CN105413226B - 基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收装置及工艺，所述回收装置包括冷凝系统、膜分离系统、吸附系统、真空系统、以及产品储罐；其中：所述冷凝系统用于冷凝有机废气形成液体有机溶剂；所述膜分离系统通过管道分别与冷凝系统、吸附系统相连；所述吸附系统用于吸附有机废气；所述真空系统包括进口和出口，进口分别与膜分离系统和吸附系统相连，出口与冷凝系统相连；所述产品储罐与冷凝系统相连，用于储存冷凝回收的有机溶剂。本发明高效集成了冷凝技术、膜技术和吸附技术的优点，在降低了能耗和确保废气排放达标的基础上，提高了回收率，同时简化了工艺流程，节省了设备投入成本。

Description

基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收装置及工艺

技术领域

本发明涉及有机废气处理技术领域，尤其涉及一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收装置及工艺，尤其适用于石油化工、精细化工、喷涂及医药与农药制造等生产中排放的废气。

背景技术

石油化工、精细化工、喷涂、粘合剂生产及医药与农药制造等行业中排放的废气，组分复杂，主要为挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,简称VOCs），大多数有毒、有害，具有一定的致癌性；参与光化学反应易形成光化学烟雾，部分可破坏臭氧层，工业排放有机废气已经成为城市主要污染源之一。

有机废气较难回收而又含量较高的为低沸点的碳氢化合物、苯系物、酮类等，其中大部分是由于溶剂的使用引起的有机物排放，而这部分的排放，企业希望进行回收，而非燃烧。由于溶剂的使用引起的有机物排放，其浓度在1%~8%或更高，单独用冷凝回收，能耗过高。吸附法是一种传统的有机废气处理技术，也是目前我国有机废气治理的主要技术之一，但是如果直接进行吸附回收，原料气浓度太高。HJ 2026-2013《中华人民共和国国家环境保护标准—吸附法工业有机废气治理工程技术规范》中明确规定：进入吸附装置的有机废气中有机物的浓度应低于其爆炸极限下限的25%，当废气中有机物的浓度高于其爆炸极限下限的1/4时，应使其降低到其爆炸极限下限的25%后方可进行吸附净化。并且有机废气浓度较高时，对吸附负担大，容易导致局部过热，吸附柱的切换频繁。为了降低进入吸附系统时有机废气的浓度，传统方法为在降低吸附系统之前的冷凝系统温度，但此方法效果极差，能耗极大，特别是对于含低沸点有机溶剂的有机蒸气，如丙酮、二硫化碳和正己烷等，另外一种方法为稀释有机废气，此法极大地加大了吸附系统的处理量，增加了吸附负担。

膜分离法是一种新的高效分离方法，它与传统的吸附法和冷凝法相比，具有高效、节能、操作简单和不产生二次污染并能回收有机溶剂等优点。膜分离法的运转费用与浓度关系不大，最适合于处理VOCs浓度较高的物流。但在易燃易爆有机蒸气分离回收过程中，由于气体不完全纯净，往往含有灰尘、铁末、液滴、蒸气等固体颗粒或液体颗粒，通过这些颗粒的碰撞、摩擦、分裂等过程可产生静电，另外，高速流动的气体流经导流网时也会产生静电。由于常规的导流网是绝缘体，这些静电会不断堆积，如果不能及时排出，轻则吸附灰尘等，阻塞通道，造成膜污染，重则达到一定电压值时会放电产生电火花，遇到可燃性气体会发生爆炸。

因此，如何及时排出静电是膜应用于易燃易爆气体分离领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收装置及工艺，其规避了传统膜法处理易燃易爆气体的风险，解决了单独膜法处理有机废气难以达标排放的问题，又有效缓解了单独吸附法处理有机废气过程中，因吸附量过大导致吸附柱局部温度过高引起的爆炸以及频繁切换吸附柱问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收装置，所述回收装置包括冷凝系统、膜分离系统、吸附系统、真空系统、以及产品储罐；其中：

所述冷凝系统用于冷凝有机废气形成液体有机溶剂；

所述膜分离系统通过管道分别与冷凝系统、吸附系统相连；

所述吸附系统用于吸附有机废气；

所述真空系统包括进口和出口，进口分别与膜分离系统和吸附系统相连，出口与冷凝系统相连；

所述产品储罐与冷凝系统相连，用于储存冷凝回收的有机溶剂。

作为本发明的进一步改进，所述冷凝系统包括第一冷凝器和第二冷凝器，所述第一冷凝器和第二冷凝器分别与膜分离系统和产品储罐相连，所述第二冷凝器还与真空系统相连。

作为本发明的进一步改进，所述吸附系统由2个或2个以上并联的吸附柱组成，所述吸附柱带有夹套，吸附柱底部内设气体分散器，所述气体分散器为管式分散器或盘式分散器，吸附柱内的吸附剂为颗粒活性炭、活性碳纤维、分子筛或颗粒硅胶的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述膜分离系统由多个膜组件串联和/或并联组成。

