CN107261754B - VOCs废气回收处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种VOCs废气回收处理方法及装置，包括吸附单元、吸收单元以及精馏单元，吸附单元用于吸附VOCs，吸收单元用于吸收VOCs，精馏单元用于对VOCs进行回收同时对吸收剂进行再生。本发明获得的含VOCs废气的处理方法及装置，在提高对VOCs吸收效率的同时，还降低了吸收剂的损耗，且VOCs可得到回收再利用；另外，还有效降低了生产过程中的能耗，使生产成本得到较大的节省。

Description

VOCs废气回收处理方法及装置
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种VOCs废气回收处理方法及装置。
背景技术
工业行业在生产过程中，均会产生大量含VOCs的废气，如果将这些废气直接排放到大气中，不仅会造成空气污染，也会导致材料浪费，提高生产成本。近年来，VOCs排放治理工作已经在各地相继展开，常用的VOCs治理技术有燃烧法、生物法、吸收法、吸附法、发光催化法等，其中吸附法由于具有操作工艺简单、易实现自动化控制、VOCs可回收、吸附材料可再生重复利用等优点而被企业广泛应用。
但是，在VOCs回收过程中，原有蒸汽脱附以及直接氮气脱附(不使用不凝气净化过程)技术存在许一下弊端：①蒸汽脱附时的蒸汽用量大，脱附完成后形成大量废水，需要二次治理，并且蒸汽冷凝水会带走很大一部分溶剂，造成原料浪费；②氮气直接脱附时由于VOCs的饱和蒸汽压较大，若想通过冷凝使脱附气中的VOCs绝大部分液化的话所需温度低，造成冷凝能耗大，工艺复杂，条件苛刻；②氮气直接脱附时由于冷凝至常温后的不凝气仍然含有约15％～18％的VOCs，造成吸附器脱附不完全，吸附材料再生不彻底，回收的VOCs二次吸附造成能量浪费以及VOCs的浪费，既不节能又造成气体二次污染，导致此技术一直不被企业认可，因此吸附回收技术急需技术的发展来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种VOCs废气回收处理方法及装置，可对工业生产中产生的有机废气进行安全排放并对VOCs实现回收处理，同时最大限度的进行了热量利用，大大降低了能耗，并且无二次污染，达到了绿色循环经济的目的。
本发明采用的技术方案是：一种VOCs废气回收处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、吸附：VOCs废气经由活性炭填料进行吸附；
b、脱附：使用热氮气对吸附于活性炭上的VOCs脱附，使活性炭再生，同时得到含高浓度VOCs的混合气；
c、吸收：混合气冷凝后先经石蜡油吸收处理，随后经重质柴油吸收处理，得到含VOCs的石蜡油和含VOCs的重质柴油；
d、精馏回收：将含VOCs的石蜡油和含VOCs的重质柴油混合并预热后进行精馏处理，VOCs以气相形式溢出并经压缩、冷凝得到回收；石蜡油和重质柴油于精馏过程被分离为各自纯品，并均以液相形式从不同出液口流出；分离得到的纯品石蜡油和纯品重质柴油经冷却处理后继续参与至步骤c中。
作为对上述技术方案的进一步限定，步骤a中所述VOCs废气进行吸附前需先经冷却降温至30～40℃。
作为对上述技术方案的进一步限定，步骤b中所述脱附温度为120℃～180℃。
作为对上述技术方案的进一步限定，步骤c中所述冷凝温度为-9～-5℃。
一种VOCs废气回收处理装置，用于上述所述的VOCs废气回收处理方法，其特征在于：包括吸附脱附单元、与吸附脱附单元相连的吸收单元、及与吸收单元相连的精馏单元。
所述吸附脱附单元包括经管路依次连接的引风机、对有机废气可进行冷却和过滤处理的前处理装置、用于吸附有机废气的吸附器、以及为脱附提供脱附剂的氮气源，于所述吸附器与氮气源之间设有氮气加热器，所述吸附器上设有进气口、出气口以及氮气进入口；
