CN110124443A - 一种有机废气回收再利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种有机废气回收再利用装置，包括依次连接的吸附风机、除尘过滤器、第一换热器、吸附解吸装置、制氮机组、低温储液罐，所述第一换热器还连接有无油空压机，所述无油空压机连接有第二换热器，所述低温储液罐及第一制冷机组分别与所述第二换热器连接，所述吸附解吸装置内设置有若干个吸附解析腔体，所述吸附解析腔体的两侧设置有电加热板。一种有机废气回收再利用方法，包括吸附前脱水、低温吸附、在保护气下蓄热解吸、加压冷凝回收再利用及主动冷却吸附塔。本发明有机废气回收再利用装置及方法降低了废气回收再利用装置的成本和能耗，同时提高了废气回收再利用的效率。

Description

一种有机废气回收再利用装置及方法

技术领域

本发明涉及废气回收技术领域，特别是涉及一种有机废气回收再利用装置及方法。

背景技术

现代工业生产过程中，会有各种各样的有机废气(VOCs)产生，如果不进行无害化处理或回收再利用而直接排放到大气中，势必对环境造成不同程度的污染，加重空气中雾霾的形成，严重威胁人类健康。此外，有的有机废气的排放，还会对大气臭氧层造成损害，直接威胁地球生物环境安全；有的有机废气属于温室气体，大量排放也会导致地球表面温度上升；还有很多有机废气是有毒气体，直接排放威胁人类健康。因此，加强有机废气的无害化处理或回收再利用，对于人类生存环境的可持续发展，至关重要。

现有的有机废气处理方法有冷凝回收法、物理吸收法、直接燃烧法、膜分离法及常规吸附解吸法。冷凝吸附法、物理吸收法和膜分离法的投资成本高，运行过程中能耗大；直接燃烧法不能回收有价值的有机蒸汽，没有经济效益，且只能局限于易于燃烧的高浓度油气等，适应范围有限；常规吸附解吸法对于高沸点、分子极性大或者水中溶解度高的有机废气，利用水蒸气脱附，效果很差，如一些醇类或卤代烃类有机废气等；利用真空脱附，由于脱附是一个吸热过程，而且活性炭和分子筛传热效率低，不能快速补充热能，因此脱附效果也很差，只能适用于极少部分的有机废气脱附，而且由于脱附不彻底，显著缩短吸附剂的有效寿命；利用热空气(氮气)循环加热，加热效率低，且脱附出来的有机废气由于浓度低，很难通过冷凝法进行高效回收再利用，否则必须通过多级冷凝法采用极低的冷凝温度方可获得一定的回收效率；利用催化燃烧法燃烧脱附出来的有机废气，虽然可以回收热能，实现环保达标排放，但催化燃烧所用的催化剂需在高温条件下运行，容易中毒，技术不是十分成熟，对于高经济价值的有机废气，不能回收再利用，也是一种浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机废气回收再利用装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低废气回收再利用装置的成本和能耗，同时提高废气回收再利用的效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种有机废气回收再利用装置，包括依次连接的吸附风机、除尘过滤器、第一换热器、吸附解吸装置、制氮机组、低温储液罐，所述第一换热器还连接有无油空压机，所述无油空压机连接有第二换热器，所述低温储液罐及第一制冷机组分别与所述第二换热器连接，所述吸附解吸装置内设置有若干个吸附解析腔体，所述吸附解析腔体的两侧设置有电加热板，所述电加热板内设置有温度传感器、电加热元件和管道，所述吸附解吸装置的进气管道和出气管道上分别设置有一个有机气体分析仪，所述电加热板与热交换装置连接，所述热交换装置与第二制冷机组连接，所述第二制冷机组与所述低温储液罐连接，所述吸附风机、所述温度传感器、所述制氮机组、所述第一制冷机组、所述第二制冷机组所述吸附解吸装置、所述有机气体分析仪、所述低温储液罐及配电单元分别与可编程控制器电连接。

