CN108043064B - 一种VOCs回收工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VOCs回收工艺及系统，VOCs回收系统包括：冷凝装置和吸附装置；冷凝装置与吸附装置串联，使得VOCs废气依次流经冷凝装置与吸附装置被处理后排放；吸附装置包括吸附结构，吸附结构包括至少两个依次串联的吸附罐；至少一对相邻的两个吸附罐之间设有换热器，使得进入前一个吸附罐的不凝气与进入后一个吸附罐的不凝气于换热器得以换热。本发明不仅环保性(换热过程中的冷量回收积极响应了我国绿色环保的国策)好、资源利用化高、处理效率高、且排放的尾气达到国家排放标准乃至地方的VOCs的排放标准。

Description

一种VOCs回收工艺及系统
技术领域
本发明涉及环保处理技术领域，尤指一种VOCs回收工艺及系统。
背景技术
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是一系列易挥发的且易燃有毒的有机化合物的总称，包括烷烃、烯烃、芳香烃、醇类、醛类、酮类、卤代烃等，VOCs是油品、化工物料在储存装卸过程高蒸汽压物料挥发释放至空气中的有机物总称，VOCs不仅造成资源的极大浪费而且造成严重大气污染。
VOCs的净化处理技术原理有冷凝、吸收、吸附、燃烧、催化氧化。其中，冷凝、吸收、吸附是通过资源回收净化VOCs废气，但净化效率不高，很难满足国家或地方对VOCs超洁净排放的要求。燃烧与催化氧化是通过将有机物与氧反应转化为无害的二氧化碳和水，属于销毁性VOCs净化技术，虽然效率高，但会导致资源浪费。为保护环境，减少雾霾，国家对VOCs排放制定了严苛的排放标准，也称超洁净排放的标准：排放废气中VOCs浓度小于120mg/Nm3，(部分地方的排放标准规定甚至更严苛，低至80mg/Nm3)。为了达到超洁净排放的目的，目前工业上一般将回收技术和销毁技术组合工艺。怎么突破现有技术瓶颈，实现保护环境、减少雾霾、降低能耗且又能达到VOCs排放标准是本领域技术人员急需解决的技术难题。
因此，本申请致力于提供一种VOCs回收工艺及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种VOCs回收工艺及系统，不仅环保性(换热过程中的冷量回收积极响应了我国绿色环保的国策)好、资源利用化高、处理效率高、且排放的尾气达到国家排放标准乃至地方的VOCs的排放标准。
本发明提供的技术方案如下：
一种VOCs回收工艺，包括步骤：
S100，冷凝回收：通过对VOCs废气进行冷凝处理，回收部分VOCs废气；
S200，换热-吸附：对步骤S100中产生的不凝气依次进行多阶段吸附处理；且将进行至少一对相邻的两个阶段吸附的不凝气进行换热处理，使得进入前一阶段吸附的不凝气与进入后一阶段吸附的不凝气得以换热。
本技术方案中，突破了现有技术中冷凝、吸附的净化效率不高，不能满足国家或地方的VOCs排放标准，从而造成环境污染、引起雾霾现象、影响人类健康的技术瓶颈；提供了一种利用冷凝-吸附的工艺以实现回收净化VOCs废气，并通过对吸附阶段的不凝气的冷量进行回收，即通过将相邻两级吸附的不凝气进行热交换处理，使得相邻两级的吸附的温度差维持在一定范围值内，减少了相邻两级吸附的层温差，提高了位于吸附末端的吸附效率(温度过高不利于VOCs废气的吸附)，并降低了活性炭因局部温度过高而引发的安全问题的概率(吸附过程为放热过程)。本工艺不仅环保性(换热过程中的冷量回收积极响应了我国绿色环保的国策)好、处理效率高、且排放的尾气达到国家乃至地方的VOCs的排放标准；且较之现有通过燃烧和催化氧化VOCs的销毁式净化技术，本工艺还可实现VOCs的回收利用，避免了资源浪费。
进一步优选地，步骤S100为多级冷凝回收，且冷凝温度沿所述VOCs废气的流动方向依次降低。
本技术方案中，通过多级冷凝回收，使得凝点高(即混合物液化或固化的温度)的可在先进行液化和固化，从而实现回收，而凝点较低在后续的冷凝过程中进行液化和固化从而实现回收；这样不仅降低了整个结霜以及化霜过程的能耗(根据不同阶段的结霜和化霜来设置其结霜温度和化霜温度)，且还可根据不同冷凝温度来实现不同VOCs废气成分的回收，且由于化霜的温度可针对不同凝点进行设置，保证了VOCs废气霜化后化霜液化或气化而回收的回收率(如果统一回收的话会导致低凝点的VOCs废气过度被气化而无法实现回收)。
进一步优选地，步骤S100的初级冷凝温度为0～5℃；和/或，步骤S100的末级冷凝温度为-50～-100℃。
本技术方案中，根据需要净化的VOCs废气的成分及其于冷凝阶段的回收率来设置冷凝温度，如当VOCs废气含有凝点较高(如水、苯、对二甲苯)时，初级冷凝温度为高一点的温度，只要实现这些凝点较高的化合物的液化或固化而被回收即可。当冷凝阶段的回收率需要较高时，则将末级冷凝的温度调低，从而保证回收率的同时，还降低了后续的换热-吸附过程的载荷，从而保证了VOCs尾气的排放量，即使得VOCs尾气的排放量到达相关的排放标准(国家标准、地方标准、行业标准等)。
