CN110898614A - 回收挥发性有机物的设备及方法 - Google Patents

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焦甜甜
张文睿
朱佳楠
张华伟
张亚青
王世伟
王晓斌
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Abstract

本发明提供一种回收挥发性有机物的设备及方法。回收挥发性有机物的设备，包括循环流化床、一级旋风分离器、脱附器和冷凝器。回收挥发性有机物的方法：吸附剂与含VOCs气体在循环流化床内接触吸附后进入一级旋风分离器将吸附VOCs的吸附剂与气体分离，吸附VOCs的吸附剂一部分回到循环流化床内，另一部分进入脱附器进行脱附处理；脱附处理后的吸附剂回到循环流化床内，脱附处理后的VOCs进入冷凝器冷凝得到液体，未冷凝气体返回循环流化床内循环处理。本申请提供的回收挥发性有机物的设备及方法，装置体积小、能耗低，工艺流程简单，工作效率高。

Description

回收挥发性有机物的设备及方法
技术领域
本发明涉及挥发性有机化合物处理领域，尤其涉及一种回收挥发性有机物的设备及方法。
背景技术
挥发性有机化合物(Volatile organic compounds，简称VOCs)是大气中较为常见且普遍存在的大气污染物。常见的组分有碳氢化合物、苯系物、醇类、酮类、酚类、酯类、胺类等，其来源十分广泛，不仅有石油化工、油漆涂料、皮革生产等工业固定源，还有机动车尾气等移动源。尤其是工业固定源的排放往往含量比较高，不仅造成环境的污染还增加了资源的浪费。因此VOCs的有效回收和处理具有十分重要的意义。
VOCs的处理方法有两类：一类是破坏性方法，如焚烧法、光催化以及等离子净化法等；另一类是非破坏性方法，常见的有吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等。对于VOCs含量较高的工业废气，破坏性方法不仅耗能多且引起更多的资源浪费，故而吸附回收更为合适。
目前主要的VOCs回收装置设备较为大型，组成元件较多，设备结构及处理流程复杂且工作效率低、耗能大、成本高。因此，现在亟需一种成本低，设备系统简单且工作效率高的回收方案，以解决VOCs净化回收问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种回收挥发性有机物的设备及方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
一种回收挥发性有机物的设备，包括循环流化床、一级旋风分离器、脱附器和冷凝器；
所述循环流化床设置有底部入口、下部入料口、顶部出口、第一下部回料口和第二下部回料口，所述底部入口用于输入含VOCs气体，所述下部入料口用于输入吸附剂，所述顶部出口与所述一级旋风分离器的入口连通，所述第一下部回料口、所述脱附器的入口均与所述一级旋风分离器的固体出口连通；
所述脱附器设置有第一出口和第二出口，所述第一出口与所述冷凝器连通，所述第二出口与所述第二下部回料口连通。
优选地，所述第一下部回料口通过第一返料管与所述一级旋风分离器的出口连通；
优选地，所述第一返料管上设置有J阀；
优选地，所述J阀与返料空气管路连通。
优选地，所述第二出口通过第二返料管与所述第二下部回料口连通；
优选地，所述第二返料管上设置有U阀；
优选地，所述U阀与所述第二出口之间设置有冷却器；
优选地，所述U阀与返料空气管路连通。
优选地，所述第一出口与所述冷凝器之间设置有引风机；
优选地，所述脱附器内设置有与PIC控制器连接的压力传感器，所述PIC控制器用于控制所述引风机以使得所述脱附器内呈在负压状态。
通过设置J阀和U阀，调节从一级旋风分离器输出的吸附有挥发性有机物的吸附剂的处理量和回流循环量，在系统内形成两股返料设计，不仅能够实现更高的净化效率，还能够对吸附剂进行循环使用。
优选地，所述回收挥发性有机物的设备还包括二级旋风分离器，所述二级旋风分离器的入口与所述一级旋风分离器的气体出口连通，所述二级旋风分离器的固体出口与所述一级旋风分离器连通，所述二级旋风分离器的气体出口与大气连通。
设置二级旋风分离器，可以进一步分离净化气体，同时，二级旋风分离器与一级旋风分离器之间形成循环回流，可将分离所得的吸附剂返回一级旋风分离器下部，达到循环使用的效果。
