CN111530219B - 一种回收及净化废气中挥发性有机蒸气的膜处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种回收及净化废气中挥发性有机蒸气的膜处理方法，其特征是使挥发性有机蒸气（VOCs）进入压缩机增压后，顺序流经沸腾器、预冷器I、预冷器II、冷凝器、VOCs气体分离膜组件、VOCs气体膜接触吸收器。本发明实现了多级复叠作用，包括六级的冷量复叠、两级的蒸气回流复叠、一级的渗透气化膜与膜接触吸收复叠过程，从而大大增强了传统工艺中的仅仅是一级的压缩冷凝与膜复叠作用，进而在能量回用以降低运行能耗，以及提高VOCs回收率、降低排放浓度等方面，表现出更加优异的工作性能。

Description

一种回收及净化废气中挥发性有机蒸气的膜处理方法
技术领域
本发明涉及一种废气处理技术，尤其是一种挥发性有机蒸气（VOCs）处理质朴，具体地说是一种回收及净化废气中挥发性有机蒸气的膜处理方法。
背景技术
众所周知，挥发性有机蒸气（VOCs）废气是一类重要的需要严格控制的大气污染物，主要来自于化工生产工艺过程，其中以溶剂类组分又是VOCs排放的主要部分，对于这类VOCs排放废气，由于其回收并回用于生产过程的利用价值较高，因此在有机蒸气回收过程中同时实现其达标排放，成为对VOCs废气进行污染治理的一个重要发展方向。
回收有机蒸气的方法主要有三类，分别是吸附法、吸收法、膜分离法：在吸附法中采用活性炭、活性炭纤维、吸附树脂等对VOCs具有较大吸附容量的材料进行吸附浓缩，采用蒸汽或真空方法进行再生；在吸收法中，采用正己烷、正庚烷或与被吸收组分溶剂等作为吸收液，将废气中的VOCs吸收到吸收液中，然后通过再沸方式再生或与吸收液直接输出回用；在膜分离法中，采用对VOCs组分具有较高渗透扩散性能的高分子聚合物分离膜，使得废气中的VOCs组分渗透通量显著大于氮气、氧气等不凝气组分，从而使VOCs组分得以浓缩，并通常与压缩、冷凝进行复叠，实现高效率的VOCs回收。
膜分离法具有系统工艺流程简单，可连续稳定运行、回收效率高等优点，但仍存在运行能耗较高、排放达标难度较大等不利因素，必须加以改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有的挥发性有机蒸气膜分离法存在的运行能耗较高、排放达标难度较大的问题，发明一种能大幅度降低运行能耗，提高VOCs回收率、降低排放浓度的回收及净化废气中挥发性有机蒸气的膜处理方法。
本发明的技术方案是：
一种回收及净化废气中挥发性有机蒸气的膜处理方法，其特征是首先使挥发性有机蒸气（VOCs）进入压缩机增压后，顺序流经沸腾器、预冷器I、预冷器II、冷凝器、VOCs气体分离膜组件、VOCs气体膜接触吸收器，然后通过预冷器II换热后排放；其中：VOCs气体分离膜组件的透过气经换热器I冷却后回流到压缩机入口，渗余气进入VOCs气体膜接触吸收器，经VOCs气体膜接触吸收器吸收后的剩余气回流至预冷器II后排出；冷媒从制冷系统进入冷凝器吸热后，依次经过换热器I、换热器II吸热后进入预冷器I吸热，最后回流到制冷系统；沸腾器释放的蒸汽回流到压缩机入口；吸收液流进入换热器II，在VOCs气体膜接触吸收器与VOCs废气进行膜接触方式吸收；吸收液流动有两种模式，通过阀门来控制：当阀I和阀III开，阀II和阀IV关闭时，吸收液由外部流入换热器II后进入VOCs气体膜接触吸收器，吸收了VOCs的吸收液流出；当阀I和阀III关闭，阀II和阀IV开启时，吸收液通过吸收液泵进行内部循环流动，流出VOCs气体膜接触吸收器的吸收液进入沸腾器，在沸腾器内被压缩后的VOCs废气加热沸腾，释放出吸收的VOCs，吸收液再通过换热器II进入VOCs气体膜接触吸收器循环吸收；释放出的VOCs回