CN111318128A - 氮气再生的吸附回收系统及其吸附回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氮气再生的吸附回收系统及其吸附回收方法，属于吸附回收领域。该系统包括依次连接的废气输入设备、一级吸附设备和二级吸附设备，还包括氮气置换管路以及分别与所述一级吸附设备和二级吸附设备相连的一级循环氮气脱附管路与二级循环氮气脱附管路；所述一级循环氮气脱附管路和二级循环氮气脱附管路分别与氮气置换管路相连通；所述一级循环氮气脱附管路和二级循环氮气脱附管路上还分别设有脱附气冷凝回收设备；所述一级吸附设备包括至少两个并联的吸附罐，所述二级吸附设备为吸附转轮。采用本申请的系统及方法，可明显缩小吸附装置规格，大幅减少吸附材料装填量，切换周期大为缩短，安全性高，降低了能耗。

Description

氮气再生的吸附回收系统及其吸附回收方法
技术领域
本发明涉及吸附回收领域，尤其涉及一种氮气再生的吸附回收系统及其吸附回收方法。
背景技术
印刷行业、纤维行业、树脂行业等领域的涂布、蒸发及干燥工序中排放的高浓度有机废气具有较高的回收价值，工业上可以采用活性炭吸附回收，对于水溶性的溶剂大多采用热氮气对活性炭进行脱附，含有溶剂的脱附热氮气经冷凝器冷凝回收，但是废气冷凝后饱和浓度一般较大，单独依靠冷凝会造成活性炭罐中存留大量高浓度溶剂，若该活性炭罐再次吸附，会造成残留溶剂直接排放至大气中，所以氮气再生的吸附回收工艺，必须设置二级吸附系统，将脱附风冷凝后的残留溶剂转移至二级吸附材料上，从而避免残留溶剂直接排放至大气。但现在工业上一般采用固定床式的活性炭罐作为二级吸附，如专利CN206444409 U中所述的二级处理器，采用固定床式的活性炭罐由于其操作属于间歇操作，吸附和脱附过程不能同时进行，会造成设备切换时间长，活性炭装填量大，设备异常庞大等问题。
吸附转轮分为吸附区与脱附区，是具有体积小、同时吸脱附特点的连续的吸附设备，目前也有将转轮与氮气再生吸附回收工艺相结合的技术。如专利CN108079740A中所述的将大风量低浓度的废气先用转轮进行浓缩后，再进入氮气脱附的吸附回收设备中，该专利中未设置二级活性炭吸附罐，而是将一级活性炭罐脱附冷凝残留的高浓度废气循环至转轮入口，经转轮净化后排放。但是该股废气瞬间浓度非常高(以乙酸乙酯为例，冷凝至5℃的饱和浓度为145g/m3，而进入转轮的废气一般要求低于1.5-2g/m3)，会造成进入转轮的废气浓度瞬间升高数十倍，转轮非常容易穿透，造成废气排放不达标。另外还会造成转轮脱附风浓度超过1/4LEL，具有一定的安全隐患。
专利CN109731433A中将氮气再生的吸附回收设备与转轮设备进行串联，将吸附回收设备的吸附排风引入转轮中进行二次处理以降低排放浓度。该专利并未对氮气再生的吸附回收设备做优化，一级吸附罐的再生流程中仍然采用了二级固定床式的活性炭罐对残留溶剂进行吸附净化，以降低一级活性炭罐脱附冷凝残留。工艺设计上仍不能避免设备活性炭装填量巨大，设备异常庞大的问题。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮气再生的吸附回收系统及其吸附回收方法，以解决上述问题，同时实现安全性高、降低能耗的目的。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