作为本发明的进一步改进，所述膜组件为防静电卷式膜组件，包括中心管、外壳、位于外壳两端的端盖、进料侧导流网和渗透侧导流网，中心管、外壳和至少一个端盖由不锈钢导电材料制备而成，进料侧导流网和渗透侧导流网由聚酰胺导电网包覆膜元件构成，并与所述中心管、外壳和至少一个端盖分别接触相连，导电网使用导电塑料，所述导电塑料通过在塑料母粒聚酰胺中添加导电材料炭黑制备而成。

作为本发明的进一步改进，所述有机废气为易燃易爆、不易冷凝的低沸点有机蒸气，包括脂肪族和芳香族类碳氢化合物、氯代烃类、酮类、醛类、腈类、酚类、醇类、胺类、酸类、氯氟烃类中的一种或多种。

相应地，一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收工艺，所述回收工艺包括：

有机废气首先通过进口管道经冷凝系统中的第一冷凝器初步冷凝，回收部分有机溶剂到产品储罐，并除去有机废气中的水蒸气；

初步处理过的有机蒸气通过膜分离系统进行膜分离，使得膜分离系统渗余侧有机废气进入吸附系统吸附之后达标排放；

膜分离系统渗透侧有机蒸气和吸附系统脱附的高浓度有机气体一并返回至冷凝系统中的第二冷凝器，冷凝回收大部分有机溶剂之后不凝气再次进入膜分离系统。

作为本发明的进一步改进，膜分离系统渗余侧有机废气浓度达到其爆炸下限的1/4以下，方可进入吸附系统吸附之后达标排放。

作为本发明的进一步改进，所述吸附系统脱附采用真空法脱附再生，膜分离过程和脱附再生过程共用一套真空系统，真空抽出的有机蒸气单独再次冷凝。

作为本发明的进一步改进，所述回收工艺中：

第一冷凝器的温度控制在-20℃~0℃之间；

真空系统的绝对压力控制在3kpa~30kpa之间；

第二冷凝器的温度控制在-30℃~10℃之间；

吸附系统在吸附时的温度控制在15℃~25℃之间，脱附时的温度控制在30℃~40℃之间。

本发明的有益效果是：

本发明采用的膜分离系统确保膜分离浓缩过程中不产生静电，规避了风险；

确保吸附系统进气时有机废气的浓度达到其爆炸下限的1/4以下，这样让较高浓度的有机气体经过低能耗膜分离工艺处理后，渗余侧的废气浓度大幅度下降，减少进入吸附系统的量，大幅度延长吸附剂的寿命，也减少了吸附剂的使用量，降低了成本；

吸附系统用真空法脱附再生，无二次污染物的排放；

膜分离系统渗透侧和吸附系统脱附再生侧共用一套真空系统，经真空泵抽出的高浓度有机蒸气单独再次冷凝，并循环至膜分离系统，高效集成了冷凝技术、膜技术和吸附技术的优点，在降低了能耗和确保废气排放达标的基础上，提高了回收率，同时简化了工艺流程，节省了设备投入成本。

附图说明

图1为本发明第一实施方式中有机废气回收装置的示意图。

其中：

1 第一冷凝器、2 第二冷凝器、3膜分离系统、4 第一吸附柱、5 第二吸附柱、6 真空系统、7 产品储罐。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收装置，用于回收高浓度有机废气，有机废气为易燃易爆、不易冷凝的低沸点有机蒸气，其包括但不限于脂肪族和芳香族类碳氢化合物、氯代烃类、酮类、醛类、腈类、酚类、醇类、胺类、酸类、氯氟烃类中的一种或多种。其包括冷凝系统、膜分离系统、吸附系统、真空系统、以及产品储罐；其中：

冷凝系统用于冷凝有机废气形成液体有机溶剂；

膜分离系统通过管道分别与冷凝系统、吸附系统相连；

吸附系统用于吸附有机废气；

真空系统包括进口和出口，进口分别与膜分离系统和吸附系统相连，出口与冷凝系统相连；

产品储罐与冷凝系统相连，用于储存冷凝回收的有机溶剂。

相应地，本发明还公开了一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收工艺，包括：

有机废气首先通过进口管道经冷凝系统中的第一冷凝器初步冷凝，回收部分有机溶剂到产品储罐，并除去有机废气中的水蒸气；

初步处理过的有机蒸气通过膜分离系统进行膜分离，使得膜分离系统渗余侧有机废气进入吸附系统吸附之后达标排放；

膜分离系统渗透侧有机蒸气和吸附系统脱附的高浓度有机气体一并返回至冷凝系统中的第二冷凝器，冷凝回收大部分有机溶剂之后不凝气再次进入膜分离系统。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明第一实施方式中公开了一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收装置，结合图1所示，本实施方式中的有机废气回收装置包括冷凝系统、膜分离系统3、吸附系统、真空系统6、以及产品储罐7。