流到压缩机入口，与进气混合进入系统，复叠冷凝吸收，提高了VOCs的回收率，在冷凝器和换热器I中冷凝的VOCs液体收集流入VOCs收集槽，实现对VOCs的回收利用；所述的沸腾器为盘管式或管壳式或翅片管式沸腾器，既回收了压缩机增压热量，又将吸收液吸收的VOCs解吸出来，工作压力1～10bar，工作温度50～90℃；所述的VOCs气体分离膜组件是聚二甲基硅烷或者聚酰亚胺或者聚乙烯醇或者聚砜材料的卷式膜组件或者中空纤维膜组件或者蝶式膜组件；膜前压力在1～10bar，温度在-60～10℃，透过侧压力为-50kPa～50kPa，温度在-50～10℃；所述的VOCs气体膜接触吸收器为聚偏氟乙烯或聚丙烯或聚四氟乙烯材料的中空纤维膜组件或者卷式膜组件接触吸收器，其中气相吸收压力50kPa～6bar，温度-60～10℃，液相吸收压力20kPa～4bar，温度-50～10℃。
本发明的有益效果：
本发明实现了多级复叠作用，包括六级的冷量复叠、两级的蒸气回流复叠、一级的渗透气化膜与膜接触吸收复叠过程，从而大大增强了传统工艺中的仅仅是一级的压缩冷凝与膜复叠作用，进而在能量回用以降低运行能耗，以及提高VOCs回收率、降低排放浓度等方面，表现出更加优异的工作性能。
经实验证明，本发明能降低运行能耗30%，VOCs回收率99.5%、排放浓度可降低至50mg/m3以下。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种回收及净化废气中挥发性有机蒸气的膜处理方法，其步骤如下：
（1）进气经压缩机增压后，顺序流经沸腾器、预冷器I、预冷器II、冷凝器、VOCs气体分离膜组件、VOCs气体膜接触吸收器，然后通过预冷器II换热后排放。
（2）VOCs气体分离膜组件的透过气经换热器I冷却后回流到压缩机入口。渗余气进入VOCs气体膜接触吸收器，经VOCs气体膜接触吸收器吸收后的剩余气回流至预冷器II后排出；冷媒从制冷系统进入冷凝器吸热后，依次经过换热器I、换热器II吸热后进入预冷器I吸热，最后回流到制冷系统。
（3）沸腾器释放的蒸汽回流到压缩机入口。
（4）吸收液流经换热器后，在VOCs膜接触吸收器与VOCs废气进行膜接触方式吸收。
（5）吸收液流动有两种模式，通过阀门来控制：当阀I和阀III开，阀II和阀IV关闭时，吸收液由外部流入，吸收了VOCs的吸收液流出；当阀I和阀III关闭，阀II和阀I开启时，吸收液通过吸收液泵进行内部循环流动，流出VOCs膜接触吸收器的吸收液进入沸腾器，在沸腾器内被压缩后的VOCs废气加热沸腾，释放出吸收的VOCs，然后吸收液再通过换热器II进入VOCs膜接触吸收器循环吸收。
（6）制冷系统提供-20℃～-60℃的冷媒，可以是低温冷冻盐水或氟利昂制冷剂。
（7）在冷凝器和换热器I中冷凝的VOCs液体收集流入VOCs收集槽，实现对VOCs的回收利用。
（8）压缩机为螺杆式或活塞式或离心式压缩机，压缩后压力在1～10bar，温度在50～90℃。
（9）沸腾器为盘管式或管壳式或翅片管式沸腾器，既回收了压缩机增压热量，又将吸收液吸收的VOCs解吸出来，工作压力1～10bar，工作温度50～90℃。
（10）预冷器I、预冷器II、冷凝器、换热器I、换热器II为管壳式间壁换热器，发挥冷凝VOCs废气或回收热量的功能。
（11）VOCs气体分离膜组件是PDMS（聚二甲基硅烷）或者PI（聚酰亚胺）或者PAV（聚乙烯醇）或者PS（聚砜）材料的卷式膜组件或者中空纤维膜组件或者蝶式膜组件。膜前压力在1～10bar，温度在-60～10℃，透过侧压力为-50kPa～50kPa，温度在-50～10℃。
（12）VOCs气体膜接触吸收器为PVDF（聚偏氟乙烯）或PP（聚丙烯）或PTFE（聚四氟乙烯）材料的中空纤维膜组件或者卷式膜组件接触吸收器。其中气相吸收压力50kPa～6bar，温度-60～10℃，液相吸收压力20kPa～4bar，温度-50～10℃。