可选地，所述脱附器设置有加热装置；
优选地，所述加热装置包括内置加热部分和/或外置加热部分。
一种回收挥发性有机物的方法，包括：
吸附剂与含VOCs气体在循环流化床内接触吸附后进入一级旋风分离器将吸附VOCs的吸附剂与气体分离，吸附VOCs的吸附剂一部分回到所述循环流化床内，另一部分进入脱附器进行脱附处理；
脱附处理后的吸附剂回到所述循环流化床内，脱附处理后的VOCs进入冷凝器冷凝得到液体，未冷凝气体返回所述循环流化床内循环处理。
优选地，经所述第一下部回料口回到所述循环流化床内的物料流量与进入所述脱附器的物料的流量的比例为2-5：1。
优化流量比例，可以在保证净化效率的基础上维持大风量操作，以保证工作效率。
优选地，所述脱附器的脱附温度为120-200℃；
优选地，所述含VOCs气体的温度为10-30℃、相对湿度为40％-60％、VOCs的浓度为100-500mg/m3、处理量为10000-30000m3/h。
可以根据挥发性有机物的种类的不同，通过参数调节，设定循环量和再生量，保证净化效率和工作效率。
可选地，所述吸附剂包括活性炭、分子筛和树脂颗粒中的一种或多种；
优选地，所述吸附剂的直径为0.5-0.6mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1.本申请提供的回收挥发性有机物的设备，采用循环流化床使得吸附剂与含VOCs气体充分接触，同时采用脱附器完成吸附剂脱除VOCs，以及两股返料设计，可根据VOCs物质特性、废气风量、废气浓度、吸附容量等因素确定吸附剂的循环量和再生量，使得吸附剂循环使用，实现吸附-脱附的大风量连续操作；回收液态VOCs，从而减少资源浪费，有效提高了资源利用率，减少系统的复杂性，多级循环系统设计更加降低运行成本；
2.本申请提供的回收挥发性有机物的方法，操作简单，效率高，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1为实施例1提供的回收挥发性有机物的设备的示意图；
图2为实施例2-6提供的回收挥发性有机物的设备的示意图。
附图标记：
1-循环流化床；2-一级旋风分离器；3-脱附器；4-冷凝器；5-底部入口；6-下部入料口；7-顶部出口；8-第一下部回料口；9-第二下部回料口；10-第一出口；11-第二出口；12-吸附剂储存罐；13-二级旋风分离器；14-第一返料管；15-J阀；16-返料空气管路；17-引风机；18-第二返料管；19-U阀；20-冷却器；21-PIC控制器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
如图1所示，一种回收挥发性有机物的设备，包括循环流化床1、一级旋风分离器2、脱附器3和冷凝器4；循环流化床1设置有底部入口5、下部入料口6、顶部出口7、第一下部回料口8和第二下部回料口9，底部入口5用于输入含VOCs气体，下部入料口6用于输入吸附剂，顶部出口7与一级旋风分离器2的入口连通，第一下部回料口8、脱附器3的入口均与一级旋风分离器2的固体出口连通；脱附器3设置有第一出口10和第二出口11，第一出口10与冷凝器4连通，第二出口11与第二下部回料口9连通。
工业排放的含500mg/m3甲苯气体，废气温度25℃，相对湿度40％，从循环流化床底部的底部入口5进入，以直径0.6mm的球形活性炭为吸附剂，风量20000m3/h。经过循环流化床1吸附再进入一级旋风分离器2进行分离，净化后的气体由上部排空。调节回到循环流化床1内的物料和进入脱附器3的物料的流量比例为2:1，回到循环流化床1的球形活性炭再次吸收甲苯。进入脱附器3的球形活性炭在150℃下进行脱附，所用加热器为列管式加热器(可采用内置、外置或者内外组合式加热器，列管内通入水蒸气或者热氮气，使得吸附剂在加热状态下更快的进行脱附)。脱附下来的甲苯气体进入冷凝器4被冷凝为液态甲苯，产生极少的不凝物返回循环流化床1。脱附后的球形活性炭返回循环流化床1再利用。经气相色谱测得，二级旋风分离器12上方排空的气体中甲苯含量低于30mg/m3，甲苯的净化效率达到94％。
实施例2
