CN108744889B - 一种吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，包括下述步骤：VOCs废气在第一吸收塔内进行常温常压吸收，不达标气体从塔顶采出通入转轮浓缩或其它吸附系统中，净化后的气体直接达标排放，不达标气体中残留的VOCs经吸附‑脱附浓缩后排出含VOCs的浓缩气体通入第二吸收塔，在第二吸收塔吸收净化后的气体达标排放，第一吸收塔的第一吸收剂富液和第二吸收塔的第二吸收剂富液合并后，经过与解吸塔塔釜采出的再生贫液进行换热，然后过热后通入解吸塔，在塔内进行汽提再生。本发明适合低、中、高浓度的废气，对VOCs浓度在5000mg/m3以下的废气处理效果显著。

Description

一种吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法。
背景技术
含挥发性有机物(VOCs)的工业废气是大气污染的主要源头之一。当下VOCs治理末端控制的方法主要有吸附-再生法，吸收解吸分离法与氧化破坏法三类。目前吸附法广泛以活性炭为吸附剂，当吸附达到VOCs饱和后，活性炭需采用热风、蒸汽或变压的方法进行脱附。脱附后含VOCs的蒸汽或热风再进行其它精馏、萃取或渗透汽化操作，使VOCs得以回收利用。吸附法具有净化达标率高的特点，但吸附剂对于粉尘、焦油、高沸点有机物、相对湿度等较为敏感，其能否长周期使用成为工程设计和实用的主要矛盾和问题，同时运行和维护费用较大。氧化破坏法根据破坏方式不同，又可分为TO直接燃烧、RTO蓄热燃烧、RCO催化燃烧以及ACP大气压辉光等离子体等。该工艺具有能耗低、运行安全稳定特点，但投资费用较高，且由于是破坏处理方式，最终使VOCs转换成二氧化碳排放，在低碳经济的大背景下，不能成为绿色可持续发展的最好技术选择。
相对以上两种方法而言，吸收法具有投资少、运行费用低等特点，但净化率与所选工艺路线、吸收剂类型与配方密切相关。单一的吸收工艺，对于复杂VOCs体系，处理效果无法达到最佳，需要进行优化组合才能满足VOCs资源化利用与环保排放达标的双重目标。另外，在吸收剂的选择方面，吸收剂选取不当，会导致净化效率低、吸收剂用量大、吸收剂损耗大、吸收后VOCs水含量大、再生能耗高等系列问题，严重影响吸收法的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，能够解决传统吸收法吸收效率低、吸收剂用量大、空气中水含量干扰、再生能耗高、吸收剂选择性等问题，尤其处理VOCs浓度在5000mg/m3以下的废气效果显著，处理后浓度降至50mg/m3以下达标排放，VOCs回收率不小于99％。
本发明的吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，包括下述步骤：
将VOCs废气输送到第一吸收塔，在第一吸收塔内进行常温常压吸收，富含VOCs的第一吸收剂富液从塔釜采出，含VOCs的不达标气体从塔顶采出；
从第一吸收塔的塔顶采出的不达标气体通入转轮浓缩系统中，不达标气体中残留的VOCs经吸附-脱附浓缩后自脱附区排出富含VOCs的浓缩气体，在吸附区净化后的气体直接达标排放；
自转轮浓缩系统的脱附区排出的富含VOCs的浓缩气体通入第二吸收塔，在第二吸收塔进行低温吸收，富含VOCs的第二吸收剂富液从塔釜采出，吸收净化后的气体从第二吸收塔的塔顶采出并达标排放；
第一吸收塔的第一吸收剂富液和第二吸收塔的第二吸收剂富液合并后，经过与解吸塔塔釜采出的再生后吸收剂贫液进行换热，再经加热进一步升温后，然后通入解吸塔，在塔内进行汽提再生，解吸塔塔釜采出的再生后吸收剂贫液，与待进入解吸塔的第一吸收剂富液和第二吸收剂富液的合并液进行换热，经冷却器进一步降温后，分别返回第一吸收塔和第二吸收塔内循环利用，含VOCs的水蒸气从解吸塔塔顶采出。
其中，所述第一吸收塔的VOCs回收率为80％。
其中，所述转轮浓缩系统内，用于脱附的空气用量为被吸附气体量的10～20v％，温度为100-200℃。
其中，所述第二吸收塔的操作温度为-30～10℃。
其中，所述解吸塔的操作温度为100～180℃，操作压力为负压，优选为10～80kPa。
其中，所述第一吸收剂富液和第二吸收剂富液的合并液与解吸塔的再生贫液进行换热后，再生贫液的80％以上的热量被回收。
