CN208493746U - 一种VOCs吸收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种VOCs吸收装置。该装置的组成包括混合气体气柜、混合气体压缩机、第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔、第三VOCs吸收塔、贫液泵、富液泵、VOCs解吸塔和循环液槽；其中，混合气体气柜与混合气体压缩机相连，混合气体压缩机分别与第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔和第三VOCs吸收塔的下部相连；第一VOCs吸收塔顶部与第二VOCs吸收塔下部相连，第二VOCs吸收塔的顶部与第三VOCs吸收塔的下部相连，第三VOCs吸收塔的顶部与第一VOCs吸收塔的下部相连。本实用新型使吸收过程实现不间歇、连续化操作，并且操作简单，能耗低。

Description

一种VOCs吸收装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理厂VOCs无组织排放的处理与回收，尤其是指一种VOCs吸收装置。

背景技术

关于VOCs(volatileorganiccompounds)的定义有多种形式，例如美国ASTMD3960-98标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物；大气污染控制工程中的定义是VOCs是一类有机化合物的统称，在常温下它们的蒸发速度大，易挥发。VOCs包括非甲烷烃类(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等)、含氧有机物(醛、酮、醇、醚等)、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等，是形成臭氧(O₃)和细颗粒物(PM2.5)污染的重要前体物。“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案发布了要强化苯乙烯、甲硫醇、甲硫醚等恶臭类VOCs的排放控制。石化企业生产产生的大量废水中含有高浓度污染物，大部分挥发性有机物通过废水与空气接触的表面以无组织排放方式排入大气，这些有机溶剂挥发到大气中，不仅会污染环境,还会危害人体健康。如苯是一种常用的溶剂，它既可以被皮肤所吸收也可以被人体吸入，造成急性和慢性中毒，但是大多数中毒都是由于吸入人体内而造成的。苯类化合物会损害人的中枢神经,造成神经系统障碍，其被摄入人体后会危及血液和造血器官，严重时有出血症状或感染败血症，如眼部受苯乙烯液体污染时，可致灼伤，对呼吸道有刺激作用，长期接触有时引起阻塞性肺部病变，皮肤粗糙、皲裂和增厚，1996年世界卫生组织的国际癌症研究小组对苯乙烯进行研究后得出结论，认为苯乙烯有致癌作用；卤代烃类物质能引起神衰征候群及血小板减少、肝功能下降、肝脾肿大等病变,还可能导致癌症。

处理VOCs的方法主要有化学氧化法、活性炭吸附法、焚烧法、生物脱臭法、吸收法等。化学氧化法多采用强氧化剂，如臭氧、高锰酸盐、次氯酸盐、氯气、二氧化氯、过氧化氢等，将恶臭物质转变成无臭或弱臭物质。当污水处理厂产生的废气中污染物浓度很高时，氧化反应会不完全，污染物处理不彻底。化学氧化法能耗高，并产生二次污染。活性炭吸附法主要利用活性炭的吸附作用，将产生恶臭的挥发性有机物吸入活性炭微孔。其中乙醛、吲哚等可通过物理吸附去除，硫化氢、硫醇等在活性炭表面通过氧化反应而进一步吸附去除。活性炭吸附法脱臭效率高，适用于处理硫化氢和硫醇，但需定期更换活性炭，运行费用高。燃烧法有直接燃烧法和触媒燃烧法，适用于臭气浓度高、气量适中的污水厂，但由于运行成本太高，在实际工程中应用较少。生物氧化技术脱臭过程很难控制，受温度和湿度的影响大，生物菌培养需要较长时间，遭到破坏后恢复时间较长。吸收法具有适用性强、去除率高等优点，但目前由于吸收剂需要经常更换。

实用新型内容

本实用新型的目的为针对当前技术中存在的不足，提供了一种VOCs吸收装置。本实用新型利用2～4个吸收装置，实际工作过程为2～3个吸收装置，其余吸收装置进行解吸过程，由此可实现吸收和解吸同时进行，使吸收过程实现不间歇、连续化操作。并且操作简单，能耗低。

