專利名稱：一種吸附床循環(huán)解吸分流回收再生方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工分離、環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸附床循環(huán)解吸分流回收再生方法及其裝置。
背景技術(shù)：
吸附是一項傳統(tǒng)的分離技術(shù)在化工、環(huán)保等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。吸附過程中的脫附回收是整個過程的核心之一。傳統(tǒng)的脫附方法有水蒸汽、熱氣體脫附，變壓脫附，溶劑置換，近年又出現(xiàn)了電熱法、氧化再生法、超聲波再生法等新的脫附方法[1，2]。水蒸汽、熱氣體脫附法，適用于脫附沸點較低的低分子碳氫化合物和芳香族有機物的飽和炭，水蒸汽熱焓高且較易得，脫附經(jīng)濟性和安全性較好，但是對于較高沸點的物質(zhì)脫附能力較弱，需較長的脫附周期，易造成系統(tǒng)的腐蝕，對系統(tǒng)材料性能要求的提高；回收的物質(zhì)中含水量較高，還存在冷凝水的二次污染問題，解吸易于水解的污染物(如鹵代烴)時會影響回收物的品質(zhì)，水蒸氣脫附后的吸附系統(tǒng)需要較長時間的冷卻干燥，才能再次投入使用。與水蒸氣解吸相比，熱氣體解吸的冷凝水二次污染很少，回收的有機物含水量低(對于水溶性的有機物更顯優(yōu)勢)，便于進一步精制回收，吸附床再生干燥、冷卻的時間較短，對吸附系統(tǒng)材料要求相對較低[3]。熱氣體脫附的缺點是氣體熱容量較小，氣體熱交換所需面積相對較大[4]。另外，如果直接采用熱空氣解吸，可能存在一定的危險性，而且氧的存在會影響回收物質(zhì)的品質(zhì)，所以熱氣體再生過程中對氣體氧含量有一定的要求，增加回收費用。
溶劑置換法通過改變吸附組分的濃度，使吸附劑解吸，放出吸附組分，然后加熱排除溶劑，使吸附劑再生，藥劑洗脫和超臨界流體再生法是其代表。藥劑洗脫法適用于脫附高濃度、低沸點的有機物，利用反應(yīng)產(chǎn)物在一定條件下易脫附的特點，使吸附質(zhì)與適宜的化學藥品反應(yīng)，達到再生活性炭的目的。此法有時可以從再生液中回收有用物質(zhì)，再生操作可在吸附塔內(nèi)進行，活性炭損耗較小，但是所用有機溶劑價格高、有些具有毒性，會帶來二次污染，針對性強，再生不徹底，會堵塞活性炭的微孔，影響吸附性能的恢復(fù)率，多次再生后活性炭的吸附性能明顯降低。超臨界流體再生法利用超臨界流體作為溶劑，將吸附在活性炭上的有機污染物溶解于超臨界流體之中，再利用流體性質(zhì)與溫度和壓力的關(guān)系，將有機物與超臨界流體分離，達到再生的目的。該法操作溫度低，不改變吸附物的物理、化學性質(zhì)和活性炭的原有結(jié)構(gòu)，活性炭沒有任何損耗，有利于吸附質(zhì)的重新利用，切斷二次污染，并實現(xiàn)操作的連續(xù)化，再生設(shè)備占地小，節(jié)約能耗。但是，該法所研究的有機污染物十分有限，難以證明該技術(shù)應(yīng)用的廣泛性[3]。電熱解吸法，F(xiàn)abuss和Dubois在1970年利用吸附材料的導(dǎo)電性，向吸附飽和后的吸附劑施加電流，利用焦耳效應(yīng)生熱，為解吸提供能量。目前，電流有兩種產(chǎn)生方式電極直接產(chǎn)生電流和電磁感應(yīng)間接產(chǎn)生電流。與傳統(tǒng)變溫解吸法相比，再生氣流量可以減少10％～20％。但是直接加熱時在顆?；钚蕴康慕佑|面會出現(xiàn)過熱點，影響吸附床層的溫度的控制，難以放大，另外在電極布置連接和絕緣方面還有待進一步深入研究[5，6]。其他的脫附方法還有微波脫附法、超聲波等，從工作原理上而言均具有較好的發(fā)展?jié)摿Γ_到工程應(yīng)用還由很多工作待做。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能耗低，惰性氣體消耗量低，再生時間短，回收物質(zhì)品質(zhì)好，較少二次污染的吸附床循環(huán)解吸分流回收再生方法及其裝置。
