CN113993610A

CN113993610A - 用于从干燥过程中回收溶剂的装置和方法

Info

Publication number: CN113993610A
Application number: CN202080044980.9A
Authority: CN
Inventors: 南森·舒步林; 安德里亚斯·凯尔; 杰弗里·库斯; 保罗·赛德尔; 史蒂文·J.·扎加尔
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2022-01-28
Also published as: US20210387132A1; KR20220034726A; JP2022539658A; EP3993895A1; US11130091B2; US20210008488A1; CA3142451A1; WO2021007295A1; US11731073B2

Abstract

本发明提供用于在低温下(例如，低于水的冰点，大约‑5℃)在工艺气体流中冷凝大部分溶剂的方法和装置。离开冷凝器步骤的气体流可以在一个或多更个排放控制设备中进一步处理，诸如单步或多步系列的浓缩器设备等，诸如沸石浓缩器设备。可以在单步或多步浓缩器的下游执行一个或更多个排放控制操作。上述冷凝过程使得一个或更多个浓缩器能够在有利温度范围内操作以便去除99％或更多的VOC，由此满足或超过严格的环境法规。

Description

用于从干燥过程中回收溶剂的装置和方法

本申请是于2019年7月11日提交的美国序列第16/508,482号的部分继续申请，通过引用将其公开内容合并于此。

背景技术

在锂离子电池等的制造中，湿涂层可以以浆状或糊状的形式施加到基质上并且由与粘合剂材料(通常可以为水溶性的聚合物)混合的细粉组成。在一些情况下，粘合剂溶解于无机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、丙酮、各种醇或经选择以溶解有机粘合剂的类似工业溶剂等，以便形成可涂覆液体。这些基于幅材的(web-based)产品可以涂覆在基质幅材的至少一个面(侧面)上。在这些情况下，湿涂层连续或不连续地施加在移动幅材上并在烘箱或干燥器中干燥以除去溶剂，从而固化施加的涂层。在整个本申请中，连续施加的涂层应理解为在连续过程中，将有或没有适时和/或局部变化的涂层参数(例如，涂层材料的厚度、化学组成和/或物理参数等)的涂覆层施加至基质(如幅材、箔材等)上，由此该连续过程还应包括以规则或不规则图案在连续移动通过涂覆过程的基质上进行涂层。

在某些情况下，上述基于幅材的产品被涂覆在基质幅材的两个面(侧面)上。在其中基质幅材的两个面都待涂覆的通常情况下，将第一幅材涂层连续施加在移动幅材上并在烘箱或干燥器中干燥，随后施加第二湿涂层，随后在第二干燥步骤中干燥第二湿涂层。

在用于生产电池电极的优选实施例中，将湿浆料施加至箔幅材的两侧面并随后在烘箱或干燥器中干燥。这种布置被称为同时双面涂覆和干燥。在锂离子电极制造的情况下，这种布置在提高生产率方面是特别有利的，在将湿涂覆浆料施用到两侧面之后仅需要一个干燥步骤。

从这些和其他工业过程回收VOC溶剂排放物(诸如在通常的冷却系统的操作温度下可冷凝的溶剂(例如，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、磷酸三乙酯(TEP)、二甲基乙酰胺(DMAc))或来自工业操作(诸如锂离子电池电极的制造或聚合物膜的干燥和固化)的其他可冷凝的流体)通常地涉及在低温除湿或具有翅片表面的冷凝器盘管以及随后的除雾装置中将挥发性有机化合物(VOC)连同水和其他潜在污染物一起冷凝。在大多数幅材干燥操作中，离开冷凝步骤的至少一部分空气被排放到侧流中的大气中，而空气的剩余部分可以返回到干燥器中。所述侧流的流速最小等于进入干燥设施的新鲜空气，特别是幅材槽缝的渗透空气。在许多常用的溶剂诸如NMP等的情况下，离开冷凝器操作的浓度远高于用于排放到大气中的可接受的极限。此外，回收此类溶剂可以是成本有效的并且是可取的。因此，通常需要附加的下游排放控制操作(排放控制设备)来将VOC浓度降低至可允许的水平。VOC捕集和/或破坏方法包括热(催化和直热)氧化剂、洗涤器、碳吸附和在浓缩介质(诸如沸石等)上的吸附等。VOC排放到大气中的可接受的排放浓度(如碳)通常地是在10至20mg/Nm³的范围内，尽管在许多位置中这些浓度被重置为具有更大频率的下限。

用于生产绿色能源物品(诸如用于电池的电极等)的当前市场条件要求低得多的VOC排放浓度水平，在1mg/Nm³或更小的数量级上。在达到这些低水平时，传统的排放控制设备是不切实际的选择。此外，对于大多数传统的排放控制方法而言，能量消耗很高，并且当前在市场中配置的一些或所有这些设备不能达到如此低的出口排放浓度。具有冷凝盘管的VOC捕集操作需要非常低的温度以达到为了放出离开冷凝单元的足够低的VOC浓度所必需的平衡蒸气压力。例如，在进入的空气流中使用NMP时，为了在流出物流中达到1mg/Nm³，冷凝盘管将需要在盘管表面温度低于-35℃下运行。大多数干燥过程还包括在干燥器中将水蒸气连同VOC种类一起排放。这样的温度条件经常导致构建冰的盘管翅片和管道上的水结冰，这最终阻塞了冷凝盘管的热交换芯中的管道和翅片之间的气流通道，由此需要解冻以融化并移除阻塞盘管的冰。为了连续地操作，一些系统可被平行地布置有两个或更多个冷凝盘管组。提供附加的阀、加热器和空气移动硬件，使得一个或更多个冷凝盘管线径(condensing coil path)在冷凝操作模式中在线，同时至少一个冷凝盘管线径与流出物流路隔离并且在解冻模式中操作。可靠性和能量效率的问题经常困扰此类系统到完全避免它们的程度。

因此，减少或消除没有现有技术的缺点的此类VOC的装置和方法将是非常有益的。

发明内容

通过本文公开的实施例已经解决了现有技术的问题，这些实施例提供了一种方法和装置，以用于通过与常规的热盘管冷凝器相比，在低温(例如，甚至低于水的冰点，大约-5℃)下在工艺流中冷凝大部分溶剂以创新的且有用的方式克服现有技术的局限性。由于低温冷凝步骤，气流中剩余的溶剂可以低于50mg/Nm³。在此温度范围内，溶剂诸如NMP或DMAc等表现出抗冻行为，降低了水-溶剂混合物的冰点，从而避免冰的增长。在某些实施例中，离开冷凝器步骤的气流在一个或更多个排放控制设备(诸如单步或多步系列的浓缩器设备等，诸如沸石浓缩器设备等)中被进一步加工。上述冷凝过程使得一个或更多个浓缩器能够在有利的温度范围内运行，导致去除90％至99％或更多的VOC，从而满足或超过严格的环境法规。

每给定体积的吸附介质的浓缩器流容量通常在较低的去除百分比下较高，并且在较高的去除百分比下减小。因此，对于使用串联的两个或更多个排放控制设备(第一是浓缩器类型)处理的每个级中的特定的载有溶剂的空气流的VOC去除率的最佳设计点可以在90％至99％去除范围的下部部分。在一个示例性实施例中，第一步骤浓缩器去除≥90％的VOC，留下小于10％的进入量，例如当进入量为50mg/Nm³时留下5mg/Nm³。可选的第二步骤浓缩器设备还去除来自所述第一步骤浓缩器中的进入的≥90％的VOC。因此，所得到的出口浓度是在约0.5mg/Nm³的数量级上，从而满足严格的环境法规，包括例如电池行业的新目标。

因此，本文公开的某些实施例涉及一种循环空气调节器，诸如用于产生载有至少一种可冷凝流体(诸如NMP等)的循环空气的再循环空气干燥器或多个干燥器等，该循环空气调节器包括：

至少一个主冷凝器，该至少一个主冷凝器具有进料端口和排放端口以及至少一个主冷凝级，该至少一个主冷凝器包括：

i.冷凝腔室，循环空气能进入或透过冷凝腔室，以及

ii.冷却盘管，其至少部分地布置在冷凝腔室内并且被冷却介质渗透，

iii.其中所述主冷凝器的冷却盘管在0℃或更低的主冷却介质温度下运行，

b.循环空气进料管线，循环空气进料管线连接至主冷凝器的进料端口并且可连接至载有可冷凝流体的空气源，诸如用于承载循环空气的一个或更多个干燥器的排放循环空气管道，

c.循环空气排放管线，循环空气排放管线连接至主冷凝器的排放端口并且可连接至一个或更多个干燥器的进料循环空气管道，以及

d.侧流废气抽取管线，其流体连接至主冷凝器的至少冷凝腔室，

i.其中，在冷凝腔室中流动的循环空气的体积流被分流成低体积废气侧流和通过循环空气排放管线离开冷凝器的高体积再循环流。

在某些示例中，侧流和再循环流按体积计分流成在0.1％与20％之间、优选地在0.5％与10％之间并且甚至更优选地在1％与5％之间。

在某些方面中，该循环空气调节器可以进一步包括至少一个预冷凝器，预冷凝器具有至少一个预冷凝级，预冷凝器被放置在该主冷凝器上游的循环空气流中并且包括预冷凝器冷凝腔室和冷却盘管，循环空气能够进入或透过预冷凝器冷凝腔室，冷却盘管至少部分地布置在预冷凝器冷凝腔室内并且被预冷却介质渗透，其中预冷却介质具有高于主冷却介质温度的温度。

预冷凝器和主冷凝器可以被封闭在共同的冷凝器壳体中。

前述实施例中任一项所述的循环空气调节器，单独地或组合地，可以进一步包括预冷却热交换器和/或再加热热交换器，预冷却热交换器布置在预冷凝级的上游或至少在主冷凝级的上游，以降低循环空气中的流的温度，再加热热交换器布置在主冷凝级的下游。预冷却热交换器和再加热热交换器可通过传热介质(诸如水、盐水或适合的热流体等)的交换而热耦合，和/或通过热电偶或热管而热耦合。在一些示例中，预冷却热交换器和再加热热交换器附加地或替代地经由至少一个热电偶或热管而热耦合。

前述实施例中任一项所述的循环空气调节器，单独地或组合地，可以进一步包括空气污染控制单元，空气污染控制单元流体连接至侧流废气抽取管线，并且空气污染控制单元具有至少一个吸附式浓缩器，吸附式浓缩器具有作为第一污染控制级以及至少第二污染控制级的气体排放和解吸(desorption)排放，第二污染控制级选自吸附式浓缩器，吸附式浓缩器由第一污染控制级的气体排放进料并且具有气体排放和解吸排放。吸附式浓缩器中的至少一个解吸排放可以连接到包括在过滤设备、吸附式浓缩器、热氧化器和催化设备的解吸。第二污染控制级管线，其连接到解吸冷凝器，其中解吸冷凝器的气体排放被进料回到侧流废气抽取管线中。第二污染控制级可包括至少一个活性炭过滤器。

前述实施例中任一项的循环空气调节器，单独地或组合地，可以进一步包括一个或更多个适合的传感器和一个或更多个注射器或类似物，以便将湿气引入到载有溶剂的气流中，诸如在循环空气进料管线中等。一个或更多个传感器和一个或更多个注射器可以是控制系统的一部分，控制系统可以包括PID控制器，以便动态地控制载有溶剂的气流的湿度。

