CN117599453A - 一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备及处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及VOCs处理设备技术领域，提出了一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备及处理工艺，其中一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备包括氮气管路、氮气罐、压缩机一、缓冲罐、膨胀机、主换热器、以及废气管路、压缩机二、气液分离器一、排放管路和液态VOCs储罐，氮气罐、压缩机一、缓冲罐、膨胀机和主换热器依次设于氮气管路上，废气管路和排放管路均与主换热器连接，压缩机二设于废气管路上，气液分离器一设于排放管路上，气液分离器一具有液体出口一和气体出口一，气体出口一与排放管路连接，液体出口一与液态VOCs储罐连接。通过上述技术方案，解决了现有技术中治理VOCs的系统安全性不足，容易发生燃烧或爆炸的问题。
Description
技术领域
本发明涉及VOCs处理设备技术领域，具体的，涉及一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备及处理工艺。
背景技术
挥发性有机物，常用VOCs表示，指在常温下饱和蒸气压大于70pa，常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下，蒸气压大于或者等于10 Pa且具有挥发性的全部有机化合物。大多数VOCs具有令人不适的特殊气味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特别是苯、甲苯及甲醛等对人体健康会造成很大的伤害。VOCs是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要前体物，主要来源于煤化工、石油化工、燃料涂料制造、溶剂制造与使用等过程。挥发性有机物（VOCs）是PM2.5和臭氧的前体物，通过控制VOCs，可加强PM2.5与臭氧协同控制，对实现减污降碳协同增效、促进生态环境质量持续改善有重要意义。
在现有技术中，VOCs的回收方式包括冷凝法、吸附法、吸收法和膜分离法等等，在治理VOCs废气时，若管道破裂或泄漏，废气在管道内聚集遇到静电，冷却介质供应不足或中断，使系统产生超温、超压，都容易引起设备的燃烧或爆炸，安全性不足，针对以上问题的出现，现有技术并没有很好地解决，给本领域工作的正常进行带来了麻烦，因此，亟需一种压缩冷凝法治理VOCs的处理设备及处理工艺，来解决上述问题。
发明内容
本发明提出一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备及处理工艺，解决了相关技术中治理VOCs的系统安全性不足，容易发生燃烧或爆炸的问题。
本发明的技术方案如下：一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，包括氮气管路、氮气罐、压缩机一、缓冲罐、膨胀机、主换热器、以及废气管路、压缩机二、气液分离器一、排放管路和液态VOCs储罐，
所述氮气罐、所述压缩机一、所述缓冲罐、所述膨胀机和所述主换热器依次设于所述氮气管路上，所述废气管路和所述排放管路均与所述主换热器连接，所述压缩机二设于所述废气管路上，所述气液分离器一设于所述排放管路上，所述气液分离器一具有液体出口一和气体出口一，所述气体出口一与所述排放管路连接，所述液体出口一与所述液态VOCs储罐连接。
作为进一步的技术方案，
还包括回流管路，所述回流管路两端分别连接于所述主换热器和所述氮气罐，所述回流管路中间途径所述膨胀机的增压透平端。
作为进一步的技术方案，
还包括一级预冷换热器、二级预冷换热器和气液分离器二，所述一级预冷换热器、所述气液分离器二和所述二级预冷换热器依次设于所述废气管路上，所述气液分离器二具有液体出口二和气体出口二，所述气体出口二与所述二级预冷换热器连接，所述液体出口二与所述液态VOCs储罐连接。