一种氮气再生的吸附回收系统，包括依次连接的废气输入设备、一级吸附设备和二级吸附设备，还包括氮气置换管路以及分别与所述一级吸附设备和二级吸附设备相连的一级循环氮气脱附管路与二级循环氮气脱附管路。
所述一级循环氮气脱附管路和二级循环氮气脱附管路分别与氮气置换管路相连通。
所述一级循环氮气脱附管路和二级循环氮气脱附管路上还分别设有脱附气冷凝回收设备。
所述一级吸附设备包括至少两个并联的吸附罐，所述二级吸附设备为吸附转轮。
每个所述吸附罐上均设有一级吸附入口、一级吸附出口、一级脱附入口和一级脱附出口。
所述一级吸附入口、一级吸附出口、一级脱附入口和一级脱附出口上分别设有一级吸附入口阀、一级吸附出口阀、一级脱附入口阀和一级脱附出口阀。
所述一级吸附入口与所述废气输入设备管路连通，所述一级吸附出口通过烟囱排空。
所述一级循环氮气脱附管路为：所述一级脱附出口依次通过循环升温阀、一级脱附风机、一级脱附加热器和一级脱附入口阀与所述一级脱附入口管路连通；所述一级脱附出口还依次通过一级脱附冷却器、二级吸附阀、吸附转轮与一级脱附风机管路连通。
所述的氮气置换管路与一级循环氮气置换管路相连通的接入口位于所述一级脱附入口阀和一级脱附入口之间。
所述一级循环氮气置换管路的脱附气冷凝回收设备为设于所述一级脱附出口与一级脱附风机之间的一级脱附冷却器和一级深冷器。
所述一级脱附冷却器设于一级脱附出口与二级吸附阀之间管路上；所述一级深冷器的入口通过一级脱附深冷阀接在一级脱附冷却器和二级吸附阀之间的管路上。
所述一级深冷器的脱附气出口接入所述循环升温阀和一级脱附风机之间的管路上。
所述吸附转轮分为吸附区和脱附区。
所述吸附区设有二级吸附入口和二级吸附出口。
所述二级吸附入口与所述一级脱附出口相连通，所述二级吸附出口通过一级脱附风机、一级脱附加热器和一级脱附入口阀与所述一级脱附入口相连通。
优选地，所述吸附转轮分为吸附区、冷却区和脱附区。
所述吸附转轮的脱附区设有二级脱附入口和二级脱附出口。
所述二级循环氮气脱附管路为所述二级脱附出口依次通过所述二级循环氮气脱附管路的脱附气冷凝回收设备、二级脱附风机和二级脱附加热器与所述二级脱附入口相连通。
优选地，所述二级循环氮气脱附管路的脱附气冷凝回收设备为二级脱附冷凝器。
所述氮气置换管路与二级循环氮气脱附管路相连通的接入口位于所述二级脱附冷凝器和二级脱附风机之间的管路上。
所述废气输入设备包括依次相连的废气入口、废气过滤器、一级吸附风机和废气冷却器；所述一级吸附入口与所述废气冷却器相连通。
本发明还提供一种基于上述氮气再生的吸附回收系统的吸附回收方法，如下：
所述一级吸附设备的至少两个吸附罐采取同时一吸附一脱附的交替运行方式，当其中一个吸附罐吸附饱和后，切换为脱附模式，同时脱附完成的吸附罐切换为吸附模式；脱附废气经一级冷凝后回收部分溶剂；然后进入吸附转轮进行二级吸附、二级脱附和二级溶剂冷凝回收。
进一步地，废气经废气过滤器过滤后，经一级吸附风机加压并经废气冷却器冷却后通过一级吸附入口阀进入一个吸附罐中，废气中的溶剂被吸附在吸附罐的活性炭床层中，净化的废气经过一级吸附出口阀排放至烟囱。
用氮气置换另一个吸附饱和的吸附罐中的空气，然后开启一级脱附风机及一级脱附加热器，热氮气经一级脱附入口阀进入所述另一个吸附罐，在热氮气的加热下有机溶剂得以脱附，脱附气经一级脱附出口阀排出所述另一个吸附罐，经过循环升温阀返回至一级脱附风机入口，此过程为循环升温及溶剂增浓过程。
经循环升温一段时间后，关闭循环升温阀，打开一级深冷阀，脱附废气经一级脱附冷却器和一级深冷器回收部分溶剂至回收溶剂罐。
