CN205216414U - 制冷辅助吸附式VOCs回收装置 - Google Patents
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Abstract
制冷辅助吸附式VOCs回收装置，属于能源利用、资源回收、环境保护等领域。装置包括依次连接的粗效过滤、冷却单元、吸附装置、风机、真空泵以及分支导流通道。所述冷却单元包括蒸发器、压缩机、风冷冷凝器、储液罐和节流阀等，通过冷却单元去除混合气中水蒸气、降低混合气温度，使后续的吸附效果显著提高、延长吸附装置的使用周期。本实用新型回收效率高、成本较低、结构简单、寿命长、易于控制和操作，特别适合应用于化工、汽车工业等领域不宜使用冷凝法的低浓度VOCs的回收处理。
Description
技术领域
本实用新型公开了制冷辅助吸附式VOCs回收装置。属于能源利用、资源回收、环境保护等领域，具体应用在石油化工、汽车工业、喷漆、皮革等领域不宜使用冷凝法的低浓度VOCs的回收处理。
背景技术
挥发性有机化合物(VolatileOrganicCompounds)是一类有机化合物的统称，下文简称VOCs。
VOCs对于环境和人体都具有极大的潜在危害。一些活性强的VOCs是产生PM2.5的前体物，有的还可以在一定条件下形成光化学烟雾污染；部分VOCs会在太阳紫外线作用下造成臭氧损耗；此外VOCs具有的特殊气味具有很强的刺激性，能导致人体呈现种种不适感，对于人体呈现出基因毒性。目前我国制定了大量的大气污染物综合排放标准来严格限制污染物的排放。
工业废气中的VOCs成分复杂，其中包括许多工业生产需要的重要原材料。目前在我国很多行业都排放大量的VOCs气体，例如石油化工行业、汽车工业、喷漆行业、皮革行业等。针对VOCs回收处理技术，研究较多的有冷凝法、催化燃烧法、溶剂吸收法和活性炭吸附法等。有的排放源排放的VOCs浓度很高，冷凝法有很好的回收率和应用前景。但有的排放源由于排风量很大和本身VOCs量少，所以排放废气中有机物总浓度很低，通常在100mg/m3以下。直接排放尾气不能满足限制标准。如果应用冷凝法回收处理尾气，对于这种低浓度级别下如果达到规定的限制标准，冷凝法需要降到很低的温度，这样会使制冷系统庞大和增加系统能耗。而活性炭针对于低浓度VOCs很适合，目前大部分低浓度尾气处理也都是利用该法，但是该法存在的主要问题是由于混合气体中存在大量水蒸气会导致活性炭的使用寿命较短，研究表明，有水蒸气存在情况下，活性炭对挥发性有机物的吸附量随水蒸气含量即相对湿度的增大而减小，特别是当相对湿度大于50％以后，穿透时间显著提前，吸附量显著降低。当相对湿度等于80％时，活性炭的吸附量减少到无水蒸气时吸附的50％左右。因此需要经常更换活性炭，造成了回收处理成本的增加。脱附一般采用抽真空和加热方式，由于活性炭等吸附材料的可燃性，纯加热方法脱附具有安全隐患，而单纯抽真空时真空泵功耗较大，脱附性能不好。
此外，在回收利用层面，挥发性有机物具有很高的经济价值。以典型VOCs气体甲苯为例，目前被大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料。甲苯衍生出的一系列中间体，广泛用于染料、医药、农药、火炸药、助剂和香料等精细化学品的生产，也用于合成材料工业。目前甲苯的市场价格在8500元/吨以上，具有很高的回收价值。对VOCs进行回收再利用，在减少环境污染物的同时，也将带来很高的经济效益。