下面以對采用了發(fā)明提出的解吸再生方法的完整的排氣中吸附回收凈化有機物工藝的描述說明發(fā)明內(nèi)容。
本發(fā)明提出的吸附床循環(huán)解吸分流回收再生方法，通過兩臺以上含有吸附劑的吸附器交替循環(huán)進行連續(xù)吸附、解吸過程，實現(xiàn)排氣中有機物連續(xù)的吸附、脫附和回收，具體步驟如下(1)含有機物的排氣依次通過過濾器1、阻火器2，在程控閥和主風機17的控制下，進入其中一臺吸附器，當吸附器到達穿透點，則完成排氣中有機物的吸附過程；(2)對步驟(1)中所述循環(huán)回路中通入補充氣源30，對氣體加熱循環(huán)回路中的含氧氣體進行置換，使循環(huán)回路中氧含量低于10％；啟動加熱氣體循環(huán)風機19，循環(huán)風機19的流量為主風機17流量的20-120％；(3)將步驟(2)中循環(huán)回路中氣體通過加熱器21加熱到設(shè)定溫度，對吸附劑中的有機物進行脫附；當循環(huán)回路中氣體加熱循環(huán)到設(shè)定時間后，部分循環(huán)加熱脫附后富含有機物的氣體采用分流冷凝，由旁路分流系統(tǒng)進入熱交換器23冷卻，得到部分有機物冷卻液直接回收，分流比為1％-50％；其余部分氣體則進入冷凝器27進一步冷凝，冷凝后得到的有機物冷凝液回收；(4)步驟(3)冷凝中的未冷凝部分氣體依次通過冷凝器風機25、流量探測儀24、重新返回熱交換器23加熱，重新回到氣體加熱循環(huán)回路；(5)當?shù)竭_設(shè)定脫附時間后，控制系統(tǒng)通過程控閥使吸附器退出脫附狀態(tài)，通過風冷后，準備進入下一周期的吸附過程；其中氣體管道回路的容積為吸附劑裝填容積的2-20倍。
本發(fā)明中，所述補充氣源采用低含氧量氣體，如氮氣、二氧化碳或凈化后的燃燒煙氣等惰性氣體中任一種。
本發(fā)明提出的吸附床循環(huán)解吸分流回收再生裝置，由過濾器1、阻火器2、吸附器、氧含量測定探頭3、主風機17、循環(huán)氣體計量儀18、熱氣體循環(huán)風機19、循環(huán)氣流加熱器21、分流氣體熱交換器23、分流氣體流量計24、分流冷凝氣體風機25、分流氣體冷凝器27、補充氣源30及相應(yīng)的管道、程控閥和控制系統(tǒng)連接而成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，過濾器1和阻火器2相連，阻火器2通過程控閥連接吸附器一端、吸附器另一端通過程控閥連接主風機17；循環(huán)氣體計量儀18、循環(huán)風機19和循環(huán)氣流加熱器21依次相連，并接于吸附器兩端構(gòu)成氣體加熱循環(huán)回路；分流氣體熱交換器23、分流氣體冷凝器27、分流冷凝氣體風機25和分流氣體流量計24依次相連，并接于程控閥22和程控閥26兩端，構(gòu)成分流冷凝回路；補充氣源30通過程控閥31接于循環(huán)氣流加熱器21和吸附器之間；氧含量測定探頭3和單向截止閥4相連，并接于阻火器2和吸附器之間；氧含量測定探頭3、各程控閥、主風機17、循環(huán)氣體流量儀18、熱氣體循環(huán)風機19、分流氣體流量計24、分流冷凝氣體風機25分別連接控制系統(tǒng)，吸附器為2-10個。
本發(fā)明中，所述吸附器之間并聯(lián)。
