CN111359363A - 一种净化含氯挥发性有机废气的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种净化含氯挥发性有机废气的系统，系统由深度冷凝单元、活性炭纤维吸脱附单元和有机物冷凝液回收单元组成，深度冷凝单元设有双通道冷凝装置，每道冷凝装置设有多级换热器，第一级换热由来源废气与经过多级深冷后的排放尾气进行换热；活性炭纤维吸脱附单元由至少两组并联设置的活性炭纤维箱组成，活性炭纤维箱的底部两侧分别配置有吸脱附阀门和冷却阀，在每个活性炭纤维箱内均设置有活性炭纤维卷；有机物冷凝液回收单元由蒸汽冷凝换热器、气液分离器、冷凝液换热器和冷凝液回收桶槽组成。本发明采用深度冷凝+活性炭纤维吸脱附工艺来净化含氯挥发性有机废气，运行费用低廉且净化效果较好。

Description

一种净化含氯挥发性有机废气的系统

技术领域

本发明涉及废气的处理，具体涉及到一种净化含氯挥发性有机废气的系统。

背景技术

医药行业中常采用二氯甲烷及三氯甲烷作为溶剂和萃取剂，在生产过程中常通过真空泵排出高浓度废气，若不进行治理，会产生大气环境污染。而目前常用的治理有机废气的工艺有焚烧法，吸收法，吸附法，冷凝法等多种形式。但对于根据此类废气废气的特点，如果采用焚烧法处理，废气裂解后会产生HCL，对设备有非常强的腐蚀性，对设备的材质要求非常高；采用吸附法吸收，由于浓度高，吸附剂饱和速度快，使用成本高；冷凝法虽在理论上能降低废气排放的浓度，但由于机械冷凝最低温度限制，要达到现有排放标准值，在技术水平上仍不能通过冷凝工艺一步到位。

目前对于VOCs废气的治理从大方向上来讲有两种，第一种是破坏法，即采用焚烧的方式将有机物碳氢键打断，常用的设备有蓄热热式焚烧炉，催化燃烧炉，直燃炉等。第二种采用的是转移法，通过吸附、吸收、冷凝的方法将废气中的有机物转换成固态或液态方式后再进行处理。第一种方法属于一次性治理达标的方法，在绝大情况下的首选工艺，多用于废气成分复杂的工况下，但废气浓度必须适中，废气中的成分无腐蚀性，否则对设备材质及配置要求极高，造价及运行成本高。而转移法，适用于有回收价值或对于转移的污染物有二次处理的设备或处理去向的工况。

在医药化工行业，由于产生的废气工艺环节较多，对于二氯甲烷，三氯甲烷不适合焚烧的废气组分，常采用冷凝+吸附工艺，或活性炭吸脱附+冷凝回收工艺。

冷凝+吸附工艺是利用降温的方式，使有机物处于饱和状态，从而凝结成液态析出，降低气体中的有机物含量，经过冷凝后仍然含有少量的有机物，再通过比表面积大的吸附剂进行吸附，以达到净化废气的目的。

上述工艺中冷凝法通常采用三级冷凝方式，第一级采用常温循环水进行热交换预冷，第二级采用7度冰水进行热交换，第三级采用-10℃盐水进行冷凝，在这种冷凝温度不低的情况下，废气中沸点较低的物质较难冷凝下来，增加了后段吸附剂的工作负荷，且吸附剂使用寿命短，运行成本高。

活性炭吸脱附+冷凝回收工艺，活性炭吸脱附工艺系统中有多个吸附罐(以2个罐为例)，罐内装有活性炭颗粒作为吸附剂。当1#吸附罐吸附饱和后，启动2#吸附罐进行吸附，1#饱和罐采用蒸汽进行脱附，脱附出来的高浓度废气再通过冷凝器冷凝回收。当1#脱附罐脱附完成后，通入干燥风吹干吸附剂以备待用。当2#罐吸附饱和后，再切换至1#罐吸附。2#罐进行脱附。如此反复，实现废气的净化。

活性炭颗粒作为吸附剂，其固有的空隙结构(由微孔过度孔及大孔组成)并不适合二氯甲烷、三氯甲烷这样的废气成分单一，分子量较小的物质的吸附，同时，废气浓度不稳定，间隙性排放高浓度废气的工况时(真空泵排放常出现这样的情况)，吸附剂容易直接穿透，导致吸附器出口不达标。