然后，关闭一级深冷阀，打开二级吸附阀，脱附废气进入吸附转轮的吸附区，吸附后的废气返回至一级脱附风机入口；二级脱附风机、二级脱附加热器和二级脱附冷凝器也同时工作，热氮气将吸附转轮吸附的溶剂脱附下来，并经二级脱附冷凝器冷凝后，进入回收溶剂罐，实现溶剂回收。
由于吸附转轮可以浓缩5-20倍，所以吸附转轮的脱附风量较小，可以大大降低脱附废气冷凝时所损耗的废气显热，从而节省二级脱附能耗。
与现有技术相比，本发明采用高吸附容量的转轮取代固定床式的二级活性炭吸附罐，由于转轮的吸附区及脱附区都处于氮气保护的环境中，所以转轮的脱附废气不存在因浓度过高而造成超过爆炸下限的风险，脱附风的浓度及转轮的浓缩倍数不受LEL的约束，可以实现转轮一边吸附一边脱附的工作模式。转轮吸附初期允许吸附穿透，随着脱附循环系统中有机物不断冷凝，整个循环系统中溶剂含量越来越低，转轮吸附区出口浓度会慢慢降低，直至降至要求浓度即可。同时，本发明采用一级吸附设备至少两个吸附罐一吸附一脱附的一级吸附运行方式，能够大幅缩短切换周期，在一级吸附设备自身的循环中最大化地回收溶剂。
该工艺较现有工艺技术有如下优势：
1、可降低30％-60％的吸附材料即颗粒活性碳的装填量，降低设备的一次性投资。
2、切换周期大大缩短。
3、使用转轮作为二级吸附设备降低一级的脱附残留，二级吸附设备完全处在氮气保护的环境中，转轮的脱附废气不存在因浓度过高而造成超过爆炸下限的风险，脱附风的浓度及转轮的浓缩倍数不受LEL的约束。
4、转轮具有浓缩的效果，转轮脱附风量比采用碳罐的脱附风量低，可大大减少脱附气在进行冷凝时的显热损失，从而降低脱附能耗。
5、由于转轮出口废气不直排大气，允许转轮吸附初期因系统中溶剂浓度较高而吸附穿透，只需随着转轮完全密闭的循环系统中溶剂的不断减少，保证转轮吸附后期不出现吸附穿透即可。
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范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例1的氮气再生的吸附回收系统的结构示意图。
附图标记说明：
1-废气过滤器，2-一级吸附风机，3-废气冷却器，4、10-吸附罐，5、25-一级吸附入口阀，6、26-一级吸附出口阀，7-一级脱附风机，8-一级脱附加热器，9、23-一级脱附入口阀，11、24-一级脱附出口阀，12-循环升温阀，13-一级脱附冷却器，14-一级脱附深冷阀，15-一级深冷器，16-二级吸附阀，17-吸附转轮，18-二级脱附加热器，19-二级脱附风机，20-二级脱附冷凝器，21-回收溶剂罐，22-烟囱，27-废气入口，28-氮气入口。
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。
实施例1
一种氮气再生的吸附回收系统，如图1所示，包括依次连接的废气输入设备、一级吸附设备和二级吸附设备，还包括氮气置换管路以及分别与所述一级吸附设备和二级吸附设备相连的一级循环氮气脱附管路与二级循环氮气脱附管路。
所述一级循环氮气脱附管路和二级循环氮气脱附管路分别与氮气置换管路相连通。
所述一级循环氮气脱附管路和二级循环氮气脱附管路上还分别设有脱附气冷凝回收设备。
所述一级吸附设备包括两个并联的吸附罐4、10，所述二级吸附设备为吸附转轮17。所述氮气置换管路为氮气入口28及其输送管线等。