进一步优选地，步骤S200的多阶段吸附为两阶段吸附，包括初级吸附和二级吸附，换热处理后的不凝气进行所述初级吸附，再进行换热处理后进行所述二级吸附。
本技术方案中，为了降低本工艺的生产成本和维护成本，换热-吸附阶段为两阶段式吸附。值得指出的是，两级吸附床的吸附剂装填总量与传统一级吸附床的吸附剂装填量相当；这样既保证了吸附阶段的吸附效率，又不会浪费吸附剂。
进一步优选地，还包括步骤：
S300，回收冷量：将步骤S100产生的部分不凝气的冷量进行回收；
和/或，
S400，再生-回收：对步骤S200的多阶段吸附进行再生处理，使得脱吸后的不凝气进入步骤S100进行再处理；
和/或，
S500，热回收处理：对步骤S100冷凝回收到的所述第一部分VOCs废气进行加热并回收利用或送至处理站处理。
本技术方案中，由于冷凝阶段产生的不凝气会携带较多的冷量，为了降低本工艺的冷凝阶段的能耗，对该阶段产生的携带有冷量的不凝气中的冷量进行回收，如将其与即将进入冷凝阶段的VOCs废气进行混合换热，从而实现VOCs废气的初步预冷，进而降低后续的冷凝所需的能耗；也可将其通向位于冷凝前端的冷凝阶段，从而实现冷量的回收；而冷量未被回收并在冷凝阶段产生的那部分不凝气则进入换热-吸附阶段，且进行换热-吸附阶段的不凝气通过前后端的吸附过程中换热，对其冷量进行了回收，使得整个回收净化过程中，于冷凝阶段产生的冷量均会被回收利用；大大降低了本工艺的能耗，进一步响应了我国绿色环保的国策。
本技术方案中，为了实现吸附过程中被吸附剂吸收的不凝气(即VOCs废气)的回收以及吸附剂的再生；进而降低本工艺的使用成本；通过对吸附剂进行再生并将再生过程中的不凝气进行再次冷凝、换热-吸附处理，从而实现VOCs废气的回收，保证了本工艺的处理效率；更优的，本工艺中的VOCs均在冷凝阶段实现回收，减少了本工艺的结构复杂度、管路复杂性、管路负压等现象。
本技术方案中，对于冷凝阶段中回收的VOCs废气可被回收再利用，或存储后运输至相应的处理站进行处理，从而降低本工艺的环境污染、提高资源利用率。
本发明还提供了一种VOCs回收系统，包括：
冷凝装置和吸附装置；
所述冷凝装置与所述吸附装置串联，使得VOCs废气依次流经所述冷凝装置与所述吸附装置被处理后排放；
所述吸附装置包括吸附结构，所述吸附结构包括至少两个依次串联的吸附罐；
至少一对相邻的两个吸附罐之间设有换热器，使得进入前一个吸附罐的不凝气与进入后一个吸附罐的不凝气于所述换热器得以换热。
本技术方案中，突破了现有技术中冷凝、吸附的净化效率不高，不能满足国家或地方的VOCs排放标准，从而造成环境污染、引起雾霾现象、影响人类健康的技术瓶颈；提供了一种利用冷凝-吸附的系统以实现回收净化VOCs废气，并通过对吸附阶段的不凝气的冷量进行回收，即通过将相邻两级吸附的不凝气进行热交换处理，使得相邻两级的吸附的温度差维持在一定范围值内，减少了相邻两级吸附的层温差，提高了位于吸附末端的吸附效率(温度过高不利于VOCs废气的吸附)，并降低了活性炭因局部温度过高而引发的安全问题的概率(吸附过程为放热过程)。本系统不仅环保性(换热过程中的冷量回收积极响应了我国绿色环保的国策)好、资源利用化高、处理效率高、且排放的尾气达到国家乃至地方的VOCs的排放标准；且较之现有通过燃烧和催化氧化VOCs的销毁式净化技术，本系统还可实现VOCs的回收利用，避免了资源浪费。
进一步优选地，所述吸附罐的空速为1000～40000h-1，平均气速为0.02～2m/s；和/或，所述吸附罐的工作压力为表压，其压力值为0～40kPa。
进一步优选地，所述吸附装置为两个，且两个所述吸附装置于吸附-解吸交替运行。
本技术方案中，通过两个可以相互交替吸附-解吸的吸附装置，从而实现换热-吸附阶段的连续性工作，保证了本系统的连贯性、利用率以及处理效率。值得指出的是，吸附和脱吸的运行时间可对等或不对等，即吸附的时间可以比脱吸的时间长或相等。
进一步优选地，所述吸附装置还包括解吸结构，所述解吸结构包括氮气供应机构和真空泵；所述真空泵将氮气沿所述VOCs废气于所述吸附结构的流通方向的相反方向对所述吸附罐进行再生处理，使得解吸后产生的解吸VOCs废气被送至所述冷凝装置进行冷凝处理。
本技术方案中，通过真空泵和氮气来实现吸附剂的再生以及解吸过程产生的解吸不凝气回流至冷凝阶段进行再次冷凝回收。
进一步优选地，所述冷凝装置为两个，且所述两个冷凝装置于结霜-化霜交替运行。
本技术方案中，通过两个可以相互交替结霜-化霜的冷凝装置，从而实现冷凝阶段的连续性工作，保证了本系统的连贯性、利用率以及处理效率。
进一步优选地，所述冷凝装置包括用于所述VOCs废气流通的至少一个冷凝箱，用于提供结霜的冷量机构，以及用于化霜的热量机构；所述冷量机构和所述热量机构交替于所述冷凝箱内运行，对所述VOCs废气进行结霜-化霜交替处理。