因此针对于不宜使用冷凝法的低浓度VOCs回收处理，需要进一步选择更加合理方法进行处理。VOCs回收技术在保护环境的同时，收获了经济效益。随着我国节能减排和环境保护的步伐进一步加快，排放限制标准的进一步严厉，选择合理的回收方法、合理使用能耗将VOCs气体回收利用将会起到很重要的节能环保促进意义。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足与缺陷，本实用新型提供了制冷辅助吸附式VOCs回收装置。其目的在于解决吸附装置中吸附效果差、吸附材料的使用周期短以及脱附效果差，功耗较大等缺陷。本实用新型的另一个目的是提供了该方法相应的回收装置，装置还解决了普通制冷系统制冷性能系数低、系统能耗较大等问题。采用上述装置进行VOCs回收方法，依次包括粗效过滤、冷却去除水蒸气和降温、吸附、冷量回收步骤，脱附过程利用冷却单元压缩机出口余热加热吸附床加热盘管结合真空泵脱附。该方法相对于现有的吸附脱附工艺更合理、回收效率高、成本较低、紧凑并且节省人力物力，便于集成化和小型化，减小了设备的占地面积和初投资，减小了工业VOCs的排放，以利于节约能源、节约资源、环境保护和人类安全。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：
制冷辅助冷凝式VOCs回收装置，包括依次连接的粗效过滤单元、冷却单元、吸附装置、风机以及分支导流通道，其特征在于：所述吸附装置包括并联的两个吸附床，第一吸附床(6)和第二吸附床(11)，每个吸附床内有活性炭和可再生活性炭陶瓷填充，所述吸附床内部均有加热盘管，吸附床上开有小孔，分别通过管道和截止阀p、截止阀q分别连接至真空泵；两个吸附床通过截止阀交替使用，分别进行吸附和脱附过程。
所述冷却单元包括冷凝器(4)、压缩机(5)、风冷冷凝器(13)、储液罐(14)和节流阀(15)等。所述吸附装置包括并联的两个吸附床，每个吸附床内部设有加热盘管(12)；冷凝器(4)制冷剂的出口与压缩机(5)入口相连，压缩机(5)出口通过截止阀f、截止阀g、截止阀h、截止阀e分别与两个并联的吸附床内部的加热盘管入口以及风冷冷凝器(13)入口相连，两个加热盘管出口通过截止阀m、截止阀n控制也与风冷冷凝器入口相连，风冷冷凝器出口与储液罐(14)入口相连，储液罐的出口与节流阀(15)入口相连，节流阀的出口与冷凝器(14)的制冷剂入口相连，形成循环系统。
所述分支导流通道(10)是指在最终排气口设置分支的通道，所述分支通道出口在风冷冷凝器处。通道上设置温度控制截止阀k，当排气温度低于环境温度，温度控制截止阀开启；当排气温度高于环境温度，温度控制截止阀关闭。
粗效过滤单元的出口与冷凝器(4)的气体进口连通，冷凝器(4)的气体出口分别通过截止阀a和截止阀c并联与第一吸附床(6)和第二吸附床(11)的进口连接，第一吸附床(6)和第二吸附床(11)的出口分别通过截止阀b、截止阀d与风机(7)连接，风机(7)通过排气通道(3)分别与分支导流通道(10)和尾气排放口(8)连接。
一种利用上述VOCs回收装置回收VOCs的方法，其特征在于，该方法中吸附过程依次包括以下步骤，排气、粗效过滤、冷却去除水蒸气和混合气降温、吸附、冷量回收、排气步骤，当第一吸附床(6)吸附、第二吸附床(11)脱附时，打开截止阀a、b、e、h、n，关闭截止阀c、d、g、m、f、p。
VOCs混合气体从排气进口(1)进入经过粗效过滤去除混合气体中的大颗粒杂质和灰尘等；通过冷却单元中的冷凝器(4)冷却去除水蒸气，并使混合气降温至2℃～6℃，使后续的吸附效果显著提高、延长吸附装置的使用周期，减少回收系统的运行成本；然后通过吸附装置第一吸附床(6)吸附、通过排气通道(3)，最后通过排气口(8)排气或分支导流通道(10)冷量回收并排气。
吸附过程通过所述风机(7)将VOCs混合气体产生动力，去除VOCs后再经过风机(7)后排至所述排风口。如果排气温度高于室外温度则排气经排气口(8)直接排放，温控截止阀k不开启；如果排气温度低于室外温度则部分排气通过温控截止阀k控制通过分支导流通道(10)排至风冷冷凝器(13)处，提高冷却单元制冷系统的制冷性能系数，降低制冷系统能耗。