在其方法方面，本文公开的多个实施例涉及一种用于调节载有至少一种可冷凝流体的循环空气的方法，该方法包括：

a.以远高于0℃的进口温度水平和第一体积流将循环空气提供至具有至少一个主冷凝腔室的主冷凝器；

b.在主冷凝腔室内部将循环空气逐渐冷却到0℃以下的主温度水平；

c.在达到第二温度水平之后，将循环的体积流分流成高体积再循环流和低体积废气侧流；以及

d.将高体积再循环流提供至干燥器的循环空气进口。

在某些方面，该方法可进一步包括根据步骤b)提供冷凝器以冷却循环空气，冷凝器包括填充有冷却介质的至少一个冷却盘管，并且其中，冷却介质在循环空气进口的远端侧处以0℃以下的冷却介质进入温度进入冷却盘管，并且在优选地在沿着与循环空气相反的流动方向行进穿过冷却盘管的同时被加热。进入的冷却介质的流动和温度优选地分别用合适的流量计设备和诸如电阻式温度检测器(RTD)等的温度传感器来测量。离开的冷却介质的温度优选用合适的温度传感器诸如电阻式温度检测器(RTD)等来测量。循环流可由与冷却盘管的流体进入连接部连通的流体泵驱动。此外，离开冷却盘管的空气的温度优选地通过在盘管的出口面的截面上间隔开的一个或更多个温度传感器的阵列来测量。所述空气温度传感器可以是例如RTD或热电偶。进入冷却介质的冷却剂流速和温度可以通过合适的PID控制器来控制到预定的对应设定点，PID控制器与流量控制设备(优选地是变速离心泵)和温度控制阀(优选地是由致动器定位的三通流量比例阀组)控制通信的。冷却剂从冷冻盐水源(通常为水冷或空气冷却的离心式冷却器)进入循环流导管。所述三通流路阀组允许来自冷却介质源的新鲜冷却介质穿过盘管进入循环流路，而离开冷却盘管返回连接部的经加热的冷却介质的当量流量(equivalent flow)被排放回冷却介质源。在一些实施例中，离开冷却盘管的空气的温度可通过合适的PID控制器控制至预定的设定点，该PID控制器与位于允许来自冷冻盐水源的新鲜冷却剂的导管中的阀和致动器控制通信。由操作者选择离开冷却盘管的空气的预定设定点以达到离开该盘管的空气的溶剂或含水湿度的所希望的目标浓度，如从理论和/或经验的蒸气压力方程(诸如安托万方程(Antoine Equation)和拉乌尔定律(Raoult’s Law)等)或工程模拟模型工具(诸如ChemCad、ASPEN等)或本领域中已知的其他理论或经验方法、或优选地从实验测试测量中确定的。可替代地，在优选实施例中，来自出口空气温度测量值的输出被输入到第一PID控制器，第一PID控制器被配置成用于通过控制算法计算用于进入冷却介质的温度设定点。因此，所述第一PID控制器的输出与第二PID控制器通信，第二PID控制器在两个相应PID控制器之间的级联控制布置中接收来自所述第一PID控制器的温度设定点。第二PID控制器输出定位所述三通流路阀的致动器以将进入盘管的冷却介质的测量温度控制到所述第一PID控制器的输入设定点。在该级联布置中，第一控制器的输出以及因此第二控制器的设定点可用在温度单元中作为工程参数，该工程参数可根据冷却剂系统的功能能力来被限定在可允许的最小和/或最大设定点值之间。这个参数还可以通过计算被转换成其他工程参数，包括但不限于根据蒸气-液体平衡(VLE)关系(例如安托万方程和拉乌尔定律)或本领域中已知的其他理论或经验方法或从实验测试测量在盘管翅片和管表面的空气膜边界中的预期溶剂和水浓度。这些参数优选用于设定第二PID控制器的所述最小和/或最大设定点值以减轻溶剂雾的形成。在没有级联的情况下，第一控制器可以直接设置阀位置(例如，在这种情况下，向混合阀上的致动器发送4至40mA位置信号以控制进入盘管的混合冷却剂温度)。可替代地，当结合可选的第二控制器(如级联)时，第一控制器的输出以温度单位(例如，℃)表示并且是输入到第二控制器的设定点，第二控制器具有作为其输出的位置信号。级联布置中的中间温度信号具有优点，例如，与没有级联布置的仅仅保护性定位相比，可以基于工程参数或物理特性行为来建立第二控制器中的设定点温度的上限和下限。

在用于减轻雾形成的可选实施例中，离开盘管的冷却介质的温度被测量并且被输入到第三PID控制器，第三PID控制器具有与上述流动控制设备通信的输出，优选地是设定速度并且由此设定流过盘管的冷却介质流的变速离心泵。输入到第三PID控制器的设定点温度(如下所述确定的操作员输入参数)与测量的温度进行比较，并且第三PID控制器的输出调节泵的速度并且因此调节冷却剂介质的流速以达到期望的目标温度。

可选地，在可替代的实施例中，来自所述出口冷却剂介质温度测量值的输出输入至第三PID控制器，该第三PID控制器被配置为通过控制算法计算用于进入盘管的冷却介质的流量设定点。因此，所述第三PID控制器的输出与第四PID控制器通信，第四PID控制器以两个相应的PID控制器之间的级联控制布置方式接收来自所述第三PID控制器的流设定点。第四PID控制器输出设定循环泵的速度以将进入盘管的冷却介质的测量流量控制至所述第三PID控制器的输入设定点。在该级联布置中，第三控制器的输出和因此第四控制器的设定点可用流率(flow rate)单位(诸如升/分钟)作为工程参数，该工程参数可根据冷却剂系统的功能能力限定在可允许的最小和/或最大设定点值之间。该流率参数也可以通过计算转换成其他工程参数，包括但不限于根据本领域已知的理论或经验的热和质量平衡方法或从实验测试测量冷却盘管的负荷。这些参数可选地用于设定第四PID控制器的所述最小和/或最大设定点值以减轻溶剂雾形成。

因此，该第三控制器的输出可以通过例如4至20mA的信号来直接设定该泵的速度。可替代地，结合第四控制器允许就流体流速(例如，即m或lpm)而言来自第三控制器的输出被输入到第四控制器，第四控制器通过例如4至20mA信号来设定泵速度以便根据流量设定点带来所测量的流量。到第三控制器的输入可以被设定为小于或等于出口空气的值，例如，比离开盘管的空气的温度低0至12摄氏度。输入到第四控制器的流的设定点就流速而言可以是有界的并且在优化盘管性能方面具有工程/物理意义。在满足第一控制器和第三控制器的温度设定点时，通过第三控制器和第四控制器的交互来解析输入到第四控制器的流速设定点。

根据在文献中发现的或通过实验发现的各种膜雾形成模型，可以选择盘管出口处的冷却剂介质的所期望的目标温度以减轻雾形成。

在从进入冷凝步骤的空气的给定流速下的蒸气中冷凝NMP的示例情况下，在试验规模测试中获得的实验结果表明，通过在将冷却剂介质出口温度保持在小于来自盘管的出口空气温度的值的情况下操作冷凝盘管可以大大减少甚至消除雾形成。为了实现出口冷却剂温度低于相应盘管的空气出口温度的条件，首先选择出口空气温度并调节冷却剂介质入口温度以达到所述出口空气温度。第二，测量冷却剂介质出口温度，并调节冷却剂介质流速，其改变冷却剂介质从盘管入口到出口的温度升高，以达到比盘管出口空气温度低0至12摄氏度、最优选比盘管出口空气温度低1至5摄氏度的冷却剂出口温度。来自第一步骤和第二步骤的设置的结果是交互式的，需要这些步骤的一组迭代重复，直到出口空气和出口冷却剂介质温度条件都得到满足。类似地，该过程可以从第二步骤开始，然后进行到第一步骤。优选地，上述步骤通过如前所述的PID控制器环路连续地进行。

除了针对给定盘管的流速和温度的前述设置之外，执行冷凝操作的盘管或盘管组的设计必须被选择为匹配用于冷却空气流的显热加上相变热的热负载，同时满足目前描述的空气出口温度和冷却剂介质温度以及流动条件。用于盘管设计的常见实践通常集中于有效地利用来自工厂冷却器设施的冷却剂介质，同时使空气侧流(通常穿过多排翅片管)和流体侧流(通常穿过多通路管阵列)的物理盘管尺寸和压降最小化。多通管阵列最常见地是歧管式的并且管道式的，以便在与空气侧流的方向相反的相继的通路中引导流体介质。常规的盘管设计经常导致冷却剂出口温度超过盘管空气侧出口温度，这导致较低的冷却剂流速和泵送成本以及返回到工厂冷却器设施的有利的冷却剂返回温度。然而，在冷凝器盘管中形成溶剂雾的情况下，该更高的冷却剂出口温度已经通过测试结果与产生更大雾形成的条件相关联。因此，有利的是，在盘管的负荷规格中指定冷却剂介质的期望出口温度在指定的空气出口温度以下0至12摄氏度、优选地1至5摄氏度的范围内。与给定冷却负荷的常规选择相比，本规格通常导致冷却剂流的设计速率更大。

进一步地，当在具有大的空气侧温度降低的冷凝操作中满足所述的冷却剂出口温度条件时，将冷却负荷分成两个或更多个盘管或级通常是有利的，这些盘管或级用各自的盘管处理串联的空气流，盘管具有单独的冷却剂介质流动回路，这些回路具有如先前针对单个盘管描述的控制。这种设施相对于每个盘管级中的空气出口温度达到降低的冷却剂出口温度。

减少雾形成的盘管设计的另一个方面是选择空气侧翅片间距和空气速度。在减轻雾形成中，运行盘管是有利的，使得翅片之间的通道流动主要是湍流的，而不是层流或过渡性的。常见的翅片布置可包括薄的导电材料(诸如铝、铜或合金钢等)的平行直翅片，平行直翅片均匀地间隔开以形成从盘管的空气入口面到空气出口的直的流动通道。在其他优选布置中，翅片形成为波纹形状并且均匀地间隔开，使得气流遵循翅片之间的蜿蜒的或正弦曲线的路径，从而增加湍流。在用于通常负荷的常规盘管设计中，翅片间距和空气速度被选择以获得具有低压降的紧凑盘管尺寸和来自工厂冷却器设施的冷却剂介质的有效利用。相比之下，为了减小或消除雾，较高的空气速度和/或较大的翅片间距有利于减小或消除雾的形成。空气速度大于1.5米/秒是优选的，翅片间距为3.2毫米或更大。表示为无量纲翅片雷诺数ReL，其中ReL＝(翅片间距)(空气速度)/(运动粘度)，翅片间距和速度应被选择成使得ReL＞400。该速度和翅片间隔的结果趋于在流动方向上产生更大的盘管尺寸，这可能需要特别考虑冷却剂流速以满足负荷规格和期望的较低的冷却剂出口温度。在一些情况下，可能需要较大直径的盘管管。再次，这些设计特征往往与常规盘管设计参数相矛盾，并且应当在盘管选择中仔细指定，以避免雾形成。

本文公开的任何实施例中使用的控制器或多个控制器可以具有处理单元和存储元件。处理单元可以是通用计算设备，诸如微处理器等。可替代地，它可以是专用处理设备，诸如可编程逻辑控制器(PLC)等。存储元件可以利用任何存储器技术，诸如RAM、DRAM、ROM、闪存ROM、EEROM、NVRAM、磁介质或适合于保持计算机可读数据和指令的任何其他介质等。控制器单元可以与系统中的一个或更多个操作单元电通信(例如，有线地、无线地)，操作单元包括阀、致动器、传感器等中的一个或更多个。控制器还可以与人机接口或HMI相关联，人机接口或HMI显示或以其他方式向操作者指示涉及操作系统和/或执行本文所描述的方法的一个或更多个参数。存储元件可包含指令，当由处理单元执行时指令使得系统能够执行本文描述的功能。在一些实施例中，可以使用多于一个的控制器。