所述吸收单元包括与吸附器的出气口连接的吸收塔，所述吸收塔与吸附器之间还依次设有混合气冷凝器和混合气压缩机；在所述吸收塔上设置有进液口、出液口与出气口，所述吸收塔进液口处设有可对吸收剂进行冷却处理的冷却器；所述吸收塔出气口与氮气源相连接；
所述精馏单元包括经由泵与吸收塔的出液口相连的分隔壁精馏塔，所述分隔壁精馏塔具有设于塔顶的出气口和设于塔底的多个出液口，所述分隔壁精馏塔出气口依次连接有气体压缩机、气体冷凝器，在气体冷凝器的下游还连接有回流罐和VOCs储罐；多个所述分隔壁精馏塔出液口均经由泵与吸收塔进液口处的冷却器相连，且于所述泵与冷却器之间、分隔壁精馏塔与吸附器出液口之间均分别设有液体换热器。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述前处理装置包括过滤器和翅片管式空冷器。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述吸附器为并联设置的多个，多个所述吸附器可交替进行工作，且于所述吸附器的进气口、出气口以及氮气进入口均设有阀门，所述吸附器出气口处设有VOCs检测器。
作为对上述技术方案的进一步限定，于所述吸附器与混合气冷凝器之间、氮气源与氮气加热器之间均分别设有混合气换热器。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述混合气冷凝器还与VOCs储罐连接，以使部分VOCs冷凝为液体后进入VOCs储罐。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述吸收塔包括以气体走向串联的第一吸收塔和第二吸收塔。
采用上述技术，本发明的优点在于：
本发明所述的VOCs废气回收处理方法及装置，通过吸附单元将VOCs富集于吸附材料上，以使脱附后得到含高浓度VOCs的混合气，从而有利于吸收单元中石蜡油和重质柴油对VOCs的吸收；另外吸收操作中对脱附后的混合气采用先石蜡油吸收、再重质柴油吸收的方式可有效对混合气中的VOCs进行吸收，使排放至大气中的洁净气体中含VOCs成分更低，让吸收更彻底；同时，石蜡油和重质柴油在吸收完成后，可经精馏单元进行精馏而被分离为各自单品，因而石蜡油和重质柴油可以回收再利用，不会造成浪费，且纯的液相VOCs也得到回收，可被再利用。
本发明所述重质柴油和石蜡油作为VOCs的吸收剂，不仅沸点高、且热稳定性好，可以有效提高对VOCs的吸收效率，同时也降低了吸收剂的损耗。
本发明所述混合气换热器设置，可利用脱附后的高温混合气对需要进行加热的氮气加热升温，同时对需要降温处理的混合气也得到降温效果，因而高温混合气的热量得到了充分回收利用，有效降低了生产能耗，节约了生产成本。
本发明所述液体换热器的设置，利用高温再生吸收剂的热量对吸收塔出液口流出的吸收有VOCs的吸收剂进行升温，同时高温再生吸收剂得到降温，因而充分回收了热量，有效降低了生产能耗，节约了生产成本。
本发明所述分隔壁精馏塔的设置，可实现在对VOCs纯品得到回收的同时，还可对多种吸收剂进行分离再利用。同时，分隔壁精馏塔具有很好的节能效果。
附图说明
图1为本发明实施例的一种工艺设备结构示意图。
图中：1-引风机；2-前处理装置；3-吸附器；4-氮气源；5-氮气加热器；6-混合气换热器；7-混合气冷凝器；8-VOCs储罐；9-混合气压缩机；10-第一吸收塔；11-第二吸收塔；12-冷却器；13-液体换热器；14-分隔壁精馏塔；15-气体压缩机；16-气体冷凝器；17-回流罐。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例
如图1所示，采用该VOCs废气回收处理方法及装置进行的工艺包括以下步骤：
A.吸附：VOCs废气通过引风机1被输送至前处理装置2中的过滤器，用以去除VOCs废气中包含的固体、液体颗粒，随后VOCs废气再经前处理装置2中翅片管式空冷器进行降温，使VOCs废气冷却降温至30～40℃后经吸附器3的进气口进入吸附器3中，吸附器3中的吸附材料为上下两层，其中吸附材料为活性炭或分子筛，每层吸附材料的厚度为600～800mm；废气经上下两层吸附材料净化后由吸附器3出气口排出，排出的洁净气体经烟囱排放至大气中。
