CN1155848A - 净化通风空气的方法与设备 - Google Patents

Abstract

一种净化至少被两种有机溶剂污染的通风空气的方法，其中使该通风空气通过载有能吸附这些溶剂而后又能通过解吸附作用释放出存在于这些溶剂中的有机物的吸附剂的流化床。使该通风空气首先通过载有特别适合于吸附一种所述的有机物的吸附剂的至少一个第一流化床(2，3)，而后通过载有特别适合于吸附另一种所述的有机物的吸附剂的至少一个第二流化床(4，5)。所述的吸附剂之后分别从第一床层和第二床层被放出以使这些吸附剂通过所述有机物的解吸附再生，此后所述的吸附剂被送回至它们各自的床层中。该发明还涉及实现此方法时所用的整套设备。

Description

净化通风空气的方法与设备

本发明涉及一种净化至少被两种有机物，例如溶剂，污染的通风空气的方法，其中包括将该通风空气通过载有能吸附所述的有机物而后又能通过解吸附过程释放出这些物质的吸附剂的流化床。本发明还涉及实施该方法时所用的设备。

现代的空气净化方法，在某种程度上，使用载有吸附剂的流化床，所述的吸附剂能吸附通过该流化床的空气流中存在的污染物，例如有机溶剂。在这些已知的方法中通常使用的吸附剂是活性碳。

瑞典专利说明书8100537-3描述了另一种大孔隙的、颗粒状聚合物形式的吸附剂，其零售商标为BONOPORE^。这种吸附剂在上述的瑞典专利说明书中已全面阐述，因而在本文中将不再细述。

我们的欧洲专利说明书EP-B1-0312516描述了一种空气净化方法，在此方法中上述的大孔隙的聚合物被用作吸附剂。所描述的此方法是非常有利的，因为它可连续操作，而且能回收从空气流中分离出的溶剂。这是通过将吸附剂从流化床中连续地排出和输送至解吸塔，在解吸塔中吸附剂被再生以及之后再返回至流化床等等实现的。该解吸塔具有汽提塔形式，在解吸塔中吸附剂借助热空气再生，送入的热空气与吸附剂以逆流方式通过解吸塔，从解吸塔出来之后溶剂被冷凝和回收，已再生的吸附剂被送回至吸附段的流化床中。

应用于空气净化方法的所有已知吸附剂的一个共同的缺点是，它们不能应用于或适合于吸附所存在的全部不同种类的溶剂。因此，当根据已知的吸附技术净化空气时，常常发生问题，这是由于用吸附方法从空气流中提取的有机物的混合物通常含有所用吸附剂对其不合适的一种或几种成分。

有关的有机物可能是一种不能被所用的吸附剂吸附或者仅能在很小的程度上被吸附。相反的情况也可能用到，即有机物不能从吸附剂上解吸附，这是由于在吸附剂与有机物之间的吸引力太强，或者由于该解吸附过程可能要求一定温度，而此温度对该吸附剂有害或能引起自发燃烧。

前者情况将导致净化效率差，而在后者情况下吸附剂将逐渐被溶剂残余物污染，结果在一定程度上使吸附剂固有的吸附能力下降，以致最终使吸附剂失效。

根据本发明的第一方面，提供了一种空气净化方法，此方法可消除或大大地减少当净化处理的空气中含有若干种有机物的混合物时遇到的上述那些问题。

本发明的解决方案是基于一种认识，即这些问题可以通过应用不同吸附剂的组合予以克服，每种吸附剂对于特定的一些溶剂来说是适宜于使用的，这些吸附剂装载在各自的流化床中，以及在过程进行期间每种吸附剂各自地进行再生。

在上文这一段中提出的这种方法的特点在于，首先使该通风空气通过载有特别适合于吸附一种有机物的吸附剂的至少一个第一流化床，之后使该通风空气再通过载有特别适合于吸附另一种有机物的吸附剂的至少一个第二流化床，其中这些吸附剂分别地从所述的第一和第二流化床中排出，并通过有机物的解吸附而再生，而后又返回各自的流化床。

通过应用串联方式排列的流化床以及通过适当选择第一床中的吸附剂，使在第一床中有可能吸附在第二床中不能被吸附剂吸附的物质或在第二床中被吸附时将破坏该吸附剂的那些物质，而同时为第二床选择一种吸附剂，使其适宜于吸附在第一床中不能被吸附的那些有机物。