本实用新型的技术方案为：

一种VOCs吸收装置，该装置的组成包括混合气体气柜、混合气体压缩机、第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔、第三VOCs吸收塔、贫液泵、富液泵、VOCs解吸塔和循环液槽；

其中，混合气体气柜与混合气体压缩机相连，混合气体压缩机分别与第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔和第三VOCs吸收塔的下部相连；第一VOCs吸收塔顶部与第二VOCs吸收塔下部相连，第二VOCs吸收塔的顶部与第三VOCs吸收塔的下部相连，第三VOCs吸收塔的顶部与第一VOCs吸收塔的下部相连；第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔与第三VOCs吸收塔的底部均与富液泵相连，富液泵还与VOCs解吸塔下部相连；VOCs解吸塔底部与循环液槽的上部相连，循环液槽的底部与贫液泵相连，贫液泵分别与第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔和第三VOCs吸收塔的上部相连。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型采用集中通入气体，多吸收的连续化操作过程，由于污水处理厂排放的VOCs主要以废水中挥发性有机物的挥发为主，产生的废气浓度不均一，若直接进行吸收过程，废气中的VOCs与吸收剂的传质效率很低，不利于吸收操作，而集中通入气体，是预先将废气集中在储气罐中，这样可以使废气充分混合，同时也可以控制废气的最佳进气浓度，集中通入气体较直接通入相比吸收剂对VOCs的吸收率可以提高5％以上。吸收法操作，由于需要更换、解吸吸收液，在这一过程中会导致处理设备无法正常工作，而多吸收操作，即安装2～4个吸收装置，实际工作过程为2～3个吸收装置，其余吸收装置进行解吸过程，由此可实现吸收和解吸同时进行，使吸收过程实现不间歇、连续化操作。并且操作简单，能耗低。

附图说明

图1为本实用新型涉及的连续式、多吸收装置结构图；

其中，V1-混合气体气柜，C1-混合气体压缩机，T1-第一VOCs吸收塔，T2-第二VOCs吸收塔，T3-第三VOCs吸收塔，P1-贫液泵，P2-富液泵，T4-VOCs解吸塔，V2-循环液槽。

图2为实施例1中的吸收剂的吸收率随时间变化曲线；

其中，纵坐标η表示吸收率，横坐标为时间。

图3为实施例2中的吸收剂的吸收率随时间变化曲线；

其中，纵坐标η表示吸收率，横坐标为时间。

具体实施实例

下面通过具体实施实例对本实用新型进行详细说明。

下述实例中原废气为模拟污水处理厂无组织排放的VOCs，浓度2000mg·m^-3，总流量0.1Nm³·h^-1,其中，VOCs的组成为苯乙烯与二氯乙烷质量比为4：1，N₂为载气。

本实用新型涉及的一种VOCs吸收装置，如图1所示，该装置的组成包括混合气体气柜V1、混合气体压缩机C1、第一VOCs吸收塔T1、第二VOCs吸收塔T2，第三VOCs吸收塔T3，贫液泵P1，富液泵P2，VOCs解吸塔T4和循环液槽V2；其连接关系为：混合气体气柜V1与混合气体压缩机C1相连，混合气体压缩机C1分别与第一VOCs吸收塔T1、第二VOCs吸收塔T2和第三VOCs吸收塔T3的下部相连；第一VOCs吸收塔T1顶部与第二VOCs吸收塔T2的下部相连，第二VOCs吸收塔T2的顶部与第三VOCs吸收塔T3的下部相连，第三VOCs吸收塔T3的顶部与第一VOCs吸收塔T1的下部相连；第一VOCs吸收塔T1、第二VOCs吸收塔T2与第三VOCs吸收塔T3的底部均与富液泵P2相连，富液泵P2与VOCs解吸塔T4下部相连，VOCs解吸塔T4底部与循环液槽V2的上部相连，循环液槽V2的底部与贫液泵P1相连，贫液泵P1分别与第一VOCs吸收塔T1、第二VOCs吸收塔T2和第三VOCs吸收塔T3的上部相连。