前述实施例中任一项所述的方法，单独地或组合地，可以仍进一步包括以第一体积流将循环空气进料至所述主冷凝器上游的预冷凝器，预冷凝器具有的预冷凝温度水平低于第一温度水平并且远高于所述主冷凝温度；在预冷凝器中将循环空气逐渐冷却至所述预冷凝温度水平；以及将冷却的循环空气提供至所述主冷凝器的进口。循环空气可在所述主冷凝器的上游被预冷却，和/或可在所述主冷凝器的下游被再加热。

前述实施例中任一项所述的方法，单独地或组合地，可以仍进一步包括将废气侧流进料到至少两级空气污染控制设备；在作为第一污染控制级的吸附式浓缩器中收集和增加剩余的可冷凝流体的浓度；以及随后在第二空气污染控制设备中将剩余的废气流处理至在空气中可冷凝的剩余的浓度水平远低于预定限度(例如，1mg/Nm³)，第二空气污染控制设备作为第二级进一步位于所述第一级下游。第二空气污染控制设备可以是第二吸附式浓缩器或过滤设备，例如活性炭过滤器。

前述实施例中任一项所述的方法，单独地或组合地，可以仍进一步包括向循环空气进料管线添加湿气。

通过操作单级或多级冷凝器与一个或更多个排放控制设备(诸如串联的两个VOC浓缩器轮)组合，可获得＜1mg/Nm³的目标排放。在一些实施例中，VOC溶剂的回收导致几乎所有VOC废弃产物到环境中的消除，而不需要热燃烧产物或其他二次污染物。例如，可以回收并且纯化有价值的溶剂(诸如NMP等)以用于以闭环方式在电池电极制造过程中再利用。

附图说明

本文公开的实施例可以采用不同组件和组件布置以及不同过程操作和过程操作布置的形式。附图仅用于说明优选实施例的目的，而不应被解释为限制性的。本公开包括以下附图：

图1是根据某些实施例的示例性单级冷凝器和下游排放控制装置的示意图；

图1a是根据实施例的包括空气对空气节能器的示例性单级冷凝器和下游排放控制装置的示意图；

图2是根据某些实施例的示例性多级冷凝器和下游排放控制装置的示意图；

图3是根据某些实施例的第一示例性过程的流程图；

图4是根据某些实施例的第二示例性过程的流程图；

图5是根据某些实施例的直接接触冷凝器操作的示意图；

图6是多级吸附/解吸单元的示意图；

图7是根据某些实施例的示例性单级冷凝器和下游排放控制装置的示意图，其中向工艺流添加湿气；以及

图8是根据某些实施例的示例性单级冷凝器和多级下游排放控制装置的示意图。

具体实施方式

通过参照附图可以获得对本文公开的部件、过程和装置的更完整的理解。附图仅是基于方便和易于展示本公开的示意性表示，并且因此并不旨在指示设备或其部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施例的范围。

尽管为了清楚起见在以下描述中使用特定术语，但这些术语旨在仅指代被选择用于在附图中展示的实施例的具体结构，并且不旨在限定或限制本公开的范围。在附图和下面的描述中，应当理解，相同的数字标记指代具有相同功能的部件。

除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数指示物。

如在本说明书中使用的，各种设备和部件可以被描述为“包括”其他部件。如本文所使用的，术语“包括(comprise)”、“包括(include)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“可以”、“含有(contain)”及其变体旨在是开放式过渡短语、术语或词语，其并不排除附加的部件的可能性。

本文公开的所有范围包括所记载的端点并且可独立地组合(例如，“2英寸至10英寸”的范围包括端点2英寸和10英寸，以及所有中间值)。

如本文所使用的，近似语言可以应用于修饰任何定量表示，该定量表示可以在不导致与其相关的基本功能的变化的情况下变化。因此，在一些情况下，通过术语或多个术语诸如“约”和“基本上”等修饰的值可以不限于指定的精确值。修饰语“约”还应当被视为公开了由两个端点的绝对值所限定的范围。例如，表述“约2至约4”还公开了“2至4”的范围。

应当注意，本文使用的许多术语是相对的术语。例如，术语“上部”和“下部”相对于彼此定位，即上部件位于比下部件更高的高度处，并且不应被解释为需要该结构的特定取向或位置。作为进一步的示例，术语“内部”、“外部”、“向内”和“向外”是相对于中心的，并且不应被解释为需要结构的具体定向或位置。

术语“顶部”和“底部”是相对于绝对参考，即，地球表面。换言之，顶部位置总是位于比底部位置高的高度处，朝向地球表面。

术语“水平”和“竖直”用于指示相对于绝对参考的方向，即地平面。然而，这些术语不应被解释为要求结构彼此绝对平行或绝对竖直。

现在转向图1、图1a和图2，其中相同的数字表示相同的零部件，示出了冷凝器10，冷凝器10具有进料端口12和与进料端口12间隔开的排放端口14。离开冷凝器10的一部分工艺气体经由流30被引导到污染控制单元40。在图1和图2所示的实施例中，冷凝器10的入口可选地具有空气颗粒去除过滤器18；一个或更多个预冷却区域15，每个预冷却区域15具有预冷却腔室15a；一个或更多个冷却或冷凝区域或级16，在一个或更多个预冷却区域15的下游，一个或更多个冷却或冷凝区域或级16各自具有冷凝腔室16a；雾聚结面板(即，除雾器)28；以及一个或更多个再加热区域17，在一个或更多个冷却或冷凝区域16的下游，一个或更多个再加热区域17各自具有再加热腔室17a。每个上述腔室都可以通过或渗透空气的循环。在某些实施例中，冷却或冷凝区域16可以是单级冷凝器(图1)，或可以包括多个冷却级(图2)，每个冷却或冷凝区域16进一步有效地将进入的气体流冷却至低于气体流在其紧邻上游的冷却级中被冷却到的温度。

在一些实施例中，存在两个冷却或冷凝区域16、16’(图2)。在一些实施例中，存在三个、四个、五个或更多个冷凝区域(未示出)。冷凝区域的数量部分地取决于VOC的特性以及载有VOC的工艺流应当被冷却以避免形成雾的渐进程度；即，其至少部分地是根据VOC的温降速率或温度冷却曲线。

在某些实施例中，每个冷却或冷凝区域或级16可以包括冷凝腔室16a，该冷凝腔室16a具有布置在其中的冷却盘管20，冷却介质可以循环通过该冷却盘管20。合适的冷却介质不受特别限制，并且包括水和盐水，诸如与丙二醇和/或乙二醇等混合的水。每个冷却盘管20可以部分地或完全地布置在其对应的冷却或冷凝区域16内。如图1所示，优选地，通过冷却盘管20的冷却介质流处于与通过冷凝腔室16a的工艺气体流相反的方向上。在一些实施例中，冷却剂流可配置为并行流，如图3和图4中的流动流116a和116b所示。

可替代地，可以使用喷雾冷凝器，其中通过一个或更多个喷嘴将冷却剂喷雾到冷凝腔室中以冷凝工艺流中的VOC。如图5所示，直接接触冷凝器510可以布置成代替图1至图4的冷凝器10。在节能器热交换器101中预冷却之后，将来自干燥操作的载有溶剂的空气流70导引至直接接触的冷凝器容器505。冷却的流70a可选地在空气过滤单元569中预过滤，并由鼓风机502加压并吹入容器505下部部段中的端口。载有溶剂的空气570进入505的下部腔室并且被竖直地导引穿过流量分配器516进入介质填料的区域515。流量分配器516包括支撑填料的重量和粘附到填料上的液体的重量的结构元件。可以针对每单位体积与向上流动的空气流的最佳表面接触面积以及针对低压降特征来选择所述填料。常见的填料形状包括拉西环、鞍状物、鲍尔环或其他合适的填料形状。填料通常由耐腐蚀材料诸如不锈钢、陶瓷或聚合物材料等制成。载有溶剂的空气流570穿过填料介质并直接接触通过重力向下流动的冷却的冷凝溶剂并润湿填料的表面。经由流量分配歧管或集流管513将所述冷却的冷凝溶剂进料至容器505的上部部分，并且可以可选地通过流体托盘514进一步分配，以在位于填料515的顶部处的水平截面上均匀地分配冷却的溶剂。通过载有溶剂的空气流570与填料接触区域515中的填料介质的润湿表面之间的直接接触，冷却的溶剂538被直接用作冷凝介质。冷却的溶剂穿过填料向下滴流，从最终到达填料区域515底部的逆流空气中吸附冷凝的溶剂，并穿过分配器516排入充当贮槽的容器505的下部部段。在所述贮槽中收集的溶剂536的液位由液位传感器和控制件保持，该控制件通过导管537将溶剂导引到主存储容器38中。

出口气体流571穿过除雾器元件528，并且大部分气流行进穿过排放管线72a，并且在于流或导管72b中传送至干燥器操作之前在节能器101中被再加热。在导管30中引导的流量的分流比优选在排放管线572中的流量的0.5％至10％的范围内。在不稳定状态的操作条件期间，该分流比可以高达20％。导管30中的流动优选通过热交换器580再加热，以获得进入浓缩器50的流动流30b在10℃和20℃之间的温度，最优选15℃。

应理解的是，对于直接接触冷凝，冷却和冷凝表面实际上是冷却的溶剂液体，该溶剂液体充当冷却介质并且润湿填料的表面并且与载有溶剂的气流逆流地向下滴流。具有比载有溶剂的空气更低的蒸气压力，冷却的溶剂从空气中吸附更多的溶剂并且从所述空气中升高温度。因此，在连续稳态操作中，必须通过液-液热交换器591从冷凝的溶剂流539中除去能量。在经由进料歧管513将冷却的溶剂分配到容器505之前，必须测量和精确地控制进料到直接冷凝器中的冷却的溶剂的温度。505的贮槽区域中的536中收集的溶剂的大部分被导引穿过导管539并且可选地在液体过滤器518中过滤并且由离心泵592进一步泵送并且通过液-液热交换器591冷却并且进一步传送到塔容器505的顶部附近的分配集流管513。导管537中的流率的分流比在导管539中的流量的5％至30％的范围内。539中的流量是用合适的液体流量计测量的，并且由控制器控制到设定点，该控制器通过变频马达速度控制来调制电动泵592的速度。当冷却的溶剂进入分配器歧管513时，通过合适的温度元件(诸如RTD等)测量冷却的溶剂的温度，并且通过交换器591中的工厂通用冷却剂盐水源将冷却的溶剂的温度控制在设定点温度，优选地在-10℃至0℃的范围内，最优选地是-4℃。来自盐水源的冷却剂流导管中的致动的流量控制阀520被调制以获得进料分配集流管513的所需的测量温度。在NMP的情况下，所述温度设定点是足够冷的，使得离开填料区域515的气相中的溶剂的蒸气压力导致流571中的溶剂的浓度水平在1至500mg/Nm³的范围内，优选地1mg/Nm³。

