CN112275097A - VOCs回收系统及其回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VOCs回收系统及其回收方法，VOCs回收系统包括低温吸收单元、真空解吸单元、吸收液回流单元、低温冷凝回收单元和吸附单元，低温吸收单元用于低温吸收VOCs来气中的VOCs以得到贫级VOCs气体，低温吸收单元中的贫级吸收液在吸收VOCs后变为富级吸收液；真空解吸单元与低温吸收单元相连，用于对富级吸收液进行高温真空解吸以解吸出气态VOCs，富级吸收液被解吸出气态VOCs后变为贫级吸收液；吸收液回流单元与真空解吸单元相连，用于对真空解吸单元排出的贫级吸收液进行冷却及将冷却后的贫级吸收液返回低温吸收单元中；低温冷凝回收单元与真空解吸单元相连；吸附单元与低温吸收单元相连。本发明可以很好地实现低浓度VOCs的高效回收和超低排放。

Description

VOCs回收系统及其回收方法
技术领域
本发明涉及一种VOCs回收系统及其回收方法。
背景技术
VOCs(volatile organic compounds)是PM2.5和臭氧形成的关键前体物，具生理毒 性，对环境和人体健康危害巨大。新《环境保护法》和《大气污染防治法》的颁发实施， 为VOCs的污染防治工作提供了法律依据，要求从源头控制、清洁生产和排放管理等方 面进行全面控制。近年来，VOCs治理越来越精细化、规范化，尤其是在2020年从治理 区域和手段等均发生了改变。但VOCs因其来源广泛，具有挥发性，凡是使用含有VOCs 物质的储存、运送、混合、搅拌、清洗、涂装、干燥及其它处理工序，均可能造成VOCs 的排放。比如，化石燃料、溶剂使用、石油化工、炼钢炼焦等过程会排放大量的VOCs。 有数据测算，到2020年我国工业VOCs排放量就将达2,113.4万吨，由此可见，VOCs 治理仍不能松懈，VOCs治理向更低浓度，更低总量提出了挑战。目前，处理VOCs的 方法主要分为破坏法和非破坏法。破坏法包括燃烧法和催化氧化，将VOCs转化为CO2和H2O；非破坏法主要有冷凝、吸收、吸附和膜分离。但在实际操作中，这几种方法单 一使用会产生一系列问题，回收效率低，通常需要与其他工艺相结合才能达到好的分离 效率。目前，现有的回收系统针对低浓度的VOCs很难实现高效回收。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种VOCs回收系统，它可以很好地实现低浓度VOCs的高效回收和超低排放。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种VOCs回收系统，它包括：
低温吸收单元，用于低温吸收VOCs来气中的VOCs以得到贫级VOCs气体，低温吸收单元中的贫级吸收液在吸收VOCs后变为富级吸收液；
真空解吸单元，与所述低温吸收单元相连，用于对富级吸收液进行高温真空解吸以解吸出气态VOCs，富级吸收液被解吸出气态VOCs后变为贫级吸收液；
吸收液回流单元，与所述真空解吸单元相连，用于对真空解吸单元排出的贫级吸收液进行冷却及将冷却后的贫级吸收液返回低温吸收单元中；
低温冷凝回收单元，与所述真空解吸单元相连，用于将气态VOCs冷凝为液态VOCs、并回收；
吸附单元，与所述低温吸收单元相连，用于吸附贫级VOCs气体中的VOCs以得到符合排放标准的气体。
进一步为了可以通过低温吸收单元和吸收液回收单元向真空解吸单元提供热源以实现热量的循环利用，VOCs回收系统还包括热泵系统，所述热泵系统的冷端分别与低温吸收单元和吸收液回流单元相连，热端与所述真空解吸单元相连，以使得热量从低温吸收单元和吸收液回流单元流向真空解吸单元。
进一步为了防止VOCs未被完全回收，所述低温冷凝回收单元的气体出口端与所述低温吸收单元的气体入口相连通以使得未冷凝的气态VOCs返回低温吸收单元。
进一步提供了一种低温吸收单元的具体结构，所述低温吸收单元包括：