本技术方案中，为了回收结霜后的VOCs废气，冷凝装置除了设置有为VOCs废气提供冷量使其液化和/或固化的冷量机构以外，还设置了为VOCs废气提供热量使其液化和/或气化的热量机构，从而保证了冷凝装置的运行效率、回收效率等。值得指出的是，冷量机构运行的时间与热量机构运行的时间可以不对等或对等，如当霜化后的VOCs废气达到一定量时再让热量机构运行也可以；也可以是一次结霜后便化霜处理。
进一步优选地，所述冷量机构和所述热量机构均为第一换热器；当所述冷凝箱处于结霜状态时，所述第一换热器作为冷凝器使用；当所述冷凝箱处于化霜状态时，所述第一换热器作为蒸发器使用。
本技术方案中，冷量结构和热量机构可为既可作为蒸发器使用从而使VOCs废气降温液化或霜化；也为作为冷凝器使用从而使得霜化后的VOCs废气液化或气化而被回收。
进一步优选地，所述两个冷凝装置包括第一冷凝装置和第二冷凝装置；设于所述第一冷凝装置的冷凝箱的第一换热器为第一子换热器；设于所述第二冷凝装置的冷凝箱的第一换热器为第二子换热器；所述第一子换热器和所述第二子换热器通过制冷压缩机组连接；当所述第一制冷装置处于结霜状态，所述第二制冷装置处于化霜状态时，所述第一子换热器作为蒸发器使用；所述第二子换热器作为冷凝器使用；当所述第一制冷装置处于化霜状态，所述第二制冷装置处于结霜状态时，所述第一子换热器作为冷凝器使用；所述第二子换热器作为蒸发器使用。
本技术方案中，由于冷凝装置包括了两个可相互交替结霜-化霜的冷凝装置；又由于当其中一个冷凝装置处于结霜工作状态时，另一个冷凝装置应优选处于化霜工作状态，因此，为其中一个冷凝装置的VOCs废气结霜提供冷量的冷媒，其热量可在另一个冷凝装置对结霜后的VOCs废气进行化霜处理，从而大大降低了本系统的功耗。
进一步优选地，所述冷凝箱至少包括两个，且多个所述冷凝箱的制冷温度沿所述VOCs废气的流通方向依次降低；所述制冷机构为连通制冷温度低和制冷温度高的管路机构，使得位于制冷温度低的所述冷凝箱内的部分不凝气回流至制冷温度高的所述冷凝箱内；和/或，所述热量机构为电加热机构。
本技术方案中，由于冷凝装置的冷凝温度随VOCs废气的流通方向依次降低，为了降低本系统的能耗，回收位于VOCs废气的流通方向后端的冷量，可通过管道机构将位于末端吸附阶段的部分不凝气中的冷量进行回收，且回收到的冷量既可对即将进入冷凝阶段的VOCs废气进行预冷，还可用于霜化位于VOCs废气的流通方向前端的VOCs废气，从而减少了该冷凝阶段的所需冷量，从而使得该冷凝阶段既可实现霜化，也可减少该冷凝阶段的冷量结构的设置。
本技术方案中，热量机构也可为电加热机构，通过电加热机构实现霜化后的VOCs废气的化霜而被回收。
进一步优选地，所述冷凝装置包括至少依次串联的两级冷凝结构，且所述冷凝结构的冷凝温度沿所述VOCs废气于所述冷凝装置的流通方向依次降低；和/或，所述冷凝装置的工作压力为表压，其压力值为5～50kPa；和/或，还包括用于控制所述冷凝装置和所述吸附装置的工作状态的控制系统；和/或，还包括废气回收装置，所述废气回收装置与所述冷凝装置连接；和/或，还包括用于输送所述VOCs废气于所述冷凝装置和所述吸附装置流通的引风机；和/或，还包括用于输送所述VOCs废气于所述冷凝装置和所述吸附装置流通的引风机；所述引风机设于所述冷凝装置的前端，其工作压力为表压，其压力值为5～50kPa。
本技术方案中，对于冷凝阶段中回收的VOCs废气可被回收再利用，或存储后运输至相应的处理站进行处理，从而降低本工艺的环境污染、提高资源利用率。
本技术方案中，通过控制系统还实现本系统的各个结构的工作状态的控制和监控，从而简化本系统的人为操作和控制，提高本系统的自动化和智能化。
本发明提供的一种VOCs回收工艺及系统，能够带来以下至少一种有益效果：
1、本发明中，突破了现有技术中冷凝、吸附的净化效率不高，不能满足国家或地方的VOCs排放标准，从而造成环境污染、引起雾霾现象、影响人类健康的技术瓶颈；提供了一种利用冷凝-吸附的工艺/系统以实现回收净化VOCs废气，并通过对吸附阶段的不凝气的冷量进行回收，即通过将相邻两级吸附的不凝气进行热交换处理，使得相邻两级的吸附的温度差维持在一定范围值内，减少了相邻两级吸附的层温差，提高了位于吸附末端的吸附效率(温度过高不利于VOCs废气的吸附)，并降低了活性炭因局部温度过高而引发的安全问题的概率(吸附过程为放热过程)。本工艺/系统不仅环保性(换热过程中的冷量回收积极响应了我国绿色环保的国策)好、处理效率高、且排放的尾气达到国家乃至地方的VOCs的排放标准；且较之现有通过燃烧和催化氧化VOCs的销毁式净化技术，本工艺/系统还可实现VOCs的回收利用，避免了资源浪费。