其中，所述解吸塔塔顶采出的含VOCs的水蒸气经冷凝和分相器分相，分离出VOCs相和水相分别进入VOCs储罐和水相储罐，VOCs储罐中的VOCs相一部分以适当比例回流至解吸塔，一部分送入VOCs收集罐进行后续工艺的处理。
本发明还提供了一种吸收与吸附相结合的VOCs废气处理系统，包括第一吸收塔、转轮浓缩系统、第二吸收塔和解吸塔；所述第一吸收塔塔顶通过管道与转轮浓缩系统的吸附区的进气管道连接，吸附区的出气管道与外界连通；所述转轮浓缩系统的脱附区通过管道与第二吸收塔的进料口连接，所述第二吸收塔塔顶与外界连通；所述第一吸收塔的塔釜出料管道和第二吸收塔的塔釜出料管道合并后，经过换热器的一条换热管路，然后与所述解吸塔的进料口连接；所述解吸塔的塔釜出料管道经过所述换热器的另一条换热管路，然后分别与所述第一吸收塔和第二吸收塔的塔顶连接。
其中，所述解吸塔的塔顶通过管道与分相器的进料口连接，所述分相器的两个分相出口分别与VOCs储罐和水相储罐连接，所述VOCs储罐通过管道与解吸塔的塔顶连接。
本发明所提供的吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法和系统，通过两个吸收塔和转轮浓缩系统的设计，第二吸收塔小型化和低温操作得以实现，使得废气中VOCs的回收率有效提高，能够适用于低、中、高浓度废气的有效处理，尤其对于VOCs废气中含有高沸点有机物、小分子树脂等工况，浓度在5000mg/m3以下的废气效果显著，VOCs回收率不小于99％，还能够降低能耗、回收热量、并解决吸收剂在长期高温加热状况下会降解的问题，提高吸收剂解吸效率和循环利用率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图对本发明进行详细描述。
以某制药企业排放的尾气为例，气量16000m3/h，尾气排放中主要含苯乙烯、甲苯，甲醇，乙醇等VOCs，总含量4000mg/m3，需要将各组份降至40mg/m3以下达标排放。
将车间收集的VOCs废气输送到第一吸收塔1底部，吸收剂从塔顶进入，第一吸收塔1为常温常压条件，吸收剂与废气逆流接触，VOCs溶解在吸收剂中，得到富含苯乙烯、甲苯、甲醇、乙醇等VOCs的第一吸收剂富液从塔釜采出，经过吸收处理后VOCs含量为800mg/m3的不达标气体从第一吸收塔1的塔顶采出，第一吸收塔1的VOCs回收率为80％以上，能够保证后面通入转轮浓缩系统的废气中没有高沸点有机物，以防止堵塞吸附剂(沸石)，脱附能耗高等现象。
从第一吸收塔1的塔顶采出的不达标气体通入转轮浓缩系统2中，在吸附区21，沸石、分子筛等吸附剂将其中残留的VOCs吸附，净化后的气体直接达标排放。吸附有残留VOCs的吸附剂经转轮转至脱附区23，在此区域，VOCs被100-200℃的热空气进行脱附，排出富含VOCs的浓缩气体，此区域VOCs浓度为转轮进气浓度的5～10倍，脱附气体采用空气，空气用量为被吸附气体量的10～20v％。转轮旋转至冷却区22，空气进入此区间使吸附剂降温至常温，然后在进入脱附区23前被加热至100-200℃以满足脱附的需要。转轮在三个区域往复循环，完成对残留VOCs的浓缩和不达标气体的净化。
自转轮浓缩系统2的脱附区23排出的富含VOCs的浓缩气体降温后被通入第二吸收塔3底部，吸收剂从塔顶进入，第二吸收塔3为低温条件操作，温度为-30～10℃，吸收剂与废气逆流接触，VOCs溶解在吸收剂中，得到富含苯乙烯、甲苯、甲醇、乙醇等VOCs的第二吸收剂富液从塔釜采出，吸收净化后的气体从第二吸收塔3的塔顶采出并达标排放。由于第二吸收塔3处理对象为浓缩后的小气量气体，所以第二吸收塔3的设备投资能够小型化设置并有效降低能耗，有利于低温回收常温常压下不易吸收的VOCs，避免常温吸收存在的再次稀释问题，还能够为解吸塔4的解吸提供经济可行性和技术优势：一方面实现与解吸塔4的热量耦合，再一方面避免吸收剂的高温持续降解问题，还一方面提高解吸塔4的解析效率。