作为进一步的技术方案，
所述排放管路依次经过所述二级预冷换热器和所述一级预冷换热器。
作为进一步的技术方案，
还包括氮气补充罐，所述氮气补充罐与所述氮气罐连接。
作为进一步的技术方案，
所述氮气补充罐与所述废气管路连接。
作为进一步的技术方案，
还包括除霜机构，所述除霜机构设于所述二级预冷换热器处，所述除霜机构包括机架、导轨、移动梁和多个除霜件，所述机架设于所述二级预冷换热器的壳体上，所述导轨为两条，固设于所述机架上，所述移动梁滑动设于所述导轨上，所述除霜件设于所述移动梁上，所述二级预冷换热器为板翅式换热器，包括多个翅片，相邻所述翅片之间具有间隙，多个所述除霜件分别位于多个所述间隙中。
作为进一步的技术方案，
还包括热风机，所述除霜件为除霜杆，所述除霜杆为中空管式结构，所述除霜杆与所述热风机管路连接，所述除霜杆表面具有多个喷气孔，所述除霜杆圆周具有刷毛，所述除霜杆转动设于所述移动梁上。
作为进一步的技术方案，
还包括氮气吹扫机构，所述氮气吹扫机构包括吹扫管路、吹扫套管、吹扫口、滑动板和温度传感器，所述吹扫管路两端分别连接所述氮气补充罐和所述吹扫套管，所述吹扫套管套设在所述废气管路的进口端外围，所述吹扫口开设于所述吹扫套管内壁，所述滑动板滑动设于所述吹扫套管内壁，用于控制所述吹扫口的开闭，所述温度传感器设于所述吹扫套管的内壁，用于检测所述废气管路进口端的温度，所述温度传感器与所述滑动板电连接。
作为进一步的技术方案，
一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理工艺，使用了一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，采用氮气作为制冷介质，使用压缩后膨胀的深冷氮气在所述主换热器内与VOCs废气进行换热，将液态VOCs分离出来。
本发明的工作原理及有益效果为：氮气罐内存储高纯度氮气，设备运行时，在氮气管路中，氮气先经压缩机一，将氮气压缩至工艺所需要的压力，然后进入缓冲罐稳压，压缩氮气再进入膨胀机进行绝热膨胀，得到深冷氮气，深冷氮气进入主换热器；另外，在废气管路中，VOC s废气先进入压缩机二，达到工艺所需要的压力，再经废气管路进入主换热器进行深冷，与深冷氮气接触进行换热，换热后的气液混合物进入气液分离器一进行气液分离，其中分离出的液态VOCs经液体出口一回收至液态VOCs储罐内，而去除VOCs后的废气则可以直接由排放管路排空，完成VOCs废气的治理。采用氮气作为制冷介质，氮气本身是洁净的，不需要在系统中增加过滤和纯化设备，成本低，另外，氮气为惰性气体，化学性质稳定，不易燃烧和爆炸，是非可燃性气体，使用和存储都相对安全，从而降低了处理设备发生燃烧或爆炸的可能性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备中各部件的连接流程图；
图2为本发明除霜机构的结构示意图；
图3为本发明附图2中A处放大图；
图4为本发明吹扫套管的结构示意图。
图中：1、氮气管路，2、氮气罐，3、压缩机一，4、缓冲罐，5、膨胀机，6、主换热器，7、废气管路，8、压缩机二，9、气液分离器一，10、排放管路，11、液态VOCs储罐，12、液体出口一，13、气体出口一，14、回流管路，15、一级预冷换热器，16、二级预冷换热器，17、气液分离器二，18、液体出口二，19、气体出口二，20、氮气补充罐，21、机架，22、导轨，23、移动梁，24、热风机，25、除霜杆，26、喷气孔，27、刷毛，28、吹扫管路，29、吹扫套管，30、吹扫口，31、滑动板，32、温度传感器，33、除霜机构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
如图1~图4所示，本实施例提出了一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，包括氮气管路1、氮气罐2、压缩机一3、缓冲罐4、膨胀机5、主换热器6、以及废气管路7、压缩机二8、气液分离器一9、排放管路10和液态VOCs储罐11，