当净化既含有高沸点也含有低沸点溶剂的通风空气时，该通风空气最好首先通过至少一个第一流化床，该床载有颗粒状、大孔隙的聚合物形式的吸附剂。用以有效地吸附高沸点溶剂，之后该空气再通过至少一个第二流化床，该床载有活性碳形式的吸附剂，用以吸附该空气中余下的低沸点溶剂。

在这种情况下，高沸点溶剂在此过程被有效地吸附，而且能够很容易地从该颗粒状、大孔隙的聚合物中被解吸出来，从而它们将不会被输送至载有活性碳的流化床，因为活性碳不适合于这种溶剂。在第一流化床中的颗粒状、大孔隙的聚合物对低沸点溶剂的吸附本领较差，这样，通过第一床的低沸点溶剂将在第二床中被活性碳有效地吸附，而且也能容易地从活性碳中被解吸出来。

这样，在吸附剂没有对空气净化过程起消极作用的缺点的情况下，吸附剂的好的特性得到利用。

在第一实施方案中，该实施方案特别适合应用于被提取的溶剂不再重复使用的情况，所用的两种吸附剂的每一种为了再生被输送至各自的解吸塔中或被输送至一共用解吸塔的各自部分，在解吸塔中每种吸附剂都被送进至少一个流化床中，通过此床吹入热空气以再生上述的吸附剂，在此之后，已再生的吸附剂返回至吸附设备中的各自流化床，同时含有溶剂的空气被输送至燃烧设备。

在这方面，用于再生吸附剂的空气的体积最好经过选择，从而使已通过解吸塔的一个或多个流化床的空气中溶剂的浓度足够高，以使该混合物的燃烧是自持的。

在另一实施方案中，两种吸附剂的每一种都在各自的解吸塔中再生，每个解吸塔都具有汽提塔形式或者在同一汽提塔中具有分离的通道形式，在解吸塔中相关的吸附剂借助以逆流方式通过该吸附剂的热空气再生，溶剂蒸汽从解吸塔出来被冷凝和回收，已再生的吸附剂返回至吸附设备的各自流化床中。

根据本发明的第二方面，提供了一种改进的解吸附过程，以再生用于空气净化方法的吸附剂，以及使包含在工艺空气流中的溶剂变成无害的。

此解决方案是基于一种认识，即这些溶剂可通过燃烧的方法变成无害的，此方法还可节省成本，条件是在空气流中溶剂的浓度足够高以实现自持的燃烧过程。

这样，根据本发明的此方面，被有机溶剂污染的通风空气的净化方法是，使该空气通过至少一个流化床，此床载有能吸附所述的溶剂而后又能通过解吸附释放出存在于该溶剂中的有机物的吸附剂，该吸附剂连续地从流化床中被排出以在分离的解吸塔中再生，此后已再生的吸附剂被送回至流化床。本方法的特征在于，将吸附剂送入解吸塔中的至少一个流化床和吹入热空气通过该床以使吸附剂再生，经如此再生的吸附剂被送回至吸附设备的它的流化床中，以及含有溶剂的空气被供入燃烧设备。

用于再生吸附剂的空气最好以这样的数量供给，即在已通过解吸塔流化床的空气中溶剂的浓度将达到足够高，以使该混合物的燃烧是自持的。

本发明方法的其它特征以及实施本方法时所用设备的特征将在下面的权利要求中陈述。

现将通过参考示范的实施方案和附图较详细地描述本发明。

图1表示根据本发明第一方面的空气净化整套设备的一个实施方案。

图2表示根据本发明第二方面的空气净化整套设备的一个实施方案。

在图1中示出了吸附塔1，该塔在图示的情况下包括连续地以串联方式安置的四个流化床2-5。被有机溶剂污染的工业通风空气通过管道6和过滤器7在位于最低的流化床2的下方被送进该吸附塔1。该通风空气向上通过这些流化床至出口管道8，管道8经过旋风分离器9与该设备的主风机10连接，已经净化的工业空气通过管道11放出。

被污染空气的给进体积通常很大而污染物的含量低，例如含量为0.1-0.5g/m³，这对于吸附塔1的通流能力提出了很高的要求。

在这个实施方案中，假定工业空气中含有一种或多种高沸点溶剂和一种或多种低沸点溶剂，如前面所述，用于处理高沸点溶剂的吸附剂可方便地由一种零售商标为BONOPORE^的颗粒状大孔隙的聚合物组成，因为这种聚合物对于高沸点溶剂有很高的吸附性，而且能容易地通过溶剂的解吸附再生。该聚合物还很适合应用于采用流化床的连续过程，因为这种球形颗粒具有很高的耐磨性以及使溶剂解吸附很快。

