CN112090224A - 一种柔性可调节的VOCs冷凝吸附耦合回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柔性VOCs冷凝吸附耦合回收装置，属于节能环保领域；包括芯体、封头和接管，所述封头和接管设置在所述芯体上下两端和侧壁上，其特征在于：所述芯体内部包括预冷单元、冷凝单元和吸附单元，所述每个单元由流体通道交替排列组成，所述流体通道分为VOCs气体通道和冷媒通道，所述流体通道包括导流叶片、隔板和隔条，所述隔板设在所述VOCs气体通道和冷媒通道之间；在设备的吸附单元还装有蜂箱式结构的活动吸附剂单元，吸附单元的数量和间距可以根据实际工况进行调整，冷凝单元的长度和温度也可以根据实际情况进行柔性调节，以适应不同浓度不同组分VOCs气体。本装置与前期已公开的发明相比，结构更加紧凑合理，回收效率高。

Description

一种柔性可调节的VOCs冷凝吸附耦合回收装置
技术领域
本发明涉及一种新型VOCs冷凝吸附耦合回收装置，属于节能环保领域。
背景技术
近年来，VOCs气体的排放限值不断降低，现有的回收技术已经很难实现VOCs的达标排放。其主要原因，是由于有机气体中低浓度高沸点的组分难以通过单一的回收方法去除。为了有效治理VOCs气体污染，实现有机废气的达标排放，很多企业纷纷改进处理技术，提出了VOCs治理的新方案。如采用复叠式制冷的方式对高浓度VOCs气体进行深冷，回转吸附的方式对低浓度VOCs进行吸附或采用催化燃烧的方法对VOCs气体进行燃烧等。这些方法虽然可以在一定程度上提高回收效率，但能耗较高，处理效果有限，经济效益不明显。
如近期已公开的发明专利一种VOC废气处理系统(CN110496513A)，采用转轮吸附+洗涤+吸附的流程，虽处理效果较好，但工艺复杂能耗较高；
如发明专利一种VOC废气处理装置及方法(CN110559798A)则采用吸附+燃烧的组合工艺，燃烧不充分易造成二次污染；
如发明专利一种安全高效的VOCs催化氧化处理装置及其工作方法(CN201910802181.2)流程中涉及的主要装置多达41个。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种柔性可调节的VOCs冷凝吸附耦合回收装置，不仅结构紧凑流程短，还可以有效降低回收能耗，提高回收效率。本专利与发明人前期已授权的发明“专利一种高效紧凑的油气冷凝吸附回收装置(CN201110192807.6)”相比，将原有的冷凝吸附耦合一体化结构分成三个不同的流体单元，使装置结构更加优化，可以适应多种不同工况，装置结构可实现柔性化调控，降低流体流动阻力。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种柔性可调节的VOCs冷凝吸附耦合回收装置，包括芯体、封头和接管，所述封头和接管设置在所述芯体上下两端和侧壁上，其特征在于：所述芯体内部包括预冷单元、冷凝单元和吸附单元，每个单元分别由VOCs气体通道和冷媒通道交替排列而成。每个通道分别由隔板、导流叶片和隔条通过钎焊的方式，组合成各自密封的板式流体通道。不同流体在各自的通道内流动，并通过隔板和金属叶片相互传递热量。
进一步的，在冷凝吸附耦合单元的气体通道内填充有吸附剂，吸附剂采用活性炭纤维布或者活性炭纤维束，或者采用两层丝网中间填充吸附剂的形式，纤维布或纤维束或丝网可以通过金属框制成蜂箱式活动结构，再插入气体通道内，根据气体的浓度和流量，调节纤维束的数量，可以达到调节阻力和吸附效果的目的。
进一步的，吸附剂通道和冷媒通道采用间隔排列的方法，可以在吸附的同时对气体进行冷却，及时将吸附过程放出的热量带走，有效控制吸附温升，防止吸附温度过高造成吸附剂失活和寿命降低，经冷凝吸附后的达标气体从装置顶部排出。在实际工作时，还可以根据具体情况对预冷、冷凝、吸附单元的排列顺序进行调整或增加去除，实现回收过程的柔性化调控。如回收甲醇等难吸附的有机气体时，可以去除吸附段，只采用冷凝的方式进行处理，而对于低浓度低沸点的有机物，则可以关闭冷凝段，只采用预冷+吸附的工作方式。