2、本发明中，通过多级冷凝回收，使得凝点高(即混合物液化或固化的温度)的可在先进行液化和固化，从而实现回收，而凝点较低在后续的冷凝过程中进行液化和固化从而实现回收；这样不仅降低了整个结霜以及化霜过程的能耗(根据不同阶段的结霜和化霜来设置其结霜温度和化霜温度)，且还可根据不同冷凝温度来实现不同VOCs废气成分的回收，且由于化霜的温度可针对不同凝点进行设置，保证了VOCs废气霜化后化霜液化或气化而回收的回收率(如果统一回收的话会导致低凝点的VOCs废气过度被气化而无法实现回收)。
3、本发明中，根据需要净化的VOCs废气的成分及其于冷凝阶段的回收率来设置冷凝温度，如当VOCs废气含有凝点较高(如水、苯、对二甲苯)时，初级冷凝温度为高一点的温度，只要实现这些凝点较高的化合物的液化或固化而被回收即可。当冷凝阶段的回收率需要较高时，则将末级冷凝的温度调低，从而保证回收率的同时，还降低了后续的换热-吸附过程的载荷，从而保证了VOCs尾气的排放量，即使得VOCs尾气的排放量到达相关的排放标准(国家标准、地方标准、行业标准等)。
4、本发明中，由于冷凝阶段产生的不凝气会携带较多的冷量，为了降低本工艺的冷凝阶段的能耗，对该阶段产生的携带有冷量的不凝气中的冷量进行回收，如将其与即将进入冷凝阶段的VOCs废气进行混合换热，从而实现VOCs废气的初步预冷，进而降低后续的冷凝所需的能耗；也可将其通向位于冷凝前端的冷凝阶段，从而实现冷量的回收；而冷量未被回收并在冷凝阶段产生的那部分不凝气则进入换热-吸附阶段，且进行换热-吸附阶段的不凝气通过前后端的吸附过程中换热，对其冷量进行了回收，使得整个回收净化过程中，于冷凝阶段产生的冷量均会被回收利用；大大降低了本工艺的能耗，进一步响应了我国绿色环保的国策。
5、本发明中，由于冷凝装置包括了两个可相互交替结霜-化霜的冷凝装置；又由于当其中一个冷凝装置处于结霜工作状态时，另一个冷凝装置应优选处于化霜工作状态，因此，为其中一个冷凝装置的VOCs废气结霜提供冷量的冷媒，其热量可在另一个冷凝装置对结霜后的VOCs废气进行化霜处理，从而大大降低了本系统的功耗。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对VOCs回收工艺及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明的VOCs回收系统的一种实施例结构示意图。
附图标号说明：
11.第一冷凝装置，111.初级冷凝箱，112.二级冷凝箱，113.末级冷凝箱，12.第二冷凝装置，131.第一子换热器，132.第二子换热器，133.制冷压缩机组，21.第一吸附装置，211.第一吸附罐，212.第二吸附罐，213.换热器，22.第二吸附装置，231.氮气供应机构，232.真空泵，31.暂存罐，32.油泵，33.排液口，4.引风机，5.系统入口，6.尾气排放口。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在实施例一中，一种VOCs回收工艺，包括步骤：
S100，冷凝回收：通过对VOCs废气进行冷凝处理，回收部分VOCs废气；
S200，换热-吸附：对步骤S100中产生的不凝气依次进行多阶段吸附处理；且将进行至少一对相邻的两个阶段吸附的不凝气进行换热处理，使得进入前一阶段吸附的不凝气与进入后一阶段吸附的不凝气得以换热。
本实施例中，由于吸附过程为放热过程，而温度过高往往会影响吸附效率，本工艺通过对沿VOCs废气流通方向设置的相邻两个吸附阶段的不凝气进行传热处理，从而使得进入前一阶段吸附的不凝气对进入后一阶段吸附的不凝气进行降温处理，进而使得进入后一阶段吸附的不凝气对进入前一阶段吸附的不凝气进行升温处理，使得冷凝阶段出来的不凝气的冷量得到回收，同时还使得相邻两级的吸附的温度差维持在一定范围值内，减少了相邻两级吸附的层温差，提高了位于吸附末端的吸附效率(温度过高不利于VOCs废气的吸附)，并降低了活性炭因局部温度过高而引发的安全问题的概率(吸附过程为放热过程)。在实际应用中，多阶段吸附至少为两个依次串联的阶段吸附形成，且相邻阶段可为两个依次串联的阶段吸附，也可为三个及三个以上的依次串联的阶段吸附的两两相邻的其中一对或一对以上的两个依次串联的阶段吸附；即至少有一对相邻设置的两个阶段吸附进行了换热处理。
在实施例二中，在实施例一的基础上，步骤S100为多级冷凝回收，且冷凝温度沿所述VOCs废气的流动方向依次降低。
本实施例中，可实现不同凝点的VOCs废气的分阶段冷凝回收。即凝点高的VOCs废气先被液化或固化；凝点低的VOCs废气后被液化或固化；由于不同阶段的冷凝阶段的冷凝温度会不同，因此，可实现冷凝阶段的多阶段温差设置，从而优化了冷凝阶段的能耗情况，节约了本工艺的能耗(冷量和热量)。
在实施例三中，在实施例二的基础上，步骤S100的初级冷凝温度为0～5℃；和/或，步骤S100的末级冷凝温度为-50～-100℃。
本实施例中，沿着VOCs废气进行冷凝阶段过程中的流通方向依次为初级冷凝阶段、二级冷凝阶段、……、末级冷凝阶段，因此，为了避免所有可以被冷凝阶段回收的VOCs废气在初级阶段就被全部冷凝液化或固化，从而影响VOCs废气的导通，以及后续冷凝阶段的虚设，因此，初级冷凝的冷凝温度肯定需要比末级冷凝阶段的冷凝温度高；值得指出的是，末级冷凝阶段的冷凝温度优选根据冷凝阶段的回收率(或尾气排放标准)来设定，从而实现本工艺的处理效率、能耗(制冷量、制热量)的优化。