由于该聚合物对低沸点溶剂的吸附不那么有效，所以这些低沸点溶剂将被活性碳吸附，活性碳是一种较便宜的吸附剂，它对于低沸点溶剂具有很好的吸附能力。这些低沸点溶剂很容易从活性碳上解吸附。然而，应当保护活性碳避免接触高沸点溶剂，因为这种溶剂在活性碳再生时不容易解吸附，并由此将逐渐削弱活性碳的吸附能力。

据此，在本发明图示的实施方案的情况中，在吸附塔1的最低的两个流化床2和3中所用的吸附剂由上述的大孔隙聚合物或某种等效的物质组成，这样随着工业空气通过该吸附塔，高沸点溶剂将首先被此吸附剂吸附。所述的工业空气随后通过吸附塔1中的其余两个最上面的流化床4和5，在这两层流化床中用活性碳作吸附剂，以有效的吸附余下的低沸点溶剂。

载有先述及的或后述及的吸附剂的床层数目应与当时通行的要求相对应。当每种吸附剂采用两个床层时，新的或已再生的吸附剂将被输送至每对床层的最上面的一个床层，并使其以已知的方式浮动(Wander)通过该床，从而由所述的床层的底部边缘表面掉落到下面的床层，并浮动通过此床层，此后该吸附剂将被排出和再生。

在图示的实施方案中，该聚合物吸附剂从装添容器13通过管道12被输送至床层3，并首先浮动通过该床层3，之后通过床层2，此后该吸附剂借助输送风机或鼓风机14通过管道15被取出和输送至排出容器16。该吸附剂从容器16通过管道18被输送至解吸塔17。

在图示的情况中，解吸塔具有塔的形式，塔中包括个层流化床19-22，该吸附剂从最上层至最低层通过这些流化床，同时借助热空气再生，该热空气借助吸风机24通过管道23进入和被向上抽提通过这些床层，吸风机24经由旋风分离器25与该解吸塔连接。

这样，随着吸附剂在不同的床层间通过，解吸附过程连续地进行，当吸附剂离开最低的床层22时，最清洁的空气通过此床吹入，吸附剂已基本上再生完全，并通过管道26被输送至上述的装添容器13。

该吸附剂就这样沿着连续回路在吸附塔1中的床层3和2以及在解吸塔17中的再生床层19-22之间通过。

活性碳在吸附塔1的流化床5和4中以相似的方式使用。该活性碳由装添容器27被送入吸附塔1以及借助输送风机或鼓风机56经过管道55被取出和送至排出容器28。之后该活性碳从排出容器28被送入解吸塔33，该塔包括四个解吸附流化床29-32，之后已再生的活性碳经过管道34被送回至装添容器27。借助经由旋风分离器37与该解吸塔连接的吸风机36，通过管道35进入的热空气被向上抽提通过解吸塔33中的各床层。

这样，活性碳也在一连续回路中，在吸附塔1中相应的吸附床层5和4以及在解吸塔33中的解吸附床层29-32之间运动。

溶剂在解吸塔17中被可靠地和有效地解吸附，因为高沸点溶剂很容易从该聚合物吸附剂中解吸附。活性碳在解吸塔33中也有效地被再生，因为活性碳在吸附塔1中已被保护避免与高沸点溶剂接触，这些高沸点溶剂在该工业空气到达载有活性碳的床层4、5之前已经被吸附在聚合物吸附剂上。

被输送至相应解吸塔17、33的用以再生吸附剂的热空气的体积应大大小于通过吸附塔1的工业空气的体积。这样，将使通过相应解吸塔出口管道38和39排出的空气/溶剂混合物中溶剂的浓度足够高，以使该混合物能迅速燃烧。除其它方面以外从经济方面看这也是一个优点，特别是当空气流中含有溶剂混合物，分离提取这些溶剂与购买这些溶剂相比成本太贵的时候，尤其是这样。因此，燃烧该空气与溶剂混合物以及，自由选择地，回收由该燃烧过程产生的热能是很有利的。当该燃烧过程不需要提供附加能量而能够进行时，这种方法特别适用。这种情况可以实现，方法是使通过管道23和35送入相应解吸塔的再生空气的体积适当，以便通过解吸塔之后的空气中溶剂的浓度足够高，以使燃烧过程为自持的。在这方面，通常需要的溶剂浓度是3g/m³以上。借助本发明可容易地达到这一溶剂浓度。这样，文中所描述的整套设备可认为是起一种浓缩器的作用，即输入该设备的具有低溶剂浓度的大体积的工业空气在此逐渐转化成溶剂浓度较大而体积小得多的气体。该溶剂浓缩物通常将逐渐达到至少十倍于其初始浓度。