脱附过程包括加热盘管(12)加热第二吸附床(11)、真空泵(9)抽真空和密集气体收集步骤。所述加热盘管(12)利用冷却单元中压缩机(5)出口余热加热第二吸附床(11)，当第二吸附床(11)内温度和压力达到相应数值后，开启截止阀q，开机真空泵(9)进行脱附，当脱附完毕之后关闭截止阀e、h、n、q，关闭真空泵(9)，打开截止阀(f)，停止吸附床加热，吸附床自然冷却。压缩机(5)热负荷通过风冷冷凝器(13)承担。
当第一吸附床(6)吸附饱和后，切换脱附，即当第一吸附床(6)脱附、第二吸附床(11)吸附时，打开截止阀c、d、g、m、f、p，关闭截止阀a、b、e、h、n；如此按照上述反复吸附脱附工作。
本实用新型的另一制冷辅助冷凝式VOCs回收装置，其特征在于：包括依次连接的粗效过滤单元(2)、第一冷凝器(4)、第一吸附床(6)、第二冷凝器(4’)、第二吸附床(11)、风机(7)，风机(7)通过截止阀分别与分支导流通道(10)和排气口(8)连接，分支导流通道(10)的出口直达风冷冷凝器(13)，第一冷凝器(4)、第二冷凝器(4’)的制冷剂出口分别与压缩机(5)进口连通，压缩机(5)的出口依次与风冷冷凝器(13)、储液罐(14)进口连接，储液罐(14)出口通过截止阀分别与第一冷凝器(4)、第二冷凝器(4’)的制冷剂进口连接。
上述优选第一吸附床(6)相对于第二吸附床(11)具有比较大的吸附容积。
上述装置进行回收VOCs的方法：混合气体依次通过粗效过滤单元(2)、第一冷凝器(4)、第一吸附床(6)、第二冷凝器(4’)、第二吸附床(11)、风机(7)，然后进入分支导流通道或排气口(8)，如果排气温度高于室外温度则排气经排气口直接排放，温度控制截止阀(k)不开启；如果排气温度低于室外温度则部分排气通过温度控制截止阀(k)控制通过分支导流通道(10)排至风冷冷凝器(13)处，提高冷却单元制冷系统的制冷性能系数，降低制冷系统能耗。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
①回收率高。本实用新型的制冷辅助吸附式VOCs回收方法，先用粗效过滤去除大颗粒杂质和灰尘等，再经过冷却单元去除水蒸气和降温，然后经过吸附装置去除VOCs，回收装置各部件衔接合理，具有很大的优越性，回收率在99％以上。通过余热加热吸附床使脱附效果明显。
②节能。本实用新型通过尾气的冷量回收，解决了普通制冷系统制冷性能系数低、系统能耗较大等问题。从而使系统更加节能。通过加热吸附床使脱附效果好，脱附速度加快，显著降低真空泵功耗。
③使用周期长、成本较低。相比现有回收装置，本实用新型通过冷却单元，大大的去除了混合气体中的水蒸气，并且降低了混合气的温度，使后续的吸附装置吸附效率高，穿透时间显著增加，吸附量显著增大。通过加热盘管加热吸附床，使脱附效果好，而且通过两个并联的吸附床交替循环使用，从而使吸附材料的使用周期变长，减少了人力物力，运行成本也大大降低。
④通用性。本实用新型对于不同组分的低浓度VOCs混合气体，对于有无水蒸气的混合气体，均有其适用性。此外本实用新型应用场合广，适用于多种VOCs低浓度排放场合。
附图说明
图1为本实用新型的综合系统示意图；
图2为本实用新型的加热盘管示意图；
图3为本实用新型的另一种实施方式原理示意图；
图4为本实用新型的回收装置应用在汽车喷漆房示意图。
图中：
1、排气进口，2、粗效过滤，3、排气通道，4、冷凝器(第一冷凝器)，4’、第二冷凝器，5、压缩机，6、第一吸附床，7、风机，8、尾气排放口，9、真空泵，10、分支导流通道，11、第二吸附床，12、加热盘管，13、风冷冷凝器，14、储液罐，15、节流阀，a、b、c、d、e、f、g、h、m、n、p、q均为截止阀，k、温控截止阀，16、顶部过滤棉，17、汽车喷漆室，18、地沟格栅，19、折流板，20、漆雾过滤棉，21、排风地沟。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的详细实施方式做进一步说明：