路线一：VOCs气体在混合气体气柜V1集中，通过管路从第一VOCs吸收塔T1下部进入，顶部排出经管路进入第二VOCs吸收塔T2下部，塔顶部为吸收后的废气可直接排放到空气，吸收后的液体经富液泵P2从吸收塔底部，进入VOCs解吸塔T4下部进行解吸，解吸后的吸收剂，从VOCs解吸塔T4底部排放到循环液槽V2备用，吸收剂在循环液槽V2经贫液泵P1进入吸收塔上部进行吸收过程；

路线二：VOCs气体在混合气体气柜V1集中，通过管路从第二VOCs吸收塔T2下部进入，顶部排出经管路进入第三VOCs吸收塔T3下部，塔顶部为吸收后的废气可直接排放到空气，吸收后的液体经富液泵P2从吸收塔底部，进入VOCs解吸塔T4下部进行解吸，解吸后的吸收剂，从VOCs解吸塔T4底部排放到循环液槽V2备用，吸收剂在循环液槽V2经贫液泵P1进入吸收塔上部进行吸收过程；

路线三：VOCs气体在混合气体气柜V1集中，通过管路从第三VOCs吸收塔T3下部进入，顶部排出经管路进入第一VOCs吸收塔T1下部，塔顶部为吸收后的废气可直接排放到空气，吸收后的液体经富液泵P2从吸收塔底部，进入VOCs解吸塔T4下部进行解吸，解吸后的吸收剂，从VOCs解吸塔T4底部排放到循环液槽V2备用，吸收剂在循环液槽V2经贫液泵P1进入吸收塔上部进行吸收过程；

吸收塔(T1、T2、T3)为常压吸收，吸收温度为303.15K，吸收剂用量均为100g，塔类型为鼓泡式吸收塔，塔高为150mm，塔径为45mm；解吸塔T4为减压蒸馏，真空度为0.09MPa，温度为323.15K，类型为蒸馏罐，高为130mm，直径为70mm；气体进气速度为0.05～0.2m³·h^-1。

实施例1

一种水包离子液体(IL/W)型VOCs吸收剂的组分与质量分数为：

配制上述VOCs吸收剂，对原废气进行吸收操作，其具体步骤为：

在5g[DDMIM][NTf₂]中加入8gTween-80，再加入5g正丁醇，充分摇匀后，在搅拌状态下将82g水以3ml·min^-1的速度加入到上述溶液中，得到微乳液，按上述步骤配制三份微乳液备用(配制三份微乳液，每份为100g，本实例使用了三个吸收塔，所以每个吸收塔吸收剂均为100g，数据分析的是200g的吸收效果，因为实际吸收是两个塔参与吸收)。

本实用新型采用多吸收操作即安装3个吸收装置，实际工作过程为2个吸收装置，其余吸收装置进行解吸过程，如图1所示，将混合气体集中在混合气体气柜V1中，经气体压缩机C1，调节最佳进气浓度和进气速度，集中通入到VOCs吸收塔T1，T1和T2串联吸收，T3备用，吸收一段时间后，T2和T3串联进行吸收过程，VOCs吸收塔T1中的吸收剂通过富液泵P2进入VOCs解吸塔T4，解吸后的吸收液储存在循环液槽V2内，经贫液泵P1进入VOCs吸收塔T1，然后T3和T1串联进行吸收过程，以此类推，由此可实现连续化操作。吸收剂随着吸收时间的增长，吸收性能逐渐下降。吸收剂在吸收过程的后阶段，吸收性能下降，处理VOCs效果已经不能达到国家排放标准，但是吸收剂此时还没有达到饱和，还有一定的吸收余量，一级吸收时不能充分利用吸收剂的吸收余量，而二级吸收，利用贫液和富液组合吸收，可以对吸收剂达到充分利用，同时，二级吸收增加了气体在吸收剂中的停留时间，可以有效提高吸收剂对VOCs的处理效果。本实用新型采用二级吸收，第一级进气浓度2000mg·m^-3，进气流量0.1Nm³·h^-1,吸收剂保持303.15K恒温,气体停留时间为4s；第二级进气流量0.1Nm³·h^-1，吸收剂保持303.15K恒温，气体停留时间为4s。

