一種多組分VOCs吸附冷凝回收裝置的制造方法
【專利摘要】一種多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，可以實現(xiàn)對工業(yè)排放的多組分VOCs氣體進行吸附去除，同時以原位脫附的方式對飽和吸附劑進行再生利用，以分級冷凝的工藝將多組分VOCs分離回收。該結(jié)構(gòu)對VOCs氣體采用了除濕、預(yù)冷的前處理工藝，提高了裝置吸附凈化能力；以氮氣作為吹脫氣，增強了脫附效果，延長了吸附劑使用壽命，且氮氣在工藝中循環(huán)使用，降低了設(shè)備運行成本；同時將VOCs冷凝時制冷機組產(chǎn)生的廢熱回收利用，減少了裝置的能源消耗。該結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于石化、化工、噴涂、制藥、包裝印刷等行業(yè)，具有VOCs處理效率高、運行成本低、能源消耗小的特點。
【專利說明】
一種多組分VOCs吸附冷凝回收裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及利用物理方法進行分離的裝置，特別涉及一種多組分VOCs吸附冷凝回收裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)企業(yè)排放的揮發(fā)性有機物(VOCs)能夠?qū)θ祟惤】导按髿猸h(huán)境造成極大危害。其既可以直接破壞人體的呼吸、消化系統(tǒng)，也可以與大氣中的NOx發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，引發(fā)深層次的環(huán)境問題。
[0003]目前VOCs的處理技術(shù)包括銷毀和回收利用兩大類。銷毀技術(shù)是直接通過生化反應(yīng)將VOCs分解為二氧化碳和水，主要包括生物處理、催化燃燒、臭氧氧化、光催化等，這些方法通常運行成本高、能源消耗大。而回收利用技術(shù)是在不破壞有機分子結(jié)構(gòu)的前提下，通過一系列物理方法，對VOCs進行捕集、濃縮、收集利用，主要包括冷凝、溶液吸收、吸附和膜分離等，此類技術(shù)同樣存在處理效率低、有效周期短、二次污染嚴重等問題。
[0004]將上述技術(shù)優(yōu)化組合是克服各自缺點的一種有效辦法，在眾多的組合技術(shù)中，VOCs吸附冷凝回收技術(shù)由于工藝簡單、經(jīng)濟性好、相對成熟而得到了廣泛應(yīng)用。該方法首先采用活性炭等吸附劑對VOCs進行吸附凈化，一旦吸附劑飽和，需定期更換，同時將飽和吸附劑運送至冷凝回收裝置中，用蒸汽或熱空氣對其吹脫，將VOCs從吸附劑中脫附出來，然后通過深度冷凝，液化收集VOCs，實現(xiàn)回收利用。然而此過程存在如下問題:(I)吸附與冷凝回收過程分離，需要人工更換吸附劑，并負責(zé)飽和吸附劑運輸；(2)吸附在常溫下進行，吸附劑吸附量少，使用效率低；(3)用蒸汽吹脫再生的吸附劑，還需要干燥才能使用，且使用壽命大幅度減小;而用熱空氣吹脫出的VOCs可能處于爆炸極限，存在安全隱患，(4)該技術(shù)僅能回收單一組分VOCs，無法實現(xiàn)多組分VOCs分離收集；(5)冷凝過程中產(chǎn)生的廢熱沒有有效利用，能源效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提出一種多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，其結(jié)構(gòu)合理、安全可靠。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，包括吸附系統(tǒng)、VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)，其技術(shù)要點是，包括用于對廢氣進行預(yù)冷、除濕處理的帶有多個吸附劑固定床的吸附系統(tǒng);與吸附系統(tǒng)連接的用于在吸附系統(tǒng)進行吸附的同時對含有飽和吸附劑的吸附固定床進行脫附回收的VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)，VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)同時與為它提供冷凝回收的制冷系統(tǒng)連接。