冷凝系统用于冷凝有机废气形成液体有机溶剂；

膜分离系统3通过管道分别与冷凝系统、吸附系统相连；

吸附系统用于吸附有机废气；

真空系统6包括进口和出口，进口分别与膜分离系统和吸附系统相连，出口与冷凝系统相连；

产品储罐7与冷凝系统相连，用于储存冷凝回收的有机溶剂。

具体地，冷凝系统包括第一冷凝器1和第二冷凝器2，第一冷凝器1和第二冷凝器2分别与膜分离系统3和产品储罐相连，第二冷凝器2还与真空系统6相连；

吸附系统由2个或2个以上并联的吸附柱组成，如本实施方式中包括第一吸附柱4和第二吸附柱5，吸附柱带有夹套，吸附柱底部内设气体分散器，气体分散器为管式分散器或盘式分散器，吸附柱内的吸附剂为颗粒活性炭、活性碳纤维、分子筛或颗粒硅胶的一种或多种，其中，气体分散器优选盘式分散器；

根据有机废气的性质和流量，膜分离系统3由多个膜组件串联和/或并联组成，本实施方式中膜组件为防静电卷式膜组件，包括中心管、外壳、位于外壳两端的端盖、进料侧导流网和渗透侧导流网，中心管、外壳和至少一个端盖由不锈钢导电材料制备而成，进料侧导流网和渗透侧导流网由聚酰胺导电网包覆膜元件构成，并与中心管、外壳和至少一个端盖分别接触相连，导电网使用导电塑料，导电塑料通过在塑料母粒聚酰胺中添加导电材料炭黑制备而成。

本实施方式中有机废气为含有丙酮浓度为15%v/v的有机废气，利用上述的回收装置回收有机废气具体为：

将含有丙酮浓度为15%v/v的有机废气通过第一冷凝器初步冷凝回收部分丙酮和除去有机废气中的水蒸气，初步处理过的有机蒸气通过膜分离系统，使得流出膜分离系统渗余侧的有机废气浓度可达到丙酮爆炸下限的1/4之后，即0.6%v/v，进入吸附系统吸附之后达标排放；吸附系统有2个吸附柱，吸附和脱附交替使用，其中脱附用真空法脱附再生，并且脱附和膜分离共用一套真空系统，真空抽出的高浓度有机蒸气通过第二冷凝器冷凝回收大部分有机溶剂之后不凝气再次进入膜分离系统处理。

其中，第一冷凝器的温度控制在-10℃~-5℃之间；

其中，真空系统的绝对压力控制在15kpa~25kpa之间；

其中，第二冷凝器的温度控制在-25℃~-15℃之间；

其中，吸附系统的吸附柱吸附时的温度控制在15℃~25℃之间，脱附时的温度控制在30℃~40℃之间；吸附柱定期（95天）在抽真空的条件下由上部通入少量的达标气体清洗再生，确保吸附柱对丙酮的吸附量。

在本发明的第二实施方式中，回收装置与第一实施方式中完全相同，本实施方式是用上述回收装置回收含有正己烷浓度为12%v/v的有机废气。具体工艺如下：

将含有正己烷浓度为12%v/v的有机废气通过第一冷凝器初步冷凝回收部分正己烷和除去有机废气中的水蒸气，初步处理过的有机蒸气通过膜分离系统，使得流出膜分离系统渗余侧的有机废气浓度达到正己烷爆炸下限的1/4之后，即0.3%v/v，进入吸附系统吸附之后达标排放；吸附系统有2个吸附柱，吸附和脱附交替使用，其中脱附用真空法脱附再生，并且脱附和膜分离共用一套真空系统，真空抽出的高浓度有机蒸气通过第二冷凝器冷凝回收大部分有机溶剂之后不凝气再次进入膜分离系统处理。

其中，第一冷凝器的温度控制在-10℃~-5℃之间；

其中，真空系统的绝对压力控制在15kpa~25kpa之间；

其中，第二冷凝器的温度控制在-25℃~-15℃之间；

其中，吸附系统的吸附柱吸附时的温度控制在15℃~25℃之间，脱附时的温度控制在30℃~40℃之间；吸附柱定期（90天）由上部通入少量的新鲜气体清洗再生，确保吸附柱对正己烷的吸附量。