如图2所示，在吸收温度为303.15K，进气浓度为2000mg·m^-3，进气流量为0.1Nm³·h^-1条件下，选用200g(一个塔吸收剂为100g，二级吸收，两个塔吸收剂总量为200g)该吸收剂，对VOCs的初始吸收率可以达到92％以上，在前60min能保持较高的吸收率,吸收200min后吸收剂趋于饱和。

实施例2

一种水包离子液体(IL/W)型VOCs吸收剂的组分与质量分数为：

配制上述VOCs吸收剂，对原废气进行吸收操作，其具体步骤为：

在5g[DDMIM][NTf₂]中加入8gTween-80，再加入5g正丁醇，充分摇匀后，在搅拌状态下将82g水以3ml·min^-1的速度加入到上述溶液中，得到微乳液；将含芳香类、卤代烃等VOCs的混合有机废气集中通入微乳液中，微乳液保持303.15K恒温，有机废气在微乳液中经4秒通过排气管排出，其出口即为净化后的气体，该吸收剂对VOCs的初始吸收率可以达到78％以上；吸收后的吸收剂经减压蒸馏，通过控制温度和压力，可以实现不同组分的分离。本实例采用单级吸收操作。气体进气浓度2000mg·m^-3，进气流量0.1Nm³·h^-1，吸收剂保持303.15K恒温，气体停留时间为4s。

如图3所示，在吸收温度为303.15K，进气浓度为2000mg·m^-3，进气流量为0.1Nm³·h^-1条件下，选用100g该吸收剂，对VOCs的初始吸收率可以达到78％以上，在前40min能保持较高的吸收率,吸收130min后吸收剂趋于饱和。

实施例3

一种水包离子液体(IL/W)型VOCs吸收剂的组分与质量分数为：

配制上述VOCs吸收剂，对原废气进行吸收操作，其具体步骤为：

在6g[BMIM][PF₆]中加入10gTween-80，再加入6g正丁醇，充分摇匀后，在搅拌状态下将78g水以3ml·min^-1的速度加入到上述溶液中，得到微乳液，按上述步骤配制三份微乳液备用。

本实用新型采用多吸收操作即安装3个吸收装置，实际工作过程为2个吸收装置，其余吸收装置进行解吸过程，如图1所示，将混合气体集中在混合气体气柜V1中，经气体压缩机C1，调节最佳进气浓度和进气速度，集中通入到VOCs吸收塔T1，T1和T2串联吸收，T3备用，吸收一段时间后，T2和T3串联进行吸收过程，VOCs吸收塔T1中的吸收剂通过富液泵P2进入VOCs解吸塔T4，解吸后的吸收液储存在循环液槽V2内，经贫液泵P1进入VOCs吸收塔T1,然后T3和T1串联进行吸收过程，以此类推，由此可实现连续化操作；本实用新型采用二级吸收，第一级进气浓度2000mg·m^-3，进气流量0.1Nm³·h^-1，吸收剂保持303.15K恒温，气体停留时间为6s；第二级进气流量0.1Nm³·h^-1，吸收剂保持303.15K恒温，气体停留时间为6s；该吸收剂对VOCs的初始吸收率可以达到83％以上。

实施例4

一种油包离子液体(IL/O)型VOCs吸收剂的组分与质量分数为：

(说明：本实用新型涉及的生物柴油是公知物质，为以含油植物或废食用油与醇(甲醇或乙醇)经酯化反应制成的脂肪酸单烷基酯，最典型的是脂肪酸甲酯。实例中所使用的生物柴油主要成分是油酸甲酯。)

配制上述VOCs吸收剂，对原废气进行吸收操作，其具体步骤为：

在5g[BMIM][BF₄]中加入8gTween-80，再加入5g正丁醇，充分摇匀后，在搅拌状态下将82g生物柴油以3ml·min^-1的速度加入到上述溶液中，得到微乳液，按上述步骤配制三份微乳液备用。