喷射器，其具有用于接收VOCs来气的气体入口，其吸收液入口端与所述吸收液回流单元的出口端相连通；
多功能低温耦合吸收罐A，其壳层入口端连通喷射器的出口端，其管层连接热泵系统的冷端，其壳层出口端连通真空解吸单元的入口端，其气体出口端连通吸附单元。
进一步提供了一种真空解吸单元的具体结构，所述真空解吸单元包括：
真空解吸塔，其吸收液入口端与所述低温吸收单元的吸收液出口端相连通，其管层连接所述热泵系统的热端，其吸收液出口端与所述吸收液回流单元相连通；
真空泵，其进气口与所述真空解吸塔的出气口相连通，其出气口连通低温冷凝回收单元。
进一步提供了一种吸收液回流单元的具体结构，所述吸收液回流单元包括：
水冷换热器，其壳层入口端与所述真空解吸单元的吸收液出口端相连通；
多功能低温耦合吸收罐B，其壳层入口端与所述水冷换热器的壳层出口端相连通，其管层连接所述热泵系统的冷端；
泵体，其进口与所述多功能低温耦合吸收罐B的壳层出口端相连通，其出口与所述低温吸收单元的吸收液入口端相连通。
进一步提供了一种低温冷凝回收单元的具体结构，所述低温冷凝回收单元包括：
冷凝系统，其与所述真空解吸单元的气体出口相连通以将进入其内的气态VOCs冷凝为液态VOCs；
回收罐，其与所述冷凝系统相连通以回收液态VOCs。
进一步为了防止从真空解吸单元出来的高温气态VOCs会对冷凝系统造成伤害，所述低温冷凝回收单元还包括用于对气态VOCs 进行预冷凝的换热罐组，所述冷凝系统的入口端通过换热罐组与所述真空解吸单元的气体出口相连通，所述换热罐组包括一个缓冲换热罐或至少两个相串联的缓冲换热罐。
进一步为了可以重复利用吸附单元，VOCs回收系统还包括与所述吸附单元相连通的氮气供给装置，所述吸附单元的出气口与所述真空泵的进口相连通，以在吸附单元饱和时通过氮气供给装置和真空泵的配合以氮气吹扫解吸出吸附单元中的VOCs。
本发明还提供了一种VOCs回收系统的回收方法，方法步骤中包含:
低温吸收单元在低温条件下对进入其内的VOCs来气中的VOCs进行初步吸收，得到贫级VOCs气体，低温吸收单元中的贫级吸收液在吸收VOCs后变为富级吸收液；
吸附单元对贫级VOCs气体中的VOCs进行进一步吸附，得到符合排放标准的气体；
真空解吸单元对富级吸收液进行高温真空解吸以解吸出气态VOCs，富级吸收液被解吸出气态VOCs后变为贫级吸收液；
低温冷凝回收单元将气态VOCs冷凝为液态VOCs并回收；
吸收液回流单元对真空解吸单元排出的贫级吸收液进行冷却，并将冷却后的贫级吸收液返回低温吸收单元中。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
1、本发明集低温吸收、二次吸附、高温真空解吸及低温冷凝回收于一体，可以很好地实现低浓度VOCs的高效回收和超低排放，并实现了吸收液的循环利用，大大减少了回收 成本；
2、低温吸收单元中的贫级吸收液的热量被热泵系统吸收，并用于真空解吸单元，从真空解吸单元出来的高温贫级吸收液进入吸收液回流单元，吸收液回流单元中的热量又进一步被吸收以用于真空解吸单元，实现了热量的循环利用，高效节能，大大减少了能耗成本；热泵系统向多功能低温耦合吸收罐A中的贫级吸收液输出冷源，进而使得多功能低温耦合吸收罐A中的贫级吸收液更好、更充分地低温吸收VOCs，热泵系统向真空解吸塔提供热源，进而使得富级吸收液中的VOCs更充分地在真空解吸塔中被解吸出来；
3、在吸附单元接近饱和或达到饱和时，本发明还通过氮气吹扫及真空泵的配合实现对吸附单元所吸附的VOCs的解吸，并通过低温冷凝回收单元冷凝回收从吸附单元所解吸出来的VOCs，进而实现了吸附单元的重复利用，也做到了对VOCs最大限度的冷凝回收；
4、本发明通过换热罐组对气态VOCs进行初步冷凝，通过冷凝系统实现对气态VOCs的二次深度冷凝，进而实现对VOCs的高效回收，也避免从真空解吸单元出来的高温气态VOCs对冷凝系统造成伤害。
附图说明
图1为本发明的VOCs回收系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种VOCs回收系统，它包括：