工作时，来自气体收集装置的VOCs气体首先由冷凝吸附耦合回收装置底部的进气口进入装置内部的VOCs气体通道，依次经过装置内部的预冷、冷凝、吸附三个操作单元。在预冷单元，常温或含水的VOCs气体被相邻通道内的冷媒预冷至4℃左右，达到预冷和除水的目的，防止含水气体在冷凝段结冰，造成通道堵塞。分离出的液态物质在通道内的叶片表面富集，并沿叶片表面的通道流入装置底部的液体收集装置，实现气体的一级分离。预冷后的干燥VOCs气体继续沿气体通道向上，进入冷凝段。在这一阶段，高浓度和低沸点的组分则被相邻通道的冷媒冷却至-30℃～-78℃，大部分VOCs组分在冷凝段被冷凝为液体进而实现分离。最后气体中剩余的部份高沸点和低浓度组分沿通道进入冷凝吸附耦合单元，由气体通道中的吸附剂吸附，吸附放出的热量则由相邻流体通道的冷媒带走，降低吸附通道的温度。净化后的尾气由装置顶部的排气口排出。冷媒则由装置顶部的冷媒进口进入装置，依次经过冷凝吸附耦合单元、冷凝单元、预冷单元，通过隔板及隔板间的交错锯齿传热面，与隔板另一侧的VOCs气体进行换热，换热后的冷媒由装置底部的出口流出，进入压缩机进行循环制冷。预冷单元的下方、装置底部设有储液槽，具有暂存液体和气液分离的功能，经预冷、冷凝分离出的液态有机物通过重力沉降的方式进入储液槽，实现气液分离和废液暂存。储液槽内还设有液位传感器，当液体总量达到设定值后，即关闭底部的进气阀，打开排液阀，将废液输送至储罐回收，同时打开真空泵，通过真空解吸的方式对吸附剂进行再生。为了保证生产的连续进行，本装置工作时，可以在流程中采用两台、四台至多台交替工作、交替解吸的方式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、将原有的冷凝吸附耦合一体化结构分成三个不同的流体单元，使装置结构更加优化，可以适应多种不同工况，装置结构可实现柔性化调控，降低流体流动阻力。
2、可以根据具体情况对预冷、冷凝、吸附单元的排列顺序进行调整或增加去除，实现回收过程的柔性化调控。
3、纤维布或纤维束或丝网通过金属框制成蜂箱式活动结构，再插入气体通道内，能够根据气体的浓度和流量，调节纤维束的数量，可以达到调节阻力和吸附效果的目的。
附图说明
图1是本发明的外形结构示意图；
图2是本发明的单元结构示意图；
图3是本发明的流体流动及内部结构示意图；
图4是本发明的吸附单元示意图；
图5是本发明蜂箱式吸附单元示意图；
图6是本发明的冷凝及预冷单元结构示意图；
图7是本发明两台切换工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。这些附图均为简化的局部示意图，以示意本发明的基本结构。
如附图1所示，来自气体收集装置的VOCs气体通过装置底部的进气管道1-1进入装置，经过装置内部的预冷、冷凝、吸附单元后，有装置顶部的尾气出口1-2排出。而用于制冷的冷媒由装置侧面的冷媒入口1-3进入装置的冷媒通道，并依次经过冷凝和预冷单元，与隔板另一侧的VOCs气体进行换热后，由冷媒出口1-4返回制冷机组，进入下一个制冷循环。冷凝法分离出的冷凝液则沿气体通道内的交错叶片，流入装置下方的储液槽1-5内进行存储。1-5内装有液位传感器，当液体高度达到液位传感器限定高度时，即打开出口阀门，启动低温泵，将液体输送至储罐进行存储。
附图2为本发明内部机构示意图。本发明内部结构共分为三个部分，其中2-1为预冷单元，2-2为冷凝单元，2-3为吸附单元。VOCs气体由装置底部进入后，依次经过预冷单元2-1，冷凝单元2-2，最后进入吸附单元2-3，吸附单元2-3的顶部与尾气出口1-2相连，经处理后的气体由尾气出口1-2进入管道，送入储罐回收。三个单元可以根据实际工况调整位置，也可以根据实际需要进行增减，以实现装置的柔性化调节。
附图3为本发明内部的局部结构示意图。每一个流体通道都是由导流叶片和隔板3-7、隔条组成。流体通道分为VOCs气体通道和冷媒通道。两个通道相邻排列，每个功能单元如吸附单元、预冷单元都是由气体通道和冷媒通道间隔排列而成。VOCs气体首先由预冷单元2-1的气体入口进入气体通道3-1内，向上经过冷凝单元的气体通道3-2，最后进入吸附单元的气体通道3-3进行吸附，完成吸附的净化气体由气体通道3-3的顶部流出装置。而冷媒则由吸附单元的冷媒通道3-4进入装置，依次经过气体通道3-5和气体通道3-6，完成换热的冷媒最后由气体通道3-6的底部流出装置，进入制冷机组准备进入下一个制冷循环。其中冷媒通道和气体通道间有隔板3-7，将两股流体封闭在各自的单元中流动。优选的，所述导流叶片可以选用周期性变截面的金属叶片。
附图4为本发明吸附单元的一种结构形式，4-1为由活性炭纤维构成的纤维束，通过金属框架固定在气体通道内，用于有机气体的吸附，纤维束的数量可以根据实际工况进行增加或减少，以保证气体达标的同时将压力降控制在一定范围内。4-2为冷媒通道，其间流动的冷媒具有冷却作用，可以将吸附放出的热量迅速带走，同时有效控制吸附床温升高，提高吸附效率，延长吸附剂寿命。
附图5为本发明吸附单元的另外一种结构。在此结构中，吸附剂为由活性炭纤维编织而成的活性炭纤维布。由活性炭纤维制成的活性炭纤维布5-2固定在活动金属框架5-1上，活动金属框架又通过通道内壁的金属肋条进行定位。类似的，活动金属框架的数量可以根据实际工况进行调整，以达到改变通道阻力和尾气排放浓度的目的。
