27℃，操作压力0.08Mpa（绝压）。-环糊精-十二烷基苯磺酸钠复配表面活性剂溶液（每升溶液含有0.5g-环糊精和0.2g十二烷基苯磺酸钠，溶剂为水）作为吸收剂，吸收装置内吸收剂体积0.6 L，吸收剂床层高度55±3cm、气含率27～31%，间隙操作，操作时间30 min。混合气体经过微泡吸收装置，气体温度下降，出口气体温度在33～35℃，出口气体丙酮含量790～1320 ppm，乙酸乙酯含量780～1190ppm。闪蒸器操作温度35℃，操作压力0.05 MPa，该微泡吸收装置VOC处理率在65%～75%，闪蒸器VOC回收率53%左右。
吸附器：操作温度25℃，操作压力0.080 MPa（绝压），间隙操作，操作时间30 min，改性碳纤维用量1.53 g，床层高度20 cm，出口气体中丙酮含量340～580ppm，乙酸乙酯含量210～370ppm；脱附蒸汽为饱和蒸汽温度105℃，蒸汽用量为吸附剂质量的22倍，VOC脱附率90.4%，渗透气化使用ZMA1型膜，VOC回收率为50.6%；整个工艺能够有效降低混合气体中VOC的浓度，VOC的总处理率90.2%，总回收率在51.6%。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明范围所作的均等变化与改进等，应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于以微泡吸收-吸附富集组合方式，在绝对压力0.08～0.5MPa、温度–20℃～60℃下，从低浓度VOC混合气体中回收VOC气体，具体包括如下步骤：
1）用气体输送泵将含VOC的混合气体送入微泡吸收装置内，经微泡吸收装置内的微泡发生装置作用后含VOC的混合气体以300～800mm气泡的形态进入微泡吸收装置内的内循环吸收器中，VOC经内循环吸收器内的吸收剂充分吸收，吸收后的混合气体经过微泡吸收装置内的泡沫捕捉装置除去夹带的泡沫和雾滴，得到吸附后的尾气，所述的微泡吸收装置与闪蒸器循环连接，微泡吸收装置内的吸收剂通过间歇或连续的方式进入闪蒸器内进行VOC回收及吸收剂的再生，再生后的吸收剂再进入微泡吸收装置用，所述的内循环吸收器内的吸收剂包括水性溶液、聚乙二醇、复合型表面活性剂溶液或离子液体；
2）吸附后的尾气进入吸附器进行吸附，吸附后吸附剂用低压蒸汽进入脱附，脱附时从吸附器底部通入低压蒸汽，使VOC从吸附剂上脱附，带有VOC的蒸汽进入渗透气化富集器，VOC被富集，吸附器内的吸附剂为活性炭纤维、改性碳纤维、改性环糊精材料一种或几种的混合物，所述的渗透气化富集器采用ZMA1型膜。
2.根据权利要求1所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤1）所述的微泡发生装置为超声式发生装置、机械喷射式发生装置或微通道装置。
3.根据权利要求1所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤2）中吸附器内的吸附剂为改性碳纤维或β-环糊精-十二烷基苯磺酸钠复配表面活性剂溶液，采用间歇式操作，操作时间为30min。
4.根据权利要求1所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤2）中脱附时低压蒸汽为饱和蒸汽，蒸汽用量为吸附剂质量为15-25倍。
5.根据权利要求1所述的一种低浓度含VOC的混合气体中VOC的回收方法，其特征在于步骤2）中吸附剂的吸附量达到饱和吸附量的85%时，进行切换再生操作，再生利用低压蒸汽使得VOC从吸附剂上脱附。
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