[0007]所述的吸附系統(tǒng)由離心風(fēng)機、干燥塔、預(yù)冷器、第一吸附劑固定床組成，預(yù)冷器一路輸出端連接第一吸附劑固定床，吸附劑固定床與外界大氣相通;或吸附系統(tǒng)由離心風(fēng)機、干燥塔、預(yù)冷器、第二吸附劑固定床組成，預(yù)冷器一路輸出端連接第二吸附劑固定床，第二吸附劑固定床與外界大氣相通。
[0008]所述的預(yù)冷器為風(fēng)機盤管式換熱器。
[0009]所述的VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)包括依次連接在一起的氮氣發(fā)生器、氮氣控制閥、制冷機組蒸發(fā)器組、循環(huán)風(fēng)機、制冷機組冷凝器、及第一逆流換熱器、第二逆流換熱器、管道加熱器、第一吸附劑固定床、第二吸附劑固定床、第一冷卻風(fēng)機、第二冷卻風(fēng)機組成，其中，制冷機組冷凝器的一路輸出端連接第一逆流換熱器、制冷機組冷凝器的另一路輸出端連接第二逆流換熱器，二者均連接管道加熱器，管道加熱器的一路輸出端經(jīng)第一吸附劑固定床后連接至第一冷卻風(fēng)機，再與制冷機組蒸發(fā)器組相連，管道加熱器的另一路輸出端經(jīng)第二吸附劑固定床后連接至第二冷卻風(fēng)機，再與制冷機組蒸發(fā)器組相連。
[0010]所述的制冷系統(tǒng)包括由制冷機組冷凝器、膨脹閥、三通閥組、流量開關(guān)組、預(yù)冷器、壓縮機依次連接組成的第一制冷回路，及由制冷機組冷凝器、膨脹閥、三通閥組、流量開關(guān)組、制冷機組蒸發(fā)器組、壓縮機依次連接在一起組成的第二制冷回路;兩制冷回路共用壓縮機、膨脹閥與制冷機組冷凝器。
[0011]所述的第一逆流換熱器和第二逆流換熱器為螺旋板換熱器。
[0012]所述的制冷機組蒸發(fā)器組由多個串聯(lián)的套管式換熱器組成，在每個套管式換熱器底部均設(shè)有用于收集液態(tài)VOCs的排液口。
[0013]本實用新型的優(yōu)點及有益效果是:該多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，可以實現(xiàn)對工業(yè)排放的多組分VOCs氣體進行吸附去除，同時以原位脫附的方式對飽和吸附劑進行再生利用，以分級冷凝的工藝將多組分VOCs分離回收。該結(jié)構(gòu)對VOCs氣體采用了除濕、預(yù)冷的前處理工藝，提高了裝置吸附凈化能力；以氮氣作為吹脫氣，增強了脫附效果，延長了吸附劑使用壽命，且氮氣在工藝中循環(huán)使用，降低了設(shè)備運行成本;同時將VOCs冷凝時制冷機組產(chǎn)生的廢熱回收利用，減少了裝置的能源消耗。該結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于石化、化工、噴涂、制藥、包裝印刷等行業(yè)，具有VOCs處理效率高、運行成本低、能源消耗小的特點。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本實用新型實施例多組分VOCs吸附冷凝回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖中序號說明如下:I廢氣、2離心風(fēng)機、3干燥塔、4預(yù)冷器、5三通閥、6三通閥、7三通閥、8三通閥、9-1吸附劑固定床、9-2吸附劑固定床、1管道加熱器、11三通閥、12三通閥、13三通閥、14三通閥、15-1逆流換熱器、15-2逆流換熱器、16制冷機組冷凝器、17循環(huán)風(fēng)機、18制冷機組蒸發(fā)器、19四通閥、20氮氣控制閥、21氮氣發(fā)生器、22-1冷卻風(fēng)機、22-2冷卻風(fēng)機、23壓縮機、24膨脹閥、25三通閥組、26流量開關(guān)組，26_1流量開關(guān)、26_2流量開關(guān)、26_3流量開關(guān)。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖1和【具體實施方式】對本實用新型作詳細說明，以下描述僅作為示范和解釋，并不對本實用新型作任何形式上的限制。
[0018]本實施例中的多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，包括吸附系統(tǒng)、VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)，以與預(yù)冷器4 一路輸出端連接的吸附劑固定床9-1(或吸附劑固定床9-2)為核心組件，并對廢氣進行預(yù)冷、除濕處理的吸附系統(tǒng)；與預(yù)冷器4另一路輸出端連接的用于在吸附系統(tǒng)進行吸附的同時對含有飽和吸附劑的吸附固定床9_2(或吸附固定床9-1)進行脫附回收的VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)，VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)同時與為它提供冷凝回收的制冷系統(tǒng)連接。