低温吸收单元，用于低温吸收VOCs来气中的VOCs以得到贫级VOCs气体，低温吸收单元中的贫级吸收液在吸收VOCs后变为富级吸收液；
真空解吸单元，与所述低温吸收单元相连，用于对富级吸收液进行高温真空解吸以解吸出气态VOCs，富级吸收液被解吸出气态VOCs后变为贫级吸收液；
吸收液回流单元，与所述真空解吸单元相连，用于对真空解吸单元排出的贫级吸收液进行冷却及将冷却后的贫级吸收液返回低温吸收单元中；
低温冷凝回收单元，与所述真空解吸单元相连，用于将气态VOCs冷凝为液态VOCs、并回收；
吸附单元，与所述低温吸收单元相连，用于吸附贫级VOCs气体中的VOCs以得到符合排放标准的气体。
在本实施例中，VOCs回收系统还包括废气输送管和应急排放管线，废气输送管分别与低温吸收单元和应急输送管线相连通，废气输送管线用于输送VOCs来气，检验达标的VOCs来气由应急排放管线排放至大气中，检验不合格的VOCs来气进入低温吸收单元中。吸附单元的气体排出口也与应急排放管线相连通，应急排放管线的靠近废气输送管的位置安装有计量球阀1，连通吸附单元和低温吸收单元的管子上安装有球阀2。
具体地，本发明集低温吸收、二次吸附、高温真空解吸及低温冷凝回收于一体，可以很好地实现低浓度VOCs的高效回收和超低排放，并实现了吸收液的循环利用，大大减少了回收成本。在本实施例中，低浓度VOCs一般指浓度在0~10%之间，整个回收系统所达到的排放标准远远低于国家标准（50mg/m3）。
如图1所示，为了可以通过低温吸收单元和吸收液回收单元向真空解吸单元提供热源以实现热量的循环利用，VOCs回收系统还包括热泵系统6，所述热泵系统6的冷端分别与低温吸收单元和吸收液回流单元相连，热端与所述真空解吸单元相连，以使得热量从低温吸收单元和吸收液回流单元流向真空解吸单元。
具体地，低温吸收单元中的贫级吸收液的热量被热泵系统6吸收，并用于真空解吸单元，从真空解吸单元出来的高温贫级吸收液进入吸收液回流单元，吸收液回流单元中的热量又进一步被吸收以用于真空解吸单元，实现了热量的循环利用，高效节能，大大减少了能耗成本。
如图1所示，为了防止VOCs未被完全回收，所述低温冷凝回收单元的气体出口端与所述低温吸收单元的气体入口相连通以使得未冷凝的气态VOCs返回低温吸收单元。
如图1所示，所述低温吸收单元包括：
喷射器4，其具有用于接收VOCs来气的气体入口，其吸收液入口端与所述吸收液回流单元的出口端相连通；
多功能低温耦合吸收罐A5，其壳层入口端连通喷射器4的出口端，其管层连接热泵系统6的冷端，其壳层出口端连通真空解吸单元的入口端，其气体出口端连通吸附单元。
如图1所示，所述真空解吸单元包括：
真空解吸塔12，其吸收液入口端与所述低温吸收单元的吸收液出口端相连通，其管层连接所述热泵系统6的热端，其吸收液出口端与所述吸收液回流单元相连通；
真空泵16，其进气口与所述真空解吸塔12的出气口相连通，其出气口连通低温冷凝回收单元。
如图1所示，所述吸收液回流单元包括：
水冷换热器11，其壳层入口端与所述真空解吸单元的吸收液出口端相连通；
多功能低温耦合吸收罐B7，其壳层入口端与所述水冷换热器11的壳层出口端相连通，其管层连接所述热泵系统6的冷端；
泵体3，其进口与所述多功能低温耦合吸收罐B7的壳层出口端相连通，其出口与所述低温吸收单元的吸收液入口端相连通。
具体地，热泵系统6向多功能低温耦合吸收罐A5中的贫级吸收液输出冷源，进而使得多功能低温耦合吸收罐A5中的贫级吸收液更好、更充分地低温吸收VOCs，热泵系统6向真空解吸塔12提供热源，进而使得富级吸收液中的VOCs更充分地在真空解吸塔12中被解吸出来。
在本实施例中，多功能低温耦合吸收罐A5和多功能低温耦合吸收罐B7采用板式多功能低温耦合吸收罐，是换热器的一种，温度在-20~-30℃，真空解吸塔12温度在90~110℃。
如图1所示，所述低温冷凝回收单元包括：
冷凝系统14，其与所述真空解吸单元的气体出口相连通以将进入其内的气态VOCs冷凝为液态VOCs；
