一種有機廢氣吸附回收裝置和工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有機廢氣吸附回收裝置和工藝，所述裝置包括至少兩個高分子樹脂吸附塔、熱泵、真空泵、冷凝器、儲液罐等，高分子樹脂吸附塔內(nèi)部至下而上設(shè)有廢氣進入?yún)^(qū)、供氣體吸附凈化的凈化區(qū)及凈化氣排出區(qū)，凈化區(qū)布置有水平鋪設(shè)的吸附層，所述的吸附層由固定在所述的吸附塔上的多孔支撐板、平鋪于多孔支撐板上方的換熱盤管、充盈鋪設(shè)于換熱盤管上方吸附塔橫截面上的高分子樹脂層依次疊置構(gòu)成，換熱盤管設(shè)有與吸附塔外部的熱泵連通的入口和出口。本發(fā)明采用不易燃的高分子樹脂為吸附劑，對中高濃度有機廢氣去除率在98%以上，有機廢氣回收率在95%以上，樹脂再生完全，有機廢氣可以達標(biāo)排放。
【專利說明】一種有機廢氣吸附回收裝置和工藝
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大氣污染控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種有機廢氣吸附回收裝置和工藝，以高分子樹脂為吸附劑的工藝，特別適用于中高濃度有機廢氣(VOCS)吸附一脫附回收中。
(二)【背景技術(shù)】
[0002]中高濃度有機廢氣產(chǎn)生于石化和制藥等行業(yè)的反應(yīng)系統(tǒng)、真空干燥系統(tǒng)和儲存系統(tǒng)，有機廢氣量大，純度和濃度高，如果不及時處理會造成大范圍污染事故。吸附-脫附回收工藝是經(jīng)濟、高效的中高濃度有機廢氣處理技術(shù)。此工藝通過吸附劑吸附中高濃度有機廢氣，然后采用再生技術(shù)，把有機分子從吸附劑表面脫附出來，冷凝回收得到有機液體重新利用。
[0003]吸附工藝最核心內(nèi)容是吸附劑，工業(yè)常用的吸附劑有活性炭、硅膠和分子篩。其中活性炭由于吸附容量大、處理效率高，使用最為廣泛。但活性炭存在一個致命的缺陷——易燃，在吸附中高濃度有機廢氣時，吸附產(chǎn)生的大量吸附熱，極易導(dǎo)致床層飛溫和活性炭燃燒，存在很大的安全隱患，因此中高濃度有機廢氣一直是活性炭材料吸附的一個禁區(qū)。其它具有高熱穩(wěn)定性的吸附劑(如分子篩和疏水性硅膠)雖然在中高濃度油氣吸附中得到了一些應(yīng)用，但和活性炭比較，分子篩和硅膠普遍存在疏水性低，吸附容量小和吸附效率低的缺點。
[0004]大孔高分子樹脂作為一種非常優(yōu)良的吸附劑(何炳林，離子交換和吸附樹脂，上海科技教育出版社，1995)，已被廣泛應(yīng)用到廢水處理、藥物提取和液體分離凈化中。最新研究表明(盧晗鋒等，中國環(huán)境科學(xué)，2012, 32 (I): 1943-1950 ;龍超，Chemical EngineeringJournal, 2013221:105-110 ;發(fā)明專利:201110287717.5)，當(dāng)大孔樹脂經(jīng)過高交聯(lián)后，同樣對有機廢氣也有著優(yōu)良的吸附特性，尤其是針對高濃度的有機蒸汽，其吸附容量隨著濃度增加而增加。更為重要的是，有機廢氣在樹脂表面的吸附熱較低，吸附過程升溫較小，并且本身屬于不易燃材料，因此相比較活性炭和高分子樹脂，其安全系數(shù)大大提高，是中高濃度有機廢氣最有潛力的吸附材料之一。
[0005]另外，在實際工業(yè)應(yīng)用中，吸附劑再生是一個關(guān)鍵技術(shù)。目前工業(yè)再生工藝普遍采用水蒸氣再生技術(shù)，水蒸氣再生技術(shù)雖然可較為完全的脫除吸附的有機分子，但存在如下幾個無法避免的問題:(1)水蒸氣消耗量大，脫附時間長；(2)再生吸附劑含水率高，嚴重影響其二次吸附容量；(3)干燥、冷卻時間長、能耗大；(4)干燥廢氣和冷凝廢水會造成二次污染；(5)回收有機物含水率高，增加后續(xù)工藝分離成本；(6)設(shè)備腐蝕嚴重。
[0006]由于吸附劑和再生兩方面的問題，中高濃度有機廢氣的吸附回收一直是大氣污染控制領(lǐng)域的一個難點。因此迫切需要開發(fā)一種新型吸附-脫附工藝，不僅使中高濃度有機廢氣去除率高，而且安全、能耗低，資源回收利用率高。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有中高濃度有機廢氣直接冷凝技術(shù)能耗大的缺點，以及活性炭吸附劑存在易燃的安全隱患問題，本發(fā)明提出了一種中高濃度有機廢氣吸附-脫附回收的新工藝和裝置。