本發(fā)明中，解吸過程采用帶分流循環(huán)氣路方式。氣體加熱到一定溫度后進入吸附器對其進行脫附。在氣體加熱循環(huán)到一定的時間后，部分循環(huán)加熱脫附后富含有機物的氣體通過旁路分流系統(tǒng)進入熱交換器冷卻，得到部分有機物冷卻液回收，其余部分氣體進入冷凝器進一步冷凝，冷凝后得到的有機物冷凝液回收，冷凝中的未冷凝部分氣體進入熱交換器加熱，重新回到循環(huán)氣流加熱體系。當?shù)竭_設(shè)定脫附時間后，控制系統(tǒng)通過程控制閥使吸附器退出脫附狀態(tài)，通過風冷后，準備進入下一周期的吸附過程。
本發(fā)明通過低含氧氣體閉路循環(huán)系統(tǒng)來進行吸附劑的解吸有以下益處(1)閉路循環(huán)在不影響傳熱速率的情況下有效地提高了氣相中有機氣體的分壓，有利于冷凝分離，(2)由于閉路循環(huán)，控制了回路氣體中的總含氧量，使得再生過程中有機物發(fā)生化學變化的可能性大大降低，回收有機物的品質(zhì)較好，(3)低含氧總量確保了系統(tǒng)安全性。
本發(fā)明通過采用分流冷凝的方式可大大降低冷凝工藝設(shè)備投入和能耗，有效提高再生回收工藝的經(jīng)濟性。
本發(fā)明通過在待冷凝氣體和冷凝后排氣間設(shè)定熱交換器，可進一步降低分流冷凝系統(tǒng)中氣體加熱和冷卻的能耗，從而降低有機物回收的成本。
本發(fā)明可通過提高解吸氣體溫度的方式，在系統(tǒng)設(shè)備費用增加不多的情況下，進行一些較高沸點(如沸點166℃的DMAC)有機物的回收。
本發(fā)明與水蒸氣解吸相比，冷卻費用低，基本上無二次污染，回收的有機物含水量低(對于水溶性的有機物更顯優(yōu)勢)，便于進一步精制回收，同時再生干燥、冷卻所需的時間較短。
本發(fā)明通過循環(huán)氣體熱解吸，分流氣體熱交換和冷凝回收相結(jié)合的工藝方式，可自動連續(xù)的完成吸附床脫附吸附質(zhì)的回收目的，在保證回收得率的前提下有效地提高了解吸過程的能源利用效率，同時有效地控制冷卻系統(tǒng)的投資規(guī)模，解決了熱氣體解吸的安全問題，同時得到的回收有機物純度高，后續(xù)的精制費用低，擴展了化工吸附分離、吸附回收氣態(tài)污染物的應(yīng)用范圍。本發(fā)明可用于化工吸附分離、氣體污染凈化和有機溶劑回收場合，特別適合于水溶性、易水解有機溶劑尾氣回收，其回收得率大于85％。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖中標號1為過濾器，2為阻火器，3為氧含量測定探頭，4為單向截止閥，5、6、7、8、9、10、13、14、15、16、20、22、26、28、29、31分別為程控閥，11、12分別為吸附器，17為主風機，18為循環(huán)氣體計量儀，19為循環(huán)風機，21為循環(huán)氣流加熱器，23為分流氣體熱交換器，24為分流氣體流量計，25為風機，27為冷凝器，30為補充氣源。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。5000m3/h甲苯廢氣處理回收。
實施例1-實施例3將下列各部件按圖1所示方式連接，該領(lǐng)域的技術(shù)人員均能順利實施。本發(fā)明裝置由一個氣體過濾器采用AF5-N型，一個阻火器采用網(wǎng)型HGS07、兩個裝填有吸附劑的吸附器采用CAU5-G型、一臺主風機采用BF9-26NO5A型、一臺熱交換器采用AAE-2-B型、一臺循環(huán)氣流加熱器采用GL-5型、一臺氣體冷凝器采用TLS-10-12-400型、一臺循環(huán)風機采用BF9-264A型，補充氣源31采用氮氣，氧含量測定探頭3采用TB2A氧化鋯氧探頭，自動控制系統(tǒng)采用PLC程序控制器，程控閥的型號為KVD氣動碟閥。
系統(tǒng)運行時，含甲苯的排氣由過濾器1去除顆粒物后，經(jīng)阻火器2進入后續(xù)的回收再生系統(tǒng)，下面以吸附器11為例說明工藝過程。