该图表示出此高溶剂浓度的空气流如何由风机36经管道57被输送至燃烧设备，该燃烧设备包括热交换器40、预热器41和催化剂42。热的燃烧气体由催化剂42经管道43被输送至热交换器40。在该图所示的情况中，从热交换器40输送至催化剂42的空气流的温度由调节器44和安装在分路46中的阀门45进行调节。当燃烧过程为自持的时候，预热器41只有在起动阶段才需要运转。

通过完全燃烧产生的燃烧气体经管道47排出。标号48表示新鲜空气的进气管道，该新鲜空气借助由温度驱动调节器50控制的阀门49进行调节。输送至相应解吸塔的再生空气的温度可借助该空气的进气量调节至要求值。

用流化床操作的解吸塔17和33都可以用相应的在我们前面提到的欧洲专利EP-B1-0312516中描述的那种汽提塔设备来代替。在这种情况下，离开吸附塔1两组流化床的吸附剂分别被送入各自的汽提塔或输送至一共用汽提塔的各自通道部分，吸附剂通过汽提塔下落，同时与以相反方向向上运动通过该塔的再生空气流互相作用。该聚合物吸附剂被加热，从而使所吸附的溶剂被解吸，由此产生的溶剂蒸气通过抽气被抽提至冷凝器，在冷凝器中溶剂蒸气被冷却和凝结，以及此溶剂也可以进行回收。

如果需要的话，不同沸点的溶剂可以分别地从吸附剂中提取出来，方法是在吸附剂通过解吸塔的通道期间，逐步将其加热至不同温度，这些被提取的溶剂蒸气可被冷凝，以重复使用这些溶剂。

另一替代方法，用以再生吸附剂的并含有溶剂蒸气的空气流也可按参照图1描述的方式输送至燃烧设备。该空气流应含有足够高的溶剂浓度，以使此燃烧过程在这种情况下也是能自持的。

图2表明关于本发明第二方面的一个实施方案，此实施方案也涉及参照图1已描述过的改进的解吸附过程。对应的系统组成部分在两个图中以相同的标号表示。

在图1和图2中所表明的整套设备之间的主要区别在于，图2中所示的整套设备预定仅供一种吸附剂用，在这个实施方案中此吸附剂在吸附塔1中的四个流化床51-54之间浮动。该吸附剂以与参照图1所描述的每种吸附剂相同的方法被排出和在解吸塔17中再生。

图2所示的整套设备也能使离开解吸塔17的空气流中溶剂的浓度达到比送入吸附塔1的工业空气中溶剂的浓度高很多。这能使离开解吸塔17的混合溶剂的空气流以与参照图1所描述的同样有效的方式燃烧。

就图2的整套设备而论，这是能有经济效益的，因为当在吸附塔1中仅使用单一一种吸附剂时，通常获得的是一种溶剂混合物，从该混合物中不能以经济可行的方式将各个溶剂彼此分离开，而燃烧该混合物是合算的，特别是当此燃烧过程不需要提供外加能量就能够完成的时候。此燃烧过程还具有可以回收溶剂所含热能的附加优点。

本发明的两个方面在上述的附图所示的示范实施方案中已经描述。然而，可以理解，这些实施方案在下述权利要求的范围之内在许多方面可以改变。例如，在吸附塔与解吸塔两者之中的流化床数目均可根据需要变化。根据本发明的第一方面，吸附塔也可采用两种以上的吸附剂进行操作，这样能在更大的污染物范围内净化空气流。除了在相对低的温度下可以进行的催化燃烧外，如果需要的话，也可应用热燃烧。

Claims (11)

1.一种净化至少被两种有机物，例如溶剂，污染的通风空气的方法，其中使该通风空气通过载有能吸附所述的有机物而后又能通过解吸附作用释放出这些有机物的吸附剂的流化床，其特征在于使该通风空气首先通过载有特别适合于吸附一种所述的有机物的吸附剂的至少一个第一流化床，之后使所述的通风空气通过载有特别适合于吸附另一种所述的有机物的吸附剂的至少一个第二流化床；分别从所述的第一和第二床中放出吸附剂以通过解吸附所述的有机物使吸附剂再生；以及此后使吸附剂返回至它们各自的床层中。