[0008]本發(fā)明的目的是提供一種樹脂吸附-脫附快速回收有機廢氣的技術(shù)，可提高脫除率，加快脫附速率，降低能耗，實現(xiàn)有機廢氣的完全回收。本發(fā)明裝置及工藝不僅消除了有機廢氣的污染，而且實現(xiàn)有機化合物資源的綜合利用，特別適用于中高濃度有機廢氣的揮回收處理。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0010]一種高分子樹脂吸附塔，所述高分子樹脂吸附塔內(nèi)部至下而上設(shè)有廢氣進入?yún)^(qū)、供氣體吸附凈化的凈化區(qū)及凈化氣排出區(qū)，所述凈化區(qū)布置有水平鋪設(shè)的吸附層，所述的吸附層由固定在所述的吸附塔上的多孔支撐板、平鋪于多孔支撐板上方的換熱盤管、充盈鋪設(shè)于換熱盤管上方吸附塔橫截面上的高分子樹脂層依次疊置構(gòu)成，所述換熱盤管設(shè)有與吸附塔外部的熱泵連通的入口和出口 ；所述廢氣進入?yún)^(qū)開設(shè)有廢氣入口及脫附氣出口，所述的廢氣入口設(shè)在吸附層下方的廢氣進入?yún)^(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的脫附氣出口設(shè)在吸附塔的塔底；所述的凈化氣排出區(qū)設(shè)有凈化氣出口和氮氣入口，所述的凈化氣出口和氮氣入口均布置在吸附層上方的凈化氣排出區(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的廢氣入口通過吸附層與凈化氣出口氣連通；所述的廢氣入口、凈化氣出口、氮氣入口及脫附氣出口各自設(shè)有控制閥門。
[0011]進一步，優(yōu)選所述凈化區(qū)布置有2-10層的吸附層。相鄰的吸附層之間留有間距，隔開一定的空間間隙，便于填裝樹脂，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員為了實現(xiàn)方案可以理解的。
[0012]進一步，所述高分子樹脂層由大孔高交聯(lián)樹脂組成，所述樹脂的比表面積大于600m2/g,孔徑在l_50nm,孔體積大于0.3ml/g。
[0013]所述充盈鋪設(shè)于換熱盤管上方吸附塔橫截面上的高分子樹脂層，是指高分子樹脂層在吸附塔橫截面的平面空間上是充盈填滿的，有機氣體必須經(jīng)過高分子樹脂層才能到達吸附層上方的凈化氣排出區(qū)。
[0014]所述換熱盤管的鋪設(shè)形狀可以為任意形狀，但盤管之間留有縫隙可供氣體通過，為保證充分換熱，優(yōu)選換熱盤管鋪設(shè)為蛇形。
[0015]所述凈化區(qū)布置的吸附層可布置多層，可根據(jù)吸附塔的空間和有機廢氣的流量自行設(shè)計，每層吸附層中充盈填充在換熱盤管上方的高分子樹脂層的質(zhì)量也是可變的，并無具體限制，可根據(jù)吸附層的平鋪面積和總的層數(shù)自行設(shè)計。但高分子樹脂層必須完全充盈填充換熱盤管上方吸附塔橫截面的平面空間，使氣體必須經(jīng)過高分子樹脂層進入凈化氣排出區(qū)。高分子樹脂的單位質(zhì)量的吸附有機物的容量約0.05?0.5g/g，吸附塔中所有高分子樹脂的質(zhì)量決定了吸附塔的總的吸附容量。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)待吸附的有機廢氣的中有機氣體的濃度和有機廢氣的總的流量，來設(shè)計吸附塔的吸附容量，進而計算得到所需高分子樹脂的總質(zhì)量，根據(jù)設(shè)計的吸附層的層數(shù)，得到每層鋪設(shè)的高分子樹脂的質(zhì)量。這是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)手段。吸附塔體積空速可控制在500-50000h-l(相對于高分子樹脂的體積)。
[0016]本發(fā)明還提供包括所述的高分子樹脂吸附塔的吸附-脫附回收有機廢氣的裝置，所述裝置包括至少兩個高分子樹脂吸附塔、熱泵、真空泵、冷凝器及儲液罐，所述高分子樹脂吸附塔內(nèi)部至下而上設(shè)有廢氣進入?yún)^(qū)、供氣體吸附凈化的凈化區(qū)及凈化氣排出區(qū)，所述凈化區(qū)布置有水平鋪設(shè)的吸附層，所述的吸附層由固定在所述的吸附塔上的多孔支撐板、平鋪于多孔支撐板上方的換熱盤管、充盈鋪設(shè)于換熱盤管上方吸附塔橫截面上的高分子樹脂層依次疊置構(gòu)成，所述換熱盤管設(shè)有與吸附塔外部的熱泵連通的入口和出口 ；所述廢氣進入?yún)^(qū)開設(shè)有廢氣入口及脫附氣出口，所述的廢氣入口設(shè)在吸附層下方的廢氣進入?yún)^(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的脫附氣出口設(shè)在吸附塔的塔底；所述的凈化氣排出區(qū)設(shè)有凈化氣出口和氮氣入口，所述的凈化氣出口和氮氣入口均布置在最高的吸附層上方的凈化氣排出區(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的廢氣入口通過吸附層與凈化氣出口氣連通；所述的廢氣入口、凈化氣出口、氮氣入口及脫附氣出口各自設(shè)有控制閥門；