优选地，所述第一制冷机组与所述第二换热器之间设置有第一变频水泵，所述低温储液罐与所述第二制冷机组之间设置有第二变频水泵，所述热交换装置与所述第二制冷机组之间设置有第三变频水泵。

优选地，所述第一变频水泵、所述第二变频水泵、所述第三变频水泵分别与所述可编程控制器电连接。

优选地，所述第一换热器还与所述热交换装置和所述第二制冷机组之间的连接管道连通。

优选地，所述吸附解吸装置为两个，两个所述吸附解吸装置并联，一个所述有机气体分析仪分别与两个所述吸附解吸装置的进气管道相连接，另一个所述有机气体分析仪分别与两个所述吸附解吸装置的出气管道相连接。

优选地，所述电热板与所述热交换装置之间还设置有高温油泵。

本发明还提供一种有机废气回收再利用方法，包括以下步骤：

(1)吸附前脱水：依据不同种类有机废气的沸点、水中溶解度、化学稳定性和极性等理化性质，排放尾气的温湿度及有机废气浓度确定是否需要采用吸附前低温脱水工艺以及确定合适的低温脱水温度(-20℃-+10℃)；

(2)低温吸附：通过吸附前脱水和降低尾气温度，结合对吸附解吸装置的降温控温(-20℃-+10℃)，控制并实现合适的低温吸附温度，提高吸附效率；

(3)在保护气下蓄热解吸：利用制氮机组产生的氮气置换吸附解吸装置内部的空气后，对吸附解吸装置加热(100-260℃)，当吸附材料升温至设定温度后进行解吸回收；

(4)加压冷凝回收再利用：开启无油空压机，将吸附解吸装置内经浓缩的高温有机废气抽出，经第一换热器降温并进一步脱水后，再通过无油空压机加压(0.3-2MPa)并送入第二换热器冷凝(-60℃-+10℃)以实现加压冷凝回收。冷凝后的有机液体送入低温储液罐储存供再利用，经减压后的低温干燥气体送至吸附塔作为解吸吹扫气进行再利用；如此循环，直至吸附塔抽出气体中有机废气浓度等于该有机废气可加压冷凝的最低浓度后，结束解吸加压冷凝回收再利用流程；

(5)主动冷却吸附塔，开启制冷机组，将低温导热油引入电加热板内循环并实现对吸附解吸装置的主动强制冷却降温。

优选地，在步骤(4)中，如果系统内气压降至设定值，则通过开启制氮机组自动补充氮气。

本发明有机废气回收再利用装置及方法相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明有机废气回收再利用装置及方法降低了废气回收再利用装置的成本和能耗，同时提高了废气回收再利用的效率。本发明有机废气回收再利用装置及方法适用范围广，根据不同的有机废气及回收后的纯度要求，可以采用活性炭或分子筛；不仅适合高浓度，而且还特别适用于中低浓度高风量有机废气的回收再利用，同时也能解决高沸点或带有较强极性的难于通过水蒸汽脱附的有机废气的回收再利用问题；整套装置不需要高温高压水蒸气进行脱附，高效安全。有机废气实时浓度监测，实时记录有机废气吸附量、排放浓度和吸附饱和时间。低温脱水低温吸附，显著提高有机废气吸附、解吸效率，降低解吸能耗。氮气保护状态下高温蓄热解吸，能够充分解吸高沸点或强极性有机废气，降低解吸能耗，同时保护吸附剂被氧化。加压冷凝回收再利用，显著降低有机废气冷凝回收温度，提高回收能力和效率，降低制冷机组投资成本，而且还能保证活性炭或分子筛解吸活化彻底，延长活性炭或分子筛有效使用寿命。本发明有机废气回收再利用装置自动化程度高，运行成本更低。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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它的附图。

