CN107376590A - 一种有机废气吸附‑脱附回收工艺及装置 - Google Patents

一种有机废气吸附‑脱附回收工艺及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有机废气吸附‑脱附回收工艺及装置,属有机废气处理领域。本发明以氮气为介质,真空循环脱附、压缩冷凝回收有机物,可实现有机废气达标排放,回收有机物,且无二次污染产生。采用真空抽取氧气及循环加热、冷却吸附器,大量减少氮气的用量和整个脱附周期的时间;采用压缩冷凝回收有机物,提高了冷凝的温度,降低了对冷凝系统的要求,减少低温冷凝系统运行中的能量损耗。本发明具有适用性广、投资省、能耗低、回收产品质量好且无二次污染的特点,能大幅降低企业的投资运行成本,实现社会效益与经济效益的双赢。

Description

一种有机废气吸附-脱附回收工艺及装置
技术领域
发明涉及有机废气处理领域,具体涉及一种有机废气吸附-脱附回收工艺及装置。
背景技术
VOCs是一类沸点在50℃~260℃、室温下饱和蒸气压超过133.33Pa的易挥发有机化合物,对人体健康和生态环境具有很大危害。有效的回收治理这类有机废气,不仅能避免环境污染,而且变废为宝,降低了企业的投资成本,实现社会效益与经济效益的双赢。
目前采用吸附-脱附回收有机溶剂的方法中,应用最为广泛的仍是以蒸汽脱附为主,用水蒸汽脱附出有机废气,再通过冷却把有机废气变成液体,实现重复利用的过程,采用这种方法存在如下问题:(1)脱附时,大量的水蒸汽冷凝在吸附层中,不能彻底干燥,影响吸附性能,降低利用率;(2)当有机废气中含有易水解物质或卤代烃等物质时,在高温水蒸汽的作用下,对设备产生很大腐蚀性;(3)由于混合液体含水量高,不便于重复使用,且无法直接回收醇类、酮类、脂类等混溶和微溶于水的溶剂回收问题;(4)对一些含有高沸点物质的场合,由于水蒸汽不能有效解析,影响吸附效率;(5)排放水有机物含量较高,不能直接排放,再处理费用大。
近年来开发了以氮气脱附等有机废气回收方法。例如申请号为201310520571.3的中国专利,公开了一种活性炭吸附、N2脱附回收处理有机废气的工艺,其脱附时先用氮气置换,再用热氮气脱附,脱附出的气体经过冷凝回收有机物。申请号为201510347973.7的中国专利,公开了一种氮气加热真空脱附的活性炭有机废气治理工艺及其装置,其脱附时先用真空泵将吸附器抽真空后,通入热氮气并持续抽真空脱附,将抽出的气体低温冷凝后回收有机物。
由于氮气热容量较小,不仅导致气体热交换所需的换热面积相对较大,使吸附床达到脱附温度使用的氮气较多;冷凝回收脱附出来的气体,所需的冷凝温度较低,对设备的要求也随之增高,且低温损耗也较大,从而增加了企业的投资运行成本。
发明内容
针对以上有机废气吸附-脱附工艺的不足,本发明提出一种有机废气吸附-脱附工艺及装置,具体技术方案如下。
一种有机废气吸附-脱附回收装置,由吸附系统、脱附系统和回收系统组成;
吸附系统包括主风机、吸附器、吸附阀、废气管路和排放气管路,脱附系统包括吸附器、加热器、冷却器、循环风机、脱附阀、氮气阀、循环管路和氮气管路,回收系统包括真空泵、压缩机、一级冷凝器、二级冷凝器、回收阀、减压阀、脱附气管路和回收管路。
所述吸附器上有废气进口、废气出口、脱附气进口、脱附气出口。
所述废气管路与废气进口连通,管路上依次设有主风机和吸附阀;所述排放气管路与废气出口连通,管路上设有吸附阀;所述循环管路与脱附气出口连通,依次通过脱附阀、循环风机、加热器和冷却器、脱附阀后与脱附气进口连通,所述加热器和冷却器并联设置,进出口均有脱附阀;所述氮气管路连接到循环风机与加热器之间的循环管路上,并设有氮气阀;所述脱附气管路连接在脱附气出口经脱附阀后的循环管路上,依次通过回收阀、一级冷凝器、真空泵后分两路,一路经回收阀后连接到主风机进口前的废气管路上,另一路经回收阀、压缩机、二级冷凝器、减压阀后分两路,一路经回收阀后连接到循环风机出口后的循环管路上,另一路经回收阀后连接到主风机进口前的废气管路上;所述回收管路与一级冷凝器、二级冷凝器凝液口连通。