[0017]所述高分子樹脂吸附塔的廢氣入口通過廢氣進氣控制閥門都與廢氣進氣管道連通，氮氣入口通過氮氣控制閥門連通氮氣進氣管道；凈化氣出口設(shè)有在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置，所述凈化氣出口通過凈化氣控制閥門都與排氣管道連通；所述脫附氣出口經(jīng)過脫附氣控制閥門通過真空泵連通冷凝器入口，冷凝器底端的液體出口連通儲液罐，冷凝器的氣體出口連通到廢氣進氣管道；
[0018]所述換熱盤管的入口和出口分別通過管道與吸附塔外部的熱泵連通；所述熱泵可同時加熱或冷卻得到熱媒或冷媒，所述熱媒或冷媒可以為液態(tài)或氣態(tài)。
[0019]所述冷凝器優(yōu)選為三級冷凝系統(tǒng)，包括依次連通的一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器，高分子樹脂吸附塔的脫附廢氣出口通過真空泵連通一級冷凝器入口，一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器各自的底端液體出口分別連通同一儲液罐，三級冷凝器的氣體出口連通廢氣進氣管道。
[0020]所述裝置為保證連續(xù)運行，一般包括兩個以上的高分子樹脂吸附塔。所述裝置包括兩個高分子樹脂吸附塔時，分別為第一高分子樹脂吸附塔、第二高分子樹脂吸附塔，，所述的高分子樹脂吸附塔廢氣入口都與廢氣進氣管道連通，所述凈化氣出口都通過凈化氣控制閥門與排氣管道連通。
[0021]所述裝置為兩個高分子樹脂吸附塔時，本發(fā)明還提供利用所述裝置吸附-脫附回收有機廢氣的方法，所述方法包括以下步驟:
[0022](I)吸附:開啟第一高分子樹脂吸附塔的第一廢氣進氣控制閥門、將廢氣進氣管道的有機廢氣輸送到第一高分子樹脂吸附塔進行吸附，關(guān)閉第二高分子樹脂吸附塔的第二廢氣進氣控制閥門，關(guān)閉第一高分子樹脂吸附塔的第一氮氣控制閥門和第一脫附氣控制閥門；有機廢氣穿過吸附層，使有機分子被高分子樹脂吸附，開啟熱泵，將-10?20°C的冷媒通入第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動，以移除樹脂吸附產(chǎn)生的吸附熱，并對有機廢氣進一步冷卻，提高樹脂的吸附容量，吸附后的氣體經(jīng)在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測，達到排放標(biāo)準后，開啟第一高分子樹脂吸附塔的第一凈化氣控制閥門，進入排氣管道排放；
[0023](2)在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測到吸附后的氣體中有機氣體濃度上升至接近排放標(biāo)準濃度時，關(guān)閉第一凈化氣控制閥門和第一廢氣進氣控制閥門，開啟第二廢氣進氣控制閥門，將廢氣進氣管道的有機廢氣輸送到第二高分子樹脂吸附塔進行吸附，按照步驟(I)操作進行吸附、排放；同時切換熱泵，將-10?20°C的冷媒通入第二高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動，將30-100°C的熱媒通入第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動；
[0024](3)脫附:對第一高分子樹脂吸附塔進行脫附處理，開啟第一脫附氣控制閥門和真空泵，同時在換熱盤管中流動的30-100°C的熱媒作用下，通過加熱和真空使吸附在高分子樹脂孔道的有機分子脫附，脫附的有機氣體從吸附塔底端的第一脫附氣出口經(jīng)過真空泵抽入冷凝器；
[0025](4)冷凝:脫附的有機氣體，經(jīng)過真空泵后常壓進入冷凝器，控制冷凝溫度在-40?20°C，冷凝出的有機液體通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體回到廢氣進氣管道，通過開啟的第二廢氣進氣控制閥門進入第二高分子樹脂吸附塔；
[0026](5)冷凝回收后，當(dāng)冷凝器中無大量有機液體冷凝出來時，打開第一氮氣控制閥門，氮氣進入第一高分子樹脂吸附塔吹掃，使殘存的有機廢氣徹底脫附，一般吹掃3?10分鐘(優(yōu)選5分鐘)，吹掃后的氮氣通過真空泵進入冷凝器，按照步驟(4)冷凝、循環(huán)回到廢氣進氣管道；
[0027](6)關(guān)閉真空泵，向第一高分子樹脂吸附塔內(nèi)緩慢通入氮氣，使塔內(nèi)回復(fù)常壓后關(guān)閉第一氮氣控制閥門；
[0028](7)待第二高分子樹脂吸附塔的在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測到吸附后的氣體中有機氣體濃度上升至接近排放標(biāo)準濃度時，關(guān)閉第二高分子樹脂吸附塔的第二凈化氣控制閥門和第二廢氣進氣控制閥門，開啟第一廢氣進氣控制閥門，按照步驟(I)?(6 )重復(fù)操作，并對第二高分子樹脂吸附塔按照步驟(3)?(6)重復(fù)操作進行脫附再生。