在某些实施例中，预冷却区域15和再加热区域17可以通过如图1、图2、图3和图4中的预冷却热交换器和再加热热交换器被带到和/或维持在它们对应的操作温度下。在某些实施例中，这些热交换器是可以充当节能器的闭环热交换再循环系统35。再循环系统35可以包括至少部分地布置在预冷却腔室15a内的第一盘管35a和至少部分地布置在预加热腔室17a内的第二盘管35b。再循环系统35的环路可以包含合适的热交换介质，诸如水或盐水等，以便在预冷却和预加热区域中将热量传递至工艺气体和/或传递来自工艺气体的热量。如图1a、图5、图7和图8所示，也可以使用空气到空气节能器热交换器101。来自干燥操作的排放流70在节能器101中由排放管线72a中的冷却器温度返回空气流来预冷却。节能器101被选择为提供在40％至60％范围内的热交换有效性，从而导致流动流70a的温度在80℃至100℃范围内的适当预冷温度值。因此，在节能器101中，排放返回空气72a用来自排放流70的能量再加热至40℃至60℃范围内的所需的温度。热交换介质的温度可选地借助于图3所示的另一热交换器291来调节。在某些实施例中，再循环系统35的环路中的冷却剂的温度高于冷凝区域16中的盘管或多个盘管中的冷却剂的温度。通过以流通物35的10％至50％的分流比范围，经由泵292使来自再循环系统35的环路的冷却剂的一部分循环穿过液-液热交换器291，可以去除过量的热能以控制再循环系统35的环路中的冷却剂的温度。由此冷却的流体的部分在进入35b之前在导管293中返回到35。

在某些实施例中，预冷却区域15和冷凝区域16具有共同的壳体。在某些实施例中，冷凝区域16和再加热区域17具有共同的壳体。在某些实施例中，预冷却区域15、冷凝区域16和预加热区域17具有共同的壳体。

在一些实施例中，预冷却第一盘管35a可布置在预冷却区域的上游，以降低循环空气排放流70的温度。在一些实施例中，再加热第二盘管35b可布置在冷凝区域16的下游。在一些实施例中，两个盘管均可被如此布置。预冷却盘管和再加热盘管可通过热传递介质(诸如水、盐水或适合的热流体等)的交换而热耦合。

在某些实施例中，可提供与冷凝区域16流体连通的侧流废气抽取管线30。在提供多个冷凝区域的情况下，该侧流废气抽取管线优选地与最下游的冷凝腔室16a’(即，紧邻再加热区域17上游的腔室)直接流体连通。侧流气体抽取管线30可以被配置成用于与下游单元操作(诸如一个或更多个VOC浓缩器和/或一个或更多个排放控制单元等，如以下更详细地讨论的)连通。还可以在再加热区域之后通过管线或导管29抽取一部分侧流废气并且将其添加到在抽取管线30中流动的侧流中。控制系统31包括温度传感器和控制器，该温度传感器和控制器被定位成测量来自抽取管线29和30的流的混合温度并且调制流动管线29和30中的致动的流动阻尼器。因此，当流动流30b进入浓缩器50时，通过流量比例的闭环控制可获得并控制在10℃至18℃的范围、优选15℃的最佳温度。循环空气排放管线72可以被提供为与冷凝器10的排放端口14流体连通。例如循环空气排放管线72可以被配置成连接到一个或更多个工业干燥器的进料循环空气管道(图3)。在流或管道30a中流的分流比例优选地在排放管线72中的流量的0.5％至10％的范围内。在不稳定状态的操作条件期间，该分流比可以高达20％。

在一些实施例中，冷凝器10的进料端口12诸如通过循环空气进料管线70等与来自一个或更多个工业干燥器200(图3)的排放流体连通，或者被适配或配置为与其流体连通。即，到冷凝器10的工艺气体源可以是来自一个或更多个工业干燥器的排放，诸如干燥幅材上的涂层的一个或更多个干燥器等。例如，在电池电极制造中，使用湿法将电池电极组件施加到例如铜或铝箔的集电器幅材上。通常地，将聚合物粘合剂、石墨和活性材料与溶剂或水混合，并施加到纤维幅材上。溶剂或水在一个或更多个干燥器中被去除，以产生用于电池单元的干电池电极材料。来自这种干燥器或多个干燥器的排放是冷凝器10的合适进料流。

在一些实施例中，冷凝器10的排放端口14诸如通过循环空气排放管线72与到一个或更多个工业干燥器200(图3)的再循环进料流体连通，或者被适配或配置为与再循环进料流体连通。可以使用适合的驱动力(诸如布置在再循环管线72中的抽风风扇等)来驱动工艺气体流入并且通过冷凝器10。

干燥器或多个干燥器200可以是常规的对流空气幅材干燥器，诸如其中热空气被用来干燥行进通过干燥器的幅材上的涂层等。例如，空气带或喷嘴可以用于导引空气喷射以撞击材料的表面，从而执行热量和/或质量传递功能。电池电极材料的对流空气干燥通常在80℃至160℃范围内的干燥空气温度和幅材的空气喷嘴对流传热系数为30至100瓦/m²℃/幅材侧下进行。如本领域技术人员已知的，多个空气喷嘴可以以阵列或多个阵列布置，以导引空气撞击在幅材形式的材料的大表面上，或者在幅材的一侧上，或同时在两侧上。在一些实施例中，至幅材的热传递可通过添加红外发射器或发射表面而增强。所述发射表面的最佳温度是在260℃至425℃的范围内。通常以这种方式加工的幅材材料包括纸、塑料膜、金属箔、织造和非织造织物和垫以及多孔膜材料。浮动空气带是在工业干燥器和烘箱中使用的一类的空气喷嘴，以便浮动地支撑和传送待通过热处理加工的连续幅材，所述热处理可包括幅材的干燥、加热、固化或冷却的任何组合。在幅材表面上施加涂层，或者在基材幅材内存在挥发性材料，所述基材幅材必须干燥和/或加热至特定温度以促进涂层中聚合物材料的热固化。在许多工艺中，幅材或涂层内的挥发材料在从幅材表面释放之后由废气喷嘴空气从该表面运走，并由空气处理系统引导至排放。根据某些实施例，该排放然后被导引到冷凝器10中。

可替代地，干燥器可以是所谓的“惰性”干燥器，其中干燥器内部包含惰性气体诸如氮气等，以便限制干燥器气氛的氧含量(例如，至2％或更少)，从而例如降低爆炸的可能性。所述氮气可从液氮储罐蒸发或由具有膜分离器或变压吸附模块的氮气发生器系统连续生产。

可以将回收的冷凝物从冷凝器10中去除并且储存在合适的容器或储存容器38中。每个冷凝级16和16a’以及聚结除雾器28可以被配置成通过重力将冷凝的溶剂排到集水槽36中。排水管线37可包括气锁(s型下水管或其他合适的设备)以防止空气从冷凝器10通向容器38，反之亦然。

在某些实施例中，冷凝器10的一个或更多个预冷却级15充当预冷凝器；它在适合的温度(和/或压力)下操作，使得当工艺气体流过一个或更多个预冷却腔室15a时很少或没有VOC冷凝。

最优选地，在冷凝区域16中的冷却盘管20被操作成使得离开冷凝腔室16a的气体具有0℃或更低的主温度。在一些实施例中，当使用多个冷凝区域16时，操作布置在最下游级的冷却盘管，使得布置冷却盘管的腔室具有0℃或更低的出口温度，诸如在0℃、-1℃、-2℃、-3℃、-4℃、-5℃或低至-20℃等，以防溶剂-水混合物中的溶剂引起的防冻行为有利于冷凝盘管中的冷冻和冰形成。对于这样的低温冷凝，尤其重要的是冷却盘管被布置在一个或更多个上游冷凝器级中并且被操作成使得它们对应的腔室具有更高的温度，使得仅上游级中的一小部分VOC被冷凝。

每个冷凝器盘管设计和操作条件的目标是使冷凝最大化，其中管道上的溶剂和翅片表面上的润湿促进捕集和重力排水。当载有溶剂的空气在冷凝盘管和带翅片的表面之间行进时，载有溶剂的空气的快速冷却低于溶剂的平衡蒸气压力以促进大量空气流内的微小液滴的形成。在成核之后，由于开尔文效应，所述微小液滴倾向于保持非常小而可忽略的进一步冷凝和生长。因此，为了减少或消除有害的雾化，在某些实施例中，小心地控制冷却速率以便不会太快地冷却载有VOC的流。雾化或液体的非常小的液滴的形成(通常在1微米或更小的数量级上)是有问题的，因为它涉及倾向于被夹带在空气流中的微小液滴的形成，因此阻碍它们的去除或回收。实际上，很大部分的此类气溶胶液滴穿过除雾器面板以及穿过冷凝器盘管的芯。因此，雾或气溶胶的形成导致了不期望的产品损失。在VOC包括NMP的实施例中，诸如在锂电池电极生产中等，例如NMP的这些微小液滴最终返回到干燥器中，这是非常不可取的。因此，预冷却区域15和冷凝区域16应当操作成使得发生工艺流的逐渐冷却，以避免形成雾。在许多情况下，通过将冷却负荷分在串联处置气流的两个或更多个盘管或级上来最佳地进行逐渐冷却，其中每个盘管具有分离的冷却剂介质流动回路，这些回路具有相应的控制。

出于冷却速率表征和定量的目的，载有溶剂的空气在特定冷凝盘管的芯内时(即，在经历冷却时)的停留时间是在表面体积的基础上进行的。即，在计算表面停留时间时，忽略了管和翅片在芯的总尺寸内占据的体积空间。通过盘管的比体积空气流量Q表示为每单位时间的标准立方米。使用盘管面面积和流动方向上的深度来计算以立方米计的体积V。因此，在芯中的表面停留时间被确定为t＝V/Q。此外，由冷却盘管驱动的空气和溶剂的以摄氏度计的温降DT(注意该参数是温度差值，不是绝对温度值)可以在操作中直接测量或者从设计阶段中的供应商尺寸数据计算。最后，冷却速率R可以表示为R＝DT/t。例如，冷却盘管芯的表面积为4.5平方米，流路深度为0.3米。比体积空气流量是25,000Nm³/h。因此，停留时间可以计算为t＝(4.5×0.3)m³/25,000m³/小时＝5.4×10^-5小时。转换为毫秒t＝5.4x10^-5小时×3,600,000毫秒/小时＝194毫秒。如果进入该盘管的空气温度是56℃并且离开温度是28℃，则冷却速率R＝DT/t＝(56℃–28℃)/194＝0.144摄氏度(C degrees)/毫秒。

对于在冷凝盘管区域中形成最少雾的NMP捕集，其中在气体流冷凝盘管与翅片表面之间行进一定距离时发生溶剂的冷凝，冷却速率应小于0.30摄氏度/毫秒，优选地在0.15与0.22摄氏度/毫秒之间。与水混溶的有机溶剂的通常设计标准用于在冷凝盘管区域中形成最少的雾，其中在气体流在冷凝盘管和带翅片的表面之间行进一定距离时溶剂发生冷凝，冷却速率应小于0.3摄氏度/毫秒，优选在0.1和0.2摄氏度/毫秒之间。在大多数情况下，特定溶剂的可接受的最大冷却速率必须通过实验来确定。

在操作中，对于腔室16a和盘管20的示例性情况，参考图2可示出精确控制冷却速率的方法。该相同的方法可应用于冷凝腔室16’内表示为22的多个冷却盘管。应当理解，以下描述的循环流动环路和控制应当以类似的方式应用于附加的盘管。所有此类流动环路应包括示出为用于腔室16a和盘管20的温度控制回路和硬件。