[0019]其中，吸附系統(tǒng)由離心風(fēng)機2、干燥塔3、預(yù)冷器4、吸附劑固定床9-1組成，預(yù)冷器4一路輸出端經(jīng)三通閥5的5a接口、5b接口、三通閥7的7a接口、7c接口連接吸附劑固定床9_1，吸附劑固定床9-1經(jīng)三通閥11與外界大氣相通，其工作過程如下:
[0020]VOCs廢氣I由離心風(fēng)機2抽入本實施例的回收裝置，經(jīng)過干燥塔3除濕減少水分競爭吸附，經(jīng)預(yù)冷器4降溫提高吸附劑吸附能力，再依次經(jīng)過三通閥5的5a接口、5b接口、三通閥7的7a接口、7c接口，流入吸附劑固定床9-1，被吸附凈化后，潔凈的氣體由三通閥11的I Ia接口、11 c接口排出至大氣環(huán)境，完成凈化過程。
[0021 ]本實施例中的VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)包括依次連接在一起的氮氣發(fā)生器21、氮氣控制閥20、四通閥19、制冷機組蒸發(fā)器組18、循環(huán)風(fēng)機17、制冷機組冷凝器16、逆流換熱器15-2、管道加熱器1、吸附劑固定床9-2、冷卻風(fēng)機22-2，其中制冷機組冷凝器16的輸出端經(jīng)三通閥14的14a接口、14b接口經(jīng)逆流換熱器15-2的15_2a接口、15_2b接口、三通閥13的13b接口、13a接口與管道加熱器1連接，管道加熱器10經(jīng)三通閥8的8a接口、8c接口、三通閥6的6b接口、6c接口后連接吸附劑固定床9-2，吸附劑固定床9-2經(jīng)三通閥12的12a接口、12b接口連接逆流換熱器15-2的15-2c接口，逆流換熱器15-2的15-2d出口經(jīng)冷卻風(fēng)機22-2、四通閥19的19c接口、19d接口連接至制冷機組蒸發(fā)器組18。當吸附劑固定床9-1用于吸附廢氣，而吸附劑固定床9-2已處于飽和狀態(tài)時，利用上述回路實現(xiàn)對吸附劑固定床9-2中VOCs的脫附冷凝收集。
[0022]本實施例中，當吸附劑固定床9-1達到飽和、吸附劑固定床9-2吹脫后，將吸附劑固定床9-2作為吸附劑，此時，廢氣I由離心風(fēng)機2抽入本實施例的回收裝置，經(jīng)過干燥塔3除濕減少水分競爭吸附，經(jīng)預(yù)冷器4降溫提高吸附劑吸附能力，再依次經(jīng)過三通閥5a接口、5c接口、三通閥6的6a接口、6c接口，流入吸附劑固定床9-2，被吸附凈化后，潔凈的氣體由三通閥12的12a接口、12c接口排出至大氣環(huán)境，完成凈化過程。
[0023]此時，對吸附劑固定床9-1進行VOCs的脫附冷凝收集的回路為:
[0024]包括依次連接在一起的氮氣發(fā)生器21、氮氣控制閥20、四通閥19、制冷機組蒸發(fā)器18、循環(huán)風(fēng)機17、制冷機組冷凝器16、逆流換熱器15-1、管道加熱器10、吸附劑固定床9-1、冷卻風(fēng)機22-1組成，其中制冷機組冷凝器16的輸出端經(jīng)三通閥14的14a接口、14c接口經(jīng)逆流換熱器15-1的15-la接口、15-lb接口、三通閥13的13c接口、13a接口與管道加熱器10連接，管道加熱器10經(jīng)三通閥8的8a接口、8b接口、三通閥7的7b接口、7c接口后連接吸附劑固定床
9-1，吸附劑固定床9-1經(jīng)三通閥11的I Ia接口、I Ib接口連接逆流換熱器15_1的15_1 c接口，逆流換熱器15-1的15-ld出口經(jīng)冷卻風(fēng)機22-1、四通閥19的19a接口、19d接口后連接至制冷機組蒸發(fā)器組18。
[0025]本實施例中，VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)的工作過程為，以對含有飽和吸附劑的吸附劑固定床9-2進行脫附冷凝回收為例加以說明:首先將氮氣發(fā)生器21產(chǎn)生的氮氣，通過氮氣控制閥20吹入系統(tǒng)。氮氣經(jīng)四通閥19的19b接口、19d接口流向制冷機組蒸發(fā)器18-3、制冷機組蒸發(fā)器18-2、制冷機組蒸發(fā)器18-1，再通過循環(huán)風(fēng)機17、制冷機組冷凝器16、三通閥14的14a接口、14b接口、逆流換熱器15-2的15-2a接口、15-2b接口、三通閥13的13b接口、13a接口、管道加熱器10、三通閥8的8a接口、8c接口、三通閥6的6b接口、6c接口、吸附劑固定床9-