[0029]所述步驟(4)中，回收的有機分子的沸點較低，一次冷凝無法將有機氣體冷凝完全時，可設(shè)置多級冷凝，所述冷凝器優(yōu)選為三級冷凝系統(tǒng)，包括依次連通的一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器，高分子樹脂吸附塔的脫附氣出口通過真空泵連通一級冷凝器入口，一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器各自的底端液體出口分別連通同一儲液罐，三級冷凝器的氣體出口連通廢氣進氣管道；所述步驟(4)按以下操作:有機分子脫附后的有機氣體，經(jīng)過真空泵后常壓進入一級冷凝器，控制冷凝溫度在20?0°C，冷凝出的有機液體a通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體a進入二級冷凝器，控制冷凝溫度O?-20°C，冷凝得到有機液體b，通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體b再進入三級冷凝器，控制冷凝溫度-20?-40°C，冷凝得到有機液體C，通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體c回到廢氣進氣管道，通過開啟的第二廢氣進氣控制閥門進入第二高分子樹脂吸附塔，可以進一步降低有機廢氣的吸附溫度，提高高分子樹脂的吸附容量。所述冷凝系統(tǒng)可根據(jù)回收的有機分子的沸點進行設(shè)置，沸點高的有機分子，可省卻二級和三級冷凝。所述的有機液體
a、b、c僅用于區(qū)分不同操作步驟中的有機液體，不具備化學(xué)意義。所述的不凝氣體a、b、c僅用于區(qū)分不同操作步驟中的不凝氣體，不具備化學(xué)意義。
[0030]所述步驟(I)中，所述開啟熱泵，將-10?20°C的冷媒通入第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動，是指熱泵中冷卻得到-10?20°C的冷媒，經(jīng)過吸附塔內(nèi)每層吸附層的換熱盤管的入口通入換熱盤管中，經(jīng)過換熱盤管的出口，回到熱泵，然后經(jīng)過熱泵冷卻繼續(xù)循環(huán)流動。
[0031]所述步驟(2)中，切換熱泵，將-10?20°C的冷媒通入第二高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動，將30-100°C的熱媒通入第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動。這個操作具體涉及到熱泵的功能切換，熱泵為一種常用的高效加熱、冷卻裝置，在空調(diào)、冰箱等電器中得到廣泛應(yīng)用。但通常應(yīng)用只單獨利用其加熱或冷卻部分，但實際上熱泵在工作時能同時產(chǎn)生熱媒、冷媒，本發(fā)明創(chuàng)造性的將熱源、冷源同時用于不同工作狀態(tài)的吸附塔，實現(xiàn)能量的高效應(yīng)用。所述熱泵制冷劑(如氟利昂等)能同時產(chǎn)生冷媒、熱媒，并分別設(shè)有冷媒控制閥門、熱媒控制閥門與每層換熱盤管的入口、出口連通；熱泵在需要通冷媒時，將與換熱盤管入口、出口連通的冷媒控制閥門開啟，關(guān)閉與其連通的熱媒控制閥門，將熱泵中產(chǎn)生的-10?20°C的冷媒通入換熱盤管循環(huán)流動；需要通熱媒時，將與換熱盤管入口、出口連通的熱媒控制閥門開啟，關(guān)閉與其連通的冷媒控制閥門，將熱泵中產(chǎn)生的30-100°C的熱媒通入換熱盤管循環(huán)流動。上述熱泵切換控制方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。熱泵可以同時產(chǎn)生冷、熱媒，并根據(jù)功率調(diào)整冷、熱媒輸出溫度。冷媒和熱媒的切換在熱泵系統(tǒng)內(nèi)完成，整套系統(tǒng)能耗可大幅下降。
[0032]所述步驟(2)中，在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測到吸附后的氣體中有機氣體濃度上升至接近排放標(biāo)準濃度時，關(guān)閉第一凈化氣控制閥門和第一廢氣進氣控制閥門，開啟第二廢氣進氣控制閥門，將廢氣進氣管道的有機廢氣輸送到第二高分子樹脂吸附塔進行吸附，即切換吸附塔，并且切換熱泵輸出的熱媒、冷媒。在工業(yè)應(yīng)用上，因輸入的管道中的有機廢氣的流量和濃度一般是較為固定的，吸附塔安裝之后，經(jīng)過試運行，一般能夠預(yù)計吸附塔接近吸附飽和的時間，從而設(shè)定切換時間，切換時間小于吸附飽和時間，在吸附塔運行時間達到切換時間后，即可切換吸附塔和熱泵。這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的工業(yè)運行方式。
