CN110755994A - 一种用于VOCs回收的废气治理系统 - Google Patents

一种用于VOCs回收的废气治理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于VOCs回收的废气治理系统，以吸附技术、膜分离技术与冷凝组合技术应用，创新的应用膜分离技术处理吸附设备的解吸气，通过发挥膜分离对VOCs组分提浓作用，既强化了冷凝工艺对VOCs的回收，又使渗余气的VOCs浓度低于排放原料气的VOCs浓度与排放原料气混合进吸附设备，从而使吸附设备尾排更容易达到环保要求。吸附设备是双罐形式的可吸附/解吸再生设备，真空解吸再生工艺代替了传统的蒸汽解吸再生工艺，解决了水溶性VOCs回收成溶液再分离的难点。

Description

一种用于VOCs回收的废气治理系统
技术领域
本发明涉及一种用于VOCs回收的废气治理系统，应用领域包括化工、制药等生产领域，特别适用于含有丙酮、乙酸乙酯、甲醇、乙腈等水溶性VOCs的较低浓度废气治理。
背景技术
在化工、制药等生产领域，生产排放的一些废气中含有有机挥发物（VOCs），对环境造成了污染，企业如何有效的对废气中VOCs回收治理，实现经济效益和环保排放，是生态文明建设的迫切要求。
以一些制药生产为例，生产过程中需要用到丙酮、乙酸乙酯、乙腈等溶媒，在生产过程中的排气，储罐区的排气，都会带走大量的溶媒气体，不仅造成溶媒生产单耗成本的升高，还会带来环境污染风险。废气治理对高新技术的应用有现实的需求，而且通常需要采用多种技术的组合应用来达到综合治理的目的。
膜法气体分离技术是当今世界竟相发展的高新技术，广泛应用于氮氢分离、有机蒸汽回收等炼油、化工领域。它以分离膜两侧气体压力差为驱动力，VOCs作为快气溶解扩散透过膜，从而使该VOCs组分在膜原料侧浓度降低，而在膜的渗透气侧得到富集，经过循环、结合冷凝，达到回收VOCs的目的。该过程具有能耗低、设备紧凑、占地面积小、操作弹性大且简单、运行安全、不产生二次污染、维修保养方便和设备容易放大等优点，是高效、节能和环保的新兴技术应用。
发明内容
本发明的一种用于VOCs回收的废气治理系统，以吸附技术、膜分离技术与冷凝工艺巧妙结合回收废气中VOCs，创新了一套废气治理系统，实现经济和环保双重效益。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于VOCs回收的废气治理系统，废气作为原料气先经过增压机一后送入吸附设备，所述吸附设备为两组吸附罐，吸附罐A和吸附罐B，气体经吸附罐A吸附处理后排放，而经过吸附罐B后的解析气由真空泵抽气，再经过缓冲罐，送入增压机二入口，增压机二排气作为热流送人换热器一，换热后气体先经分液罐一罐底排出预冷分离下来的液态水，分液罐一罐顶气体再经过换热器二冷却后进冷凝器，后进入分液罐二，分液罐二罐顶不凝气作为冷流依次送人换热器二和换热器一，换热回收冷量后气体进入过滤器，过滤后气体进入膜分离设备，膜分离设备的渗透气与吸附设备的解吸气混合返回真空泵入口，膜分离设备的渗余气返回吸附设备入口；分离罐二罐底VOCs凝液作为冷流送入换热器二，换热回收冷量后作为回收VOCs产品凝液送出。
进一步地，吸附设备采用真空解吸变压吸附技术，吸附罐A和吸附罐B通过相连的四通阀的阀位状态来实现吸附罐A和B交替工作，当吸附罐A用于吸附时，则吸附罐B用于解吸再生；当吸附罐B用于吸附时，吸附罐A用于解吸再生。
进一步地，排放口前端设二通阀门是用来控制解吸后期吹扫气流量。
进一步地，真空泵采用干式螺杆真空泵、往复式真空泵或水环式真空泵，用于为吸附设备提供真空解吸负压条件以及为膜分离渗透侧提供负压条件 。
进一步地，冷凝系统由至少二级冷凝组成，一级冷凝用来分离气体中的水；二级冷凝用来分离气体中的VOCSs凝液。
进一步地，分液罐内安装有不锈钢丝除沫元件，将由气体中预冷下来的水以液态分离下来，从罐底排出。
进一步地，所述吸附罐内的填料为用于VOCs吸附/解吸的复合床式填料。
进一步地，冷凝器是以低温制冷剂为内循环能量载体的制冷冰机（可以是一至三级，每级具有独立的制冷循环），也可以是二级串联的螺旋缠绕管式冷凝器，冷却介质通常有风、常温水、7℃和-7℃冷冻水。
进一步地，所述过滤器为内置不锈钢烧结毡/网式滤芯或玻璃纤维聚结式滤芯，可以采用单级或多级，设置为一开一备两组。
进一步地，所述膜分离设备是多台VOC专用膜分离器的串联或并联形式组合，膜芯件是耐有机溶剂的具有VOC高分离系数的分离膜组件。
进一步地，一级冷凝中的换热器一为两路换热器，一路走热流气体，一路走冷流气体，采用螺旋板式、绕管式，使冷热两股气流非接触充分换热；