进入盘管20的冷却介质20a的流动和温度优选地分别由合适的流量计设备和诸如电阻式温度检测器(RTD)等的温度传感器来测量。循环流动由与冷却盘管20的流体进入连接相连通的流体泵21a驱动。此外，进入冷却盘管的空气的温度优选地用一个或更多个温度传感器21d的阵列来测量，一个或更多个温度传感器21d在盘管的入口面的横截面上间隔开，以及离开冷却盘管的空气的温度优选地用一个或更多个温度传感器的阵列来测量，一个或更多个温度传感器(T)21c在盘管的出口面的横截面上间隔开。所述空气温度传感器可以是RTD或热电偶。进入的冷却介质的温度通过合适的传感器和PID控制器(T)21b来测量和控制到预定的设定点，该传感器和PID控制器与位于来自冷冻盐水源的导管20c中的阀和致动器(M)21进行控制通信，通常地是水冷或空气冷却的离心式冷却器。用作流量比例阀的致动的三通流路阀21允许来自冷却介质源的新鲜冷却介质通过盘管进入循环流路，同时与冷却盘管返回连接20b流体连通的加热的冷却介质被排放回冷却介质源。在优选的控制布置中，离开冷却盘管的空气的温度通过合适的PID控制器21c被控制到预定的设定点，该PID控制器与阀和致动器21进行控制通信，该阀和致动器用作位于来自冷冻盐水源的导管中的流量比例阀。在最优选的实施例中，来自所述出口空气温度测量和控制器21c的输出被配置成通过控制算法计算并且以级联控制布置将所述温度设定点传输到具有温度传感器21b的进入的冷却介质控制环路PID控制器。由操作者选择离开冷却盘管的空气的预定设定点以达到离开盘管的空气的溶剂或含水湿度的所期望的目标浓度，如从理论和/或经验蒸气-液体平衡(VLE)方程(诸如安托万方程和拉乌尔定律或工程模拟模型工具等，诸如ChemCad、ASPEN等)或本领域中已知的其他理论或经验方法或优选地从实验测试测量中所确定的。

在以下示例中讨论的指定的测试结果条件涉及第三盘管，即根据图2的冷凝器系统10内的一系列四个盘管中的最终冷凝盘管。第一盘管是不进行冷凝的预冷却盘管，第二盘管为初始冷凝盘管，第三盘管为最终冷凝盘管，第四盘管为再加热盘管。应当理解，冷凝区域16的一般方法论和元件类似地应用于随后的冷凝区域16’以及有待应用于具有附加的冷凝区域的冷凝器系统中的任何随后的冷凝区域。对于这个示例，在从干燥空气冷凝NMP的情况下，基于经验关系，在干燥空气中等于按体积计45ppm的蒸气压力时，到控制器21c的出口空气温度的设定点是大约-2℃。自然地，在此类经验性的预测存在一些不确定性，因此在试验(pilot)或原型冷凝器单元中的操作中以实验方式最佳地验证了实际要求。在一些情况下，设定点出口空气温度被设定为低于由VLE确定的温度，以适应不确定性。可能需要设定比VLE预测低0至5摄氏度以满足盘管出口空气中的目标溶剂浓度。

在图2中所示的优选实施例中，来自出口冷却剂介质温度传感器和PID控制器20e的输出被输入到泵马达(M)20f的驱动控制，该泵马达相应地设定循环泵的速度以将进入盘管的冷却介质的流量调节到PID控制器20e的输入设定点。控制器20e的设定点由雾减轻分析所确定。

在确定冷却剂介质入口和出口温度以及流速的设定点时，还考虑潜在气溶胶雾形成的影响。冷凝器除雾元件不能捕集的雾滴，尽管已经发生相变，将保留在出口空气流中，并且在冷凝器出口气体被再加热以用于干燥器或其他下游操作之后再蒸发。在冷凝NMP的实验中，在通过PTFE膜过滤器抽吸以去除亚微米雾颗粒并且随后加热之后，在取样的空气中通过火焰电离检测器(FID)仪器测量出口浓度值，发现出口浓度值与蒸气-液体平衡计算相匹配。此外，在没有过滤的情况下抽取并测量空气样品并且在样品加热之后测量。未过滤的值的范围高达80ppm，而过滤的值的范围是45至50ppm。两次测量的差异表示雾形成的量值。通过回顾技术文献并且通过实验研究一组附加的参数，其目标是减少或消除雾形成的量值。实验结果显示到控制器20e的冷却剂介质的优选设定点出口温度在指定的空气出口温度以下0至12摄氏度、优选1至5摄氏度的范围内。在盘管出口空气温度设置为-2℃的先前示例中，盘管翅片之间的空气速度为2.1米/秒，冷却剂介质入口温度设定为-7℃，调节冷却剂流速以获得-4℃的冷却剂介质出口温度，即，比盘管出口空气温度低2摄氏度。在盘管出口空气中NMP的过滤出口浓度是45±5ppm，而NMP的未过滤的出口浓度是48±5ppm，NMP的3ppm差值代表雾形成的速率低。

在可替代的级联布置中，控制器20e的输出被传达为控制器20h的输入设定点，该输入设定点针对在流量传感器20g处测量的流量而设定流率设定点。控制器20h的输出被输入到泵马达20f的驱动控制，泵马达20f相应地设定循环泵的速度以将进入盘管的冷却介质流量调节到PID控制器20h的输入设定点。在这种替代性布置中，控制器20e的输出以流率单位(诸如升/分钟等)可获得作为工程参数，该工程参数可以根据冷却剂系统的泵送容量的功能规格限制在可允许的最小和/或最大设定点值之间。该流率参数也可以通过计算转换成其他工程参数，包括但不限于根据本领域已知的理论或经验的热和质量平衡方法或从实验测试测量盘管的冷却负荷。这些参数可选地用于设定PID控制器20h的所述最小和/或最大设定点值以减轻溶剂雾形成。

在某些实施例中，一旦来自冷凝区域16的工艺气体流已经达到0℃或更低并且完成或基本上完成VOC冷凝，气体流就被分成相对高体积的再循环气体流(例如，管线72)和相对低体积的废气侧流(例如，抽取管线30)。在图3所示的示例中，这些体积以约2％的分流比分流。

在某些实施例中，结合到30a中的废气侧流抽取管线29和30的共混物被适配或被配置以用于被放置成与一个或更多个下游排放控制操作40流体连通。例如，排放控制操作可以包括至少一个吸附式浓缩器，吸附式浓缩器具有气体排放和解吸排放，诸如用于浓缩由冷凝器10抽取的VOC的一个或更多个VOC吸附式浓缩器50等。所使用的VOC浓缩器的类型不受具体限制，并且可以是如SG America,Inc.(SG美国公司)或日本的NichiasCorporation(霓佳斯株式会社)出售的旋转型气体吸附浓缩设备。例如，可以使用蜂窝转子来支撑VOC吸附介质，并且转子可以被划分成至少吸附区和解吸区。待处理的含溶剂空气穿过吸附区，其中VOC被吸附剂介质(例如，沸石)吸附。然后可以使VOC解吸，诸如通过使加热的空气穿过解吸区等。在一些情况下，此类浓缩器可以包括转子轮，该转子轮具有吸附基质，诸如疏水沸石或吸附剂的组合等。转子轮可以连续旋转，并且空气流穿过转子轮浓缩器，其中VOC从空气中被剥离并且被吸附到吸附基质上。然后这种现在清洁的空气的大部分可以被排放到大气中。可以将小部分气流加热至升高的温度以用作解吸空气。轮的连续旋转将轮的现在具有吸附的溶剂的这个部分转移到解吸区域，其中VOC被加热、解吸进入所述加热的解吸空气流中并且随后从解吸空气中收集在随后的溶剂去除设备(诸如冷凝器盘管等)中。清洗空气可用于冷却吸附介质，并且现在加热的清洗空气可再循环至解吸区域。因此，一个或更多个吸附式浓缩器50可具有气体排放和解吸排放并用作排放或污染控制级。

在某些实施例中，可以使用单个VOC浓缩器50。在其他实施例中，可以使用串联布置的两个或更多个VOC浓缩器50和50’。在一些实施例中，在一个或更多个VOC浓缩器50的下游可以使用一个或更多个另外的排放或污染控制级52，诸如一个或更多个过滤设备(例如，基于活性炭的过滤设备)、吸附式浓缩器、热氧化器(例如，再生热氧化器)、催化氧化器和/或生物过滤器等。

在一些实施例中，如图6中所示的两级空气污染控制单元500可布置在冷凝器10的下游，诸如JP 2011-031159中公开的污染控制单元等。该单元包括有机溶剂回收设备，其中，包括含有吸附剂的吸附元件的吸附体，该吸附体至少由吸附区域、再生区域和冷却区域构成。将含有有机溶剂的气体(例如，来自冷凝器10的侧流30中的气体)连续地供应至吸附体的吸附区域，吸附元件在吸附区域中吸附有机溶剂，并且被送至再生区域，以通过被加热的气体从吸附元件解吸所吸附的有机溶剂。再生后的吸附元件在吸附区域再次吸附含有有机溶剂的气体，提供有用于回收在再生区域中解吸的有机溶剂的冷凝部。本发明提供一种能够对通过吸附区域的含有有机溶剂的工艺气体进行连续吸附和解吸处理而不被吸附的备用处理设备，备用处理设备构成为使得通过形成为圆柱状或圆柱状的吸附元件在吸附区域和再生区域进行连续的溶剂吸附和解吸处理。

图3和图4展示了冷凝器和排放控制装置的操作的示例性实施例。在如图3所示的示例性实施例中，离开一个或更多个干燥器200的含有VOC(诸如NMP等)的排放气体流70可以具有通常在约80℃至130℃之间、更通常地在约120℃至130℃之间的温度，并且可以具有通常在约500至3000ppmV之间、更通常地在约1800至2500ppmV之间的溶剂浓度。在所示的实施例中，排放流中溶剂的浓度是1800ppmV并且温度是130℃。驱动力诸如风扇201等可用于使排放流进入冷凝器10的进料端口12。可替代地或此外，抽风风扇202可以放置在冷凝器排放端口14的下游。

与逐渐降低排放气流的温度的目标一致，排放气流首先进入冷凝器10的预冷却区域15，区域15具有盘管35a，该盘管35a具有冷却介质，该冷却介质具有的温度足以将气体流的温度降低至约83℃。气体流在预冷却区域中的停留时间应当足以允许气体流的温度冷却至期望值，诸如83℃等。因为在该级没有发生冷凝，所以每毫秒0.6摄氏度以上的冷却速率是可接受的。优选地，预冷却区域15中的条件使得很少或没有发生溶剂冷凝。然后，气体流入第一冷却或冷凝级16a，其中，其通过包含具有足以将气体流温度降低至29℃的温度(例如，18℃)的冷却介质的盘管116a冷却。在这个级中，大部分热交换是显热，并且虽然在这个级中很少发生溶剂的冷凝，但是在冷凝溶剂的这个早期级中，冷却速率是至关重要的。优选不超过0.15至0.30摄氏度/毫秒的冷却速率。然后冷却的气体流入配备有盘管116b的第二冷却或冷凝区域或级16’或主冷凝级中，该盘管包含冷却介质，该冷却介质具有的温度足以(例如，-10℃)将气流的温度降低至等于或小于0℃；例如，-2℃，其中发生显著的相变，并且所有或基本上所有的剩余溶剂冷凝。再次，在这个级中，冷却速率是至关重要的，如在冷凝溶剂的这个早期级中。优选不超过0.15至0.30摄氏度/毫秒的冷却速率。气体流的这种逐渐冷却有助于最小化或防止有害雾的形成。

然后大部分气体流入再加热区域17，再加热区域在示出的实施例中具有盘管35b，盘管35b包含具有足以将气流温度升高至45℃的温度的冷却介质，在此之后，气体经由排放管线72再循环至一个或更多个干燥器200。可以将环境空气添加至排放管线72中，如在73处所示。

气流的一小部分(例如，按与进入一个或更多个干燥器中的幅材槽缝中的气体流相等的质量流平衡)是从离开最后一个冷却或冷凝区域或级16’的空气中通过一个侧流废气抽取管线30抽取出来的。在图4所示的示例中，再循环空气流72和废气侧流30的体积以大约1.1％的分流比分流。优选的是，该抽取在预加热区域17的上游进行，因为该抽取流的相对低的温度使空气流30a变温并提高下游浓缩器的效率。可以在导管29中抽取再加热区域17中的一部分气体并且将其与从第二冷却或冷凝区域16’中抽取的侧流废气抽取管线30中的气体混合。在区域17中再加热的与侧流废气抽取管线中的气体混合的气体的量可以与温度控制器和阻尼器控制系统31混合，以调节进入下游浓缩器(或其他下游排放控制装置)的气体的温度，以优化下游单元的性能，诸如将侧流废气抽取管线30a中的气体调节至约10℃至20℃等，优选约15℃的温度。

