CN209828313U - 一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置，包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、工艺废气进气管、洁净气排放管道、冷凝液回收管道、第一气态氮管道、液态氮管道以及第二气态氮管道。工艺废气进气管、第一换热器、第二换热器和洁净气排放管道连接形成工艺气体回路。第二换热器、第三换热器、液氮管道以及第一气态氮管道连接形成液氮冷凝回路。本实用新型VOCs废气的液氮冷凝回收装置可以把VOCs废气的温度降到更低，理论上可达‑160℃，实际运行可达‑120℃，而且整套设备的预冷时间很短，只需十几分钟就可以准备就绪，间歇性运行的工况对其影响程度较低。

Description

一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置

技术领域

本实用新型涉及VOCs废气回收技术领域，具体涉及一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置。

背景技术

随着环保意识的增强和可持续发展的要求，VOCs废气的治理工作越来越受到国家的重视。VOCs气体的挥发存在于各行各业，例如化工厂、医药厂、汽车喷涂、涂布印刷等等。有一类高浓度、小流量的VOCs废气，而且废气中含有高回收价值的VOCs物质，目前国内通常采用机械制冷的方式，对VOCs废气进行冷却，把VOCs废气中多余的VOCs物质冷凝下来，然后收集回收利用。但机械冷凝在某些工况下有着显著的不足，例如，无法达到-70℃或更低的温度，由于预冷的时间较长，间歇性运行的工况不太适合。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置，包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、工艺废气进气管、洁净气排放管道、冷凝液回收管道、第一气态氮管道、液态氮管道以及第二气态氮管道；工艺废气进气管、第一换热器、第二换热器和洁净气排放管道连接形成工艺气体回路，即工艺废气进气管连接第一换热器的进口，第一换热器的出口与第二换热器的进口连接，洁净气排放管道与第二换热器的出口连接并经过第一换热器进行换热；第二换热器、第三换热器、液氮管道以及第一气态氮管道连接形成液氮冷凝回路，即液态氮管道经第三换热器、第二换热器换热后与第三换热器的进口连接，第一气态氮管道与第三换热器的出口连接并经第二换热器换热。

进一步的，在第二换热器和洁净气排放管道的出口之间还连接设有调节阀TV204。

进一步的，液态氮管道经第三换热器后还与第二换热器的夹套连接；第二换热器的夹套还与第一气态氮管道的出口连接。

进一步的，还包括第四电加热器，第二气态氮管道经第四加热器后与第三换热器、第二换热器、第一气氮管道连接以形成气氮加热解冻回路。

进一步的，在液态氮管道上设有气动开关阀XV202。

进一步的，在第一气态氮管道上设有调节阀TV203。

进一步的，在第二气态氮管道上设有开关阀XV201。

进一步的，在第一换热器和第二换热与所述冷凝液回收管道连接形成冷凝液出口。

进一步的，第一换热器和第二换热器为板式换热器或管式换热器，第三换热器为板式换热器。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型VOCs废气的液氮冷凝回收装置可以把VOCs废气的温度降到更低，理论上可达-160℃，实际运行可达-120℃，而且整套设备的预冷时间很短，只需十几分钟就可以准备就绪，间歇性运行的工况对其影响程度较低。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型VOCs废气的液氮冷凝回收装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、工艺废气进气管、洁净气排放管道、冷凝液回收管道、第一气态氮管道、液态氮管道以及第二气态氮管道。工艺废气进气管用于输入工艺废气N1,洁净气排放管道用于输出洁净气N2，液态氮管道用于输入液态氮N5，第一气态氮管道用于输入气态氮N4。

工艺废气进气管、第一换热器W1、第二换热器W2和洁净气排放管道连接形成工艺气体回路，即工艺废气进气管连接第一换热器W1的进口，第一换热器W1的出口与第二换热器W2的进口连接，洁净气排放管道与第二换热器W2的出口连接并经过第一换热器W1进行换热。

第二换热器W2、第三换热器W3、液氮管道以及第一气态氮管道连接形成液氮冷凝回路，即液态氮管道经第三换热器W3、第二换热器W2换热后与第三换热器W3的进口连接，第一气态氮管道与第三换热器W3的出口连接并经第二换热器W2换热。

在第二换热器W2和洁净气排放管道的出口之间还连接设有调节阀TV204。

液态氮管道经第三换热器W3后还与第二换热器W2的夹套连接；第二换热器W2的夹套还与第一气态氮管道的出口连接。

本实用新型一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置还包括第二气态氮管道和第四电加热器W4，第二气态氮管道经第四加热器后与第三换热器、第二换热器、第一气氮管道连接以形成气氮加热解冻回路。其中，第二气态氮管道用于输入气态氮N6。

在液态氮管道上设有气动开关阀XV202。

在第一气态氮管道上设有调节阀TV203。

在第二气态氮管道上设有开关阀XV201。

在第一换热器W1和第二换热器W2上均设有冷凝液出口用于输出冷凝液N3，两冷凝液出口管路连在一起，可以连接冷凝液回收系统。

第一换热器W1和第二换热器W2为板式换热器或管式换热器，第三换热器W3为板式换热器。

为了加快液氮汽化过程，保留增加一个第三换热器W3的可能性。

液氮冷凝回收装置工作原理：通过液氮含有的冷量，以换热器为载体对VOCs废气进行换热，VOCs废气被冷却后，在换热器壁面附近温度大幅降低，因此VOCs在此处的饱和蒸汽压也很低，这样VOCs废气中多余的VOCs物质就会优先在换热器壁面冷凝下来，冷凝液可以收集回收利用，VOCs废气浓度也得以降低，可以减少对环境污染。