在实施例四中，在实施例一、二或三的基础上，优选地，S200的多阶段吸附为两阶段吸附，包括初级吸附和二级吸附，换热处理后的不凝气进行所述初级吸附，再进行换热处理后进行所述二级吸附。
本实施例中，当两阶段吸附即可满足实际需要，则为了降低本工艺的形成成本、使用成本，则可直接设置成两阶段吸附。
在实施例五中，在实施例一、二、三或四的基础上，还包括步骤：
S300，回收冷量：将步骤S100产生的部分不凝气的冷量进行回收。
本实施例中，由于经过冷凝阶段后的不凝气会携带较多的冷量，而进入冷凝阶段的VOCs废气需要大量的冷量，因此，为了降低冷凝阶段的冷量的需求，可将步骤S100中携带较多的冷量的不凝气对位于其前端的VOCs废气进行预冷或冷凝，从而实现冷量的回收。在实际应用中，可将位于后端(即沿VOCs废气的流通方向的依次为前端和后端)的不凝气直接与即将进行冷凝回收的VOCs废气进行预冷处理后再进行冷凝回收处理。也可将位于后端的不凝气与位于该冷凝阶段的前端的任意一个冷凝阶段，为前端的冷凝阶段提供冷量。
在实施例六中，在实施例一、二、三、四或五的基础上，还包括步骤：
S400，再生-回收：对步骤S200的多阶段吸附进行再生处理，使得脱吸后的不凝气进入步骤S100进行再处理。
本技术方案中，为了延长本工艺的使用周期，可通过对换热-吸附阶段的吸附剂进行再生处理，且因吸附剂再生而脱吸的不凝气回收至冷凝阶段处进行冷凝回收处理、换热-吸附处理从而实现VOCs废气的回收，保证了本工艺的处理效率；更优的，本工艺中的VOCs均在冷凝阶段实现回收，减少了本工艺的结构复杂度、管路复杂性、管路负压等现象。
在实施例七中，在实施例一、二、三、四、五或六的基础上，还包括步骤：
S500，热回收处理：对步骤S100冷凝回收到的所述第一部分VOCs废气进行加热并回收利用或送至处理站处理。
本实施例中，步骤S100中因冷凝而实现回收的VOCs废气需要定期进行热处理使其化霜液化或气化而实现其回收或处理；从而保证了本工艺的处理效率、环保性、低能耗等优点。
在上述实施例中，由于步骤S400以及步骤S500的原因，使得在执行步骤S400时无法进行换热-吸附处理，在执行步骤S500时无法进行冷凝回收处理，因此，本工艺的步骤S100和步骤S200包括了两个可相互交替运行的装置，从而实现本工艺的连续性作业，大大提高了本工艺对应的系统的利用率；当然，实际应用中，如果需要处理的VOCs废气为间歇式时，则只需本工艺的步骤S100和步骤S200只需包括一个对应的装置即可，当需要处理VOCs废气时，本工艺处于工作状态，如果不需要处理VOCs废气时，则可进行步骤S400以及步骤S500。
在实施例八中，如图1所示，一种VOCs回收系统，包括：冷凝装置(图中未标示)和吸附装置(图中未标示)；冷凝装置与吸附装置串联，使得VOCs废气依次流经冷凝装置与吸附装置被处理后排放；吸附装置包括吸附结构(图中未标示)，吸附结构包括至少两个依次串联的吸附罐(即第一吸附罐211和第二吸附罐212)；至少一对相邻的两个吸附罐之间设有换热器213，使得进入前一个吸附罐的不凝气与进入后一个吸附罐的不凝气于换热器213得以换热。由于吸附过程为放热过程，且温度过高会影响吸附效率及效果，因此，经过吸附罐后的不凝气的温度会上升，这样沿着不凝气于吸附装置流通方向的后端吸附罐的进气温度(即不凝气的温度)势必会比位于前端吸附罐的进气温度要高；这样，会影响后端吸附罐的吸附效率，且加上吸附过程本身为放热过程，严重时会引发吸附罐的吸附层发生火灾等安全问题。
本实施例中，通过对沿VOCs废气流通方向设置的相邻两个吸附阶段的不凝气进行传热处理，从而使得进入前一阶段吸附的不凝气对进入后一阶段吸附的不凝气进行降温处理，进而使得进入后一阶段吸附的不凝气对进入前一阶段吸附的不凝气进行升温处理，使得从而冷凝阶段出来的不凝气的冷量得到回收，同时还使得相邻两级的吸附的温度差维持在一定范围值内，减少了相邻两级吸附的层温差，提高了位于吸附末端的吸附效率(温度过高不利于VOCs废气的吸附)，并降低了活性炭因局部温度过高而引发的安全问题的概率。在实际应用中，未被吸附装置吸附的VOCs废气可通过设置在吸附装置末端的尾气排放口6进行排放。吸附罐至少为两个依次串联的吸附罐形成，且相邻吸附罐可为两个依次串联的吸附罐，也可为三个及三个以上的依次串联的吸附罐的两两相邻的其中一对或一对以上的两个依次串联的吸附罐；即至少有一对相邻设置的两个吸附罐进行了换热处理。