图1为本发明有机废气回收再利用装置的结构示意图；

图2为本发明有机废气回收再利用装置中吸附解吸装置的侧视图；

图3为本发明有机废气回收再利用装置中吸附解吸装置的正视图；

图4为本发明有机废气回收再利用装置中电加热板的正视图；

其中，1、可编程控制器；2、吸附风机；3、除尘过滤器；4、第一阀门；5、第一换热器；6、第二阀门；7、无油空压机；8、第二换热器；9、第一变频水泵；10、第一制冷机组；11、低温储液罐；12、第三阀门；13、第四阀门；14、第一有机气体分析仪；15、第一吸附解吸装置；16、第二吸附解吸装置；17、第五阀门；18、第二变频水泵；19、第六阀门；20、第七阀门；21、第八阀门；22、第九阀门；23、第十阀门；24、制氮机组；25、高温油泵；26、第十一阀门；27、热交换装置；28、第三变频水泵；29、第二制冷机组；30、第二有机气体分析仪；31、壳体；32、吸附解吸腔体；33、电加热板；34、导气口；35、电加热板主体；36、温度传感器；37、接线柱；38、导油口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种有机废气回收再利用装置及方法，以解决现有技术存在的问题，降低废气回收再利用装置的成本和能耗，同时提高废气回收再利用的效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，本实施例有机废气回收再利用装置包括用管道从有机废气源与吸附风机2相连，并通过管道相继与除尘过滤器3、第一阀门4、第一换热器5、第三阀门12、第四阀门13、第一吸附解吸装置15、第二吸附解吸装置16、第六阀门19、第八阀门21、第十一阀门26相连，从而实现有机废气的吸附并将达标废气通过管道高空排放。

第二制冷机组29通过旁管道、阀门和第三变频水泵28同第一换热器5连接，实现对有机废气的低温脱水和解吸回收有机废气的降温脱水；通过旁管道、阀门和第三变频水泵28同导热油换热装置27相连，进一步通过高温油泵25、管道和阀门同吸附解吸装置中的各电加热板内的不锈钢管连通，实现对吸附解吸装置的制冷和强制降温；通过旁路管道、阀门和第二变频水泵18同有机气体液体储存罐11连接，使其在回收过程中保持低温状态。

第一制冷机组10通过管道、阀门和第一变频水泵9与第二换热器8相连，使第二换热器在有机废气加压冷凝回收期间保持低温。无油空压机7利用管道和第二阀门6分别与第一换热器5和第二换热器8相连，进一步通过管道、阀门与有机气体液体储存罐11相连，实现有机废气加压冷凝回收，并收集储存于有机气体液体储存罐11中，供有机气体的再利用。

第一吸附解吸装置15和第二吸附解吸装置16均包括一个或多个并联的吸附解析腔体32、吸附解析腔体32两侧配置的电加热板33以及包裹在外面的壳体31，构成了吸附解吸装置，用作盛装吸附材料如活性炭或分子筛以对有机废气进行吸附回收和解吸再利用。吸附解析腔体32为长方形不锈钢腔体结构，内部腔壁涂有高温红外线辐射增强材料，底部有网眼状隔板，用于支撑活性炭或分子筛；腔体底部配有通风腔、通风管道；腔体顶部配有通风腔、通风管道和调节阀门，同时还设置了换装吸附材料的密封换装口及温度传感器36安装孔。单个吸附解析腔体32两侧配置有电加热板33，对不锈钢腔体进行加热。多个吸附解析腔体32并联组成一组吸附解吸装置，通常两组装置并联分时使用，吸附解吸装置上还设置有导气口34、导油口38和接线柱37。

吸附解析腔体32两侧配置有电加热板，可以为铸铝电加热板或铸铜电加热板，其内部预埋有电加热元件、温度传感器36和不锈钢管，电加热元件用于升温，温度传感器用于电加热板温度控制，不锈钢管用于传热介质流通以强制降温。