二级冷凝中的换热器二为三路换热器，走热流气体，另两路分别走冷流气体和冷流液体，采用绕管式，使冷热两股气流非接触充分换热。
膜法气体分离技术是当今世界竟相发展的高新技术，广泛应用于氮氢分离、有机蒸汽回收等炼油、化工领域。它以分离膜两侧气体压力差为驱动力，VOCs作为快气溶解扩散透过膜，从而使该VOCs组分在膜原料侧浓度降低，而在膜的渗透气侧得到富集，经过循环、结合冷凝，达到回收VOCs的目的。该过程具有能耗低、设备紧凑、占地面积小、操作弹性大且简单、运行安全、不产生二次污染、维修保养方便和设备容易放大等优点，是高效、节能和环保的新兴技术应用。本发明系统中，膜分离设备进口侧由增压机二提供了正压，在膜分离设备渗透气出口侧由真空泵提供了负压，正压和负压共同提供膜分离设备中分离膜两侧工作压差。
本发明的有益效果为：以吸附技术、膜分离技术与冷凝组合技术应用，研发了一整套较低浓度VOCs废气治理系统。（所谓较低浓度，是指本申请所述吸附技术处理达标适用浓度范围内近上限，具有VOCs回收价值）。
②创新的应用膜分离技术处理吸附设备的解吸气，通过发挥膜分离对VOCs组分提浓作用，既强化了冷凝工艺对VOCs的回收，又使渗余气的VOCs浓度低于排放原料气的VOCs浓度与排放原料气混合进吸附设备，从而使吸附设备尾排更容易达到环保要求。
③吸附设备是双罐形式的可吸附/解吸再生设备，真空解吸再生工艺代替了传统的蒸汽解吸再生工艺，解决了水溶性VOCs回收成溶液再分离的难点。
附图说明
图1是VOCs回收的废气治理系统的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解释说明。
如图1所示，一种用于VOCs回收的废气治理系统，废气(1)作为原料气先经过增压机一20后气体(2)送入吸附设备，所述吸附设备为两组吸附罐，吸附罐A 21和吸附罐B 22，气体经吸附罐A 21吸附处理后作为尾气(19)排放，而经过吸附罐B 22后的解析气(3)由真空泵23抽气(4)，再经过缓冲罐24，物料(5)送入增压机二25入口，增压机二25排气(6)作为热流送人换热器一26，换热后气体(7)先经分液罐一27罐底排出预冷分离下来的液态水(15)，分液罐一27罐顶气体(8)再经过换热器二28冷却，冷却后气体(9)进入冷凝器29，出来后(10)进入分液罐二30，分液罐二30罐顶不凝气(11)作为冷流依次送人换热器二28和换热器一26，换热回收冷量后气体(13)进入过滤器31，过滤后气体(14)进入膜分离设备32，膜分离设备32的渗透气(16)与吸附设备的解吸气(3)混合返回真空泵23入口，膜分离设备32的渗余气(15)返回吸附设备入口；分离罐二30罐底VOCs凝液(17)作为冷流送入换热器二28，换热回收冷量后作为回收VOCs产品凝液(18)送出。
吸附设备采用真空解吸变压吸附技术，吸附罐A和吸附罐B通过相连的四通阀33的阀位状态来实现吸附罐A和B交替工作，当吸附罐A用于吸附时，则吸附罐B用于解吸再生；当吸附罐B用于吸附时，吸附罐A用于解吸再生。
排放口前端设二通阀门34是用来控制解吸后期吹扫气流量。
真空泵23采用干式螺杆真空泵、往复式真空泵或水环式真空泵，用于为吸附设备提供真空解吸负压条件以及为膜分离渗透侧提供负压条件 。
冷凝系统由至少二级冷凝组成，一级冷凝用来分离气体中的水(15)；二级冷凝用来分离气体中的VOCSs凝液(17)。
分液罐内安装有不锈钢丝除沫元件，将由气体中预冷下来的水以液态分离下来，从罐底排出。
所述吸附罐内的填料为用于VOCs吸附/解吸的复合床式填料。
冷凝器是以低温制冷剂为内循环能量载体的制冷冰机（可以是一至三级，每级具有独立的制冷循环），也可以是二级串联的螺旋缠绕管式冷凝器，冷却介质通常有风、常温水、7℃和-7℃冷冻水。
所述过滤器为内置不锈钢烧结毡/网式滤芯或玻璃纤维聚结式滤芯，可以采用单级或多级，设置为一开一备两组。
所述膜分离设备是多台VOC专用膜分离器的串联或并联形式组合，膜芯件是耐有机溶剂的具有VOC高分离系数的分离膜组件。
一级冷凝中的换热器一为两路换热器，一路走热流气体(6)，一路走冷流气体(12)，采用螺旋板式、绕管式，使冷热两股气流非接触充分换热；
二级冷凝中的换热器二为三路换热器，走热流气体8，另两路分别走冷流气体(11)和冷流液体(17)，采用绕管式，使冷热两股气流非接触充分换热。
结合实例基础数据：以国内某化工厂生产废气为例，废气中含有丙酮浓度10g/m3，其它组分为空气，废气排放量4000m3/h。
实施情况及效果：
项目实施参见设施系统附图，吸附设备为双塔形式（交替工作），复合床填料；吸附设备入口气采用高压罗茨风机增压98KPaG。吸附设备尾气达到环保排放指标：TVOC：50mg/m3。