（13）吸收液可以是乙二醇或者正己烷或者正庚烷。
由图1可知，本发明实现了多级复叠作用，包括六级的冷量复叠、两级的蒸气回流复叠、一级的渗透气化膜与膜接触吸收复叠过程，从而大大增强了传统工艺中的仅仅是一级的压缩冷凝与膜复叠作用，进而在能量回用以降低运行能耗，以及提高VOCs回收率、降低排放浓度等方面，表现出更加优异的工作性能。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种回收及净化废气中挥发性有机蒸气的膜处理方法，其特征是首先使挥发性有机蒸气（VOCs）进入压缩机增压后，顺序流经沸腾器、预冷器I、预冷器II、冷凝器、VOCs气体分离膜组件、VOCs气体膜接触吸收器，然后通过预冷器II换热后排放；其中：VOCs气体分离膜组件的透过气经换热器I冷却后回流到压缩机入口，渗余气进入VOCs气体膜接触吸收器，经VOCs气体膜接触吸收器吸收后的剩余气回流至预冷器II后排出；冷媒从制冷系统进入冷凝器吸热后，依次经过换热器I、换热器II吸热后进入预冷器I吸热，最后回流到制冷系统；沸腾器释放的蒸汽回流到压缩机入口；吸收液流进入换热器II，在VOCs气体膜接触吸收器与VOCs废气进行膜接触方式吸收；吸收液流动有两种模式，通过阀门来控制：当阀I和阀III开，阀II和阀IV关闭时，吸收液由外部流入换热器II后进入VOCs气体膜接触吸收器，吸收了VOCs的吸收液流出；当阀I和阀III关闭，阀II和阀IV开启时，吸收液通过吸收液泵进行内部循环流动，流出VOCs气体膜接触吸收器的吸收液进入沸腾器，在沸腾器内被压缩后的VOCs废气加热沸腾，释放出吸收的VOCs，吸收液再通过换热器II进入VOCs气体膜接触吸收器循环吸收；释放出的VOCs回流到压缩机入口，与进气混合进入系统，复叠冷凝吸收，提高了VOCs的回收率，在冷凝器和换热器I中冷凝的VOCs液体收集流入VOCs收集槽，实现对VOCs的回收利用；所述的沸腾器为盘管式或管壳式或翅片管式沸腾器，既回收了压缩机增压热量，又将吸收液吸收的VOCs解吸出来，工作压力1～10bar，工作温度50～90℃；所述的VOCs气体分离膜组件是聚二甲基硅烷或者聚酰亚胺或者聚乙烯醇或者聚砜材料的卷式膜组件或者中空纤维膜组件或者蝶式膜组件；膜前压力在1～10bar，温度在-60～10℃，透过侧压力为-50kPa～50kPa，温度在-50～10℃；所述的VOCs气体膜接触吸收器为聚偏氟乙烯或聚丙烯或聚四氟乙烯材料的中空纤维膜组件或者卷式膜组件接触吸收器，其中气相吸收压力50kPa～6bar，温度-60～10℃，液相吸收压力20kPa～4bar，温度-50～10℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的冷凝器由制冷系统提供-20℃～-60℃的冷媒，可以是低温冷冻盐水或氟利昂制冷剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的制冷系统采用螺杆式或活塞式或离心式压缩机，压缩后压力在1～10bar，温度在50～90℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的预冷器I、预冷器II、冷凝器、换热器I、换热器II为管壳式间壁换热器，发挥冷 凝VOCs废气或回收热量的功能。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的吸收液是乙二醇或者正己烷或者正庚烷。
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