在实施例九中，如图1所示，在实施例八的基础上，吸附装置为两个并联的吸附装置(即第一吸附装置21和第二吸附装置22)，且两个吸附装置于吸附-解吸交替运行。优选地，用于脱吸的结构为解吸结构(图中未标示)，解吸结构包括氮气供应机构231和真空泵232；真空泵232将氮气沿VOCs废气(或不凝气)于吸附结构的流通方向的相反方向对吸附罐进行再生处理，使得解吸后产生的解吸VOCs废气被送至冷凝装置进行冷凝处理、换热-吸附处理。值得指出的是，当吸附装置为两个时，则氮气供应机构231可分别为该两个吸附装置进行供气，因此，优选地，氮气供应机构231与第一吸附装置21之间设有第一控制阀(图中未标示)；氮气供应机构231与第二吸附装置22之间设有第二控制阀(图中未标示)，进而实现选择性的为吸附装置进行供气解吸。即当第一吸附装置21处于换热-吸附处理工作状态时，则第一控制阀处于关闭状态，氮气无法进入第一吸附装置21；相反的，此时，第二吸附装置22处脱附处理工作状态，则第二控制阀处于开启状态，氮气进入第二吸附装置22对吸附剂进行再生处理，并将从吸附剂中脱吸出来的VOCs废气(或不凝气)通过真空泵232抽吸至冷凝装置的进口处或本系统的系统进口处；使得解吸后产生的解吸VOCs废气被送至冷凝装置进行冷凝处理、换热-吸附处理。优选地，冷凝装置和第一吸附装置21之间设有第三控制阀(图中未标示)，冷凝装置和第二吸附装置22之间设有第四控制阀(图中未标示)。第一吸附装置21的用于流通氮气的出口端设有第五控制阀(图中未标示)；第二吸附装置22的用于流通氮气的出口端设有第六控制阀(图中未标示)。
在实施例十中，如图1所示，在实施例九的基础上，从冷凝装置出来的不凝气均从吸附罐的底部进入吸附罐，并从吸附罐的上方出该吸附罐；优选地，吸附罐内填充的为活性炭吸附剂。优选地，吸附结构包括两个依次串联的吸附罐，即第一吸附罐211和第二吸附罐212；出冷凝装置的不凝气先进入换热器213后再进入第一吸附罐211，出第一吸附罐211的不凝气先进入换热器213后再进入第二吸附罐212，温度较低的进第一吸附罐211的不凝气对进第二吸附罐212的不凝气进行降温处理，相反，进第二吸附罐212的不凝气对进第一吸附罐211的不凝气进行升温处理；优选地，进第一吸附罐211和进第二吸附罐212的不凝气不会在换热器213内混合，即进相互换热的相邻两个的吸附罐的不凝气均不会在换热器213内混合，其各自在换热器213内进行单独流通。优选地，第一吸附罐211和第二吸附罐212的整体空速为1000～40000h-1，平均气速为0.02～2m/s。且第一吸附罐211和第二吸附罐212的吸附剂装填总量与传统一级吸附床的吸附剂装填量相当；这样既保证了吸附阶段的吸附效率，又不会浪费吸附剂。优选地，吸附罐的工作压力为表压，其压力值为0～40kPa。优选地，真空泵232的工作压力为绝压，其压力值为2～20kPa。优选地，第一吸附罐211的进气温度为-15～0℃，第二吸附罐212的出气温度为-5～5℃，优选使第一吸附罐211的进气温度和第二吸附罐212的出气温度控制在10℃左右。优选地，第一吸附装置21和第二吸附装置22吸附-解吸的切换频率为45～90分钟/次。
在实施例十一中，如图1所示，在实施例八、九和十的基础上，冷凝装置为两个(即第一冷凝装置11和第二冷凝装置12)，且两个冷凝装置于结霜-化霜交替运行。优选地，每一个冷凝装置包括用于VOCs废气流通的至少一个冷凝箱，用于提供结霜的冷量机构(图中未标示)，以及用于化霜的热量机构(图中未标示)；冷量机构和热量机构交替于冷凝箱内运行，对VOCs废气进行结霜-化霜处理。值得指出的是，当冷凝装置只包括一个冷凝箱时，则冷量机构和热量机构分别设置在冷凝箱内；当冷凝装置包括多个(至少为两个)依次串联的冷凝箱时，优选地，每一个冷凝箱分别设有冷量机构和热量机构，且沿着VOCs废气于冷凝装置的流通方向分别为初级冷凝箱111、二级冷凝箱112、……、末级冷凝箱113；且该多个冷凝箱的冷凝温度沿VOCs废气的流通方向依次降低。优选地，当冷凝装置为包括多个冷凝箱时，初级冷凝箱111的制冷温度为0～5℃，而末级冷凝箱113的制冷温度为-50～-100℃。优选地，冷凝装置的工作压力为表压，其压力值为5～50kPa。优选地，在系统入口5与第一冷凝装置11之间设有第七控制阀(图中未标示)，在系统入口5与第二冷凝装置12之间设有第八控制阀(图中未标示)。优选地，第一冷凝装置11的出口端设有第九控制阀(图中未标示)，第二冷凝装置12的出口端设有第十控制阀(图中未标示)。
在实施例十二中，如图1所示，在实施例十一的基础上，冷量机构和热量机构均为第一换热器(图中未标示)；当冷凝箱处于结霜状态时，第一换热器作为冷凝器使用；当冷凝箱处于化霜状态时，第一换热器作为蒸发器使用。当冷凝装置为两个时，包括第一冷凝装置11和第二冷凝装置12；且第一冷凝装置11和第二冷凝装置12均包括相同的冷凝箱时，设于第一冷凝装置11的冷凝箱的第一换热器为第一子换热器131；设于第二冷凝装置12的冷凝箱的第一换热器为第二子换热器132；第一子换热器131和第二子换热器132通过制冷压缩机组133连接；当第一制冷装置处于结霜状态，第二制冷装置处于化霜状态时，第一子换热器131作为蒸发器使用；第二子换热器132作为冷凝器使用；当第一制冷装置处于化霜状态，第二制冷装置处于结霜状态时，第一子换热器131作为冷凝器使用；第二子换热器132作为蒸发器使用。值得指出的是，当冷凝箱为多个时，则第一子换热器131、第二子换热器132沿VOCs废气的流通方向的制冷温度越来越高，而制热温度越来越低。值得指出的是，制冷压缩机内流通的冷媒可以为氟利昂、氨或其它无害的氟氯碳化物等。