回收罐15，其与所述冷凝系统14相连通以回收液态VOCs。
在本实施例中，所述冷凝系统14为深冷冷凝器，温度在-30~-70℃之间。所述回收罐15为回收卧式罐。
如图1所示，为了防止从真空解吸单元出来的高温气态VOCs会对冷凝系统14造成伤害，所述低温冷凝回收单元还包括用于对气态VOCs 进行预冷凝的换热罐组，所述冷凝系统14的入口端通过换热罐组与所述真空解吸单元的气体出口相连通，所述换热罐组包括一个缓冲换热罐或至少两个相串联的缓冲换热罐。
具体地，本发明通过换热罐组对气态VOCs进行初步冷凝，通过冷凝系统14实现对气态VOCs的二次深度冷凝，进而实现对VOCs的高效回收，也避免从真空解吸单元出来的高温气态VOCs对冷凝系统14造成伤害。
在本实施例中，所述缓冲换热罐设置有两个，分别为缓冲换热罐A13和缓冲换热罐B17，所述缓冲换热罐A13连接在真空解吸单元的真空解吸塔12和真空泵16之间以防止高温气态VOCs对真空泵16造成损坏，所述缓冲换热罐B17连接在真空泵16和冷凝系统14之间。
如图1所示，为了可以重复利用吸附单元，VOCs回收系统还包括与所述吸附单元相连通的氮气供给装置10，所述吸附单元的出气口与所述真空泵16的进口相连通，以在吸附单元饱和时通过氮气供给装置10和真空泵16的配合以氮气吹扫解吸出吸附单元中的VOCs。
在本实施例中，氮气吹扫解吸出的VOCs也进入低温冷凝回收单元中被低温冷凝回收单元冷凝回收。
所述吸附单元包括至少一个用于吸附VOCs的吸附塔。在本实施例中，所述吸附塔并列设置有两个，分别为吸附塔A8和吸附塔B9，吸附塔A8和吸附塔B9分别与低温吸收单元的多功能低温耦合吸收罐A5的气体出口端相连通。
在本实施例中，VOCs回收系统还包括冷却水进管和冷却水出管，所述冷却水进管分别与水冷换热器11的进水口、缓冲换热罐A13的进水口及缓冲换热罐B17的进水口相连通，所述冷却水出管分别与水冷换热器11的出水口、缓冲换热罐A13的出水口及缓冲换热罐B17的出水口相连通。
具体地，在吸附单元接近饱和或达到饱和时，本发明还通过氮气吹扫及真空泵16的配合实现对吸附单元所吸附的VOCs的解吸，并通过低温冷凝回收单元冷凝回收从吸附单元所解吸出来的VOCs，进而实现了吸附单元的重复利用，也做到了对VOCs最大限度的冷凝回收。
实施例二
一种如实施例一所述的VOCs回收系统的回收方法，方法步骤中包含:
低温吸收单元在低温条件下对进入其内的VOCs来气中的VOCs进行初步吸收，得到贫级VOCs气体，低温吸收单元中的贫级吸收液在吸收VOCs后变为富级吸收液；
吸附单元对贫级VOCs气体中的VOCs进行进一步吸附，得到符合排放标准的气体；
真空解吸单元对富级吸收液进行高温真空解吸以解吸出气态VOCs，富级吸收液被解吸出气态VOCs后变为贫级吸收液；
低温冷凝回收单元将气态VOCs冷凝为液态VOCs并回收；
吸收液回流单元对真空解吸单元排出的贫级吸收液进行冷却，并将冷却后的贫级吸收液返回低温吸收单元中。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语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设备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。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
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之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (10)

1.一种VOCs回收系统，其特征在于，
它包括：
低温吸收单元，用于低温吸收VOCs来气中的VOCs以得到贫级VOCs气体，低温吸收单元中的贫级吸收液在吸收VOCs后变为富级吸收液；