膜分离设备采用多组膜分离器并联形式；膜分离器入口气体压力由罗茨风机增压98KPaG提供，增压后的气体先经冷凝系统冷凝，不凝气过滤后入膜分离器，膜分离渗透气由干式螺杆真空泵抽真空，建立～30KPaA负压。吸附设备解吸气与膜分离渗透气混合后返至真空泵入口，真空泵出口与罗茨风机入口之间设置缓冲罐。
进入冷凝系统得气体先经换热器预冷气体温度为1℃，一级分液罐分离出水罐底排除；采用冰机作为冷凝器，气体从温度约1℃冷至-30℃，采用常温水作为冰机的外循环冷媒。二级分液罐罐底丙酮凝液为回收产品外送供生产再利用。冰机与罗茨风机之间设置换热器，回收分离罐出气冷量。
经膜分离和冷凝回收后，膜分离尾气中丙酮的含量控制在约7g/m3，低于排放源气的丙酮浓度，返回吸附设备入口与排放源气混合，可以进一步降低进入吸附设备的原料气丙酮浓度，使经吸附设备处理后的尾气更容易达标排放。
丙酮回收率达到99%以上，为用户带来经济效益，成套设备选用自动化仪表、无人值守设计，总功耗约180KW，运行费用较低。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，废气作为原料气先经过增压机一后送入吸附设备，所述吸附设备为两组吸附罐，吸附罐A和吸附罐B，气体经吸附罐A吸附处理后排放，而经过吸附罐B后的解析气由真空泵抽气，再经过缓冲罐，送入增压机二入口，增压机二排气作为热流送人换热器一，换热后气体先经分液罐一罐底排出预冷分离下来的液态水，分液罐一罐顶气体再经过换热器二冷却后进冷凝器，后进入分液罐二，分液罐二罐顶不凝气作为冷流依次送人换热器二和换热器一，换热回收冷量后气体进入过滤器，过滤后气体进入膜分离设备，膜分离设备的渗透气与吸附设备的解吸气混合返回真空泵入口，膜分离设备的渗余气返回吸附设备入口；分离罐二罐底VOCs凝液作为冷流送入换热器二，换热回收冷量后作为回收VOCs产品凝液送出。
2.根据权利要求1所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，所述吸附设备采用真空解吸变压吸附，吸附罐A和吸附罐B通过相连的四通阀的阀位状态来实现吸附罐A和B交替工作，当吸附罐A用于吸附时，则吸附罐B用于解吸再生；当吸附罐B用于吸附时，吸附罐A用于解吸再生。
3.根据权利要求1所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，排放口前端设二通阀门是用来控制解吸后期吹扫气流量。
4.根据权利要求1所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，真空泵采用干式螺杆真空泵、往复式真空泵或水环式真空泵，用于为吸附设备提供真空解吸负压条件以及为膜分离渗透侧提供负压条件 。
5.根据权利要求1所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，冷凝系统由至少二级冷凝组成，一级冷凝用来分离气体中的水⒂；二级冷凝用来分离气体中的VOCSs凝液⒄。
6.根据权利要求1所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，分液罐内安装有不锈钢丝除沫元件，将由气体中预冷下来的水以液态分离下来，从罐底排出。
7.根据权利要求1所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，所述吸附罐内的填料为用于VOCs吸附/解吸的复合床式填料。
8.根据权利要求1所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，所述过滤器为内置不锈钢烧结毡/网式滤芯或玻璃纤维聚结式滤芯，可以采用单级或多级，设置为一开一备两组。
9.根据权利要求1所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，所述膜分离设备是多台VOC专用膜分离器的串联或并联形式组合，膜芯件是耐有机溶剂的具有VOC高分离系数的分离膜组件。
10.根据权利要求5所述的用于VOCs回收的废气治理系统，其特征在于，
一级冷凝中的换热器一为两路换热器，一路走热流气体，一路走冷流气体，采用螺旋板式、绕管式，使冷热两股气流非接触充分换热；
二级冷凝中的换热器二为三路换热器，走热流气体，另两路分别走冷流气体和冷流液体，采用绕管式，使冷热两股气流非接触充分换热。
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