吸附罐4上设有一级吸附入口、一级吸附出口、一级脱附入口和一级脱附出口；其一级吸附入口、一级吸附出口、一级脱附入口和一级脱附出口上分别设有一级吸附入口阀5、一级吸附出口阀6、一级脱附入口阀23和一级脱附出口阀24。
吸附罐10上同样设有一级吸附入口、一级吸附出口、一级脱附入口和一级脱附出口；其一级吸附入口、一级吸附出口、一级脱附入口和一级脱附出口上分别设有一级吸附入口阀25、一级吸附出口阀26、一级脱附入口阀9和一级脱附出口阀11。
所述一级吸附入口与所述废气输入设备管路连通，所述一级吸附出口通过烟囱22排空。
所述一级循环氮气脱附管路为：所述一级脱附出口依次通过循环升温阀12、一级脱附风机7、一级脱附加热器8和一级脱附入口阀23与所述一级脱附入口管路连通；所述一级脱附出口还依次通过一级脱附冷却器13、二级吸附阀16、吸附转轮17与一级脱附风机7管路连通。
所述的氮气置换管路与一级循环氮气置换管路相连通的接入口位于一级脱附入口阀23/9和两个吸附罐4/10各自的一级脱附入口之间。
所述一级循环氮气置换管路的脱附气冷凝回收设备为设于所述一级脱附出口与一级脱附风机7之间的一级脱附冷却器13和一级深冷器15，本实施例中还包括与一级脱附冷却器13和一级深冷器15的溶剂出口相连通的回收溶剂罐21。
一级脱附冷却器13设于一级脱附出口与二级吸附阀16之间管路上；一级深冷器15的入口通过一级脱附深冷阀14接在一级脱附冷却器13和二级吸附阀16之间的管路上。
一级深冷器15的脱附气出口接入循环升温阀12和一级脱附风机7之间的管路上。
本实施例中，吸附转轮17分为吸附区和脱附区，所述吸附区设有二级吸附入口和二级吸附出口。
所述二级吸附入口与所述一级脱附出口相连通，所述二级吸附出口通过一级脱附风机7、一级脱附加热器8和一级脱附入口阀23/9与所述一级脱附入口相连通。
吸附转轮17的脱附区设有二级脱附入口和二级脱附出口。
所述二级循环氮气脱附管路为所述二级脱附出口依次通过二级脱附冷凝器20、二级脱附风机19和二级脱附加热器18与所述二级脱附入口相连通。
所述氮气置换管路与二级循环氮气脱附管路相连通的接入口位于二级脱附冷凝器20和二级脱附风机19之间的管路上。二级脱附冷凝器20的溶剂出口接入回收溶剂罐21。
所述废气输入设备包括依次相连的废气入口27、废气过滤器1、一级吸附风机2和废气冷却器3；所述一级吸附入口与废气冷却器3相连通。
以本实施例的氮气再生的吸附回收系统处理乙酸乙酯废气为例说明其吸附回收方法，如下：
乙酸乙酯废气风量为4g/m3，废气总风量为30000m3/h，废气从废气入口27经废气过滤器1过滤后，经一级吸附风机2加压并经废气冷却器3冷却后通过一级吸附入口阀5进入吸附罐4底部，废气中的溶剂被吸附在活性炭床层中，净化的废气经过一级吸附出口阀6排放至烟囱22。同时吸附饱和的活性炭罐10，先用氮气置换吸附罐10中的空气，然后开启一级脱附风机7及一级脱附加热器8，热氮气经一级脱附入口阀9进入活性炭罐10，在热氮气的加热下有机溶剂得以脱附，脱附气经一级脱附出口阀11排出活性炭罐10，经过循环升温阀12返回至一级脱附风机7入口，此过程为循环升温及溶剂增浓过程。循环升温一段时间后，关闭循环升温阀12，打开一级深冷阀14，脱附废气经一级脱附冷却器13和一级深冷器15回收部分溶剂至回收溶剂罐21。然后关闭一级深冷阀14，打开二级吸附阀16，脱附废气进入吸附转轮17的吸附区，吸附后的废气返回至一级脱附风机7入口。二级脱附风机19、二级脱附加热器18和二级脱附冷凝器20也同时工作，热氮气将吸附转轮17吸附的溶剂脱附下来，并经二级脱附冷凝器20冷凝后，进入回收溶剂罐21，实现溶剂回收。