第一有机气体分析仪14和第二有机气体分析仪30分别通过管道和阀门与吸附解吸装置的进气管道和尾气排放管道相连接，实时监测进入和排除吸附回收装置的有机废气的浓度。第一有机气体分析仪14和第二有机气体分析仪30均为在线式有机气体分析仪。

制氮机组24通过管道、第十阀门23和第五阀门17与有机液体储存罐11连接，必要时向其增压，以便其中存储的有机液体排除罐外，供再利用；制氮机组24还通过管道、阀门第十阀门23、第九阀门22和第七阀门20同第一吸附解吸装置15和第二吸附解吸装置16分别连接，在解吸流程开始前，向需要解吸的吸附解吸装置充入氮气，并置换其中的空气，同时使置换出来的空气进入另外一个吸附解吸装置后排空；在解吸过程中的加压冷凝回收时，根据需要向正在解吸的吸附解吸装置补充氮气，避免造成负压。

可编程控制器采用西门子PLC控制模块，包括主控模块CPU1214C，数字量采集模块SM1221，数字量输出模块SM1222，模拟量采集模块SM1231和模拟量控制模块SM1232等，并通过西门子博图下位控制软件对PLC系统进行编程控制，利用SIMATIC WinCC编程对下位程序进行干预控制和数据管理与显示，从而实现与配电单元、气动或电动阀门、吸附风机、温度、湿度和压力变送器、制氮机组、制冷机组、变频水泵、变频导热油泵、吸附解吸装置的加热组件、在线式有机气体分析仪和低温储液罐的电动调节球阀等联接和双向通讯，并通过继电器及接触器等执行机构实现成套设备的自动控制运行和数据管理。

本实施例还提供一种基于上述有机废气回收再利用装置的有机气体回收再利用方法，包括以下步骤：

(1)开启可编程控制器，选择其中一组吸附解吸装置，开启制冷机组和变频水泵等，对换热器和吸附解吸装置降温；开启吸附风机，将有机废气经过滤器过滤后送至换热器(-20℃-+10℃)进行低温脱出有机废气中的大部分水蒸汽；进一步将脱水后的干燥低温有机废气送至一组解吸装置(温度控制在-20℃-+10℃)进行低温吸附，吸附过程中在线监测吸附前后有机废气的温湿度和浓度变化，经吸附后的废气直接排放，且确保有机废气排放浓度低于国家标准；

(2)当有机气体分析仪显示吸附解吸装置内的吸附材料吸附饱和后，关闭吸附流程中的相关阀门，向吸附解吸装置内充入氮气，充分置换其中的空气，将排出的废气通过另一组吸附解吸装置吸附其中可能存在的有机废气后直接排放。

(3)结束充入氮气，关闭相关阀门，开启吸附解吸装置中的电加热装置，对吸附解吸装置内的活性炭或分子筛进行加热，电加热板33温度控制在100-260℃，当活性炭或分子筛温度升温至设定温度时，开始解吸回收再利用流程。

(4)打开或关闭相关阀门，开启无油空压机7，将吸附解吸装置内经浓缩的高温有机废气抽出，经第一换热器5降温并进一步脱水后，再通过无油空压机加压(0.3-2MPa)并送入第二换热器8冷凝(-60℃-+10℃)以实现加压冷凝回收。冷凝后的有机液体送入低温储液罐11储存供再利用，经减压后的低温干燥气体送至吸附塔作为解吸吹扫气进行再利用。在此过程中，如果系统内气压降至设定值，则通过制氮机组24自动补充氮气。如此循环，直至吸附解吸塔内抽出的气体中有机废气浓度等于该有机废气可加压冷凝的最低浓度后，结束解吸加压冷凝回收流程。