工作时，针对液氮冷凝回路，液态氮N5经过气动开关阀XV202流入第三换热器W3，与已经和工艺废气发生热交换的氮气（称为热氮气）在第三换热器W3中换热。该过程有助于液氮汽化，汽化之后的冷氮气有两路，一路大部分冷氮气进入第二换热器W2与工艺废气进行热交换，给工艺废气提供冷量之后变成热氮气，热氮气在第三换热器W3中与液氮热交换，变成冷氮气之后进入第二换热器W2又与工艺废气进行热交换，然后排出。另一路小部分冷氮气进入第二换热器W2的夹套，保持第二换热器W2钢壁的温度，然后排出，与之前的氮气出口汇集一起，第一气态氮管道N4总排出口的调节阀TV203主要用来控制工艺废气的出口温度。

针对工艺气体回路，工艺废气N1先进入第一换热器W1，与冷凝后的工艺气体发生热交换，在此过程，可能有部分水分或VOCs物质被冷凝，然后进入第二换热器W2，与冷氮气换交换，大部分的VOCs在此被冷凝下来，冷凝之后的工艺气体温度很低（-50℃到-120℃），冷的工艺气体分两路，一路回到第一换热器W1，与工艺废气N1发生热交换，然后排出；另一路通过调节阀TV204直接排出，两路工艺气体变成洁净气并汇集在洁净气排放管道。

针对氮加热解冻回路，当第二换热器W2进出口的压差达到一定值时，说明其内部管路由于结冰或VOCs物质凝固出现堵塞。这时启动解冻模式，从回收装置界外通过第二气态氮管道接入常温气态氮，经过开关阀XV201和电加热器升温W4，先进入第三换热器W3，与已经和冰块或VOCs凝固物质发生热交换的氮气在第三换热器W3中换热。换热之后的氮气分为两路，一路大部分氮气进入第二换热器W2与冰块或VOCs凝固物质进行热交换，给冰块或VOCs凝固物质提供热量之后变成冷氮气，冷氮气在第三换热器W3中与热氮气进行热交换，变成热氮气之后进入第二换热器W2又与工艺废气进行热交换，然后排出。另一路小部分热氮气进入第二换热器W2的夹套，保持第二换热器W2钢壁的温度，然后排出，与之前的氮气出口汇集一起。

本液氮冷凝回收装置充分考虑了液氮冷量的利用效率，在工艺废气N1进口处先设计了预冷措施，即第一换热器W1，充分利用了冷凝之后的工艺废气中的冷量。为了把工艺废气N1中多余的VOCs物质冷凝变成液态，冷凝之后的工艺废气温度通常都较低（-50℃到-120℃），这部分冷量通过第一换热器W1与入口处的工艺废气N1进行热交换，可以对刚入口的工艺废气N1进行预冷。预冷有两个作用：其一，可以冷凝大部分水分或高沸点物质，防止其在第二换热器W2中凝固，堵塞管路；其二，VOCs废气温度降低了，减少第二换热器W2换热负载，降低液氮使用量，提高液氮使用效率。

本实用新型VOCs废气的液氮冷凝回收装置极大地提高了液氮的使用效率，节省液氮的使用量；废气中通常含有水分或高沸点VOCs物质，在第二换热器W2中与冷氮气发生热交换，容易结冰或VOCs物质凝固造成管路堵塞，增加换热器W1预冷处理，可以延缓这种堵塞现象，同时可以节省氮气的使用量；通过调节阀TV203，可以调节工艺气体的出口温度，每种VOCs物质冷凝温度都不同，调节合适的工艺气体出口温度，减少液氮的使用量，有益于其经济效益。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”等，其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个” 的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“安装”、“相连”、“连接”，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (9)

1.一种VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、工艺废气进气管、洁净气排放管道、冷凝液回收管道、第一气态氮管道、液态氮管道以及第二气态氮管道；所述工艺废气进气管、所述第一换热器、所述第二换热器和所述洁净气排放管道连接形成工艺气体回路，即所述工艺废气进气管连接所述第一换热器的进口，所述第一换热器的出口与第二换热器的进口连接，所述洁净气排放管道与所述第二换热器的出口连接并经过所述第一换热器进行换热；所述第二换热器、所述第三换热器、所述液态氮管道以及所述第一气态氮管道连接形成液氮冷凝回路，即液态氮管道经第三换热器、第二换热器换热后与所述第三换热器的进口连接，所述第一气态氮管道与所述第三换热器的出口连接并经第二换热器换热。

2.根据权利要求1所述的VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：在所述第二换热器和所述洁净气排放管道的出口之间还连接设有调节阀TV204。

3.根据权利要求2所述的VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：所述液态氮管道经所述第三换热器后还与所述第二换热器的夹套连接；所述第二换热器的夹套还与所述第一气态氮管道的出口连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：还包括第四电加热器，所述第二气态氮管道经所述第四电加热器后与所述第三换热器、所述第二换热器、所述第一气氮管道连接以形成气氮加热解冻回路。

5.根据权利要求4所述的VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：在所述液态氮管道上设有气动开关阀XV202。

6.根据权利要求5所述的VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：在所述第一气态氮管道上设有调节阀TV203。

7.根据权利要求6所述的VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：在所述第二气态氮管道上设有开关阀XV201。

8.根据权利要求7所述的VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：所述第一换热器和所述第二换热器与所述冷凝液回收管道连接形成冷凝液出口。

9.根据权利要求8所述的VOCs废气的液氮冷凝回收装置，其特征在于：所述第一换热器和所述第二换热器为板式换热器或管式换热器，所述第三换热器为板式换热器。