为了更好的证明本申请的有益效果，特进行对照实验如下：
对比例1
采用一级吸附罐结合二级吸附罐的工艺处理乙酸乙酯废气，乙酸乙酯废气风量为4g/m3，废气总风量为30000m3/h，共设计两个一级吸附罐和一个二级吸附罐。一级吸附罐吸附饱和后，进入脱附工序，脱附气经初步冷凝后，冷凝残留溶剂进入二级吸附罐上重新吸附。对于二级采用固定床式的活性碳罐的设备，由于一级脱附的过程中，需要二级活性炭罐进行吸附来消除一级吸附罐的脱附残留，所以只有待一级吸附罐脱附完成后，二级吸附罐才开始脱附，二级吸附罐脱附下来的溶剂经过冷凝后进行回收，故设备的切换周期为一级脱附时间与二级脱附时间之和，一般为7-8小时，脱附时间较长，切换时间长最终造成一级吸附罐大，从而造成一次性投资增大。另外，二级吸附罐为保证一次性完全吸附一级脱附下来的溶剂，二级吸附罐往往设计也比较大，如此还会造成二级脱附的氮气风量较大，脱附风量越大，脱附过程中被冷公用工程消耗的无效显热就越多，从而造成脱附能耗高的问题。
以上所述的实施例1和对比例1中的吸附罐中装填的吸附材料均为活性炭。
对实施例1和对比例1两种工况下及各项性能指标进行测试对比，结果如下表1所示。
表1实施例1和对比例1工况和性能测试结果
Figure BDA0002398867800000101
Figure BDA0002398867800000111
通过表1数据对比可知，使用本申请提供的系统和方法，一级吸附设备和二级吸附设备规格均明显减小，活性炭装填量更大为减少，活性炭节省量达到58％；同时，切换周期也大为缩短，由7-8小时缩短至4-5小时。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种氮气再生的吸附回收系统，包括依次连接的废气输入设备、一级吸附设备和二级吸附设备；
其特征在于，还包括氮气置换管路以及分别与所述一级吸附设备和二级吸附设备相连的一级循环氮气脱附管路与二级循环氮气脱附管路；所述一级循环氮气脱附管路和二级循环氮气脱附管路分别与氮气置换管路相连通；
所述一级循环氮气脱附管路和二级循环氮气脱附管路上还分别设有脱附气冷凝回收设备；
所述一级吸附设备包括至少两个并联的吸附罐，所述二级吸附设备为吸附转轮(17)。
2.根据权利要求1所述的氮气再生的吸附回收系统，其特征在于，每个所述吸附罐上均设有一级吸附入口、一级吸附出口、一级脱附入口和一级脱附出口；
所述一级吸附入口、一级吸附出口、一级脱附入口和一级脱附出口上分别设有一级吸附入口阀、一级吸附出口阀、一级脱附入口阀和一级脱附出口阀；
所述一级吸附入口与所述废气输入设备管路连通，所述一级吸附出口通过烟囱排空。
3.根据权利要求2所述的氮气再生的吸附回收系统，其特征在于，所述一级循环氮气脱附管路为：所述一级脱附出口依次通过循环升温阀(12)、一级脱附风机(7)、一级脱附加热器(8)和一级脱附入口阀与所述一级脱附入口管路连通；所述一级脱附出口还依次通过一级脱附冷却器(13)、二级吸附阀(16)、吸附转轮(17)与一级脱附风机(7)管路连通；
所述的氮气置换管路与一级循环氮气置换管路相连通的接入口位于所述一级脱附入口阀和一级脱附入口之间。
4.根据权利要求3所述的氮气再生的吸附回收系统，其特征在于，所述一级循环氮气置换管路的脱附气冷凝回收设备为设于所述一级脱附出口与一级脱附风机(7)之间的一级脱附冷却器(13)和一级深冷器(15)；