[0033]同樣的，步驟(7)中，待第二高分子樹脂吸附塔的在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測到吸附后的氣體中有機氣體濃度上升至接近排放標(biāo)準濃度時，關(guān)閉第二高分子樹脂吸附塔的第二凈化氣控制閥門和第二廢氣進氣控制閥門，開啟第一廢氣進氣控制閥門，此步的切換吸附塔在工業(yè)中也可按照上述方法設(shè)定切換時間來進行切換。
[0034]所述裝置還可以包括洗滌塔和除霧器，有機廢氣管道連通洗滌塔氣體入口，洗滌塔的氣體出口連通除霧器入口，除霧器出口連通廢氣進氣管道。有機廢氣含有含固體顆粒塵、酸性氣體和難揮發(fā)物質(zhì)時，可先經(jīng)過以下預(yù)處理:有機廢氣進入洗滌塔進行水噴淋洗滌，脫附酸性氣體和固態(tài)顆粒物質(zhì)，然后夾雜水汽的有機廢氣進入除霧器，消除水霧，預(yù)處理的有機廢氣再按照上述方法進行吸附、脫附處理。如有機廢氣不含固體顆粒塵、酸性氣體和難揮發(fā)物質(zhì)，可省卻噴淋洗滌預(yù)處理。
[0035]所述有機廢氣一般為二氯甲烷、四氫呋喃、氯仿、乙醇、乙酸、異丙醇等低沸點、高揮發(fā)性的有機氣體。本發(fā)明特別適用于中高濃度有機廢氣的吸附-脫附回收處理，所述中高濃度有機廢氣一般是指濃度大于5g/m3的有機廢氣，當(dāng)然也適用于低濃度的有機廢氣的吸附-脫附回收處理。只是針對中高濃度有機廢氣，現(xiàn)有技術(shù)沒有較好的處理手段。
[0036]本發(fā)明提供的利用高分子樹脂吸附塔的吸附-脫附回收有機廢氣的裝置和方法具有以下有益效果:
[0037](I)本發(fā)明技術(shù)工藝采用不易燃的高分子樹脂為吸附劑，可以徹底消除中高濃度有機廢氣吸附發(fā)生燃燒的安全隱患；(2)本發(fā)明工藝有機廢氣回收率高，樹脂再生完全；
(3)再生溫度低，可有效防止脫附的有機分子在吸附劑表面結(jié)焦和聚合；(4)本工藝不引入水蒸汽，回收得到高純的有機液體，回收得到的有機液體含水率低，大大降低其后處理的分離成本，提高回收液體的使用價值，而且避免了二次污染產(chǎn)生；(5)本發(fā)明采用熱泵結(jié)合真空脫附技術(shù)來再生吸附樹脂工藝，再生速率快，并且省卻了干燥和冷卻的工藝，相比較于水蒸氣再生技術(shù)，其能耗下降30%以上；(6)系統(tǒng)采用熱泵技術(shù)同時提供冷媒和熱媒，和吸附一脫附進行很好的匹配，不僅能提高吸附容量和加快脫附速率，而且大幅降低了能耗。
[0038]本發(fā)明工藝對中高濃度有機廢氣去除率在98%以上，有機廢氣回收率在95%以上，有機廢氣可以達標(biāo)排放。產(chǎn)生的副產(chǎn)物是回收的有機液體，純度較高，含水率低，具有可觀的經(jīng)濟價值，可以實現(xiàn)環(huán)保治理“變廢為寶”，本發(fā)明工藝不產(chǎn)生二次污染。
[0039]本發(fā)明整個工藝綜合運行成本低，有機液體回收可產(chǎn)生可觀的“正效益”，符合國家倡導(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展政策。
[0040]綜上，本技術(shù)工藝解決了中高濃度有機廢氣治理中的燃燒隱患，以及回收有機液體含水率高的問題，提供了一種能耗低、運行簡便和安全的中高濃度有機廢氣處理工藝。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為采用吸附-脫附回收有機廢氣的工藝流程示意圖。
[0042]圖1中標(biāo)號:
[0043]TlOl:洗滌塔；X101:除霧器；T102:第一高分子樹脂吸附塔；Τ103:第二高分子樹脂吸附塔；Ρ101:真空泵；Ρ102:熱泵；Ε101:—級冷凝器；Ε102:二級冷凝器；Ε103:三級冷凝器；V101:儲液罐。
[0044]圖2為本發(fā)明高分子樹脂吸附塔的剖視圖。
[0045]圖2中，I為廢氣進入?yún)^(qū)；2為凈化區(qū)；3為凈化氣排出區(qū)；4為吸附層，41為吸附層的底層的多孔支撐板、42為吸附層的換熱盤管、43為吸附層的高分子樹脂層，5為換熱盤管的入口，6為換熱盤管的出口 ；7為廢氣入口，8為脫附氣出口 ；9為凈化氣出口，10為氮氣入口。7、8、9、10的箭頭的方向代表了氣體的進出方向。
[0046]圖3為本發(fā)明高分子樹脂吸附塔內(nèi)吸附層底部盤管的俯視示意圖。
[0047]圖3中，41為吸附層的底層的多孔支撐板、42為平鋪于多孔支撐板上方的換熱盤管。
(五)【具體實施方式】:
[0048]實施例1
[0049]下面參考圖1、圖2和圖3給出本發(fā)明工藝技術(shù)的裝置系統(tǒng)及流程示意圖，本發(fā)明的裝置包括兩個高分子樹脂吸附塔，如圖1所示，分別為第一高分子樹脂吸附塔T102、第二高分子樹脂吸附塔T103 ;以及真空泵P101、熱泵P102、一級冷凝器E101、二級冷凝器E102、三級冷凝器E103、儲液罐VIO1、洗滌塔TIO1、除霧器XIOI。