吸附系统可以由两个或两个以上的吸附器组成连续运行的一级吸附系统,当废气成分复杂、浓度较高或排放标准更严格时,也可以由三个或三个以上的吸附器组成连续运行的二级吸附系统。装置在吸附的同时,至少有一个吸附器在脱附。
吸附器内装有吸附材料,吸附材料根据废气性质来选择,可以为活性炭、树脂或分子筛,所述吸附器上设有温度和压力传感器。
加热器可根据实际情况选择导热油、蒸汽或电加热。
本发明还提供一种有机废气吸附-脱附回收工艺,其步骤如下。
步骤1,经过预处理的废气通过主风机送入第一吸附器进行吸附,废气中的有机物被吸附后排放出洁净气体,当第一吸附器吸附达到穿透点时,关闭及打开相应的吸附阀,使废气进入第二吸附器进行吸附。
步骤2,关闭及打开相应的脱附阀和回收阀,并开启真空泵,对第一吸附器抽真空,并将抽出的气体送入主风机入口,与废气一同进入第二吸附器进行吸附;当第一吸附器内压力达到-0.07~-0.1MPa时停止真空泵,关闭相应脱附阀。
步骤3,关闭及打开相应的脱附阀,向第一吸附器注入氮气,当第一吸附器内压力达到0~0.09MPa时关闭相应的脱附阀,停止注入氮气并重复步骤2,使第一吸附器内氧含量<2%。采用真空的方式,减少了置换的氮气用量。
步骤4,开启加热器,关闭及打开相应的脱附阀,向第一吸附器注入氮气,当吸附器内压力为0时停止注入氮气,开启循环风机循环加热第一吸附器,当第一吸附器内温度达到设定的脱附温度时,停止循环风机。循环加热不仅可以加快吸附器升温的速度,还能减少氮气使用量。
步骤5,关闭及打开相应的脱附阀和回收阀,并开启真空泵,对第一吸附器抽真空,高温气体经过一级冷凝器冷凝后进入真空泵,真空泵抽出的气体通过压缩机压缩到0.2~4MPa后送入二级冷凝器冷凝,一级冷凝器和二级冷凝器冷凝出的有机物通过回收管路被回收,剩余气体通过减压阀减压、回收阀后与废气一同进入第二吸附器进行吸附;当第一吸附器内压力达到-0.07~-0.1MPa时,切换相关回收阀,使通过减压阀的气体经过加热器进入第一吸附器,运行0.2~3h后停止真空泵、压缩机及加热器,关闭相应的脱附阀和回收阀。
步骤6,打开氮气阀,切换相关的脱附阀,使氮气经过冷却器后进入第一吸附器,当第一吸附器内压力为0~0.09MPa时停止注入氮气,开启循环风机循环冷却第一吸附器,当第一吸附器内温度达到20~50℃时,停止循环风机,等待下一次吸附。
进一步地,步骤4中氮气的温度比设定的脱附温度高5~100℃,设定的脱附温度为有机物的沸点增加0~80℃。
进一步地,所述步骤5中,一级冷凝器的冷凝温度为0~40℃,二级冷凝器的冷凝温度为-10~40℃。
更进一步地,所述工艺由PLC控制系统自动控制。
与现有技术相比,本发明具有以下优点及有益效果:采用真空抽取氧气及循环加热、冷却吸附器,大量减少氮气的用量和整个脱附周期的时间;采用压缩冷凝回收有机物,提高了冷凝的温度,降低了对冷凝系统的要求,减少低温冷凝系统运行中的能量损耗,大大降低了投资和运行成本。
附图说明
图1是含两个吸附器一级吸附的有机废气吸附-脱附工艺示意图。
图2是含三个吸附器二级吸附的有机废气吸附-脱附工艺示意图。
图中A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12吸附阀;B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10、B11脱附阀;C1、C2、C3、C4、C5回收阀;1A、1B、1C吸附器;2主风机;3循环风机;4加热器;5冷却器;6一级冷凝器;7真空泵;8压缩机;9二级冷凝器;10减压阀;11氮气阀。
具体实施方式
实施例1:以图1所示的有机废气吸附-脱附工艺,对本发明做进一步说明。
含两个吸附器一级吸附的有机废气吸附-脱附工艺及装置,包括吸附系统、脱附系统和回收系统。