因此，冷凝器装置10可以用于产生一个或更多个下游排放控制单元(诸如一个或更多个VOC浓缩器等)的进料流，进料流处于一个或更多个排放控制单元的性能的最佳温度下。来自等效于冷凝器装置10的多个冷凝器装置抽取的废气侧流流动可以优选地结合在共同的管道700中并且进料到如图3和图4中示出的单个VOC精制浓缩器系统中。这允许来自具有例如8个或更多个冷凝装置的大操作的侧流流动的更好的容量匹配。废气侧流流动的组合导致改善VOC精制操作的规模经济。

侧流废气抽取管线中的气体进入第一VOC精制浓缩器50，第一VOC精制浓缩器包含吸附剂，诸如沸石或碳等。该第一浓缩器50通常地从气流中去除约90％至99％的VOC(例如NMP)。吸附的VOC然后可以通过再加热被解吸，并且可以被导引到冷却或解吸剂冷凝器80等中并且再循环回到进口流中至第一VOC精制浓缩器中，如图所示。VOC冷凝物可以经由管线81从冷凝器80收集并且储存或再循环至涂覆过程。

在图3所示的实施例中，浓缩的气体流接下来进入第二VOC精制浓缩器50’，第二VOC精制浓缩器通常地还去除保留在该流中的VOC(例如，NMP)的约90％至99％。在某些实施例中，第二VOC精制浓缩器50’与第一VOC精制浓缩器50相同。收集的空气流可以在冷凝器80中冷凝，如图所示。

可以提供旁通管线85以允许中断浓缩器单元，旁通管线85将流动(例如，借助于风扇88)导引至一个或更多个备用碳过滤器87，例如，使得排放到大气中的VOC的含量不超过法规限制(例如，＜1mg/Nm³)。

提供了紧急清洗系统90，该紧急清洗系统90包括具有阻尼器92的清洗管线91，阻尼器92将来自冷凝器10的气体流导引至一个或更多个排放控制单元，诸如一个或更多个碳过滤器95等。

NMP可以经由管线117从冷凝器10中回收并且储存，如图所示。

图4(其中相同的数字表示与上述那些相同的零部件)展示了仅使用单个VOC精制浓缩器50的类似方法。在这个实施例中，两个碳过滤器87、87’被布置在单个VOC精制浓缩器50的下游以便实现小于1mg/Nm³的目标VOC排放浓度。该实施例还除去了紧急清洗系统90，相反，清洗风扇190如图所示地流体连接到排放管线72以提供紧急清洗。

转向图5，如在盘管冷凝器10的情况下，在直接接触冷凝器510中避免形成雾取决于冷凝区域(即在填料515的高度内)中载有溶剂的空气流的逐渐冷却。在填料区域515的体积的设计选择中首先考虑冷却速率。冷凝器容器505的截面优选是圆形的。可替代地，它在平面视图中可以具有正方形或矩形截面以便适应场所布局要求。类似于盘管式冷凝器的情况，体积是在浅表体积的基础上确定的。即，在计算表面停留时间时，忽略了填料在填料区域515的总尺寸内占据的体积空间。通过盘管的比体积空气流量Q表示为每单位时间的标准立方米。在流动方向上的填料面面积和深度用于计算以立方米计的体积V。因此，在芯中的表面停留时间被确定为t＝V/Q。此外，由冷却盘管驱动的空气和溶剂的以摄氏度计的温降DT(注意该参数是温度差值，不是绝对温度值)可以在操作中直接测量或者从设计阶段中的供应商尺寸数据计算。最后，冷却速率R可以表示为R＝DT/t。例如，直接接触的冷凝器容器具有4.0平方米的面面积和1.5米的填料高度。比体积空气流量是25,000Nm³/h。因此，停留时间可以计算为t＝(4.0×1.5)m³/25,000m³/小时＝2.4×10^-4小时。转换成毫秒t＝2.4×10^-4小时×3,600,000毫秒/小时＝864毫秒。如果进入填料的空气温度是83℃并且离开温度是-4℃，则冷却速率R＝DT/t＝(83℃-(-4)℃)/864＝0.1摄氏度/毫秒。

对于在冷凝填料区域中形成最少雾的NMP捕集，其中当气体流在填料内行进一定距离时发生溶剂的冷凝，冷却速率应小于0.20摄氏度/毫秒，优选在0.07和0.15摄氏度/毫秒之间。有机溶剂诸如DMAc等的通常设计标准与水蒸气用于在冷凝盘管区域中形成最少的雾，其中当气体流在填料内行进一定距离时发生溶剂的冷凝，冷却速率应小于0.15摄氏度/毫秒，优选在0.05和0.12摄氏度/毫秒之间。在大多数情况下，特定溶剂的可接受的最大冷却速率必须通过实验来确定。

在操作中，对于填料515的示例性情况，参照图5可示出冷却速率的精确控制方法。流量计(F)524和温度传感器(T)521监测进入歧管513的冷却的溶剂介质的流速和温度。循环流539由与冷却盘管591的流体进入连接相连通的流体泵592驱动。此外，进入填料515的空气的温度优选用在填料的入口面的截面上间隔开的一个或更多个温度传感器522的阵列来测量，而离开除雾器528的空气的温度优选用在除雾器的出口面的截面上间隔开的一个或更多个温度传感器(T)523的阵列来测量。所述空气温度传感器可以是RTD或热电偶。进入的冷却的溶剂介质的温度通过合适的传感器和PID控制器521来测量并控制到预定的设定点，该传感器和PID控制器521与位于来自冷冻盐水源的导管中的阀和致动器520(通常地是水冷或空气冷却的离心式冷却器)进行控制通信。通过与变频马达控制驱动泵592控制通信的第二合适的PID控制器523将进入填料的空气和离开冷凝塔的空气571的测量的空气温降控制到预定的设定点。以这种方式，例如，对于NMP，冷凝单元510中的目标温度下降速率被控制为0.15摄氏度/毫秒。

图6展示了替换图4中的单个VOC精制浓缩器的不同类型的吸附设备。主吸附发生在通过旋转型吸附式浓缩器610的第一段的路径A1上。参考JP2011031159A进行解吸。通过路径B2利用实施的冷凝器620和加热盘管625执行主解吸循环。此外，图6示出了具有路径“A2”(吸附)-“C”(冷却)-加热-“B1”(解吸)-冷却”的闭环辅吸附-冷却-解吸循环。这种配置具有以下优点：这两个循环可以在惰性条件下(如果必要的话)运行并且可以在主解吸循环中引起更高的解吸浓度。如图4所描述的，在气体释放到堆中之前，可以实施附加的碳过滤器。所描述的方法还有可能使用盘式浓缩器。

前述讨论不包括考虑有机溶剂(诸如NMP等)与气体(通常地空气)流中高湿度(例如，水)共存的冷凝。在前述实施例中，载有溶剂的气体流中的湿度足够低，使得蒸气-液体平衡条件不会导致水与溶剂一起冷凝。例如，如果进入冷凝器的气体流的露点湿度水平(水蒸气)低于冷凝盘管表面温度，则即使有水将被冷凝也很少。另一方面，如果露点湿度高于冷凝盘管表面温度，则水和溶剂都可被冷凝，这取决于包括气液热力学、接触时间和液滴成核行为的因素。仅基于热力学特性，此类冷凝经常是不可预测的；动态实验经常是需要的并且可能导致在浓缩液体中捕集有机溶剂方面发现出乎意料的结果。

在冷凝可混溶于水的有机溶剂(诸如NMP等)的情况下，特别是在低于潮湿气体流的含水露点的温度下，溶剂的蒸气压力通常地随着进入的空气中水含量的增加而降低，从而导致离开冷凝器的溶剂蒸气压力降低。因此，与含水湿度非常低(冷凝器温度高于水蒸气相的露点)的情况相比，当水也与有机溶剂一起冷凝时，有机溶剂的离开浓度较低。在某些情况下，有利的是通过向进入气流中加入水蒸气来降低出口气流中的有机溶剂浓度。由于VLE行为的偏移，这可允许最终冷凝温度(即，最后冷凝盘管的出口空气温度)设置在较高温度。在电池电极加工的干燥空气条件下，与没有注入的在-5℃到-2℃范围内的空气出口温度相比，在注入水的情况下冷凝盘管的出口空气温度在0℃到5℃范围内可以获得出口空气中可比的NMP浓度。这可以有利地用于工厂冷却器设施的操作和资金成本。

因此，在一些情况下，可能有利的是调整进入冷凝器的气体的含水湿度条件以便获得离开冷凝器的气体中的溶剂和/或水的所期望的出口浓度。例如，代替降低冷凝器温度，甚至降低至低于水的冰点的温度(如前述实施例中讨论的)以降低溶剂浓度，在某些情况下，可以诸如通过引入水(例如，通过喷雾或注射)、含有高水含量的蒸气或气体、通过喷雾到所述空气流中蒸发水、或加热水源(诸如在冷凝器之前的管道中的水的容器(例如盘等))等来增加进入冷凝器的气体的含水湿度。该添加的水蒸气可以促进溶剂和水的冷凝，同时在冷凝器中的较高冷凝器操作温度下。这不仅可以导致溶剂的出口浓度降低，而且就降低制冷电功率负荷而言可以增加冷凝操作步骤的能量效率。

图7示出了根据前述描述的用于添加含水湿度的蒸气注入的示例性实施例。有机溶剂物质诸如NMP等在冷凝盘管20上的冷凝效力可通过共冷凝一定量的水而增强，这有利地降低在流30和72a中离开冷凝器16的溶剂的浓度。在所示实施例中，具有控制器21c的气体温度传感器位于冷凝腔室16a的出口处。如果如在具有如前所述的多个冷凝盘管级的可选实施例中描述的那样存在多于一个冷凝盘管，则具有控制器21c的传感器可以类似地位于每个冷凝盘管的出口处。具有控制器21c的传感器为冷凝操作提供温度值，该温度值表示在离开冷凝器的含水露点温度方面的饱和蒸气浓度。含水露点传感器(Td)301为进入的工艺气体流70a提供了表示进入冷凝器10的水蒸气浓度的露点温度值。在所示的实施例中，加压蒸气诸如通过注射器303等被引入输送气体流70a的管道中，以便在所述流70a进入冷凝器10之前提高所述流70a的含水湿度。传感器301处的期望露点被设置为高于由闭环控制器(Tc)302中的控制器21c的传感器感测的冷凝温度的值，这然后使致动的注射器阀306打开，经由注射器303添加足够的水蒸气以促进水蒸气在冷凝腔室16a中的冷凝。注射器303进入流70a中的排放可以包括具有孔口的管或管阵列，或优选地具有一个或更多个管的注射器阵列，利用沿每个管长度分布的多个喷嘴(诸如可从Armstrong International(阿姆斯壮国际公司)可用的喷嘴)或其他合适的蒸气分配元件来排放所述蒸气。