[0050]第一高分子樹脂吸附塔T102和第二高分子樹脂吸附塔T103內(nèi)部構(gòu)造相同，剖視圖如圖2所示，至下而上設(shè)有廢氣進入?yún)^(qū)1、供氣體吸附凈化的凈化區(qū)2及凈化氣排出區(qū)3，所述凈化區(qū)2布置有水平鋪設(shè)的吸附層4，吸附層4可布置多層，圖2僅為本發(fā)明實施例裝置的示意圖，不代表實際布置層數(shù)必須為四層。所述的吸附層4由固定在所述的吸附塔上的多孔支撐板41、平鋪于多孔支撐板41上方的換熱盤管42、充盈鋪設(shè)于換熱盤管42上方吸附塔橫截面上的高分子樹脂層43依次疊置構(gòu)成，所述換熱盤管42設(shè)有與吸附塔外部的熱泵P102連通的入口 5和出口 6 ;所述廢氣進入?yún)^(qū)I開設(shè)有廢氣入口 7及脫附氣出口 8，所述的廢氣入口 7設(shè)在吸附層下方的廢氣進入?yún)^(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的脫附氣出口 8設(shè)在吸附塔的塔底；所述的凈化氣排出區(qū)3設(shè)有凈化氣出口 9和氮氣入口 10，所述的凈化氣出口 9和氮氣入口 10均布置在最高的吸附層上方的凈化氣排出區(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的廢氣入口 7通過吸附層4與凈化氣出口 9氣連通；所述的廢氣入口 7、凈化氣出口 9、氮氣入口 10及脫附氣出口 8各自設(shè)有控制閥門。所述高分子樹脂層43在吸附塔橫截面的平面空間上是充盈填滿的，有機氣體必須經(jīng)過高分子樹脂層43才能到達吸附層4上方的凈化氣排出區(qū)3。
[0051]第一高分子樹脂吸附塔的廢氣入口通過第一廢氣進氣控制閥門與廢氣進氣管道連通，第二高分子樹脂吸附塔的廢氣入口通過第二廢氣進氣控制閥門與廢氣進氣管道連通；第一高分子樹脂吸附塔的氮氣入口通過第一氮氣控制閥門連通氮氣進氣管道；第二高分子樹脂吸附塔的氮氣入口通過第二氮氣控制閥門連通氮氣進氣管道；第一高分子樹脂吸附塔的凈化氣出口設(shè)有在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置，通過第一凈化氣控制閥門與排氣管道連通；第二高分子樹脂吸附塔的凈化氣出口設(shè)有在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置，通過第二凈化氣控制閥門與排氣管道連通；第一高分子樹脂吸附塔的脫附氣出口經(jīng)過第一脫附氣控制閥門通過真空泵PlOl連通一級冷凝器ElOl入口，第二高分子樹脂吸附塔的脫附氣出口經(jīng)過第二脫附氣控制閥門通過真空泵PlOl連通一級冷凝器ElOl入口 ；一級冷凝器ElOl的氣體出口連通二級冷凝器E102入口，二級冷凝器E102的氣體出口連通三級冷凝器E103入口，一級冷凝器E101、二級冷凝器E102、三級冷凝器E103各自的底端液體出口分別連通同一儲液罐V101，三級冷凝器E103的氣體出口連通廢氣進氣管道。
[0052]利用上述裝置進行吸附-脫附回收揮發(fā)性有機氣體工藝，包括下列步驟:
[0053]有機廢氣在進入廢氣進氣管道先前經(jīng)過以下預(yù)處理:
[0054]預(yù)處理:有機廢氣經(jīng)過洗滌塔TlOl進行水噴淋洗滌(噴淋液循環(huán)使用)，去塵粒、難揮發(fā)有機質(zhì)和酸性氣體，然后進入除霧器X101，去除水霧，降低有機廢氣的濕度，得到經(jīng)過洗滌凈化預(yù)處理的有機廢氣通入廢氣進氣管道。洗滌塔內(nèi)噴淋液可根據(jù)有機氣體成分進行堿度調(diào)配，噴淋液循環(huán)使用，一段時間后更換。
[0055]然后按照以下步驟操作:
[0056](I)吸附:開啟第一高分子樹脂吸附塔的第一廢氣進氣控制閥門、將廢氣進氣管道的經(jīng)過洗滌凈化預(yù)處理的有機廢氣輸送到第一高分子樹脂吸附塔進行吸附，關(guān)閉第二高分子樹脂吸附塔的第二廢氣進氣控制閥門，關(guān)閉第一高分子樹脂吸附塔的第一氮氣控制閥門和第一脫附氣控制閥門；有機廢氣從下方的廢氣進入?yún)^(qū)進入凈化區(qū)，穿過吸附層，使有機分子被高分子樹脂吸附，開啟熱泵，將-10?20°C的冷媒通入第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動，以移除樹脂吸附產(chǎn)生的吸附熱，并對有機廢氣進一步冷卻，提高樹脂的吸附容量，吸附后的氣體進入上方的凈化氣排出區(qū)，經(jīng)凈化氣出口設(shè)置的在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測，達到排放標(biāo)準后，開啟第一高分子樹脂吸附塔的第一凈化氣控制閥門，進入排氣管道排放；