参照图1，制冷辅助吸附式VOCs回收装置，包括依次连接的排气进口1、粗效过滤2、冷却单元、吸附装置、风机7、分支导流通道10以及脱附过程的真空泵9及相关管道截止阀等，其特征在于：所述冷却单元包括冷凝器4、压缩机5、风冷冷凝器13、储液罐14和节流阀15等。所述吸附装置包括并联的两个吸附床，第一吸附床6和第二吸附床11，吸附床上带有加热盘12。所述冷凝器4的出口与压缩机5入口相连，压缩机5出口通过截止阀e、f、g、h分别与加热盘管12入口和风冷冷凝器13入口相连，加热盘管12出口通过截止阀m、n控制也与风冷冷凝器13入口相连，风冷冷凝器13出口与储液罐14入口相连，储液罐14的出口与节流阀15入口相连，节流阀15的出口与冷凝器4的入口相连，完成循环。
所述吸附装置包括并联的两个相同的吸附床，第一吸附床6和第二吸附床11，每个吸附床有活性炭和可再生活性炭陶瓷填充。参照图2，所述第一吸附床6和第二吸附床11内部均有加热盘管12，吸附床上开有小孔，通过管道和截止阀p、q分别连接至真空泵9。两个吸附床通过截止阀交替使用，分别完成吸附和脱附。
所述分支导流通道10是指在排气口8设置分支口连接的通道，分支通道10上设置温控截止阀k，当排气温度低于环境温度，温控截止阀k开启；当排气温度高于环境温度，温控截止阀k关闭。所述分支通道10出口在风冷冷凝器13处。
参照图1，利用上述VOCs回收装置回收VOCs的方法，即制冷辅助吸附式VOCs回收方法。该方法吸附过程依次包括以下步骤：
当第一吸附床6吸附、第二吸附床11脱附时，打开截止阀a、b、e、h、n，关闭截止阀c、d、g、m、f、p。
VOCs混合气体从排气进口1进入经过粗效过滤2去除混合气体中的大颗粒杂质和灰尘等；通过冷却单元中的冷凝器4冷却去除水蒸气和混合气降温至2℃～6℃，使后续的吸附效果显著提高、延长吸附装置的使用周期，减少回收系统的运行成本；然后通过吸附装置第一吸附床6吸附、通过分支导流通道10冷量回收、最后通过排气口9和分支导流通道10排气步骤。
吸附过程通过所述风机7将VOCs混合气体产生动力，去除VOCs后再经过风机7后排至所述排风口。如果排气温度高于室外温度则排气经排气口8直接排放，温控截止阀k不开启；如果排气温度低于室外温度则部分排气通过温控截止阀k控制通过分支导流通道10排至风冷冷凝器13处，提高冷却单元制冷系统的制冷性能系数，降低制冷系统能耗。
脱附过程包括加热盘管12加热第二吸附床11、真空泵9抽真空和密集气体收集步骤。所述加热盘管12利用冷却单元中压缩机5出口余热加热第二吸附床11，当第二吸附床11内温度和压力达到相应数值后，开启截止阀q，开机真空泵9进行脱附，当脱附完毕之后关闭截止阀e、h、n、q，关闭真空泵9，打开截止阀f，停止吸附床加热，吸附床自然冷却。压缩机5热负荷通过风冷冷凝器13承担。
当第一吸附床6饱和后，切换脱附，即当第一吸附床6脱附、第二吸附床11吸附时，打开截止阀c、d、g、m、f、p，关闭截止阀a、b、e、h、n。如此按照上述反复吸附脱附工作。
现以汽车行业4S店喷漆房举例，说明下本方法的应用。参照图4是本实用新型应用在汽车行业4S店喷漆房的系统图，此喷漆房中随着喷漆工艺的进行，排放低浓度的VOCs混合气体。此喷漆房采用顶部穿过顶部过滤棉16进风进入汽车喷漆室17，底部排风，粗效过滤2包括地沟格栅18、折流板19和漆雾过滤棉20，从排风地沟21到达冷凝器4进行混合气降温和去除水蒸气，然后进入吸附装置(第一吸附床6/第二吸附床11)进行吸附，当饱和之后进行脱附，被吸附之后的混合气体通过风机7排至排气口8，受温控截止阀k控制，根据环境温度与排气温度的情况选择是否开启分支导流通道10。
实施例2