B.脱附：经过一段时间的吸附操作后，并经吸附器3出气口处的VOCs检测器监测的洁净气体中的VOCs含量来判断吸附器3的吸附情况；当吸附器3吸附饱和后，通过管道上的阀门切换使废气通入至与吸附饱和的吸附器3并联于管路中的另一具有吸附能力的吸附器3中，而该吸附饱和的吸附器3则进行脱附操作。吸附器3脱附前，先对吸附器3内部使用氮气进行置换，氮气于吸附器3的氮气进入口进入；置换完成后使用高温氮气于120℃～180℃循环脱附，并得到含高浓度VOCs的混合气。其中高温氮气是由氮气源4中的氮气经过混合气换热器6与从吸附器3出气口输送出的混合气进行换热升温后，再经氮气加热器6进行加热升温制得。
C.吸收：混合气经混合气换热器6降温后，再经混合气冷凝器7于-9～-5℃进行冷凝，混合气中的部分VOCs冷凝为液体，并输送至VOCs储罐5中储存，剩余的混合气通过混合气压缩机9压缩后进入第一吸收塔10，石蜡油于第一吸收塔10进液口处的冷却器12冷却降温后自第一吸收塔10的塔顶以喷淋形式加入，并在第一吸收塔10内自上而下流动，与自下而上流动的混合气接触，从而吸收混合气中的VOCs，并从第一吸收塔10的出液口排出含VOCs的石蜡油；剩余混合气通过第一吸收塔10的出气口进入第二吸收塔11中，重质柴油于第二吸收塔11进液口处的冷却器12冷却降温后自第二吸收塔11的塔顶以喷淋形式加入，并在第二吸收塔11内自上而下流动，与自下而上流动的混合气接触，从而吸收混合气中剩余的VOCs，并从第二吸收塔11的出液口排出含VOCs的重质柴油；而混合气中剩余的氮气则被重新净化并回到氮气源4中，并再经混合气换热器6与混合气换热后进行循环脱附。
D.精馏回收：从第一吸收塔10出液口流出的含VOCs的石蜡油和从第二吸收塔11出液口流出的含VOCs的重质柴油经混合后通过泵被输送至液体换热器13中分别与再生后的高温石蜡油和高温重质柴油进行换热后进入分隔壁精馏塔14进行精馏再生，其中VOCs以气相形式从塔顶流出，并进入气体压缩机15，以使气相形式的VOCs压缩后更有利于冷凝为液体，随后经气体冷凝器16冷凝为纯的有机溶液进入回流罐17，部分有机溶液回流至分隔壁精馏塔14中，剩余有机溶液经泵被输送至VOCs储罐8中；若塔顶气相未在气体冷凝器16中完全冷凝，则不凝气被输送至混合气压缩机9与脱附后的混合气汇合再次进行吸收处理；再生后的石蜡油和重质柴油分别从分隔壁精馏塔14的塔底的不同出液口流出并得到分离，再生后的高温石蜡油经泵输送至液体换热器13进行热量回用后再进入冷却器12降温，之后进入第一吸收塔10继续吸收混合气中的VOCs；与此同时，再生后的高温重质柴油也经泵输送至液体换热器13进行热量回用后再进入冷却器12降温，随后也进入第二吸收塔11继续吸收混合气中的VOCs。
本实施例所述的VOCs废气回收处理方法及装置，相对传统吸收技术，通过吸附单元将VOCs富集于吸附材料上，以使脱附后得到含高浓度VOCs的混合气，从而有利于吸收单元中石蜡油和重质柴油对VOCs的吸收；另外吸收操作中对混合气采用先石蜡油吸收、再重质柴油吸收的方式可有效对混合气中的VOCs进行吸收，使排放至大气中的洁净气体中含VOCs成分更低，让吸收更彻底；同时，石蜡油和重质柴油在吸收完成后，可经精馏单元进行精馏而被分离为各自单品，因而石蜡油和重质柴油可以回收再利用，不会造成浪费，且纯的液相VOCs也得到回收，可被再利用。
对比例一
本对比例采用如下处理方法：
吸附过程和脱附过程与实施例操作方法均相同。而在吸收过程中，脱附后的混合气先经重质柴油进行吸收处理，再经石蜡油进行吸收处理，得到的含VOCs的重质柴油和含VOCs的石蜡油经混合并预热后进行精馏回收，具体精馏回收过程与实施例操作方法也相同。
对比例二
本对比例采用如下处理方法：
吸附过程和脱附过程与实施例操作方法均相同。而在吸收过程中，脱附后的混合气经石蜡油和重质柴油的混合液进行吸收处理，并得到含VOCs的混合液，该混合液进行精馏回收，VOCs以气相从精馏塔塔顶溢出并经压缩、冷凝得到回收；而石蜡油和重质柴油的混合液则以液相形式从精馏塔塔底流出，并继续参与至吸收过程中。