可替代地，代替测量流70a和72a中的含水露点以控制注射器303处的蒸气注入，蒸气注入可以通过控制器302的交替闭环控制动作通过确定气体流72a中的水的摩尔分数来连续地控制。任选的溶剂浓度传感器或分析器304提供离开冷凝单元10的气体流72a中有机溶剂的浓度值。合适的气相溶剂浓度分析器可选自可用的仪器，包括火焰电离检测器(FID)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、质谱仪或其他合适的仪器。任选的含水露点传感器或分析器305提供离开冷凝单元10的气体流72a中含水湿度的浓度值，作为由具有传感器的温度传感器和控制器21c提供的值的替代。合适的含水露点分析器可选自可用的仪器，包括电容元件、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、质谱仪或其他合适的仪器。气相中水的摩尔分数由传感器305报告的体积浓度除以溶剂浓度传感器304和含水露点传感器305报告的体积浓度之和来确定。然后将得到的测量的摩尔分数值与控制器302中的设定点值进行比较，以通过常规控制回路方法(诸如比例(P)控制作用或比例+积分(PI)控制作用或比例+积分+微分(PID)控制作用等)来确定电动阀306的输出位置值。已经发现，在NMP溶剂的情况下水的气相摩尔分数的优选设定点值是在0.95至0.995的范围内、最优选是在0.98至0.99的范围内。

可替代地，可以基于借助于分析器(AE)37a测量排水管线37中的冷凝液流的组成来控制蒸气或水喷雾的注入以增加流70a的湿度。在进入冷凝器的空气中注入蒸气或水增加了冷凝液流中水的分数，同时降低了离开冷凝器盘管的空气中溶剂的浓度。因此，冷凝液体中水的分数与离开冷凝器盘管的溶剂的浓度相关，如通过VLE预测或优选地通过实验结果确定的。冷凝溶剂的组成可以连续地或在分批样品中测量水含量连同回收的有机物质。连续测量设备可以包括分析器，诸如傅里叶变换红外仪(FTIR)、质谱仪、电导率或其他合适的仪器等。除了前述仪器之外，水含量的分批测量可以包括卡尔费歇尔滴定(Karl Fischertitration)。

如前所述的，有机溶剂物质诸如NMP等在冷凝盘管20上的冷凝效力可以通过共冷凝一定量的水而增强，这有利地降低了在流30和72a中离开冷凝区域16的溶剂的浓度。蒸气或水通过注射器303注射并在盘管20上共冷凝。含有水和有机溶剂的冷凝液体被收集在集水槽36中并且在排水管线37中排出。分析器37a测量冷凝液流的水含量。已经发现，为了提高冷凝效率，冷凝液体中所需的水含量为0.1至0.8摩尔分数，最优选为0.2至0.5摩尔分数的水。

在某些情况下，不希望如在流72a向锂离子电池电极干燥操作提供干燥空气的情况下那样将出口气体72a的水含量提高到一定水平以上。在这种情况下，可能需要除去至少一部分水含量，诸如借助于流72b中或更优选流72a中的干燥剂吸附剂等。例如，通过使气体行进穿过诸如由塞布吉肯(Seibu Giken)等提供的干燥剂吸附剂轮单元来容易地实现连续流中水的去除。图7示出了优选实施例，其中气体流72a进入连续旋转的吸附剂轮750，从而去除一部分水蒸气。干燥剂吸附剂轮750的饼形部分从流72a吸附水且随后旋转到解吸区中，在该解吸区中经加热的流784穿过吸附剂介质以解吸先前从流72a捕集的水。解吸的水(现在在流782中)穿过冷凝器设备780，在冷凝器设备780处冷却介质贯穿盘管790，从而引起水蒸气在所述盘管上冷凝。冷却介质可以是水的盐水溶液或来自冷却器单元的水和乙二醇的盐水溶液，如在工艺冷却行业中已知的。在连续操作中，冷凝水从盘管790排出并且被收集在冷凝器780的下部壳体中并且通过排水管781排出。冷凝水作为废水处置或可以再循环至该过程，例如以提供水喷雾或蒸气进料注射器303。离开冷凝器780的气流783在加热器785中再加热，以在加热的流784贯穿干燥剂轮750的解吸段时提供在加热的流784中解吸的优选温度。加热器785可以是电阻盘管、热水或蒸气盘管或其他合适的热流体。现在干燥的吸附剂介质的饼形扇区被旋转到接收湿流72a的吸附区中，从而去除其一部分水分。离开流730的含水露点可以任选地通过含水露点测量仪器(AE)310来测量。流730中优选的含水露点通常地在-60°F至-20°F的范围内，以提供回至干燥过程的干燥空气。

所描述的水注入方法还可以用于前述讨论的图1至图5的任何冷凝布置中。代替冷凝腔室10，其他冷凝集气室布置也是可能的，并且可以受益于所描述的水分注入方法。

现在转向图8，污染控制区段40包括串联的一个或更多个浓缩器单元50和50’，接着是串联的一个或更多个无源(静态)床吸附剂单元52和52a。尽管示出了两个示例性浓缩器单元和两个示例性静态床单元，但可以理解，可将附加的浓缩器单元和无源床单元添加至污染控制区段40以满足排水流30f中的排放要求。流30离开冷凝器区段10，并通过经由混合阀组和控制系统硬件31引入加热的气体流管线29进行调温，以在流30a进入污染控制部分40的第一浓缩器单元50之前在流30a中获得所需的设定点温度。第一浓缩器单元50去除流30a中的大部分溶剂，而第二浓缩器单元50’去除附加的溶剂。可以任选地将附加的浓缩器添加到该序列中，直到流30d中剩余的溶剂的水平降低至优选的水平。流30d中溶剂的优选设计水平是通过鉴定溶剂回收步骤的最佳经济操作来确定的，该溶剂回收步骤的最佳经济操作与固定床吸附器52和52a的正在进行的操作中的吸附剂介质的消耗相关。总体上，浓缩器单元的运行费用主要是风扇、加热器和冷却剂的能量成本。如果回收的溶剂的值高，则选择有利于附加的浓缩器单元。另一方面，无源吸附剂床的主要操作费用是替换吸附剂(通常为活性炭)的成本。例如，在浓缩器单元中捕集和回收溶剂可有利地降低出口浓度至1ppm和10ppm之间。一旦气流的溶剂浓度降低至小于10ppm，优选小于1ppm，在最后浓缩器下游的固定床碳吸附器中的吸附剂装料的寿命通常相当长并且因此是一种有利的选择。此外，无源吸附剂床可通过串联添加附加的吸附剂容器而可靠地满足严格的环境排放要求。串联放置的多个吸附器的实施例可以获得小于1ppm的最终排放水平。

在示例情况下，在-2℃的温度下离开冷凝区域16的气体流30中的溶剂浓度是基于体积50ppm。流30a包括流30和加热的流管线29，并通过控制流管线29和30的分流比调温至10-20℃，最优选15℃的优选混合温度。调温控制系统31包括：感测混合流30b的气体温度的温度传感器；接收来自所述温度传感器的传感器信号的温度控制器，所述控制器与每个气流管线29和30中的调温流量阀通信，所述控制器定位所述调温阀以导致流30a的混合温度等于15℃的设定点值。加热的流管线29在45℃温度下从再加热区域17的出口抽出，或可替代地，从离开节能器热交换器101的加热的流72b中抽出。在0℃和1个大气压的正常体积流量基础上管线30的流与管线29的流的分流比是2：1。在通常动态过程控制操作期间，分流比可以落入1：2直到10：1的范围内。在标称15℃和50ppm溶剂浓度下，流30a加入作为流30b的来自浓缩器冷凝器80的回流83，从而进料给浓缩器50。浓缩器50的吸附剂轮吸附溶剂，流30c的溶剂浓度降低至5ppm，同时溶剂在流82中浓缩并穿过冷凝器80以冷凝和回收溶剂。在该实施例中，为了延长吸附剂在下游无源床容器中的寿命，期望在无源吸附剂床中最终清洁之前通过浓缩器进一步降低流30c的溶剂浓度。因此，流30c在与来自冷凝器80a的回流83a结合之后穿过第二浓缩器50’。浓缩器50’的吸附剂轮吸附溶剂，流30d的溶剂浓度降低到0.5ppm，同时溶剂在流82a中浓缩并穿过冷凝器80a以冷凝和回收溶剂。以此方式，可以进行多个浓缩步骤，直到来自最后一个冷凝器的出口浓缩不会太快地使随后的无源吸附剂床中的吸附剂饱和。在该示例中，0.5ppm足够低以允许在替换吸附剂装料以避免溶剂透过之前，床52中吸附剂的所需使用寿命长达一年。吸附剂床52将流30e中的溶剂浓度降低至0.05ppm。在将流30f排放到大气中之前，期望进一步减小溶剂。第二吸附剂床52a接收来自床52的流动流30e以进一步将溶剂浓度降低至小于0.0 1ppm。在更换床52a中的吸附剂装料之前的操作寿命是数年。如果需要较低的出口浓度，可以在床52和52a之后以类似方式放置附加的吸附剂床。

示例1

参考图7，流70a包括具有按体积计2000ppm的NMP蒸气的空气，并且流70a具有等于按体积计190ppm的水的-40℃的含水水分露点。NMP的目标出口浓度刚好低于50ppm。冷凝器温度21c设定为在2℃冷凝温度下运行。在没有蒸气注入的情况下，出口浓度是66ppm NMP。通过激活控制环路302以及调节设定点来注入蒸气，从而获得来自冷凝器的仅小于50ppmNMP的出口浓度。为了达到刚好低于50ppm NMP，控制器的露点设定通过试错法调节至-11℃露点，从而导致在分析器(AE)304处测量的47ppm的浓度。因此，在该过程中，蒸气经由注射器303以必要速率加入到物流70a中以在传感器301处达到-11℃的水露点，注射器303通过电动控制阀306与控制器302通信。流72a中所得的NMP出口浓度为按体积计47ppm，并且注入的水蒸气的15％与冷凝的NMP冷凝。

相比之下，在不注入蒸气同时流70a含有按体积计2000ppm NMP以及在-40°F的含水露点下的情况下，为了实现小于50ppm NMP，在出口流72a中获得47ppm NMP所需要的冷凝温度是-2℃。由此，工厂冷却器单元需要多于15％至20％的冷却功率。

示例2

再次参考图7，流70a包括具有按体积计2000ppm NMP蒸气的空气，并且流70a具有等于按体积计190ppm的水的-40℃的含水水分露点。NMP的目标出口浓度刚好低于50ppm。冷凝器温度21c设定为在2℃冷凝温度下运行。在没有蒸气注入的情况下，出口浓度是66ppmNMP。通过激活阀306以及调节注入速率来注入蒸气，以在分析器304处获得来自冷凝器的仅小于50ppm NMP的出口浓度。因此，手动调节蒸气注入速率直至在分析器304处观察到47ppm的值。在这种情况下，由分析器(AE)305测量的排水管37中的冷凝液体中的水的浓度是0.19摩尔分数水(按重量计3.9％)。在一些情况下，在分析器304是临时(不频繁)测量的情况下，虽然分析器305被频繁地用于工艺质量控制，但是从分析器305可获得的数据现在可以被用作过程设定点。因此，蒸气经由注射器303通过致动控制阀306以必要速率加入到流70a中，以达到在分析器305处测量的0.19的摩尔分数值。根据VLE物理学，预期流72a中NMP的所得出口浓度保持在约47ppm体积，同时保持以上过程参数而无需直接用附加的仪器测量出口浓度。

如在此示例中的此类条件是通过实验测试最佳确定的，尤其是当目标出口空气流中非常低的(例如＜100ppm)溶剂浓度时。仅基于热力学蒸气-液体平衡数据的计算常常是不准确的，这是由于如前所述的气溶胶液滴的冷凝和形成。通过蒸气或其他所述方法注入水可具有减少形成细小气溶胶液滴的趋势的正面效果，该微小气溶胶液滴不容易收集在冷凝区域16的冷凝盘管或除雾器中。