现有技术缺点主要有：

1)冷凝温度不低，通过冷凝法削减有机物的量少，导致活性炭吸附使用量大，系统阻力大，且活性炭需要经常更换，系统运行费用大；

2)吸附剂采用颗粒活性炭，其本身固有孔隙的结构，即由微孔、过渡孔、大孔组成，对于二氯甲烷与三氯甲烷的小分子量的组分，仅有微孔才对其起到吸附作用，同时颗粒炭的使用率不高。

3)对于浓度波动加大的工况，无论以上哪种工艺，容易出现不达标的情况。

发明内容

本发明就是要根据废气源的特点，发明一种净化高浓度二氯甲烷，三氯甲烷等氯化物废气的工艺方法，解决上述单一工艺净化处理过程中诸如：运行费用高，投资成本大，净化不达标的问题。具体方案如下：

一种净化含氯挥发性有机废气的系统，所述系统由深度冷凝单元、活性炭纤维吸脱附单元和有机物冷凝液回收单元组成，

所述深度冷凝单元与来源废气相连，所述深度冷凝单元设有双通道冷凝装置且这两道冷凝装置并联布置，在每道冷凝装置的输入端与来源废气之间均设置有切换阀门，每道冷凝装置设有多级换热器，第一级换热由来源废气与经过多级深冷后的排放尾气进行换热，废气经过双通道冷凝装置的最后一级换热器换热后，汇聚到一路并集中排放至活性炭纤维吸脱附单元；

所述活性炭纤维吸脱附单元由至少两组并联设置的活性炭纤维箱组成，部分活性炭纤维箱在正常吸附废气时，其余活性炭纤维箱进行热脱附或处于备机状态，在每个活性炭纤维箱的底部两侧分别配置有吸脱附阀门和冷却阀，在每个活性炭纤维箱的底部设置有排凝口并配有排凝阀门，在每个活性炭纤维箱内均设置有活性炭纤维卷，且活性炭纤维卷的中空柱上有真空管道并配置蒸汽电磁阀门与蒸汽管道相连；

所述有机物冷凝液回收单元由蒸汽冷凝换热器、气液分离器、冷凝液换热器和冷凝液回收桶槽组成，蒸汽冷凝换热器热侧一端连接活性炭纤维箱的吸脱附阀门，另一端与气液分离器相连，且该气液分离器一端连接冷凝液回收桶槽，另一端与废气来源管道进行连接将不凝气送入系统再次处理，冷凝液换热器入口与活性炭纤维箱的底部的排凝阀门相连以将含有机溶液的废液冷却后送入冷凝液回收桶槽。

进一步的，深度冷凝单元采用机械制冷或者液氮直接换热冷凝，机械制冷最后一级换热器达到-75℃，液氮冷凝温度达到-120℃。

进一步的，所述深度冷凝单元的换热器为板式换热器、管壳式换热器或螺旋板换热器。

进一步的，所述深度冷凝单元的换热器上装有温度检知元件以及压力/压差检知元件，且各换热器的进出口设有浓度检测仪或取样口。

进一步的，双通道冷凝装置的部分换热器共用制冷机组。

进一步的，各个活性炭纤维箱顶部配置有提升阀，且每个活性炭纤维箱一侧均通过氮气进气阀与氮气吹扫管路相连，且每个活性炭纤维箱分别同干燥吹风管路与一干燥风机相连。

进一步的，冷凝液回收单元的蒸汽冷凝换热器、冷凝液换热器均采用冰水作为换热介质。

进一步的，冷凝液回收桶槽内设置有缓冲槽，且该冷凝液回收桶槽与一溶剂回收泵相连。

本发明采用深度冷凝+活性炭纤维吸脱附工艺来净化含氯挥发性有机废气，与现有技术相比有如下优点：

1)深度冷凝系统，采用最后一级的冷量为来源废气的进行预冷，有效利用了系统富余的能量。

2)冷凝温度低，大幅度减低废气中的有机物，经深度冷凝净化后的废气浓度较为稳定有利于活性炭纤维的吸附，不会有超标现象。

3)设计冷凝冗余通道(即双通道冷凝装置)，在通道结霜时，另一通道可以立即启动使用，结霜的通道进行化霜，使得系统始终在工作状态；

4)冷凝后的物质与水的密度不一样，可通过缓冲槽进行分层，重复利用回收的溶剂。

5)活性炭纤维有比活性炭颗粒更大的比表面积，同样重量的活性炭，可吸附更多的有机物质，吸附容量大。

6)活性炭纤维孔隙结构属于微孔状态，吸脱附速度快，所消耗的蒸汽量较小。

7)在吸附相同量有机物的情况下，活性炭纤维的阻力小，风机运行功率小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种净化含氯挥发性有机废气的系统的示意图；