在本发明的第三实施方式中，回收装置与第一实施方式中完全相同，本实施方式是用上述回收装置回收含有二硫化碳浓度为14%v/v的有机废气。具体工艺如下：

将二硫化碳浓度为14%v/v的有机废气通过第一冷凝器初步冷凝回收部分二硫化碳和除去有机废气中的水蒸气，初步处理过的有机蒸气通过膜分离系统，使得流出膜分离系统渗余侧的有机废气浓度达到二硫化碳爆炸下限的1/4以下，即0.25%（v/v），进入吸附系统吸附之后达标排放；吸附系统有4个吸附柱，吸附和脱附交替使用，其中脱附用真空法脱附再生，并且脱附和膜分离系统共用一套真空系统，真空抽出的高浓度有机蒸气通过第二冷凝器冷凝回收大部分有机溶剂之后不凝气再次进入膜分离系统处理。

其中，冷凝器I的温度控制在-17℃~-12℃之间；

其中，真空系统的绝对压力控制在15kpa~25kpa之间；

其中，第二冷凝器的温度控制在-25℃~-15℃之间；

其中，吸附系统的吸附柱吸附时的温度控制在15℃~25℃之间，脱附时的温度控制在30℃~40℃之间；吸附柱定期（80天）在抽真空的条件下由上部通入少量的达标气体清洗再生，确保吸附柱对二硫化碳的吸附量。

由上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明采用的膜分离系统确保膜分离浓缩过程中不产生静电，规避了风险；

确保吸附系统进气时有机废气的浓度达到其爆炸下限的1/4以下，这样让较高浓度的有机气体经过低能耗膜分离工艺处理后，渗余侧的废气浓度大幅度下降，减少进入吸附系统的量，大幅度延长吸附剂的寿命，也减少了吸附剂的使用量，降低了成本；

吸附系统用真空法脱附再生，无二次污染物的排放；

膜分离系统渗透侧和吸附系统脱附再生侧共用一套真空系统，经真空泵抽出的高浓度有机蒸气单独再次冷凝，并循环至膜分离系统，高效集成了冷凝技术、膜技术和吸附技术的优点，在降低了能耗和确保废气排放达标的基础上，提高了回收率，同时简化了工艺流程，节省了设备投入成本。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收工艺，其特征在于，所述回收工艺采用的装置，包括冷凝系统、膜分离系统、吸附系统、真空系统、以及产品储罐；其中：

所述冷凝系统用于冷凝有机废气形成液体有机溶剂；

所述膜分离系统通过管道分别与冷凝系统、吸附系统相连；

所述吸附系统用于吸附有机废气；

所述真空系统包括进口和出口，进口分别与膜分离系统和吸附系统相连，出口与冷凝系统相连；

所述产品储罐与冷凝系统相连，用于储存冷凝回收的有机溶剂；

所述冷凝系统包括第一冷凝器和第二冷凝器，所述第一冷凝器和第二冷凝器分别与膜分离系统和产品储罐相连，所述第二冷凝器还与真空系统相连；

所述膜分离系统由多个膜组件串联或并联组成;

所述膜组件为防静电卷式膜组件，包括中心管、外壳、位于外壳两端的端盖、进料侧导流网和渗透侧导流网，中心管、外壳和至少一个端盖由不锈钢导电材料制备而成，进料侧导流网和渗透侧导流网由聚酰胺导电网包覆膜元件构成，并与所述中心管、外壳和至少一个端盖分别接触相连，导电网使用导电塑料，所述导电塑料通过在塑料母粒聚酰胺中添加导电材料炭黑制备而成；

所述的工艺包括：

有机废气首先通过进口管道经冷凝系统中的第一冷凝器初步冷凝，回收部分有机溶剂到产品储罐，并除去有机废气中的水蒸气；

初步处理过的有机蒸气通过膜分离系统进行膜分离，使得膜分离系统渗余侧有机废气进入吸附系统吸附之后达标排放，其中，膜分离系统渗余侧有机废气浓度达到其爆炸下限的1/4以下，方可进入吸附系统吸附之后达标排放；

膜分离系统渗透侧有机蒸气和吸附系统脱附的高浓度有机气体一并返回至冷凝系统中的第二冷凝器，冷凝回收大部分有机溶剂之后不凝气再次进入膜分离系统；

所述的有机废气为易燃易爆、不易冷凝的低沸点有机蒸气。

2.根据权利要求1所述的基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收工艺，其特征在于，所述吸附系统脱附采用真空法脱附再生，膜分离过程和脱附再生过程共用一套真空系统，真空抽出的有机蒸气单独再次冷凝。

3.根据权利要求1所述的基于膜法耦合冷凝吸附的有机废气回收工艺，其特征在于，所述回收工艺中：

第一冷凝器的温度控制在-20℃~0℃之间；

真空系统的绝对压力控制在3kpa~30kpa之间；

第二冷凝器的温度控制在-30℃~10℃之间；

吸附系统在吸附时的温度控制在15℃~25℃之间，脱附时的温度控制在30℃~40℃之间。