(5)开启相关制冷系统，将低温导热油引入电加热板33内循环并实现对吸附解吸装置的主动强制冷却降温。当吸附装置内吸附材料温度降至设定温度后，可以进入下一个操作流程或等待状态。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“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。此外，术语“第一”、“笫二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种有机废气回收再利用装置，其特征在于：包括依次连接的吸附风机、除尘过滤器、第一换热器、吸附解吸装置、制氮机组、低温储液罐，所述第一换热器还连接有无油空压机，所述无油空压机连接有第二换热器，所述低温储液罐及第一制冷机组分别与所述第二换热器连接，所述吸附解吸装置内设置有若干个吸附解析腔体，所述吸附解析腔体的两侧设置有电加热板，所述电加热板内设置有温度传感器、电加热元件和管道，所述吸附解吸装置的进气管道和出气管道上分别设置有一个有机气体分析仪，所述电加热板与热交换装置连接，所述热交换装置与第二制冷机组连接，所述第二制冷机组与所述低温储液罐连接，所述吸附风机、所述温度传感器、所述制氮机组、所述第一制冷机组、所述第二制冷机组、所述吸附解吸装置、所述有机气体分析仪、所述低温储液罐及配电单元分别与可编程控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的有机废气回收再利用装置，其特征在于：所述第一制冷机组与所述第二换热器之间设置有第一变频水泵，所述低温储液罐与所述第二制冷机组之间设置有第二变频水泵，所述热交换装置与所述第二制冷机组之间设置有第三变频水泵。

3.根据权利要求1所述的有机废气回收再利用装置，其特征在于：所述第一变频水泵、所述第二变频水泵、所述第三变频水泵分别与所述可编程控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的有机废气回收再利用装置，其特征在于：所述第一换热器还与所述热交换装置和所述第二制冷机组之间的连接管道连通。

5.根据权利要求1所述的有机废气回收再利用装置，其特征在于：所述吸附解吸装置为两个，两个所述吸附解吸装置并联，一个所述有机气体分析仪分别与两个所述吸附解吸装置的进气管道相连接，另一个所述有机气体分析仪分别与两个所述吸附解吸装置的出气管道相连接。

6.根据权利要求1所述的有机废气回收再利用装置，其特征在于：所述电加热板与所述热交换装置之间还设置有高温油泵。

7.一种有机废气回收再利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)吸附前脱水：依据不同种类有机废气的沸点、水中溶解度、化学稳定性和极性等理化性质，排放尾气的温湿度及有机废气浓度确定是否需要采用吸附前低温脱水工艺以及确定合适的低温脱水温度(-20℃-+10℃)；

(2)低温吸附：通过吸附前脱水和降低尾气温度，结合对吸附解吸装置的降温控温(-20℃-+10℃)，控制并实现合适的低温吸附温度，提高吸附效率；

(3)在保护气下蓄热解吸：利用制氮机组产生的氮气置换吸附解吸装置内部的空气后，对吸附解吸装置加热(100-260℃)，当吸附材料升温至设定温度后进行解吸回收；

(4)加压冷凝回收再利用：开启无油空压机，将吸附解吸装置内经浓缩的高温有机废气抽出，经第一个低温换热器降温并进一步脱水后，再通过无油空压机加压(0.3-2MPa)并送入第二个耐压低温换热器冷凝(-60℃-+10℃)以实现加压冷凝回收；冷凝后的有机液体送入低温储液罐储存供再利用，经减压后的低温干燥气体送至吸附塔作为解吸吹扫气进行再利用；如此循环，直至吸附塔抽出气体中有机废气浓度等于该有机废气可加压冷凝的最低浓度后，结束解吸加压冷凝回收再利用流程；

(5)主动冷却吸附塔，开启制冷机组，将低温导热油引入电加热板内循环并实现对吸附解吸装置的主动强制冷却降温。

8.根据权利要求7所述的有机废气回收再利用方法，其特征在于：在步骤(4)中，如果系统内气压降至设定值，则通过开启制氮机组自动补充氮气。