吸附系统包括吸附器1,主风机2,吸附阀A1、A2、A3、A4,废气管路和排放气管路;脱附系统包括吸附器1A、1B,循环风机3,加热器4,冷却器5,脱附阀B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9,氮气阀11,循环管路和氮气管路;回收系统包括真空泵7,压缩机8,一级冷凝器6,二级冷凝器9,回收阀C1、C2、C3、C4、C5,减压阀10,脱附气管路和回收管路。
废气管路与吸附器1A、1B的废气进口连通,吸附阀A2、A4分别设置在吸附器1A、1B的废气进口出,管路上设有主风机2。
排放气管路与吸附器1A、1B的废气出口连通,吸附阀A1、A3分别设置在吸附器1A、1B的废气出口处。
循环管路与吸附器1A、1B的脱附气出口连通,脱附阀B2、B4分别设置在吸附器1A、1B的脱附气出口处;依次通过脱附阀B9、循环风机3、加热器4和冷却器5与吸附器1A、1B的脱附气进口连通;加热器4和冷却器5并联设置,加热器4进出口设有脱附阀B5、B6,冷却器5进出口设有脱附阀B7、B8,脱附阀B1、B3分别设置在吸附器1A、1B的脱附气进口处。
氮气管路连接到循环风机3与加热器4之间的循环管路上,并设有氮气阀11。
脱附气管路连接在脱附阀B9前的循环管路上,依次通过回收阀C1、一级冷凝器6、真空泵7后分两路,一路经回收阀C3后连接到主风机2进口前的废气管路上,另一路经回收阀C2、压缩机8、二级冷凝器9、减压阀10后再分两路,一路经回收阀C4后连接到循环风机3出口后的循环管路上,另一路经回收阀C5后连接到主风机2进口前的废气管路上。
回收管路与一级冷凝器6、二级冷凝器9的凝液口连通。
具体工艺步骤如下。
废气由主风机2经过吸附阀A2进入吸附器1A,其中的有机物被吸附后,洁净气体由废气出口经吸附阀A1排出。当吸附器1A达到穿透点时,关闭吸附阀A1、A2,同时打开吸附阀A3、A4,使废气进入吸附器1B进行吸附净化。
打开脱附阀B2、回收阀C1,并开启真空泵7,对吸附器1A抽真空,同时打开回收阀C3,使真空泵7排出的气体进入主风机2前的废气管路;当吸附器1A内的压力达到-0.07~-0.1MPa时,关闭回收阀C1并停止真空泵7。
打开氮气阀11和脱附阀B1、B7、B8,向吸附器1A内注入氮气;当吸附器1A内的压力达到0~0.09MPa时,关闭氮气阀11和脱附阀B1、B7、B8;开启真空泵7,打开回收阀C1,将吸附器1A内的气体抽出排入废气管道;当吸附器1A内的压力达到-0.07~-0.1MPa时,关闭回收阀C1、C3并停止真空泵7,此时吸附器1A内氧气的含量<2%。
开启加热器4,打开氮气阀11、脱附阀B1、B5、B6,向吸附器1A内注入被加热的氮气;当吸附器1A内压力为0时,关闭氮气阀11,打开脱附阀B9,开启循环风机3对吸附器1A循环加热;当吸附器1A内温度达到设定的脱附温度时,关闭脱附阀B1、B9,停止循环风机3。
开启真空泵7和压缩机8,打开回收阀C1、C2、C5,吸附器1A内的气体经一级冷凝器6冷凝后被真空泵7抽出,并通过压缩机8压缩至0.2~4MPa,进入二级冷凝器9再次被冷凝,分离出大部分有机物,经减压阀10减压后排入废气管道;当吸附器1A内压力达到-0.07~-0.1MPa时,关闭回收阀C5,打开回收阀C4、脱附阀B1,使减压阀10排出的气体通过加热器4后进入吸附器1A循环;运行0.2~3h,吸附器1A内有机物被完全脱附,停止真空泵7、压缩机8和加热器4,关闭脱附阀B5、B6及回收阀C1、C2、C4;在此过程中冷凝分离出的有机物被回收。
打开氮气阀11、脱附阀B7、B8,向吸附器1A内注入被冷却的氮气;当吸附器1A内的压力为0~0.09MPa时,关闭氮气阀11,同时打开脱附阀B9,开启循环风机3,对吸附器1A循环冷却;当吸附器1A内温度达到20~50℃时,停止循环风机3,关闭脱附阀B1、B2、B7、B8,等待下一次吸附。
当吸附器1B达到穿透点时,关闭吸附阀A3、A4,同时打开吸附阀A1、A2,使废气进入吸附器1A进行吸附净化,吸附器1B重复以上脱附程序。