2、三通閥12的12a接口、12b接口、逆流換熱器15-2的15-2c接口、15-2d接口、冷卻風(fēng)機22-2，流回至四通閥19的19c接口，使裝置充滿氮氣。此時關(guān)閉氮氣控制閥20，利用循環(huán)風(fēng)機17維持氮氣循環(huán)流動。隨后將本實施例中的裝置調(diào)整到開啟模式，此狀態(tài)下制冷機組蒸發(fā)器18-
3、制冷機組蒸發(fā)器18-2、制冷機組蒸發(fā)器18-1暫停供冷，制冷系統(tǒng)僅保持預(yù)冷器4正常工作，同時冷卻風(fēng)機22-2不運行，氮氣從制冷機組冷凝器16中回收制冷時產(chǎn)生的熱量，再由管道加熱器10加熱至脫附VOCs所需的溫度；隨后系統(tǒng)進入正常工作模式，此狀態(tài)下制冷機組蒸發(fā)器18-3、制冷機組蒸發(fā)器18-2、制冷機組蒸發(fā)器18-1開啟供冷，并打開冷卻風(fēng)機22-2，氮氣依次流經(jīng)制冷機組冷凝器16、逆流換熱器15-2的15-2a接口、15-2b接口、管道加熱器10，三次升溫達到VOCs脫附溫度，將VOCs從吸附劑中解析，再依次流經(jīng)逆流換熱器15-2c接口、15-2d接口、冷卻風(fēng)機22-2和制冷機組蒸發(fā)器18-3、制冷機組蒸發(fā)器18-2、制冷機組蒸發(fā)器18-1依次降溫，最終將VOCs冷凝回收。制冷機組蒸發(fā)器18-3、制冷機組蒸發(fā)器18-2、制冷機組蒸發(fā)器18-1底部設(shè)有排液口用于收集液態(tài)VOCs。
[0026]本實施例中的制冷系統(tǒng)包括由制冷機組冷凝器16、膨脹閥24、三通閥組25、流量開關(guān)組26、預(yù)冷器4、壓縮機23、依次連接組成的第一制冷回路，及由制冷機組冷凝器16、膨脹閥24、三通閥組25、流量開關(guān)組26、制冷機組蒸發(fā)器組18、壓縮機23依次連接在一起組成的第二制冷回路，兩制冷回路共用壓縮機23、膨脹閥24與制冷機組冷凝器16。
[0027]其中預(yù)冷器4為風(fēng)機盤管式換熱器;逆流換熱器15-1、15_2為螺旋板換熱器。制冷機組蒸發(fā)器組18為3個串聯(lián)的套管式換熱器，其底部設(shè)有排液口，用于收集液態(tài)VOCs。
[0028]制冷系統(tǒng)的工作過程為:當VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)處于啟動模式時，通過閥組25的控制，使冷媒僅在預(yù)冷器4、壓縮機23、制冷機組冷凝器16、膨脹閥24、流量開關(guān)26-4中循環(huán)制冷，而不流向制冷機組蒸發(fā)器18-3、制冷機組蒸發(fā)器18-2、制冷機組蒸發(fā)器18-1;當VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)處于正常工作模式時，閥組25全部開啟，制冷機組蒸發(fā)器18-3、18-
2、18-1與預(yù)冷器4同時循環(huán)制冷，對VOCs進行冷凝回收，通過流量開關(guān)組26控制冷媒在各用冷終端的流量，實現(xiàn)冷量不同分布，使各制冷機組蒸發(fā)器達到不同制冷溫度，將不同組分VOCs冷卻分離。例如，控制流量開關(guān)26-3、流量開關(guān)26-2、流量開關(guān)26-1三者的流量比例為6:4: 3時，可以分別在制冷機組蒸發(fā)器18-3、制冷機組蒸發(fā)器18-2、制冷機組蒸發(fā)器18-1中得到間二甲苯、甲苯與苯。
[0029]當本實施例中的裝置處理凈化的VOCs以苯系物為主時，吸附系統(tǒng)干燥塔中的干燥劑可以選擇用無水CaCl2、無水MgSO4或無水Na2SO4;當系統(tǒng)處理凈化的VOCs含有醇、酚胺、酰胺、醛、酮、酯時，吸附系統(tǒng)干燥塔中的干燥劑可以選擇用無水MgS(k或無水Na2S04 ；
[0030]當本實施例中的裝置選用活性炭作為吸附劑時，吸附VOCs量達到自身質(zhì)量分數(shù)的25%時，需要再生；當裝置選用活性炭纖維作為吸附劑時，吸附VOCs量達到自身質(zhì)量分數(shù)的50%時，需要再生；當裝置選用分子篩作為吸附劑時，吸附VOCs量達到自身質(zhì)量分數(shù)的30%時，需要再生。