VOCs废气中绝大多数为脂类、芳烃类，还存在小部分的醇类、酮类。VOCs废气经实施例、对比例一和对比例二所述的处理方法分别回收处理后，VOCs的回收率以及经不同吸收形式吸收后VOCs中醇类、酮类、脂类及芳烃类残留情况如表1所示。
表1
根据上述表格数据可以得出，实施例、对比例一和对比例二中虽使用相同的吸收剂，但因吸收剂参与形式不同，对VOCs中脂类、芳烃类、醇类、酮类等的吸收情况也存在差异。对VOCs采用先石蜡油吸收、再重质柴油吸收的实施例对VOCs的回收率可达95％，且经吸收后VOCs中的醇类残留率为0.1％，脂类残留率为0.2％、酮类残留率为0.4％，芳烃类残留率为0.4％，优于对比例一、二。且石蜡油和重质柴油在吸收操作完成后，可经精馏被分离为各自单品，而实现回收再利用，吸收剂损耗极小。
以上所述仅为本发明较佳实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种VOCs废气回收处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、吸附：VOCs废气经由活性炭填料进行吸附；
b、脱附：使用热氮气对吸附于活性炭上的VOCs脱附，使活性炭再生，同时得到含高浓度VOCs的混合气；
c、吸收：混合气冷凝后先经石蜡油吸收处理，随后经重质柴油吸收处理，得到含VOCs的石蜡油和含VOCs的重质柴油；
d、精馏回收：将含VOCs的石蜡油和含VOCs的重质柴油混合并预热后进行精馏处理，VOCs以气相形式溢出并经压缩、冷凝得到回收；石蜡油和重质柴油于精馏过程被分离为各自纯品，并均以液相形式从不同出液口流出；分离得到的纯品石蜡油和纯品重质柴油经冷却处理后继续参与至步骤c中；
步骤a中所述VOCs废气进行吸附前需先经冷却降温至30～40℃；
步骤b中所述脱附温度为120℃～180℃；
步骤c中所述冷凝温度为-9～-5℃。
2.一种VOCs废气回收处理装置，用于如权利要求1所述的VOCs废气回收处理方法，其特征在于：包括吸附脱附单元、与吸附脱附单元相连的吸收单元、及与吸收单元相连的精馏单元；
所述吸附脱附单元包括经管路依次连接的引风机、对有机废气可进行冷却和过滤处理的前处理装置、用于吸附有机废气的吸附器、以及为脱附提供脱附剂的氮气源，于所述吸附器与氮气源之间设有氮气加热器，所述吸附器上设有进气口、出气口以及氮气进入口；
所述吸收单元包括与吸附器的出气口连接的吸收塔，所述吸收塔与吸附器之间还依次设有混合气冷凝器和混合气压缩机；在所述吸收塔上设置有进液口、出液口与出气口，所述吸收塔进液口处设有可对吸收剂进行冷却处理的冷却器；所述吸收塔出气口与氮气源相连接；
所述精馏单元包括经由泵与吸收塔的出液口相连的分隔壁精馏塔，所述分隔壁精馏塔具有设于塔顶的出气口和设于塔底的多个出液口，所述分隔壁精馏塔出气口依次连接有气体压缩机、气体冷凝器，在气体冷凝器的下游还连接有回流罐和VOCs储罐；多个所述分隔壁精馏塔出液口均经由泵与吸收塔进液口处的冷却器相连，且于所述泵与冷却器之间、分隔壁精馏塔与吸附器出液口之间均分别设有液体换热器；
所述前处理装置包括过滤器和翅片管式空冷器；
所述吸附器为并联设置的多个，多个所述吸附器可交替进行工作，且于所述吸附器的进气口、出气口以及氮气进入口均设有阀门，所述吸附器出气口处设有VOCs检测器；
于所述吸附器与混合气冷凝器之间、氮气源与氮气加热器之间均分别设有混合气换热器。
3.根据权利要求2所述的VOCs废气回收处理装置，其特征在于：所述混合气冷凝器还与VOCs储罐连接，以使部分VOCs冷凝为液体后进入VOCs储罐。
4.根据权利要求2所述的VOCs废气回收处理装置，其特征在于：所述吸收塔包括以气体走向串联的第一吸收塔和第二吸收塔。
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