在实施例十三中，如图1所示，在实施例十一的基础上，热量换热机构为电加热机构(图中未标示)，优选地，冷凝箱至少包括两个，且多个冷凝箱的制冷温度沿VOCs废气的流通方向依次降低；制冷机构为连通制冷温度低和制冷温度高的管路机构，使得位于制冷温度低的冷凝箱内的部分不凝气回流至制冷温度高的冷凝箱内。如将初级冷凝箱111、二级冷凝箱112、……、末级冷凝箱113的部分不凝气通过管路机构回流至系统入口5；或将后端的一个或多个冷凝箱内的不凝气通过管路机构回流至位于该冷凝箱之前的一个或多个(至少为两个)冷凝箱内。值得指出的是，当回流至某一个冷凝箱的冷量满足该冷凝箱的制冷需要时，则此时该冷凝箱可不设置冷量机构，而只设置热量机构，从而降低本系统的能耗。
在实施例十四中，如图1所示，在实施例八、九、十、十一、十二或十三的基础上，还包括废气回收装置(图中未标示)，废气回收装置与冷凝装置连接；优选地，当冷凝装置包括多个冷凝箱时，则废弃回收装置与每一个冷凝箱连接，且每一个冷凝箱和废弃回收装置之间设有一个第十一控制阀(图中未标示)；优选地，废弃回收装置包括与冷凝装置(即冷凝箱)的底部连通的暂存罐31，以及用于将暂存罐31内的VOCs油液抽走的油泵32，使得VOCs油液通过排液口33进行回收或转入特定设备运输到处理站进行处理。值得指出的是，暂存罐31内的VOCs油液攒到一定量时再通过油泵32进行抽吸。
在实施例十五中，如图1所示，在实施例八、九、十、十一、十二、十三或十四的基础上，还包括用于输送所述VOCs废气于冷凝装置和吸附装置流通的引风机4；引风机4设于冷凝装置的前端，且设置在系统入口5的后端，其工作压力为表压，其压力值为5～50kPa。优选地，还包括用于控制冷凝装置和吸附装置的工作状态的控制系统(图中未标示)，优选地，控制系统可为PLC控制系统或智能终端(图电脑等)，这样，工作人员可根据实际需要来设置冷凝装置和吸附装置的工作状态(如VOCs流量，第一冷凝装置11和第二冷凝装置12交替运行的时间以及延续时间段，第一吸附装置21和第二吸附装置22交替运行的时间以及延续时间段，真空泵232、风机、冷凝装置、吸附装置的运行过程中的压力值)，因此，优选地，控制系统与上述至少一个控制阀(即第一控制阀、第二控制阀、……、第十控制阀、第十一控制阀)连接，以控制控制阀的启闭。
值得指出是，上述实施例的经过尾气排放口6排放的非甲烷总烃浓度在正常工况下应优选小于120mg/m3，该量的控制可通过本系统设计研发过程中的性能测试来相应调整本系统的相关装置的参数设计，这里就不一一赘述了。
示例性的，如图1所示，本系统包括第一冷凝装置11和第二冷凝装置12，第一吸附装置21和第二吸附装置22，且每一个吸附装置为两阶段吸附，即每一个吸附装置包括两个吸附罐，且设有解吸结构。其中，表格中的“吸附段入口”为第一吸附罐211的底部(即第一吸附罐211的进气温度)，“吸附段出口”为第二吸附罐212的顶部(即第二吸附罐212的出气温度)。通过本系统分别对不同VOCs废气(混合芳烃、汽油油气)、同一种VOCs废气不同浓度进行处理，其结果见表1。由表1可知，本系统对不同种类的VOCs废气的处理效果良好，均低于80mg/m3的地方标准，更不用说国家标准120mg/Nm3。且本系统对不同种类的VOCs废气的回收率均高于99.9％，处理效率高效且安全；且尤其对低浓度的混合芳烃的处理效果更好。
表1本系统对VOCs废气的处理结果表
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种VOCs回收工艺，其特征在于，包括步骤：
S100，冷凝回收：通过对VOCs废气进行冷凝处理，回收部分VOCs废气；
S200，换热-吸附：对步骤S100中产生的不凝气依次进行多阶段吸附处理；且将进行至少一对相邻的两个阶段吸附的不凝气进行换热处理，使得进入前一阶段吸附的不凝气与进入后一阶段吸附的不凝气得以换热。
2.根据权利要求1所述的VOCs回收工艺，其特征在于：
步骤S100为多级冷凝回收，且冷凝温度沿所述VOCs废气的流动方向依次降低。
3.根据权利要求2所述的VOCs回收工艺，其特征在于：
步骤S100的初级冷凝温度为0～5℃；
和/或，
步骤S100的末级冷凝温度为-50～-100℃。
4.根据权利要求1所述的VOCs回收工艺，其特征在于：