所述氮气罐2、所述压缩机一3、所述缓冲罐4、所述膨胀机5和所述主换热器6依次设于所述氮气管路1上，所述废气管路7和所述排放管路10均与所述主换热器6连接，所述压缩机二8设于所述废气管路7上，所述气液分离器一9设于所述排放管路10上，所述气液分离器一9具有液体出口一12和气体出口一13，所述气体出口一13与所述排放管路10连接，所述液体出口一12与所述液态VOCs储罐11连接。
本实施例中，氮气罐2内存储高纯度氮气，设备运行时，在氮气管路1中，氮气先经压缩机一3，将氮气压缩至工艺所需要的压力，然后进入缓冲罐4稳压，压缩氮气再进入膨胀机5进行绝热膨胀，得到深冷氮气，深冷氮气进入主换热器6；另外，在废气管路7中，VOC s废气先进入压缩机二8，达到工艺所需要的压力，再经废气管路7进入主换热器6进行深冷，与深冷氮气接触进行换热，换热后的气液混合物进入气液分离器一9进行气液分离，其中分离出的液态VOCs经液体出口一12回收至液态VOCs储罐11内，而去除VOCs后的废气则可以直接由排放管路10排空，完成VOCs废气的治理。采用氮气作为制冷介质，氮气本身是洁净的，不需要在系统中增加过滤和纯化设备，成本低，另外，氮气为惰性气体，化学性质稳定，不易燃烧和爆炸，是非可燃性气体，使用和存储都相对安全，从而降低了处理设备发生燃烧或爆炸的可能性。
进一步，还包括，
还包括回流管路14，所述回流管路14两端分别连接于所述主换热器6和所述氮气罐2，所述回流管路14中间途径所述膨胀机5的增压透平端。
本实施例中，深冷氮气在主换热器6与废气换热后，在回流管路14内输送，中间经过膨胀机5的增压透平端，对氮气进行增压，最后再回流至氮气罐2，形成氮气的内循环，实现氮气的循环使用。
进一步，还包括，
还包括一级预冷换热器15、二级预冷换热器16和气液分离器二17，所述一级预冷换热器15、所述气液分离器二17和所述二级预冷换热器16依次设于所述废气管路7上，所述气液分离器二17具有液体出口二18和气体出口二19，所述气体出口二19与所述二级预冷换热器16连接，所述液体出口二18与所述液态VOCs储罐11连接。
本实施例中，在废气管路7上依次设置一级预冷换热器15和二级预冷换热器16，与主换热器6共同形成三级冷凝，并通过主换热器6进行深冷，从而去除废气中的液态VOCs，将VOCs成功分离和回收；气液分离器二17设于一级预冷换热器15和二级预冷换热器16之间，用于收集从一级预冷换热器15输出的气液混合物，其中分离出的液态VOCs经液体出口二18回收至液态VOCs储罐11内，而废气则进入二级预冷换热器16继续进行处理。
进一步，还包括，
所述排放管路10依次经过所述二级预冷换热器16和所述一级预冷换热器15。
本实施例中，因为去除VOCs的废气为低温深冷废气，所以将排放管路10依次经过二级预冷换热器16和一级预冷换热器15，可为两级冷凝工序提供一定的冷量，实现废气的回收利用，并最终达标排空。
进一步，还包括，
还包括氮气补充罐20，所述氮气补充罐20与所述氮气罐2连接。
本实施例中，氮气在循环使用过程中，不可避免在系统中会出现微量的泄漏，为保证氮气罐2内的氮气始终保持充足，还设置有氮气补充罐20，将氮气补充罐20与氮气罐2相连，通过氮气补充罐20为氮气罐2补充氮气，使氮气罐2内氮气量始终充足，保证处理过程连续不中断。
进一步，还包括，
所述氮气补充罐20与所述废气管路7连接。
本实施例中，将氮气补充罐20与废气管路7连接，在发生意外失火时，可向废气管路7内通入氮气进行吹扫，阻止燃烧，提高设备的安全性。
进一步，还包括，
还包括除霜机构33，所述除霜机构33设于所述二级预冷换热器16处，所述除霜机构33包括机架21、导轨22、移动梁23和多个除霜件，所述机架21设于所述二级预冷换热器16的壳体上，所述导轨22为两条，固设于所述机架21上，所述移动梁23滑动设于所述导轨22上，所述除霜件设于所述移动梁23上，所述二级预冷换热器16为板翅式换热器，包括多个翅片，相邻所述翅片之间具有间隙，多个所述除霜件分别位于多个所述间隙中。