图2为深度冷凝单元的示意图；

图3为活性炭纤维吸脱附单元的示意图；

图4为有机物冷凝液回收单元的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供了一种净化含氯挥发性有机废气的系统，如图1-4所示，所述系统由深度冷凝单元100、活性炭纤维吸脱附单元200和有机物冷凝液回收单元300组成，

所述深度冷凝单元100与来源废气01相连，所述深度冷凝单元100设有双通道冷凝装置110且这两道冷凝装置110并联布置，在每道冷凝装置的输入端与来源废气01之间均设置有切换阀门120，每道冷凝装置设有多级换热器130，第一级换热由来源废气01与经过多级深冷后的排放尾气进行再次换热，废气经过双通道冷凝装置的最后一级换热器换热后，汇聚到一路并集中排放至活性炭纤维吸脱附单元200；

所述活性炭纤维吸脱附单元200由至少两组并联设置的活性炭纤维箱组成，部分活性炭纤维箱202在正常吸附废气时，其余活性炭纤维箱202进行热脱附或处于备机状态，在每个活性炭纤维箱202的底部两侧分别配置有吸脱附阀门203和冷却阀207，在每个活性炭纤维箱的底部设置有排凝口并配有排凝阀门204，在每个活性炭纤维箱内均设置有活性炭纤维卷208，且活性炭纤维卷208的中空柱上有真空管道并配置蒸汽电磁阀门201与蒸汽管道209相连；

所述有机物冷凝液回收单元300由蒸汽冷凝换热器302、气液分离器303、冷凝液换热器301和冷凝液回收桶槽304组成，蒸汽冷凝换热器302热侧一端连接活性炭纤维箱的吸脱附阀门203，另一端与气液分离器303相连，且该气液分离器303一端连接冷凝液回收桶槽304，另一端与废气来源管道进行连接将不凝气送入系统再次处理，冷凝液换热器301入口与活性炭纤维箱的底部的排凝阀门204相连以将含有机溶液的废液冷却后送入冷凝液回收桶槽304。

其中，来源废气01通过风机02排放至深度冷凝单元100。本发明的深度冷凝单元100采用双通道冷凝装置，即设计冷凝冗余通道，在通道结霜时，另一通道可以立即启动使用，结霜的通道进行化霜。化霜的形式可以是热除霜，也可以是停机自动化霜。为了实现双通道冷凝装置互不影响，我们在每道冷凝装置的输入端均设置有一切换阀门120，以用于切换工作状态，即换热或者除霜。

在一可选的实施例中，深度冷凝单元100采用机械制冷或者液氮直接换热冷凝，机械制冷最后一级换热器达到-75℃，液氮冷凝温度达到-120℃。

在一可选的实施例中，换热器130为板式换热器、管壳式换热器或螺旋板换热器的任意一种。

在一可选的实施例中，各换热器130上装有温度检知元件以及压力/压差检知元件，且各换热器的进出口设有浓度检测仪或取样口。

在一可选的实施例中，双通道冷凝装置的部分换热器共用制冷机组140。

每个活性炭纤维箱202均通过氮气进气阀206与氮气吹扫管路210相连，作为活性炭纤维的安全保护措施。每个活性炭纤维箱分别同干燥吹风管路212与一干燥风机211相连用于活性炭纤维箱202的干燥处理。

在活性炭纤维箱202的顶部还配置有提升阀205，当提升阀205提起时，经吸附后的尾气可通过该阀门排出，当提升阀落下时，可通过开启活性炭纤维卷中空柱外壁连通的蒸汽电磁阀门201对活性炭纤维卷进行脱附。

活性炭纤维具有均匀的微孔，并有比活性炭颗粒更大的比表面积，阻力小的优点。各活性炭纤维箱202内活性炭纤维卷的数量取决于处理风量的大小，如果采用奇数个活性炭纤维卷，活性炭箱体可以是圆柱形，若采用偶数个活性炭纤维卷，活性炭箱体可以是长方体。

优选的，活性炭纤维箱202侧底部配置有1个或2个吸脱附阀门203，当采用1个阀门时，通常是提升阀，当阀门阀板提上去时，脱附时含有高浓度的有机蒸汽可以从该阀门流向冷凝器，实现脱附功能；当阀板落下时，从深度冷凝单元来的废气从该阀门进入吸附器，实现废气吸附。采用2个阀门时，吸附进气，与脱附出气不再共用阀门，都有独立阀门控制。与吸脱附阀门203对立的侧面，设置有冷却阀207，用于脱附后，降低活性炭纤维卷温度，恢复活性炭纤维的吸附性能。