虽然在此已经公开了不同方面和实施例，但本领域技术人员在阅读和理解以上详细说明之后将清楚其他方面、实施例、修改和改变。本文公开的各个方面和实施例是用于说明的目的，并不旨在是限制性的。本公开旨在被解释为包括所有这些方面、实施例、修改和改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims

1.一种用于再循环空气干燥器的循环空气调节器，所述循环空气干燥器产生载有至少一种可冷凝流体的循环空气，所述循环空气调节器包括：

a.至少一个主冷凝器，所述至少一个主冷凝器具有进料端口和排放端口以及至少一个主冷凝级，所述至少一个主冷凝器包括：

ii.冷凝腔室，所述循环空气能够进入或透过所述冷凝腔室，以及

iii.冷却盘管，所述冷却盘管至少部分地布置在所述冷凝腔室内并且被冷却介质渗透，

iv.其中所述主冷凝器的冷却盘管在0℃或更低的主冷却介质温度下运行，

b.循环空气进料管线，所述循环空气进料管线连接至所述主冷凝器的进料端口并且能够连接至用于承载所述循环空气的载有冷凝流体的空气源，

c.循环空气排放管线，所述循环空气排放管线连接至所述主冷凝器的排放端口，以及

d.侧流废气抽取管线，所述侧流废气抽取管线流体连接至所述主冷凝器的至少所述冷凝腔室，

i.其中，在所述冷凝腔室中流动的循环空气的体积流被分流成低体积废气侧流和穿过所述循环空气排放管线离开所述冷凝器的高体积再循环流。

2.根据权利要求1所述的循环空气调节器，所述循环空气调节器还包括至少一个预冷凝器，所述预冷凝器具有至少一个预冷凝级；

a.所述预冷凝器放置在所述主冷凝器上游的循环空气流中，

b.以及所述预冷凝器包括

i.预冷凝器冷凝腔室，所述循环空气能够进入或透过所述预冷凝器冷凝腔室，以及

ii.冷却盘管，所述冷却盘管至少部分地布置在所述预冷凝器冷凝腔室内并且被预冷却介质渗透，

iii.其中，所述预冷却介质具有高于所述主冷却介质温度的温度。

3.根据权利要求2所述的循环空气调节器，其中，所述预冷凝器和所述主冷凝器被封装在共同的冷凝器壳体中。

4.根据权利要求1所述的循环空气调节器，所述循环空气调节器进一步包括预冷却热交换器和/或再加热热交换器，所述预冷却热交换器布置在所述预冷凝级的上游以降低循环空气中的流的温度，所述再加热热交换器布置在所述主冷凝级的下游。

5.根据权利要求4所述的循环空气调节器，其中，所述预冷却热交换器和所述再加热热交换器通过诸如水、盐水或合适的热流体等的传热介质的交换而热耦合，和/或通过热电偶或热管而热耦合。

6.根据权利要求1所述的循环空气调节器，所述循环空气调节器进一步包括空气污染控制单元，所述空气污染控制单元流体连接至所述侧流废气抽取管线，以及所述空气污染控制单元具有至少一个吸附式浓缩器，所述至少一个吸附式浓缩器具有作为第一污染控制级以及至少第二污染控制级的气体排放和解吸排放，所述第二污染控制级选自过滤设备、吸附式浓缩器、热氧化器和催化设备。

7.根据权利要求6所述的循环空气调节器，其中，所述第二污染控制级包括吸附式浓缩器，所述吸附式浓缩器由所述第一污染控制级的所述气体排放进料，以及所述吸附式浓缩器具有气体排放和解吸排放。

8.根据权利要求6所述的循环空气调节器，其中，所述吸附式浓缩器中的至少一个吸附式浓缩器的所述解吸排放连接到解吸管线，所述解吸管线连接到解吸冷凝器，其中，所述解吸冷凝器的气体排放被进料回到所述侧流废气抽取管线中。

9.根据权利要求7所述的循环空气调节器，其中，所述吸附式浓缩器中的至少一个吸附式浓缩器的所述解吸排放连接到解吸管线，所述解吸管线连接到解吸冷凝器，其中，所述解吸冷凝器的气体排放被进料回到所述侧流废气抽取管线中。

10.根据权利要求6所述的循环空气调节器，其中，所述第二污染控制级包括至少一个活性炭过滤器。

11.根据权利要求1所述的循环空气调节器，所述循环空气调节器进一步包括注射器，所述注射器与所述循环空气进料管线流体连通。

12.根据权利要求11所述的循环空气调节器，其中，所述注射器具有阀，所述循环空气调节器进一步包括露点传感器、温度传感器以及控制器，所述露点传感器用于感测进入所述循环空气进料管线中的所述载有可冷凝流体的空气的含水露点温度值，所述温度传感器用于感测离开所述至少一个主冷凝器的流体的温度，所述控制器与所述露点传感器和所述温度传感器通信并且能够操作以控制所述阀，从而当所述露点传感器感测到低于预定值的含水露点时，使所述注射器将水或蒸气注入到所述循环空气进料管线中。

13.根据权利要求12所述的循环空气调节器，其中，所述预定值基于由所述温度传感器感测的离开所述至少一个主冷凝器的流体的温度。

14.根据权利要求11所述的循环空气调节器，其中，所述注射器具有阀，所述循环空气调节器进一步包括溶剂浓度分析器、露点传感器以及控制器，所述溶剂浓度分析器用于分析所述循环空气排放管线中的流体的溶剂浓度，所述露点传感器用于感测所述循环空气排放管线中的流体的湿度，所述控制器与所述溶剂浓度分析器和所述含水露点传感器通信，所述控制器用于计算离开所述至少一个主冷凝器的流体中水的摩尔分数，以及所述控制器能够操作以控制所述阀，从而当所述摩尔分数低于预定值时，使所述注射器将水或蒸气注入到所述循环空气进料管线中。

15.根据权利要求1所述的循环空气调节器，所述循环空气调节器进一步包括干燥剂吸附剂，所述干燥剂吸附剂与所述循环空气排放管线流体连通。

16.一种用于调节载有至少一种可冷凝流体的循环空气的方法，包括：

a.以远高于0℃的进口温度水平和第一体积流将所述循环空气引入到具有至少一个主冷凝腔室的主冷凝器；

b.在所述主冷凝腔室内部将所述循环空气逐渐冷却到0℃以下的主温度水平；

c.在达到第二温度水平之后，将所述循环的体积流分流成高体积再循环流和低体积废气侧流；以及

d.将所述高体积再循环流提供至干燥器的循环空气进口。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括根据步骤b)提供冷凝器以冷却所述循环空气，所述冷凝器包括包含冷却介质的至少一个冷却盘管，并且其中，所述冷却介质在循环空气进口的远端侧处以0℃以下的进入温度进入所述冷却盘管，并且所述冷却介质在沿着与所述循环空气相反的流动方向行进穿过所述冷却盘管的同时被加热。

18.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括：

a.以第一体积流将所述循环空气进料至所述主冷凝器上游的预冷凝器，所述预冷凝器具有的预冷凝温度水平低于第一温度水平并且远高于所述主温度水平；

b.在所述预冷凝器中将所述循环空气逐渐冷却至所述预冷凝温度水平；以及

c.将冷却的循环空气提供至所述主冷凝器的进口。

19.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括：

a.以第一体积流将所述循环空气进料至所述主冷凝器上游的预冷凝器，所述预冷凝器具有的预冷凝温度水平低于第一温度水平并且远高于所述主冷凝温度；

c.将冷却的循环空气提供至所述主冷凝器的进口。

20.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括预冷却在所述主冷凝器上游的所述循环空气。

21.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括再加热在所述主冷凝器下游的所述循环空气。

22.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括再加热在所述主冷凝器下游的所述循环空气。

23.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括：

a.将所述废气侧流进料至至少两级空气污染控制设备；

b.在作为第一污染控制级的吸附式浓缩器中收集和增加剩余的可冷凝流体的浓度；

c.随后在第二空气污染控制设备中将剩余的废气流处理至远低于预定限度的在所述空气中可冷凝的剩余的浓度水平，所述第二空气污染控制设备作为进一步位于所述第一级下游的第二级。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述预定限度是1mg/Nm³。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第二空气污染控制设备是第二吸附式浓缩器。

26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第二空气污染控制设备是过滤设备。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述过滤设备包括活性炭过滤器。

28.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括在逐渐冷却所述循环空气之前将湿气添加到所述循环空气。

29.根据权利要求28所述的方法，所述方法进一步包括在将所述循环空气提供至所述主冷凝器之前感测所述循环空气的露点，并且感测所述高体积再循环流的温度，其中，添加到所述循环空气的湿气的量基于所感测的所述高体积再循环流的温度。

30.根据权利要求28所述的方法，所述方法进一步包括：在将所述循环空气引入到所述主冷凝器中之前感测所述循环空气的露点温度值；感测离开所述至少一个主冷凝器的流体的温度，并且响应于所感测的露点温度和离开所述至少一个主冷凝器的流体的感测温度来控制湿气的引入。

31.根据权利要求28所述的方法，所述方法进一步包括：分析从所述主冷凝器排出的循环空气中的流体的溶剂浓度；感测从所述主冷凝器排放的所述循环空气中的流体的湿度；计算从所述主冷凝器排放的所述空气中的水的摩尔分数；以及响应于在所述摩尔分数低于预定值时，将湿气引入到进入所述主冷凝器的所述循环空气中。

32.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括用第一控制器将离开所述冷却盘管的所述空气的温度控制到预定设定点，所述第一控制器与位于允许新鲜冷却介质进入所述冷却盘管的导管中的阀和致动器控制通信，其中，离开所述冷却盘管的所述空气的所述预定设定点被选择为达到离开所述冷却盘管的所述空气的湿度的期望目标浓度。

33.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括用第一控制器将离开所述冷却盘管的所述空气的温度控制到预定设定点，所述第一控制器被配置为计算进入的冷却介质的温度设定点，所述第一控制器与第二控制器通信，所述第二控制器以级联控制布置方式接收来自所述第一控制器的所述预定设定点；所述第二控制器与致动器和阀控制通信以便将进入所述冷却盘管的冷却介质的测量温度控制到所述第一控制器的所述预定设定点。

34.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括：测量离开所述盘管的冷却介质的温度并且将所述测量值输入至与流量控制设备通信的控制器，将所述测量值与预定设定点值进行比较，以及响应于所述比较而调节所述流量控制设备，从而控制所述冷却介质的流速。

35.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括测量离开所述盘管的冷却介质的温度并且将所述测量值输入至与第四控制器通信的第三控制器，所述第四控制器以级联控制布置方式接受来自所述第三控制器的流量设定点；所述第四控制器控制所述流量控制设备的速度以将进入所述盘管的冷却介质的测量流量控制至所述第三PID控制器的输入设定点。

36.根据权利要求16所述的方法，其中，所述冷却介质出口温度保持在小于来自所述盘管的出口空气温度的值。

37.一种用于调节载有至少一种可冷凝流体的循环空气的方法，所述方法包括：

a.将水引入所述循环空气中；

b.以远高于0℃的进口温度水平和第一体积流将所述循环空气引入具有至少一个主冷凝腔室的主冷凝器；

c.逐渐冷却所述主冷凝腔室内的循环空气；

d.在达到第二温度水平之后，将所述循环的体积流分流成高体积再循环流和低体积废气侧流；以及

e.将所述高体积再循环流提供至干燥器的循环空气进口。

38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述水包括蒸气。

39.根据权利要求37所述的方法，其中，所述冷凝器的主温度水平高于在没有将蒸气加入所述循环空气的情况下冷凝等量的所述至少一种可冷凝流体所需的主温度水平。