本实施例中，二级预冷换热器16长时间运行后，少量水分会在翅片之间结霜，影响换热器的工作效率，为此，增设除霜机构33，将机架21设于换热器的壳体上，在机架21上沿翅片的长度方向设置两条导轨22，将移动梁23滑动设置在导轨22上，移动梁23滑动过程中除霜件在间隙内移动，将间隙内结霜去除，本除霜机构33可同样设置在其他换热器上。
进一步，还包括，
还包括热风机24，所述除霜件为除霜杆25，所述除霜杆25为中空管式结构，所述除霜杆25与所述热风机24管路连接，所述除霜杆25表面具有多个喷气孔26，所述除霜杆25圆周具有刷毛27，所述除霜杆25转动设于所述移动梁23上。
本实施例中，除霜件优选为除霜杆25，除霜杆25设计为中空管式结构，可与热风机24管路连接，并在除霜杆25的表面开设喷气孔26，可将热风导入间隙内，加快霜层的融化，并且热风具有冲击力，可将霜层吹出间隙，移动梁23的移动可采用丝杆结构驱动，在机架21上设置驱动电机，丝杆转动设置在机架21上，丝杆与移动梁23螺纹配合，驱动电机带动丝杆转动从而控制移动梁23横移；为了进一步实现物理除霜，除霜杆25圆周面具有刷毛27，通过除霜杆25的旋转来借助刷毛27刮拭翅片，加快霜层排出换热器。除霜杆25的旋转通过齿轮齿条结构来实现，具体的，每一个除霜杆25上均固设有一个齿轮，且多个除霜杆25上的齿轮均是啮合的，在导轨22上沿长度方向设置齿条，位于端部的除霜杆25上的齿轮与齿条相啮合，通过移动梁23的滑动，带动位于端部的除霜杆25上的齿轮沿齿条移动，从而使齿轮产生旋转，带动除霜杆25旋转。
进一步，还包括，
还包括氮气吹扫机构，所述氮气吹扫机构包括吹扫管路28、吹扫套管29、吹扫口30、滑动板31和温度传感器32，所述吹扫管路28两端分别连接所述氮气补充罐20和所述吹扫套管29，所述吹扫套管29套设在所述废气管路7的进口端外围，所述吹扫口30开设于所述吹扫套管29内壁，所述滑动板31滑动设于所述吹扫套管29内壁，用于控制所述吹扫口30的开闭，所述温度传感器32设于所述吹扫套管29的内壁，用于检测所述废气管路7进口端的温度，所述温度传感器32与所述滑动板31电连接。
本实施例中，废气管路7的进口处容易发生废气堆积的现象，遇静电易发生燃烧或爆炸，所以废气管路7进口处需要重点防护，为了提高设备的安全性，将吹扫套管29套设在废气管路7进口处的外围，吹扫套管29内充满氮气，若发生燃烧，温度传感器32检测到温度高于预设值，便传递信号给滑动板31的驱动件，控制滑动板31打开吹扫口30，直接向燃烧出吹扫氮气，将燃烧区域包围，从而延缓火势；滑动板31的驱动结构可采用齿圈和齿轮的结构，因为滑动板31为弧形，所以采用齿圈结构十分适合，可将滑动板31与齿圈连接，齿圈转动设置在吹扫套管29的内圆周，由电机驱动齿轮转动，齿轮与齿圈啮；即使爆炸时吹扫套管29的内圆周被破坏，氮气依然可以吹扫至燃烧区域，从而保证设备的安全性，氮气吹扫机构同样可安装在系统中其他位置。
进一步，还包括，
一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理工艺，使用了一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，采用氮气作为制冷介质，使用压缩后膨胀的深冷氮气在所述主换热器6内与VOCs废气进行换热，将液态VOCs分离出来。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，包括氮气管路（1）、氮气罐（2）、压缩机一（3）、缓冲罐（4）、膨胀机（5）、主换热器（6）、以及废气管路（7）、压缩机二（8）、气液分离器一（9）、排放管路（10）和液态VOCs储罐（11），
所述氮气罐（2）、所述压缩机一（3）、所述缓冲罐（4）、所述膨胀机（5）和所述主换热器（6）依次设于所述氮气管路（1）上，所述废气管路（7）和所述排放管路（10）均与所述主换热器（6）连接，所述压缩机二（8）设于所述废气管路（7）上，所述气液分离器一（9）设于所述排放管路（10）上，所述气液分离器一（9）具有液体出口一（12）和气体出口一（13），所述气体出口一（13）与所述排放管路（10）连接，所述液体出口一（12）与所述液态VOCs储罐（11）连接。