自動控制系統(tǒng)通過對程控閥和主風機17的控制，確定系統(tǒng)管道中的氣流工藝流向，即此時程控閥5、程控閥15打開，程控閥7、程控閥9、程控閥13處于關(guān)閉狀態(tài)，使含有甲苯的有機廢氣通過吸附器11吸附凈化后排放，當吸附器11接近穿透點時，則完成排氣中甲苯的吸附過程。
在再生階段，自動控制系統(tǒng)通過對程控閥的控制，將吸附器11切換到再生狀態(tài)。即此時程控閥5、程控閥15關(guān)閉，程控閥9、程控閥13、程控閥31打開。通過氧含量測定探頭3測定循環(huán)回路中的氧含量，以氮氣作為補充氣源30通入循環(huán)回路中，對循環(huán)回路中含氧氣體進行置換，當氧含量測定探頭3顯示管線中氧含量體積百分比低于10％時，關(guān)閉程控閥9和程控閥31，打開程控閥7、程控閥20。
開啟循環(huán)風機19，啟動氣體加熱器熱媒開關(guān)，形成解吸氣加熱及循環(huán)流動，循環(huán)風機19的流量分別控制在主風機17流量的20％～40％、50％-70％、80％-120％，待達到設(shè)定溫度一定時間后，打開程控閥22、程控閥26、冷凝器27的冷媒開關(guān)，適當關(guān)閉流量控制閥20。
達到設(shè)定溫度的氣體通過管線對吸附器11中的吸附劑進行解吸，解吸后的高濃度富含甲苯的氣體部分分流進入冷凝回路，分流比分別為1％-10％、20％-25％、40％-50％，通過熱交換器23得到一定程度的冷卻后，得到部分有機物冷卻液直接回收，其余部分甲苯氣體進入冷凝器27中進一步冷凝，甲苯在冷凝器27中從氣體冷凝成液體后，由程控閥28排出輸送到溶劑儲槽，直接回收。冷凝后的剩余部分氣體依次通過冷凝器風機25、流量探測儀24、重新返回熱交換器23加熱，通過熱交換器23與解吸后的高濃度含甲苯氣體換熱后升溫，回到氣流加熱循環(huán)回路，重復(fù)進行分流冷凝，當?shù)竭_設(shè)定脫附時間后，控制系統(tǒng)通過關(guān)閉程控閥，使吸附器11退出脫附階段，準備進入下一周期的吸附過程。
解吸完成后吸附器11通過較短時間的冷卻，即可投入下一周期的吸附操作。其中，氣體管道回路的容積分別為吸附劑裝填容積的2-5倍、5-10倍、15-20倍。
當吸附器11完成吸附過程，自動控制系統(tǒng)通過對程控閥和主風機17的控制，重新確定系統(tǒng)管道中的氣流工藝流向，即程控閥6、程控閥16打開，程控閥8、程控閥10、程控閥14處于關(guān)閉狀態(tài)，使待處理氣體通過吸附器12進入吸附過程。吸附器11和12的吸附、解吸交替操作，可實現(xiàn)排氣中有機物連續(xù)的吸附、脫附和回收操作。
權(quán)利要求
1.一種吸附床循環(huán)解吸分流回收再生方法，其特征在于通過兩臺以上含有吸附劑的吸附器交替循環(huán)進行連續(xù)吸附、解吸過程，實現(xiàn)排氣中有機物連續(xù)的吸附、脫附和回收，具體步驟如下(1)含有機物的排氣依次通過過濾器(1)、阻火器(2)，在程控閥和主風機(17)的控制下，進入其中一臺吸附器，當吸附器到達穿透點，則完成排氣中有機物的吸附過程；(2)對步驟(1)中所述循環(huán)回路中通入補充氣源(30)，對氣體加熱循環(huán)回路中的含氧氣體進行置換，使循環(huán)回路中氧含量低于10％，啟動加熱氣體循環(huán)風機(19)，循環(huán)風機(19)的流量為主風機(17)流量的20-120％；(3)將步驟(2)中所述循環(huán)回路中氣體通過加熱器(21)加熱到設(shè)定溫度，對吸附劑中的有機物進行脫附，當循環(huán)回路中氣體加熱到設(shè)定時間后，部分循環(huán)加熱脫附后富含有機物的氣體采用分流冷凝，由旁路分流系統(tǒng)進入熱交換器(23)冷卻，得到部分有機物冷卻液回收，