本实用新型采用多吸收操作即安装3个吸收装置，实际工作过程为2个吸收装置，其余吸收装置进行解吸过程，如图1所示，将混合气体集中在混合气体气柜V1中，经气体压缩机C1，调节最佳进气浓度和进气速度，集中通入到VOCs吸收塔T1，T1和T2串联吸收，T3备用，吸收一段时间后，T2和T3串联进行吸收过程，VOCs吸收塔T1中的吸收剂通过富液泵P2进入VOCs解吸塔T4，解吸后的吸收液储存在循环液槽V2内，经贫液泵P1进入VOCs吸收塔T1,然后T3和T1串联进行吸收过程，以此类推，由此可实现连续化操作；本实用新型采用二级吸收，第一级进气浓度2000mg·m^-3，进气流量0.1Nm³·h^-1，吸收剂保持303.15K恒温，气体停留时间为6s；第二级进气流量0.1Nm³·h^-1，吸收剂保持303.15K恒温，气体停留时间为6s；该吸收剂对VOCs的初始吸收率可以达到89％以上。

本实用新型采用吸收率来评定吸收剂对原废气的吸收效果。原废气中苯乙烯、二氯乙烷的检测采用北京瑞利分析仪器(集团)有限责任公司SP-3400型气相色谱仪。色谱柱选用PEG-3M填充柱，柱温100℃，进样温度为160℃，检测器温度为150℃，取样量为0.5ml。

原废气的主要组成在具体实施实例开始处已经给出。其中苯乙烯与二氯乙烷质量比为4：1，N₂为载气。

以上所述仅为本实用新型创造的较佳实例而已，讨论实例的目的是更好地说明本实用新型的原理及其实用性，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。

本实用新型所提供的VOCs吸收剂，其特征在于以疏水性离子液体为极性相，通过非离子表面活性剂和助表面活性剂作用下，将少量疏水性离子液体以分散相的形式均匀分散在大量的水中，得到水包离子液体(IL/W)型微乳液。

本实用新型所提供的VOCs吸收剂，其特征在于以亲水性离子液体取代水作为极性相，通过非离子表面活性剂和助表面活性剂的作用下，将少量亲水性离子液体以分散相的形式均匀分散在大量生物柴油中，得到油包离子液体(IL/O)型微乳液。

本实用新型包括水包离子液体(IL/W)型和油包离子液体(IL/O)型两种微乳液，其中Tween即为聚山梨酯为聚氧乙烯去水山梨醇单月桂酸酯和一部分聚氧乙烯双去水山梨醇单月桂酸酯的混合物，由于聚山梨酯分子中有较多的亲水性基团--聚氧乙烯基，故亲水性强，常作为水包油(O/W)型乳化剂使用，Tween通常被认为是无毒、无刺激性的材料，用于空气净化中对人体无害。TritonX-100即聚乙二醇辛基苯基醚为非离子表面活性剂，通常作为聚合乳液的配方使用，是一种较为优良的乳化剂。助表面活性剂能改变表面活性剂的表面活性及亲水亲油平衡性，参与形成胶束，调整水和油的极性，水溶性醇可减小水的极性，油溶性醇可增加油的极性，从而影响体系的相态和相性质的微乳成分。

表1离子液体水溶性

本实用新型未尽事宜为公知技术。

Claims (1)

1.一种VOCs吸收装置，其特征为该装置的组成包括混合气体气柜、混合气体压缩机、第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔、第三VOCs吸收塔、贫液泵、富液泵、VOCs解吸塔和循环液槽；

其中，混合气体气柜与混合气体压缩机相连，混合气体压缩机分别与第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔和第三VOCs吸收塔的下部相连；第一VOCs吸收塔顶部与第二VOCs吸收塔下部相连，第二VOCs吸收塔的顶部与第三VOCs吸收塔的下部相连，第三VOCs吸收塔的顶部与第一VOCs吸收塔的下部相连；第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔与第三VOCs吸收塔的底部均与富液泵相连，富液泵还与VOCs解吸塔下部相连；VOCs解吸塔底部与循环液槽的上部相连，循环液槽的底部与贫液泵相连，贫液泵分别与第一VOCs吸收塔、第二VOCs吸收塔和第三VOCs吸收塔的上部相连。