一制冷辅助冷凝式VOCs回收装置，见图3，包括依次连接的粗效过滤单元2、第一冷凝器4、第一吸附床6、第二冷凝器4’、第二吸附床11、风机7，风机7通过截止阀分别与分支导流通道10和排气口8连接，分支导流通道10的出口直达风冷冷凝器13，第一冷凝器4、第二冷凝器4’的制冷剂出口分别与压缩机5进口连通，压缩机5的出口依次与风冷冷凝器13、储液罐14进口连接，储液罐14出口通过截止阀分别与第一冷凝器4、第二冷凝器4’的制冷剂进口连接。
利用上述VOCs回收装置的制冷辅助吸附式VOCs回收方法，吸附过程依次包括以下步骤：
VOCs混合气体从排气进口1进入经过粗效过滤2去除混合气体中的大颗粒杂质和灰尘等；通过冷却单元中的冷凝器4冷却去除水蒸气和混合气降温至2℃～6℃，使后续的吸附效果显著提高、延长吸附装置的使用周期，减少回收系统的运行成本；然后通过吸附装置第一吸附床6吸附大部分VOCs气体；经过吸附后混合气体升温，然后再经过第二个冷凝器4进行混合气体降温，接着进入第二个吸附床6进行最终吸附，通过两个串联的吸附床多次吸附，能够满足更加严格的排放要求，通过两个冷凝器4的多次降温使吸附效果更加显著，最后通过分支导流通道10冷量回收、最后通过排气口8和分支导流通道10排气步骤。该方法的脱附过程与上述脱附基本一致，不再赘述。
本实用新型应用场合广，适用于不宜应用冷凝法回收的低浓度VOCs排放源的回收处理领域。
上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计思路并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (3)
1.制冷辅助冷凝式VOCs回收装置，包括依次连接的粗效过滤单元、冷却单元、吸附装置、风机以及分支导流通道，其特征在于：所述吸附装置包括并联的两个吸附床，第一吸附床(6)和第二吸附床(11)，每个吸附床内有活性炭和可再生活性炭陶瓷填充，所述吸附床内部均有加热盘管，吸附床上开有小孔，分别通过管道和截止阀p、截止阀q分别连接至真空泵；两个吸附床通过截止阀交替使用，分别可进行吸附和脱附过程；
所述冷却单元包括冷凝器、压缩机(5)、风冷冷凝器(13)、储液罐(14)和节流阀(15)；所述吸附装置包括并联的两个吸附床，每个吸附床内部设有加热盘管(12)；冷凝器(4)冷凝剂的出口与压缩机(5)入口相连，压缩机(5)出口通过截止阀f、截止阀g、截止阀h、截止阀e分别与两个并联的吸附床内部的加热盘管入口以及风冷冷凝器(13)入口相连，两个加热盘管出口通过截止阀m、截止阀n控制也与风冷冷凝器入口相连，风冷冷凝器出口与储液罐(14)入口相连，储液罐的出口与节流阀(15)入口相连，节流阀的出口与冷凝器(4)的冷凝剂入口相连，形成循环系统；
所述分支导流通道(10)是指在最终排气口设置分支的通道，所述分支通道出口在风冷冷凝器处；
粗效过滤单元的出口与冷凝器(4)的气体进口连通，冷凝器(4)的气体出口分别通过截止阀a和截止阀c并联与第一吸附床(6)和第二吸附床(11)的进口连接，第一吸附床(6)和第二吸附床(11)的出口分别通过截止阀b、截止阀d与风机(7)连接，与风机(7)通过截止阀分别与分支导流通道(10)和尾气排放口(8)连接。
2.一制冷辅助冷凝式VOCs回收装置，其特征在于：包括依次连接的粗效过滤单元(2)、第一冷凝器(4)、第一吸附床(6)、第二冷凝器(4’)、第二吸附床(11)、风机(7)，风机(7)通过截止阀分别与分支导流通道(10)和排气口(8)连接，分支导流通道(10)的出口直达风冷冷凝器(13)，第一冷凝器(4)、第二冷凝器(4’)的制冷剂出口分别与压缩机(5)进口连通，压缩机(5)的出口依次与风冷冷凝器(13)、储液罐(14)进口连接，储液罐(14)出口通过截止阀分别与第一冷凝器(4)、第二冷凝器(4’)的制冷剂进口连接。
3.按照权利要求2的装置，其特征在于，第一吸附床(6)相对于第二吸附床(11)具有比较大的吸附容积。
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