真空解吸单元，与所述低温吸收单元相连，用于对富级吸收液进行高温真空解吸以解吸出气态VOCs，富级吸收液被解吸出气态VOCs后变为贫级吸收液；
吸收液回流单元，与所述真空解吸单元相连，用于对真空解吸单元排出的贫级吸收液进行冷却及将冷却后的贫级吸收液返回低温吸收单元中；
低温冷凝回收单元，与所述真空解吸单元相连，用于将气态VOCs冷凝为液态VOCs、并回收；
吸附单元，与所述低温吸收单元相连，用于吸附贫级VOCs气体中的VOCs以得到符合排放标准的气体。
2.根据权利要求1所述的VOCs回收系统，其特征在于，
还包括热泵系统（6），所述热泵系统（6）的冷端分别与低温吸收单元和吸收液回流单元相连，热端与所述真空解吸单元相连，以使得热量从低温吸收单元和吸收液回流单元流向真空解吸单元。
3.根据权利要求1所述的VOCs回收系统，其特征在于，
所述低温冷凝回收单元的气体出口端与所述低温吸收单元的气体入口相连通以使得未冷凝的气态VOCs返回低温吸收单元。
4.根据权利要求2所述的VOCs回收系统，其特征在于，
所述低温吸收单元包括：
喷射器（4），其具有用于接收VOCs来气的气体入口，其吸收液入口端与所述吸收液回流单元的出口端相连通；
多功能低温耦合吸收罐A（5），其壳层入口端连通喷射器（4）的出口端，其管层连接热泵系统（6）的冷端，其壳层出口端连通真空解吸单元的入口端，其气体出口端连通吸附单元。
5.根据权利要求2所述的VOCs回收系统，其特征在于，
所述真空解吸单元包括：
真空解吸塔（12），其吸收液入口端与所述低温吸收单元的吸收液出口端相连通，其管层连接所述热泵系统（6）的热端，其吸收液出口端与所述吸收液回流单元相连通；
真空泵（16），其进气口与所述真空解吸塔（12）的出气口相连通，其出气口连通低温冷凝回收单元。
6.根据权利要求2所述的VOCs回收系统，其特征在于，
所述吸收液回流单元包括：
水冷换热器（11），其壳层入口端与所述真空解吸单元的吸收液出口端相连通；
多功能低温耦合吸收罐B（7），其壳层入口端与所述水冷换热器（11）的壳层出口端相连通，其管层连接所述热泵系统（6）的冷端；
泵体（3），其进口与所述多功能低温耦合吸收罐B（7）的壳层出口端相连通，其出口与所述低温吸收单元的吸收液入口端相连通。
7.根据权利要求1所述的VOCs回收系统，其特征在于，
所述低温冷凝回收单元包括：
冷凝系统（14），其与所述真空解吸单元的气体出口相连通以将进入其内的气态VOCs冷凝为液态VOCs；
回收罐（15），其与所述冷凝系统（14）相连通以回收液态VOCs。
8.根据权利要求7所述的VOCs回收系统，其特征在于，
所述低温冷凝回收单元还包括用于对气态VOCs 进行预冷凝的换热罐组，所述冷凝系统（14）的入口端通过换热罐组与所述真空解吸单元的气体出口相连通，所述换热罐组包括一个缓冲换热罐或至少两个相串联的缓冲换热罐。
9.根据权利要求5所述的VOCs回收系统，其特征在于，
还包括与所述吸附单元相连通的氮气供给装置（10），吸附单元的出气口与所述真空泵（16）的进口相连通，以在吸附单元饱和时通过氮气供给装置（10）和真空泵（16）的配合以氮气吹扫解吸出吸附单元中的VOCs。
10.一种如权利要求1~9任一项所述的VOCs回收系统的回收方法，其特征在于，
方法步骤中包含:
低温吸收单元在低温条件下对进入其内的VOCs来气中的VOCs进行初步吸收，得到贫级VOCs气体，低温吸收单元中的贫级吸收液在吸收VOCs后变为富级吸收液；
吸附单元对贫级VOCs气体中的VOCs进行进一步吸附，得到符合排放标准的气体；
真空解吸单元对富级吸收液进行高温真空解吸以解吸出气态VOCs，富级吸收液被解吸出气态VOCs后变为贫级吸收液；
低温冷凝回收单元将气态VOCs冷凝为液态VOCs并回收；
吸收液回流单元对真空解吸单元排出的贫级吸收液进行冷却，并将冷却后的贫级吸收液返回低温吸收单元中。
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