2.根据权利要求1所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，还包括回流管路（14），所述回流管路（14）两端分别连接于所述主换热器（6）和所述氮气罐（2），所述回流管路（14）中间途径所述膨胀机（5）的增压透平端。
3.根据权利要求2所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，还包括一级预冷换热器（15）、二级预冷换热器（16）和气液分离器二（17），所述一级预冷换热器（15）、所述气液分离器二（17）和所述二级预冷换热器（16）依次设于所述废气管路（7）上，所述气液分离器二（17）具有液体出口二（18）和气体出口二（19），所述气体出口二（19）与所述二级预冷换热器（16）连接，所述液体出口二（18）与所述液态VOCs储罐（11）连接。
4.根据权利要求3所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，所述排放管路（10）依次经过所述二级预冷换热器（16）和所述一级预冷换热器（15）。
5.根据权利要求4所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，还包括氮气补充罐（20），所述氮气补充罐（20）与所述氮气罐（2）连接。
6.根据权利要求5所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，所述氮气补充罐（20）与所述废气管路（7）连接。
7.根据权利要求3所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，还包括除霜机构（33），所述除霜机构（33）设于所述二级预冷换热器（16）处，所述除霜机构（33）包括机架（21）、导轨（22）、移动梁（23）和多个除霜件，所述机架（21）设于所述二级预冷换热器（16）的壳体上，所述导轨（22）为两条，固设于所述机架（21）上，所述移动梁（23）滑动设于所述导轨（22）上，所述除霜件设于所述移动梁（23）上，所述二级预冷换热器（16）为板翅式换热器，包括多个翅片，相邻所述翅片之间具有间隙，多个所述除霜件分别位于多个所述间隙中。
8.根据权利要求7所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，还包括热风机（24），所述除霜件为除霜杆（25），所述除霜杆（25）为中空管式结构，所述除霜杆（25）与所述热风机（24）管路连接，所述除霜杆（25）表面具有多个喷气孔（26），所述除霜杆（25）圆周具有刷毛（27），所述除霜杆（25）转动设于所述移动梁（23）上。
9.根据权利要求5所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，还包括氮气吹扫机构，所述氮气吹扫机构包括吹扫管路（28）、吹扫套管（29）、吹扫口（30）、滑动板（31）和温度传感器（32），所述吹扫管路（28）两端分别连接所述氮气补充罐（20）和所述吹扫套管（29），所述吹扫套管（29）套设在所述废气管路（7）的进口端外围，所述吹扫口（30）开设于所述吹扫套管（29）内壁，所述滑动板（31）滑动设于所述吹扫套管（29）内壁，用于控制所述吹扫口（30）的开闭，所述温度传感器（32）设于所述吹扫套管（29）的内壁，用于检测所述废气管路（7）进口端的温度，所述温度传感器（32）与所述滑动板（31）电连接。
10.一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理工艺，使用了权利要求1-9任一项所述的一种用压缩冷凝法治理VOCs的处理设备，其特征在于，采用氮气作为制冷介质，使用压缩后膨胀的深冷氮气在所述主换热器内与VOCs废气进行换热，将液态VOCs分离出来。
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