第一吸收塔1的第一吸收剂富液和第二吸收塔3的第二吸收剂富液合并后，经过与解吸塔4塔釜采出的再生后吸收剂贫液进行换热，再过热后通入解吸塔4塔顶，温度为120～180℃，解吸塔4塔釜通入120～180℃的过热蒸汽，解吸塔4为负压操作，压力在10～80kPa，在塔内进行汽提再生。解吸塔4塔釜采出再生后吸收剂贫液，与待进入解吸塔4的第一吸收剂富液和第二吸收剂富液的合并液进行换热，回收80％以上的热量，再经过冷却水降温后，分别返回第一吸收塔1和第二吸收塔3内循环利用。再生贫液返回两个吸收塔的量可以根据两塔的操作条件和吸收要求计算得出。上述换热过程可在换热器5中进行。含VOCs的水蒸气从解吸塔4塔顶采出，经冷凝和分相器6分相，分别分离出VOCs相和水相分别进入VOCs储罐7和水相储罐8，VOCs储罐7中的VOCs相一部分以适当比例回流至解吸塔4，一部分送入VOCs收集罐进行后续工艺的处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，包括下述步骤：
将VOCs废气输送到第一吸收塔（1），在第一吸收塔（1）内进行常温常压吸收，富含VOCs的第一吸收剂富液从塔釜采出，富含VOCs的不达标气体从塔顶采出；
从第一吸收塔（1）的塔顶采出的不达标气体通入转轮浓缩系统（2）中，不达标气体中残留的VOCs经吸附-脱附浓缩后自脱附区（23）排出富含VOCs的浓缩气体，在吸附区（21）净化后的气体直接达标排放；
自转轮浓缩系统（2）的脱附区（23）排出的富含VOCs的浓缩气体通入第二吸收塔（3），在第二吸收塔（3）进行低温吸收，富含VOCs的第二吸收剂富液从塔釜采出，吸收净化后的气体从第二吸收塔（3）的塔顶采出并达标排放；所述第二吸收塔（3）的操作温度为-30∼10℃；
第一吸收塔（1）的第一吸收剂富液和第二吸收塔（3）的第二吸收剂富液合并后，经过与解吸塔（4）塔釜采出的再生后吸收剂贫液进行换热，再经加热后，然后通入解吸塔（4），在塔内进行汽提再生，解吸塔（4）塔釜采出的再生后吸收剂贫液，与待进入解吸塔（4）的第一吸收剂富液和第二吸收剂富液的合并液进行换热，再经冷却后，分别返回第一吸收塔（1）和第二吸收塔（3）内循环利用，含VOCs的水蒸气从解吸塔（4）塔顶采出。
2.根据权利要求1所述的吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述第一吸收塔（1）的VOCs回收率为80%。
3.根据权利要求1所述的吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述转轮浓缩系统（2）内，用于脱附的空气用量为被吸附气体量的10∼20v%，温度为100-200℃。
4.根据权利要求1所述的吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述解吸塔（4）的操作温度为120∼180℃，操作压力为负压，优选为10∼80 kPa。
5.根据权利要求1所述的吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述第一吸收剂富液和第二吸收剂富液的合并液与解吸塔（4）的再生贫液进行换热后，再生贫液的80%以上的热量被回收。
6.根据权利要求1所述的吸收与吸附相结合的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述解吸塔（4）塔顶采出的含VOCs的水蒸气经冷凝降温和分相器（6）分相，分离出VOCs相和水相分别进入VOCs储罐（7）和水相储罐（8），VOCs储罐（7）中的VOCs相一部分以适当比例回流至解吸塔（4），一部分送入VOCs收集罐进行后续工艺的处理。
7.一种吸收与吸附相结合的VOCs废气处理系统，包括第一吸收塔（1）、转轮浓缩系统（2）、第二吸收塔（3）和解吸塔（4）；所述第一吸收塔（1）塔顶通过管道与转轮浓缩系统（2）的吸附区（21）的进气管道连接，吸附区（21）的出气管道与外界连通；所述转轮浓缩系统（2）的脱附区（23）通过管道与第二吸收塔（3）的进料口连接，所述第二吸收塔（3）塔顶与外界连通；所述第一吸收塔（1）的塔釜出料管道和第二吸收塔（3）的塔釜出料管道合并后，经过换热器（5）的一条换热管路，然后与所述解吸塔（4）的进料口连接；所述解吸塔（4）的塔釜出料管道经过所述换热器（5）的另一条换热管路，然后分别与所述第一吸收塔（1）和第二吸收塔（3）的塔顶连接。
8.根据权利要求7所述的吸收与吸附相结合的VOCs废气处理系统，其特征在于，所述解吸塔（4）的塔顶通过管道与分相器（6）的进料口连接，所述分相器（6）的两个分相出口分别与VOCs储罐（7）和水相储罐（8）连接，所述VOCs储罐（7）通过管道与解吸塔（4）的塔顶连接。
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