如图2所示，一种回收挥发性有机物的设备，包括循环流化床1、一级旋风分离器2、脱附器3和冷凝器4；循环流化床1设置有底部入口5、下部入料口6、顶部出口7、第一下部回料口8和第二下部回料口9，底部入口5用于输入含VOCs气体，下部入料口6与吸附剂储存罐12(考虑到吸附剂磨损损耗，吸附剂储存罐12定期补充新鲜吸附剂，维持系统循环量)连通、用于输入吸附剂，顶部出口7与一级旋风分离器2的入口连通；一级旋风分离器2的气体出口与二级旋风分离器13的入口连通，二级旋风分离器13的固体出口与一级旋风分离器2连通，二级旋风分离器13的气体出口与大气连通；第一下部回料口8通过第一返料管14与一级旋风分离器2的固体出口连通，第一返料管14上设置有J阀15，J阀15与返料空气管路16连通；脱附器3的入口与一级旋风分离器2的固体出口连通；脱附器3设置有第一出口10和第二出口11，第一出口10通过引风机17与冷凝器4连通，第二出口11通过第二返料管18与第二下部回料口9连通，第二返料管18上设置有U阀19，U阀19与第二出口11之间设置有冷却器20(冷却器20采用冷却水对吸附剂进行间接冷却换热，以便吸附剂降温再利用)，U阀19与返料空气管路16连通；脱附器3内设置有与PIC控制器21连接的压力传感器，PIC控制器21用于控制引风机17以使得脱附器3内呈在负压状态。
工业排放的含300mg/m3乙酸乙酯的废气，温度25℃，相对湿度50％，以直径0.5mm的球形分子筛为吸附剂，风量20000m3/h。调节第一返料管14和脱附器3的流量比例为4:1，经过第一返料管14和J阀15回到循环流化床1的分子筛再次吸收含乙酸乙酯气体。进入脱附器3的分子筛在180℃下进行脱附，所用加热器为列管式加热器。脱附下来的乙酸乙酯气体在引风机17的作用下，进入冷凝器4被冷凝为液态，产生极少量不凝物返回循环流化床1再吸附。脱附后的分子筛进入冷却器20，被冷却后经过U阀19返回循环流化床1再利用。经气相色谱测得，二级旋风分离器13上方排空的气体中乙酸乙酯含量仅15mg/m3，乙酸乙酯的净化效率达到95％。
实施例3
回收挥发性有机物的设备与实施例2相同。
采用粒径0.6mm的二乙烯苯乙基球形树脂为吸附剂，净化工业排放的含200mg/m3乙酸丁酯的废气，温度25℃，相对湿度60％，由循环流化床1底部进入，风量25000m3/h。调节第一返料管14和脱附器3的流量比例为5:1，脱附器3的温度为150℃。脱附下来的乙酸丁酯气体在引风机17的作用下，进入冷凝器4被冷凝为液态，未产生不凝物。经气相色谱测得，二级旋风分离器13上方排空的气体中乙酸丁酯含量低于10mg/m3，乙酸丁酯的净化效率达到95％以上。
实施例4
与实施例1不同之处在于：
第一返料管14和脱附器3的流量比例不同，调节第一返料管14和脱附器3的流量比例为5:1，经过第一返料管14和J阀15回到循环流化床1的球形活性炭再次吸收甲苯。其他步骤相同。最终，经气相色谱测得，二级旋风分离器13上方排空的气体中甲苯含量仅为35mg/m3，甲苯的净化效率达到93％。
实施例5
与实施例1不同之处在于：
所采用的风量不同，将风量调节为15000m3/h，其他步骤条件和实施例1相同。经气相色谱测得，二级旋风分离器13上方排空的气体中甲苯含量仅为37mg/m3，甲苯的净化效率达到92.6％。
实施例6
与实施例2不同之处在于：
脱附器3温度不同。脱附器3温度为150℃，进入脱附器3的分子筛进行脱附，所用加热器为列管式加热器。其他步骤相同。最终，经气相色谱测得，二级旋风分离器13上方排空的气体中乙酸乙酯含量为17mg/m3，乙酸乙酯的净化效率达到94.3％。
对比例1
与实施例1不同之处在于：
取消第一返料管14和第二返料管18的设置，吸附剂不被重复利用。其他步骤相同。最终，经气相色谱测得，二级旋风分离器13上方排空的气体中甲苯含量高达175mg/m3，甲苯的净化效率仅为65％。
由实施例1和对比例1的结果对比可知，设置两股返料有利于净化效率的提升。
对比例2
与实施例1不同之处在于：
脱附器3温度不同。脱附器3温度为90℃，进入脱附器3的球形活性炭进行脱附，所用加热器为列管式加热器。其他步骤相同。最终，经气相色谱测得，二级旋风分离器13上方排空的气体中甲苯含量为75mg/m3，甲苯的净化效率仅为85％。
由实施例1和对比例2的结果对比可知，脱附器的温度对净化效率的高低有很大影响。
对比例3
与实施例2不同之处在于：