2.根据权利要求1的方法，该方法用以净化既含有高沸点的又含有低沸点的溶剂的通风空气，其特征在于使该空气首先通过至少一个第一床，该床载有颗粒状、大孔隙的聚合物形式的吸附剂以有效地吸附高沸点溶剂，而后使该空气通过至少一个第二床，该床载有活性碳形式的吸附剂以吸附该通风空气中余下的低沸点溶剂。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于将两种吸附剂的每一种分别送入各自的解吸塔或送入一共用解吸塔的不同部分以再生所述的吸附剂，其中每种吸附剂均被送进至少一个流化床，通过该流化床吹入热空气以再生上述的吸附剂；将已再生的吸附剂送回至吸附设备的它们各自的床层中；以及将含溶剂的空气送入燃烧设备。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于再生吸附剂的空气按某一体积供给，这样以使该空气的溶剂浓度在通过解吸塔中的一个或多个流化床之后达到足够高，以致所述的溶剂-空气混合物的燃烧是自持的。

5.根据权利要求2的方法，其特征在于将该两种吸附剂的每一种送入各自的解吸塔以分别再生，其中每个解吸塔均具有汽提塔形式或在同一个汽提塔中具有分离的通道形式，在此相应的吸附剂被热空气再生，该热空气以逆流方式通过所述的相应的吸附剂，和由此出来之后溶剂被冷凝和回收；和将已再生的吸附剂送回至吸附设备的它们各自的床层中。

6.一种净化被有机溶剂污染的通风空气的方法，其中使该通风空气通过载有能吸附所述的溶剂而后又能通过解吸附作用释放出这些有机物的吸附剂的至少一个流化床，以及其中该吸附剂被连续地从流化床中放出以在分离的解吸塔中再生，此后已再生的吸附剂被送回该床层中，其特征在于将该吸附剂送入解吸塔的至少一个流化床中和吹入热空气通过此床层以再生该吸附剂；将已再生的吸附剂送回至吸附设备的床层中；以及将此含溶剂的空气送至燃烧设备。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于用于再生过程的空气按某一数量供给，这样以使该空气在解吸塔中通过流化床之后将具有足够高的溶剂浓度，以致所述的溶剂-空气混合物的燃烧是自持的。

8.用于净化至少被两种有机物，例如溶剂，污染的通风空气的整套设备，在该整套设备中使通风空气通过载有能吸附所述的有机物而后又能通过解吸附作用释放出这些物质的吸附剂的流化床(2-5)，其特征在于该设备包括载有特别适合于吸附一种所述的有机物的吸附剂的至少一个第一流化床(2，3)，载有特别适合于吸附另一种所述的有机物的吸附剂的至少一个第二流化床(4，5)；设备(10)用以使污染的通风空气首先通过第一床和之后通过第二床；设备(14，15；55，56)用以从相应的第一床(2，3)和第二床(4，5)分别地放出每种吸附剂以及通过解吸附有机物再生所述的吸附剂；以及使已再生的吸附剂返回它们各自床层的设备。

9.根据权利要求8的整套设备，该整套设备用以净化既含有高沸点的又含有低沸点的溶剂的通风空气，其特征在于第一床层(2，3)载有颗粒状、大孔隙的聚合物形式的吸附剂，选用此种吸附剂以有效地吸附高沸点的溶剂；和第二床层(4，5)载有活性碳形式的吸附剂，用以吸附存在于所述空气中的低沸点的溶剂。

10.根据权利要求8或权利要求9的整套设备，其特征在于该设备包括用于每种吸附剂的解吸塔(17；33)或用于每种吸附剂的共用解吸塔的不同部分；设备(14，15，18；55，56)用于输送吸附剂至相关解吸塔(17；33)中的至少一个流化床(19，29)中；设备(24；36)用以使热空气通过所述的床层以再生吸附剂；设备(12，13；27)用于使已再生的吸附剂返回至吸附设备(1)中其相应的床层；以及设备(24，36，57)用以输送该含溶剂的空气至燃烧设备(40-42)。

11.用于净化被有机溶剂污染的通风空气的整套设备，其中使该通风空气通过载有能吸附所述的溶剂而后又能通过解吸附作用释放出包含在该溶剂中的有机物的吸附剂的至少一个流化床(51-54)，其中该整套设备包括设备(14)用以将吸附剂从流化床(51-54)中连续地放出以使该吸附剂在分离的解吸塔(17)中再生，以及输送已再生的吸附剂返回该床层的设备，其特征在于设备(18)用以将吸附剂送至解吸塔(17)的至少一个流化床(19)中，设备(24)用于使热空气通过床层(19)以再生吸附剂，设备(13)用于输送已再生的吸附剂返回至吸附设备(1)的床层中，以及设备(24，57)用于输送含溶剂的空气至燃烧设备(40-42)。

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