附图6为本发明预冷、冷凝单元的结构示意图。其结构为板式结构的紧凑换热单元。通道内设有交错锯齿形金属叶片，根据实际换热需求，其叶片也可以为平直或三角或横排打孔等形式，目的是起到强化传热及分离液态有机物的目的。
附图7为本发明工作流程示意图。本装置工作时，通常采用两台、四台或多台切换、交替工作的方式进行。一台吸附容量达到上限，需要进行解吸时，可以通过电磁阀进行切换，使其他几台进行工作，保证生产的连续进行。
以上仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。

Claims (10)

1.一种柔性可调节的VOCs冷凝吸附耦合回收装置，包括芯体、封头和接管，所述封头和接管设置在所述芯体上下两端和侧壁上，其特征在于：所述芯体内部包括预冷单元、冷凝单元和吸附单元，所述每个单元由流体通道交替排列组成，所述流体通道分为VOCs气体通道和冷媒通道，所述流体通道包括导流叶片、隔板和隔条，所述隔板设在所述VOCs气体通道和冷媒通道之间。
2.根据权利要求1所述的冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：来自气体收集装置的VOCs气体通过设置在所述芯体底部的进气管道进入装置，经过所述芯体内部的预冷、冷凝、吸附单元后，通过设置在所述芯体顶部的尾气出口排出；用于制冷的冷媒由设置在所述芯体侧面的冷媒入口进入装置的冷媒通道，并依次经过冷凝和预冷单元，与隔板另一侧的VOCs气体进行换热后，由冷媒出口返回制冷机组，进入下一个制冷循环；通过冷凝法分离出的冷凝液则沿气体通道内的交错叶片，流入所述芯体下方的储液槽内进行存储。
3.根据权利要求1所述的冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：所述吸附单元的VOCs通道内填充有吸附剂，所述吸附剂填充方式采用蜂箱式结构，所述吸附剂填充在由两层金属丝网和金属框构成的吸附单元内，吸附单元之间留有一定间隙，用于调节吸附过程中的温度和流体阻力；吸附单元安装时，通过所述通道内壁面上的隔条进行安装和固定。
4.根据权利要求3所述的冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：所述吸附剂为由活性炭纤维直接编织而成的活性炭纤维布，所述活性炭纤维布固定在活动金属框架上，所述活动金属框架又通过通道内壁的金属肋条进行定位，构成一个完整的吸附单元。
5.根据权利要求3所述的冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：所述吸附剂为由活性炭纤维束构成，通过金属框架固定在气体通道内，用于有机气体的吸附。
6.根据权利要求2所述的冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：所述VOCs气体通道的底部还设有储液槽和冷凝液排出口，所述储液槽用于存储处理过程中生成的VOCs冷凝液，当存储的冷凝液达到一定量时，再从冷凝液排出口流出。
7.根据权利要求2所述冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：所述储液槽内还设有液位传感器，当液体高度达到液位传感器限定高度时，即打开冷凝液排出口阀门，启动低温泵，将液体输送至储罐进行存储。
8.根据权利要求1所述的冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：所述预冷单元和冷凝单元采用板式结构的紧凑换热单元，有利于液体分离，所述流体通道内设有交错锯齿形金属叶片，所述冷凝单元的长度和冷凝温度均能够根据实际情况进行调节。
9.根据权利要求1所述的冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：能够根据实际工况对预冷、冷凝温度及吸附剂密度进行调节，同时可根据实际情况对预冷、冷凝、吸附单元的布置进行增加或去除或位置顺序的变化，实现回收过程的柔性化调控。
10.根据权利要求1所述的冷凝吸附耦合回收装置，其特征在于：所述装置工作时，通常采用两台、四台或多台切换、交替工作的方式进行，一台吸附容量达到上限，需要进行解吸时，通过电磁阀进行切换，使其他几台进行工作，保证生产的连续进行。
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