[0031]本實施例以含有兩個吸附劑固定床、冷凝回收三種VOCs的裝置為例。實際過程中，吸附劑固定床可以進行擴展，同時通過改變制冷機組蒸發(fā)器數(shù)量可以回收多組分VOCs。
[0032]雖然以上描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域內(nèi)的熟練的技術(shù)人員應(yīng)當理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，而不背離本實用新型的原理和實質(zhì)。本實用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項】
1.一種多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，包括吸附系統(tǒng)、VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)，其特征在于，包括用于對廢氣進行預(yù)冷、除濕處理的帶有多個吸附劑固定床的吸附系統(tǒng);與吸附系統(tǒng)連接的用于在吸附系統(tǒng)進行吸附的同時對含有飽和吸附劑的吸附固定床進行脫附回收的VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)，VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)同時與為它提供冷凝回收的制冷系統(tǒng)連接。2.如權(quán)利要求1所述的多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，其特征在于，所述的吸附系統(tǒng)由離心風(fēng)機、干燥塔、預(yù)冷器、第一吸附劑固定床組成，預(yù)冷器一路輸出端連接第一吸附劑固定床，吸附劑固定床與外界大氣相通;或吸附系統(tǒng)由離心風(fēng)機、干燥塔、預(yù)冷器、第二吸附劑固定床組成，預(yù)冷器一路輸出端連接第二吸附劑固定床，第二吸附劑固定床與外界大氣相通。3.如權(quán)利要求2所述的多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，其特征在于，所述的預(yù)冷器為風(fēng)機盤管式換熱器。4.如權(quán)利要求1所述的多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，其特征在于，所述的VOCs脫附冷凝收集系統(tǒng)包括依次連接在一起的氮氣發(fā)生器、氮氣控制閥、制冷機組蒸發(fā)器組、循環(huán)風(fēng)機、制冷機組冷凝器、及第一逆流換熱器、第二逆流換熱器、管道加熱器、第一吸附劑固定床、第二吸附劑固定床、第一冷卻風(fēng)機、第二冷卻風(fēng)機組成，其中，制冷機組冷凝器的一路輸出端連接第一逆流換熱器、制冷機組冷凝器的另一路輸出端連接第二逆流換熱器，二者均連接管道加熱器，管道加熱器的一路輸出端經(jīng)第一吸附劑固定床后連接至第一冷卻風(fēng)機，再與制冷機組蒸發(fā)器組相連，管道加熱器的另一路輸出端經(jīng)第二吸附劑固定床后連接至第二冷卻風(fēng)機，再與制冷機組蒸發(fā)器組相連。5.如權(quán)利要求4所述的多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，其特征在于，所述的第一逆流換熱器和第二逆流換熱器為螺旋板換熱器。6.如權(quán)利要求4所述的多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，其特征在于，所述的制冷機組蒸發(fā)器組由多個串聯(lián)的套管式換熱器組成，在每個套管式換熱器底部均設(shè)有用于收集液態(tài)VOCs的排液口。7.如權(quán)利要求1所述的多組分VOCs吸附冷凝回收裝置，其特征在于，所述的制冷系統(tǒng)包括由制冷機組冷凝器、膨脹閥、三通閥組、流量開關(guān)組、預(yù)冷器、壓縮機依次連接組成的第一制冷回路，及由制冷機組冷凝器、膨脹閥、三通閥組、流量開關(guān)組、制冷機組蒸發(fā)器組、壓縮機依次連接在一起組成的第二制冷回路;兩制冷回路共用壓縮機、膨脹閥與制冷機組冷凝器。
【文檔編號】B01D53/00GK205598887SQ201620303902
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】李倬, 李一倬, 邵春巖, 王維寬, 劉光聰
【申請人】沈陽環(huán)境科學(xué)研究院