以上步骤由PLC控制系统自动控制,两个吸附器交替进行吸附、脱附,连续运行。
实施例2:以图2所示的有机废气吸附-脱附工艺,对本发明做进一步说明。
含三个吸附器二级吸附的有机废气吸附-脱附工艺及装置,其工艺步骤如下。
废气由主风机2经过吸附阀A4进入吸附器1A,其中的有机物被吸附一部分后,气体由废气出口经吸附阀A2、A7进入吸附器1B, 其中的有机物被吸附干净后,洁净气体由废气出口经吸附阀A5排出。当吸附器1A吸附饱和时,关闭吸附阀A2、A4、A5、A7,同时打开吸附阀A6、A8、A9、A11,使废气进入吸附器1B、1C进行吸附净化。
打开脱附阀B2、回收阀C1,并开启真空泵7,对吸附器1A抽真空,同时打开回收阀C3,使真空泵7排出的气体进入主风机2前的废气管路;当吸附器1A内的压力达到-0.07~-0.1MPa时,关闭回收阀C1并停止真空泵7。
打开氮气阀11和脱附阀B1、B9、B10,向吸附器1A内注入氮气;当吸附器1A内的压力达到0~0.09MPa时,关闭氮气阀11和脱附阀B1、B9、B10;开启真空泵7,打开回收阀C1,将吸附器1A内的气体抽出排入废气管道;当吸附器1A内的压力达到-0.07~-0.1MPa时,关闭回收阀C1、C3并停止真空泵7,此时吸附器1A内氧气的含量<2%。
开启加热器4,打开氮气阀11、脱附阀B1、B7、B8,向吸附器1A内注入被加热的氮气;当吸附器1A内压力为0时,关闭氮气阀11,打开脱附阀B11,开启循环风机3对吸附器1A循环加热;当吸附器1A内温度达到设定的脱附温度时,关闭脱附阀B1、B11,停止循环风机3。
开启真空泵7和压缩机8,打开回收阀C1、C2、C5,吸附器1A内的气体经一级冷凝器6冷凝后被真空泵7抽出,并通过压缩机8压缩至0.2~4MPa,进入二级冷凝器9再次被冷凝,分离出大部分有机物,经减压阀10减压后排入废气管道;当吸附器1A内压力达到-0.07~-0.1MPa时,关闭回收阀C5,打开回收阀C4、脱附阀B1,使减压阀10排出的气体通过加热器4后进入吸附器1A循环;运行0.2~3h,吸附器1A内有机物被完全脱附,停止真空泵7、压缩机8和加热器4,关闭脱附阀B7、B8及回收阀C1、C2、C4;在此过程中冷凝分离出的有机物被回收。
打开氮气阀11、脱附阀B9、B10,向吸附器1A内注入被冷却的氮气;当吸附器1A内的压力为0~0.09MPa时,关闭氮气阀11,同时打开脱附阀B11,开启循环风机3,对吸附器1A循环冷却;当吸附器1A内温度达到20~50℃时,停止循环风机3,关闭脱附阀B1、B2、B9、B10,等待下一次吸附。
当吸附器1B吸附饱和时,关闭吸附阀A6、A8、A9、A11,同时打开吸附阀A1、A3、A10、A12,使废气进入吸附器1A、1C进行吸附净化,吸附器1B重复以上脱附程序。
当吸附器1C吸附饱和时,关闭吸附阀A1、A3、A10、A12,同时打开吸附阀A2、A4、A5、A7,使废气进入吸附器1A、1B进行吸附净化,吸附器1C重复以上脱附程序。
以上步骤由PLC控制系统自动控制,三个吸附器交替进行吸附、脱附,连续运行。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此。对于本领域的一般技术人员,不花费创造性的劳动,在上述实施例的基础上作出多种变化,都应涵盖在本实发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种有机废气吸附-脱附回收装置,由吸附系统、脱附系统和回收系统组成,其特征在于:
所述吸附系统包括主风机、吸附器、吸附阀、废气管路和排放气管路,所述脱附系统包括吸附器、加热器、冷却器、循环风机、脱附阀、氮气阀、循环管路和氮气管路,所述回收系统包括真空泵、压缩机、一级冷凝器、二级冷凝器、回收阀、减压阀、脱附气管路和回收管路;
所述吸附器上有废气进口、废气出口、脱附气进口、脱附气出口;