在一可选的实施例中，冷凝液回收单元的蒸汽冷凝换热器302、冷凝液换热器301均采用低温冰水作为换热介质。

在一可选的实施例中，冷凝液回收桶槽304内设置有缓冲槽，且该冷凝液回收桶槽304与一溶剂回收泵305相连。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1)深度冷凝系统，采用最后一级的冷量为来源废气的进行预冷，有效利用了系统富余的能量。

2)冷凝温度低，大幅度减低废气中的有机物，经深度冷凝净化后的废气浓度较为稳定有利于活性炭纤维的吸附，不会有超标现象。

3)冷凝后的物质与水的密度不一样，可通过缓冲槽进行分层，重复利用回收的溶剂。

4)活性炭纤维有比活性炭颗粒更大的比表面积，同样重量的活性炭，可吸附更多的有机物质，吸附容量大。

5)活性炭纤维孔隙结构属于微孔状态，吸脱附速度快，所消耗的蒸汽量较小。

6)在吸附相同量有机物的情况下，活性炭纤维的阻力小，风机运行功率小。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种净化含氯挥发性有机废气的系统，其特征在于，所述系统由深度冷凝单元、活性炭纤维吸脱附单元和有机物冷凝液回收单元组成，

所述深度冷凝单元与来源废气相连，所述深度冷凝单元设有双通道冷凝装置且这两道冷凝装置并联布置，在每道冷凝装置的输入端与来源废气之间均设置有切换阀门，每道冷凝装置设有多级换热器，第一级换热由来源废气与经过多级深冷后的排放尾气进行换热，废气经过双通道冷凝装置的最后一级换热器换热后，汇聚到一路并集中排放至活性炭纤维吸脱附单元；

所述活性炭纤维吸脱附单元由至少两组并联设置的活性炭纤维箱组成，部分活性炭纤维箱在正常吸附废气时，其余活性炭纤维箱进行热脱附或处于备机状态，在每个活性炭纤维箱的底部两侧分别配置有吸脱附阀门和冷却阀，在每个活性炭纤维箱的底部设置有排凝口并配有排凝阀门，在每个活性炭纤维箱内均设置有活性炭纤维卷，且活性炭纤维卷的中空柱上有真空管道并配置蒸汽电磁阀门与蒸汽管道相连；

所述有机物冷凝液回收单元由蒸汽冷凝换热器、气液分离器、冷凝液换热器和冷凝液回收桶槽组成，蒸汽冷凝换热器热侧一端连接活性炭纤维箱的吸脱附阀门，另一端与气液分离器相连，且该气液分离器一端连接冷凝液回收桶槽，另一端与废气来源管道进行连接，冷凝液换热器入口与活性炭纤维箱的底部的排凝阀门相连以将含有机溶液的废液冷却后送入冷凝液回收桶槽。

2.如权利要求1所述的净化含氯挥发性有机废气的系统，其特征在于，深度冷凝单元采用机械制冷或者液氮直接换热冷凝，机械制冷最后一级换热器达到-75℃，液氮冷凝温度达到-120℃。

3.如权利要求1或2所述的净化含氯挥发性有机废气的系统，其特征在于，所述深度冷凝单元的换热器为板式换热器、管壳式换热器或螺旋板换热器。

4.如权利要求1所述的净化含氯挥发性有机废气的系统，其特征在于，所述深度冷凝单元的换热器上装有温度检知元件以及压力/压差检知元件，且各换热器的进出口设有浓度检测仪或取样口。

5.如权利要求1所述的净化含氯挥发性有机废气的系统，其特征在于，双通道冷凝装置的部分换热器共用制冷机组。

6.如权利要求1所述的净化含氯挥发性有机废气的系统，其特征在于，各个活性炭纤维箱顶部配置有提升阀，且每个活性炭纤维箱一侧均通过氮气进气阀与氮气吹扫管路相连，且每个活性炭纤维箱分别同干燥吹风管路与一干燥风机相连。

7.如权利要求1所述的净化含氯挥发性有机废气的系统，其特征在于，冷凝液回收单元的蒸汽冷凝换热器、冷凝液换热器均采用冰水作为换热介质。

8.如权利要求1所述的净化含氯挥发性有机废气的系统，其特征在于，冷凝液回收桶槽内设置有缓冲槽，且该冷凝液回收桶槽与一溶剂回收泵相连。

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