第一返料管14和脱附器3的流量比例不同，调节第一返料管14和脱附器3的流量比例为1:5，经过第一返料管14和J阀15回到循环流化床1的球形分子筛再次吸收乙酸乙酯。其他步骤相同。最终，经气相色谱测得，二级旋风分离器13上方排空的气体中乙酸乙酯含量约为63mg/m3，乙酸乙酯的净化效率达到79％。
由实施例2和对比例3的结果对比可知，经第一下部回料口回到循环流化床内的物料流量与进入脱附器的物料的流量的比例，对净化效率也有重大影响。
本申请采用循环流化床使得吸附剂与含VOCs气体充分接触，同时采用脱附器完成吸附剂脱除VOCs；采用两股返料设计，可根据VOCs物质特性、废气风量、废气浓度、吸附容量等因素确定吸附剂的循环量和再生量，使得吸附剂循环使用。通过J阀和U阀调节比例以进一步提升净化效率，实现吸附-脱附的大风量连续操作。本申请还将脱附下来的VOCs进行冷凝以回收液态VOCs，从而减少资源浪费，提高了资源利用率，减少系统的复杂性，多级循环系统设计更加降低运行成本，并且可维持大风量操作条件。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种回收挥发性有机物的设备，其特征在于，包括循环流化床、一级旋风分离器、脱附器和冷凝器；
所述循环流化床设置有底部入口、下部入料口、顶部出口、第一下部回料口和第二下部回料口，所述底部入口用于输入含VOCs气体，所述下部入料口用于输入吸附剂，所述顶部出口与所述一级旋风分离器的入口连通，所述第一下部回料口、所述脱附器的入口均与所述一级旋风分离器的固体出口连通；
所述脱附器设置有第一出口和第二出口，所述第一出口与所述冷凝器连通，所述第二出口与所述第二下部回料口连通。
2.根据权利要求1所述的回收挥发性有机物的设备，其特征在于，所述第一下部回料口通过第一返料管与所述一级旋风分离器的出口连通；
优选地，所述第一返料管上设置有J阀；
优选地，所述J阀与返料空气管路连通。
3.根据权利要求1所述的回收挥发性有机物的设备，其特征在于，所述第二出口通过第二返料管与所述第二下部回料口连通；
优选地，所述第二返料管上设置有U阀；
优选地，所述U阀与所述第二出口之间设置有冷却器；
优选地，所述U阀与返料空气管路连通。
4.根据权利要求1所述的回收挥发性有机物的设备，其特征在于，所述第一出口与所述冷凝器之间设置有引风机；
优选地，所述脱附器内设置有与PIC控制器连接的压力传感器，所述PIC控制器用于控制所述引风机以使得所述脱附器内呈在负压状态。
5.根据权利要求1所述的回收挥发性有机物的设备，其特征在于，还包括二级旋风分离器，所述二级旋风分离器的入口与所述一级旋风分离器的气体出口连通，所述二级旋风分离器的固体出口与所述一级旋风分离器连通，所述二级旋风分离器的气体出口与大气连通。
6.根据权利要求1-5任一项所述的回收挥发性有机物的设备，其特征在于，所述脱附器设置有加热装置；
优选地，所述加热装置包括内置加热部分和/或外置加热部分。
7.一种回收挥发性有机物的方法，其特征在于，包括：
吸附剂与含VOCs气体在循环流化床内接触吸附后进入一级旋风分离器将吸附VOCs的吸附剂与气体分离，吸附VOCs的吸附剂一部分回到所述循环流化床内，另一部分进入脱附器进行脱附处理；
脱附处理后的吸附剂回到所述循环流化床内，脱附处理后的VOCs进入冷凝器冷凝得到液体，未冷凝气体返回所述循环流化床内循环处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，经所述第一下部回料口回到所述循环流化床内的物料流量与进入所述脱附器的物料的流量的比例为2-5：1。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述脱附器的脱附温度为120-200℃；
优选地，所述含VOCs气体的温度为10-30℃、相对湿度为40％-60％、VOCs的浓度为100-500mg/m3、处理量为10000-30000m3/h。
10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述吸附剂包括活性炭、分子筛和树脂颗粒中的一种或多种；
优选地，所述吸附剂的直径为0.5-0.6mm。
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