[0057](2)在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測到吸附后的氣體中有機氣體濃度上升至接近排放標(biāo)準濃度時，關(guān)閉第一凈化氣控制閥門和第一廢氣進氣控制閥門，開啟第二廢氣進氣控制閥門，將廢氣進氣管道的有機廢氣輸送到第二高分子樹脂吸附塔進行吸附，按照步驟(I)操作進行吸附、排放；同時切換熱泵，將-10?20°C的冷媒通入第二高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動，將30-100°C的熱媒通入第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動；
[0058](3)脫附:對第一高分子樹脂吸附塔進行脫附處理，開啟第一脫附氣控制閥門和真空泵，同時在換熱盤管中流動的30-100°C的熱媒作用下，通過加熱和真空使吸附在高分子樹脂孔道的有機分子脫附，脫附的有機氣體從吸附塔底端的第一脫附氣出口經(jīng)過真空泵抽入冷凝器；
[0059](4)冷凝:脫附的有機氣體，經(jīng)過真空泵后常壓進入一級冷凝器，控制冷凝溫度在10~-10°C，冷凝出的有機液體a通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體a進入二級冷凝器，控制冷凝溫度-10~-20°c，冷凝得到有機液體b，通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體b再進入三級冷凝器，控制冷凝溫度-20~-30°C，冷凝得到有機液體C，基本冷凝完全，通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體c回到廢氣進氣管道，通過開啟的第二廢氣進氣控制閥門進入第二高分子樹脂吸附塔，可以進一步降低有機廢氣的吸附溫度，提高高分子樹脂吸附容量；
[0060](5)冷凝回收后，當(dāng)冷凝器中無大量有機液體冷凝出來時，打開第一氮氣控制閥門，氮氣進入第一高分子樹脂吸附塔吹掃5分鐘，使殘存的有機廢氣徹底脫附，吹掃后的氮氣通過真空泵進入一級冷凝器，按照步驟(4)冷凝、循環(huán)回到廢氣進氣管道；
[0061](6)關(guān)閉真空泵，向第一高分子樹脂吸附塔內(nèi)緩慢通入氮氣，使塔內(nèi)回復(fù)常壓后關(guān)閉第一氮氣控制閥門；
[0062](7)待第二高分子樹脂吸附塔的在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測到吸附后的氣體中有機氣體濃度上升至接近排放標(biāo)準濃度時，關(guān)閉第二高分子樹脂吸附塔的第二凈化氣控制閥門和第二廢氣進氣控制閥門，開啟第一廢氣進氣控制閥門，按照步驟(1)~(6 )重復(fù)操作，并對第二高分子樹脂吸附塔按照步驟(3)~(6)重復(fù)操作進行脫附再生。
[0063]運行效果:利用本裝置按照上述工藝`對浙江省某藥廠二氯甲烷廢氣進行吸附和脫附(廢氣流量為1000m3/h、濃度為30g/m3)，每個高分子樹脂吸附塔內(nèi)設(shè)有4吸附層，每層吸附層的高分子樹脂層的質(zhì)量為70Kg，按照大氣污染綜合排放標(biāo)準GB16297-1996對凈化氣出口進行監(jiān)測，廢氣空速200011'每60min后切換一次吸附塔，連續(xù)運行半年后，高分子樹脂的吸附容量沒有下降。
[0064]整個系統(tǒng)有機廢氣可以達標(biāo)排放，有機廢氣去除率大于98%，有機廢氣液化回收率^ 98%，年回收高純有機液體200噸，回收得到的有機液體含水率在2%以下，沒有“三廢”
等二次污染。
【權(quán)利要求】
1.一種高分子樹脂吸附塔，其特征在于所述高分子樹脂吸附塔內(nèi)部至下而上設(shè)有廢氣進入?yún)^(qū)、供氣體吸附凈化的凈化區(qū)及凈化氣排出區(qū)，所述凈化區(qū)布置有水平鋪設(shè)的吸附層，所述的吸附層由固定在所述的吸附塔上的多孔支撐板、平鋪于多孔支撐板上方的換熱盤管、充盈鋪設(shè)于換熱盤管上方吸附塔橫截面上的高分子樹脂層依次疊置構(gòu)成，所述換熱盤管設(shè)有與吸附塔外部的熱泵連通的入口和出口 ；所述廢氣進入?yún)^(qū)開設(shè)有廢氣入口及脫附氣出口，所述的廢氣入口設(shè)在吸附層下方的廢氣進入?yún)^(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的脫附氣出口設(shè)在吸附塔的塔底；所述的凈化氣排出區(qū)設(shè)有凈化氣出口和氮氣入口，所述的凈化氣出口和氮氣入口均布置在吸附層上方的凈化氣排出區(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的廢氣入口通過吸附層與凈化氣出口氣連通；所述的廢氣入口、凈化氣出口、氮氣入口及脫附氣出口各自設(shè)有控制閥門。
2.如權(quán)利要求1所述的高分子樹脂吸附塔，其特征在于所述凈化區(qū)布置有2-10層的吸附層。