所述一级脱附冷却器(13)设于一级脱附出口与二级吸附阀(16)之间管路上；所述一级深冷器(15)的入口通过一级脱附深冷阀(14)接在一级脱附冷却器(13)和二级吸附阀(16)之间的管路上。
5.根据权利要求4所述的氮气再生的吸附回收系统，其特征在于，所述一级深冷器(15)的脱附气出口接入所述循环升温阀(12)和一级脱附风机(7)之间的管路上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的氮气再生的吸附回收系统，其特征在于，所述吸附转轮(17)分为吸附区和脱附区；
所述吸附区设有二级吸附入口和二级吸附出口；
所述二级吸附入口与所述一级脱附出口相连通，所述二级吸附出口通过一级脱附风机(7)、一级脱附加热器(8)和一级脱附入口阀与所述一级脱附入口相连通；
优选地，所述吸附转轮分为吸附区、冷却区和脱附区。
7.根据权利要求6所述的氮气再生的吸附回收系统，其特征在于，所述吸附转轮(17)的脱附区设有二级脱附入口和二级脱附出口；
所述二级循环氮气脱附管路为所述二级脱附出口依次通过所述二级循环氮气脱附管路的脱附气冷凝回收设备、二级脱附风机(19)和二级脱附加热器(18)与所述二级脱附入口相连通；
优选地，所述二级循环氮气脱附管路的脱附气冷凝回收设备为二级脱附冷凝器(20)；
所述氮气置换管路与二级循环氮气脱附管路相连通的接入口位于所述二级脱附冷凝器(20)和二级脱附风机(19)之间的管路上。
8.根据权利要求1-5、7任一项所述的氮气再生的吸附回收系统，其特征在于，所述废气输入设备包括依次相连的废气入口(27)、废气过滤器(1)、一级吸附风机(2)和废气冷却器(3)；所述一级吸附入口与所述废气冷却器(3)相连通。
9.一种基于1-8任一项所述的氮气再生的吸附回收系统的吸附回收方法，其特征在于，所述一级吸附设备的至少两个吸附罐采取同时一吸附一脱附的交替运行方式，当其中一个吸附罐吸附饱和后，切换为脱附模式，同时脱附完成的吸附罐切换为吸附模式；脱附废气经一级冷凝后回收部分溶剂；然后进入吸附转轮进行二级吸附、二级脱附和二级溶剂冷凝回收。
10.根据权利要求9所述的吸附回收方法，其特征在于，废气经废气过滤器(1)过滤后，经一级吸附风机(2)加压并经废气冷却器(3)冷却后通过一级吸附入口阀进入一个吸附罐中，废气中的溶剂被吸附在吸附罐的活性炭床层中，净化的废气经过一级吸附出口阀排放至烟囱(22)；
用氮气置换另一个吸附饱和的吸附罐中的空气，然后开启一级脱附风机(7)及一级脱附加热器(8)，热氮气经一级脱附入口阀进入所述另一个吸附罐，在热氮气的加热下有机溶剂得以脱附，脱附气经一级脱附出口阀排出所述另一个吸附罐，经过循环升温阀(12)返回至一级脱附风机(7)入口；
经循环升温后，关闭循环升温阀(12)，打开一级深冷阀(14)，脱附废气经一级脱附冷却器(13)和一级深冷器(15)回收部分溶剂至回收溶剂罐(21)；
然后关闭一级深冷阀(14)，打开二级吸附阀(16)，脱附废气进入吸附转轮(17)的吸附区，吸附后的废气返回至一级脱附风机(7)入口；二级脱附风机(19)、二级脱附加热器(18)和二级脱附冷凝器(20)也同时工作，热氮气将吸附转轮(17)吸附的溶剂脱附下来，并经二级脱附冷凝器(20)冷凝后，进入回收溶剂罐(21)，实现溶剂回收。
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