所述废气管路与废气进口连通,管路上依次设有主风机和吸附阀;所述排放气管路与废气出口连通,管路上设有吸附阀;所述循环管路与脱附气出口连通,依次通过脱附阀、循环风机、加热器和冷却器、脱附阀后与脱附气进口连通,所述加热器和冷却器并联设置,进出口均有脱附阀;所述氮气管路连接到循环风机与加热器之间的循环管路上,并设有氮气阀;所述脱附气管路连接在脱附气出口经脱附阀后的循环管路上,依次通过回收阀、一级冷凝器、真空泵后分两路,一路经回收阀后连接到主风机进口前的废气管路上,另一路经回收阀、压缩机、二级冷凝器、减压阀后分两路,一路经回收阀后连接到循环风机出口后的循环管路上,另一路经回收阀后连接到主风机进口前的废气管路上;所述回收管路与一级冷凝器、二级冷凝器凝液口连通。
2.根据权利要求1所述的一种有机废气吸附-脱附回收装置,其特征在于:所述吸附系统可以由两个或两个以上的吸附器组成连续运行的一级吸附系统,也可以由三个或三个以上的吸附器组成连续运行的二级吸附系统。
3.根据权利要求2所述的一种有机废气吸附-脱附回收装置,其特征在于:所述装置在吸附的同时,至少有一个吸附器处于脱附过程。
4.根据权利要求1所述的一种有机废气吸附-脱附回收装置,其特征在于:所述吸附器内装有吸附材料,吸附材料根据废气性质来选择,可以为活性炭、树脂或分子筛,所述吸附器上设有温度传感器和压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种有机废气吸附-脱附回收装置,其特征在于:所述加热器可用导热油、蒸汽或电加热。
6.一种有机废气吸附-脱附回收工艺,其特征在于:所述工艺步骤如下:
步骤1,经过预处理的废气通过主风机送入第一吸附器进行吸附,废气中的有机物被吸附后排放出洁净气体,当第一吸附器吸附达到穿透点时,关闭及打开相应的吸附阀,使废气进入第二吸附器进行吸附;
步骤2,关闭及打开相应的脱附阀和回收阀,并开启真空泵,对第一吸附器抽真空,并将抽出的气体送入主风机入口,与废气一同进入第二吸附器进行吸附;当第一吸附器内压力达到-0.07~-0.1MPa时停止真空泵,关闭相应脱附阀;
步骤3,关闭及打开相应的脱附阀,向第一吸附器注入氮气,当第一吸附器内压力达到0~0.09MPa时关闭相应的脱附阀,停止注入氮气并重复步骤2,使得第一吸附器内的氧含量<2%;
步骤4,开启加热器,关闭及打开相应的脱附阀,向第一吸附器注入热氮气,当吸附器内压力为0时停止注入氮气,开启循环风机循环加热第一吸附器,当第一吸附器内温度达到设定的脱附温度时,停止循环风机;
步骤5,关闭及打开相应的脱附阀和回收阀,并开启真空泵,对第一吸附器抽真空,高温气体经过一级冷凝器冷凝后进入真空泵,真空泵抽出的气体通过压缩机压缩到0.2~4MPa后送入二级冷凝器冷凝,一级冷凝器和二级冷凝器冷凝出的有机物通过回收管路被回收,剩余气体通过减压阀、回收阀后与废气一同进入第二吸附器进行吸附;当第一吸附器内压力达到-0.07~-0.1MPa时,切换相关回收阀,使通过减压阀的气体经过加热器进入第一吸附器,运行0.2~3h后停止真空泵、压缩机及加热器,关闭相应的脱附阀和回收阀;
步骤6,打开氮气阀,切换相关的脱附阀,使氮气经过冷却器后进入第一吸附器,当第一吸附器内压力为0~0.09MPa时停止注入氮气,开启循环风机循环冷却第一吸附器,当第一吸附器内温度达到20~50℃时,停止循环风机,等待下一次吸附。
7.根据权利要求6所述的有机废气脱附回收工艺,其特征在于:所述步骤4中氮气的温度比设定的脱附温度高5~100℃,设定的脱附温度为有机物的沸点增加0~50℃。
8.根据权利要求6所述的有机废气脱附回收工艺,其特征在于:所述步骤5中,一级冷凝器的冷凝温度为0~40℃,二级冷凝器的冷凝温度为-10~40℃。
9.根据权利要求6所述的有机废气脱附回收工艺,其特征在于:所述工艺由PLC控制系统自动控制。
10.根据权利要求6所述的有机废气脱附回收工艺,其特征在于:采用权利要求1~3任一所述的气体处理装置进行处理。
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