分流比為1％-50％；其余部分氣體則進入冷凝器(27)進一步冷凝，冷凝后得到的有機物冷凝液回收；(4)步驟(3)冷凝中的未冷凝部分氣體依次通過冷凝器風機(25)、流量探測儀(24)、重新返回熱交換器(23)加熱，重新回到氣體加熱循環(huán)回路，重復(fù)步驟(3)；(5)當?shù)竭_設(shè)定脫附時間后，控制系統(tǒng)通過程控閥使吸附器退出脫附狀態(tài)，通過風冷后，準備進入下一周期的吸附過程；其中氣體管道回路的容積為吸附劑裝填容積的2-20倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本吸附床循環(huán)解吸分流回收再生方法，其特征在于所述補充氣源采用低含氧量氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的本吸附床循環(huán)解吸分流回收再生方法，其特征在于所述低含氧量氣體為氮氣、二氧化碳或凈化后的燃燒煙氣中任一種。
4.一種如權(quán)利要求1所述的吸附床循環(huán)解吸分流回收再生裝置，由過濾器(1)、阻火器(2)、吸附器、氧含量測定探頭(3)、主風機(17)、循環(huán)氣體計量儀(18)、熱氣體循環(huán)風機(19)、循環(huán)氣流加熱器(21)、分流氣體熱交換器(23)、分流氣體流量計(24)、分流冷凝氣體風機(25)、分流氣體冷凝器(27)、補充氣源(30)及相應(yīng)的管道、程控閥和控制系統(tǒng)連接而成，其特征在于過濾器(1)和阻火器(2)相連，阻火器(2)通過程控閥連接吸附器一端、吸附器另一端通過程控閥連接主風機(17)；循環(huán)氣體計量儀(18)、循環(huán)風機(19)和循環(huán)氣流加熱器(21)依次相連，并接于吸附器兩端構(gòu)成氣體加熱循環(huán)回路；分流氣體熱交換器(23)、分流氣體冷凝器(27)、分流冷凝氣體風機(25)和分流氣體流量計(24)依次相連，并接于程控閥(22)和程控閥(26)兩端，構(gòu)成分流冷凝回路；補充氣源(30)通過程控閥(31)接于循環(huán)氣流加熱器(21)和吸附器之間；氧含量測定探頭(3)和單向截止閥(4)相連，并接于阻火器(2)和吸附器之間；氧含量測定探頭(3)、各程控閥、主風機(17)、循環(huán)氣體流量儀(18)、熱氣體循環(huán)風機(19)、分流氣體流量計(24)、分流冷凝氣體風機(25)分別連接控制系統(tǒng)，吸附器為2-10個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的吸附床循環(huán)解吸分流回收再生裝置，其特征在于所述吸附器之間并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工分離、環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸附床循環(huán)解吸分流回收再生方法及其裝置。本發(fā)明通過對吸附床熱氣體循環(huán)解吸，部分解吸氣流旁路熱交換和冷凝回收相結(jié)合的工藝方式，可經(jīng)濟有效的進行吸附床的熱氣體再生過程，克服以往熱氣體解吸過程能耗高，換熱設(shè)備投入大的局限性，同時保持了熱氣體解吸工藝回收的有機物品質(zhì)較純的優(yōu)點。本發(fā)明可用于化工吸附分離過程及環(huán)保氣體污染凈化和有機溶劑回收等場合，特別適合于大風量連續(xù)排放的有機物尾氣回收，回收率大于85％。
文檔編號B01D53/44GK101081361SQ20071004292
公開日2007年12月5日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者羌寧, 裴冰, 李婕 申請人:同濟大學