步骤S200的多阶段吸附为两阶段吸附，包括初级吸附和二级吸附，换热处理后的不凝气进行所述初级吸附，再进行换热处理后进行所述二级吸附。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的VOCs回收工艺，其特征在于：
S300，回收冷量：将步骤S100产生的部分不凝气的冷量进行回收；
和/或，
S400，再生-回收：对步骤S200的多阶段吸附进行再生处理，使得脱吸后的不凝气进入步骤S100进行再处理；
和/或，
S500，热回收处理：对步骤S100冷凝回收到的部分VOCs废气进行加热并回收利用或送至处理站处理。
6.一种VOCs回收系统，其特征在于，包括：
冷凝装置和吸附装置；
所述冷凝装置与所述吸附装置串联，使得VOCs废气依次流经所述冷凝装置与所述吸附装置被处理后排放；
所述吸附装置包括吸附结构，所述吸附结构包括至少两个依次串联的吸附罐；
至少一对相邻的两个吸附罐之间设有换热器，使得进入前一个吸附罐的不凝气与进入后一个吸附罐的不凝气于所述换热器得以换热。
7.根据权利要求6所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述吸附罐的空速为1000～4000h-1，平均气速为0.02～2m/s；
和/或，
所述吸附罐的工作压力为表压，其压力值为0～40kPa。
8.根据权利要求6所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述吸附装置为两个，且两个所述吸附装置于吸附-解吸交替运行。
9.根据权利要求7所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述吸附装置还包括解吸结构，所述解吸结构包括氮气供应机构和真空泵；
所述真空泵将氮气沿所述VOCs废气于所述吸附结构的流通方向的相反方向对所述吸附罐进行再生处理，使得解吸后产生的解吸VOCs废气被送至所述冷凝装置进行冷凝处理。
10.根据权利要求6所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述冷凝装置为两个，且所述两个冷凝装置于结霜-化霜交替运行。
11.根据权利要求10所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述冷凝装置包括用于所述VOCs废气流通的至少一个冷凝箱，用于提供结霜的冷量机构，以及用于化霜的热量机构；
所述冷量机构和所述热量机构交替于所述冷凝箱内运行，对所述VOCs废气进行结霜-化霜交替处理。
12.根据权利要求11所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述冷量机构和所述热量机构均为第一换热器；
当所述冷凝箱处于结霜状态时，所述第一换热器作为冷凝器使用；
当所述冷凝箱处于化霜状态时，所述第一换热器作为蒸发器使用。
13.根据权利要求12所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述两个冷凝装置包括并联的第一冷凝装置和第二冷凝装置；
设于所述第一冷凝装置的冷凝箱的第一换热器为第一子换热器；
设于所述第二冷凝装置的冷凝箱的第一换热器为第二子换热器；
所述第一子换热器和所述第二子换热器通过制冷压缩机组连接；
当所述第一冷凝装置的冷凝箱处于结霜状态，所述第二冷凝装置的冷凝箱处于化霜状态时，所述第一子换热器作为蒸发器使用；所述第二子换热器作为冷凝器使用；
当所述第一冷凝装置的冷凝箱处于化霜状态，所述第二冷凝装置的冷凝箱处于结霜状态时，所述第一子换热器作为冷凝器使用；所述第二子换热器作为蒸发器使用。
14.根据权利要求11所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述冷凝箱至少包括两个，且多个所述冷凝箱的制冷温度沿所述VOCs废气的流通方向依次降低；
所述冷量机构为连通制冷温度低和制冷温度高的管路机构，使得位于制冷温度低的所述冷凝箱内的部分不凝气回流至制冷温度高的所述冷凝箱内；
和/或，
所述热量机构为电加热机构。
15.根据权利要求6-14任意一项所述的VOCs回收系统，其特征在于：
所述冷凝装置包括至少依次串联的两级冷凝结构，且所述冷凝结构的冷凝温度沿所述VOCs废气于所述冷凝装置的流通方向依次降低；
和/或，
所述冷凝装置的工作压力为表压，其压力值为5～50kPa；
和/或，
还包括用于控制所述冷凝装置和所述吸附装置的工作状态的控制系统；
和/或，
还包括废气回收装置，所述废气回收装置与所述冷凝装置连接；
和/或，
还包括用于输送所述VOCs废气于所述冷凝装置和所述吸附装置流通的引风机；
和/或，
还包括用于输送所述VOCs废气于所述冷凝装置和所述吸附装置流通的引风机；所述引风机设于所述冷凝装置的前端，其工作压力为表压，其压力值为5～50kPa。
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