3.如權(quán)利要求1所述的高分子樹脂吸附塔，其特征在于所述高分子樹脂層由大孔高交聯(lián)樹脂組成，所述樹脂的比表面積大于600m2/g，孔徑在l_50nm，孔體積大于0.3ml/g。
4.一種包括權(quán)利要求1所述的高分子樹脂吸附塔的吸附-脫附回收有機廢氣的裝置，其特征在于所述裝置包括至少兩個高分子樹脂吸附塔、熱泵、真空泵、冷凝器及儲液罐；所述高分子樹脂吸附塔內(nèi)部至下而上設(shè)有廢氣進入?yún)^(qū)、供氣體吸附凈化的凈化區(qū)及凈化氣排出區(qū)，所述凈化區(qū)布置有水平鋪設(shè)的吸附層，所述的吸附層由固定在所述的吸附塔上的多孔支撐板、平鋪于多孔支撐板上方的換熱盤管、充盈鋪設(shè)于換熱盤管上方吸附塔橫截面上的高分子樹脂層依次疊置構(gòu)成，所述換熱盤管設(shè)有與吸附塔外部的熱泵連通的入口和出口 ；所述廢氣進入?yún)^(qū)開設(shè)有廢氣入口及脫附氣出口，所述的廢氣入口設(shè)在吸附層下方的廢氣進入?yún)^(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的脫附氣出口設(shè)在吸附塔的塔底；所述的凈化氣排出區(qū)設(shè)有凈化氣出口和氮氣入口，所述的凈化氣出口和氮氣入口均布置在吸附層上方的凈化氣排出區(qū)的吸附塔的塔壁上，所述的廢氣入口通過吸附層與凈化氣出口氣連通；所述的廢氣入口、凈化氣出口、氮氣入 口及脫附氣出口各自設(shè)有控制閥門； 所述高分子樹脂吸附塔的廢氣入口通過廢氣進氣控制閥門都與廢氣進氣管道連通，氮氣入口通過氮氣控制閥門連通氮氣進氣管道；凈化氣出口設(shè)有在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置，所述凈化氣出口通過凈化氣控制閥門都與排氣管道連通；所述脫附氣出口經(jīng)過脫附氣控制閥門通過真空泵連通冷凝器入口，冷凝器底端的液體出口連通儲液罐，冷凝器的氣體出口連通到廢氣進氣管道； 所述換熱盤管的入口和出口分別通過管道與吸附塔外部的熱泵連通；所述熱泵可加熱或冷卻得到熱媒或冷媒。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述冷凝器為三級冷凝系統(tǒng)，包括依次連通的一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器，活高分子樹脂吸附塔的脫附廢氣出口通過真空泵連通一級冷凝器入口，一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器各自的底端液體出口分別連通同一儲液罐，三級冷凝器的氣體出口連通廢氣進氣管道。
6.如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于所述裝置包括兩個高分子樹脂吸附塔，分別為第一高分子樹脂吸附塔、第二高分子樹脂吸附塔，所述的高分子樹脂吸附塔廢氣入口都與廢氣進氣管道連通，所述凈化氣出口都通過凈化氣控制閥門與排氣管道連通。
7.如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于所述裝置包括洗滌塔和除霧器，有機廢氣管道連通洗滌塔氣體入口，洗滌塔的氣體出口連通除霧器入口，除霧器出口連通廢氣進氣管道。
8.一種利用如權(quán)利要求1所述的裝置吸附-脫附回收有機廢氣的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)吸附:開啟第一高分子樹脂吸附塔的第一廢氣進氣控制閥門、將廢氣進氣管道的有機廢氣輸送到第一高分子樹脂吸附塔進行吸附，關(guān)閉第二高分子樹脂吸附塔的第二廢氣進氣控制閥門，關(guān)閉第一高分子樹脂吸附塔的第一氮氣控制閥門和第一脫附氣控制閥門；有機廢氣穿過吸附層，使有機分子被高分子樹脂吸附，開啟熱泵，將-10~20°C的冷媒通入第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動，吸附后的氣體經(jīng)在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測，達到排放標(biāo)準后，開啟第一高分子樹脂吸附塔的第一凈化氣控制閥門，進入排氣管道排放； (2)在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測到吸附后的氣體中有機氣體濃度上升至接近排放標(biāo)準濃度時，關(guān)閉第一凈化氣控制閥門和第一廢氣進氣控制閥門，開啟第二廢氣進氣控制閥門，將廢氣進氣管道的有機廢氣輸送到第二高分子樹脂吸附塔進行吸附，按照步驟(1)操作進行吸附、排放；同時切換熱泵，將-10~20°C的冷媒通入第二高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動，將30-100°C的熱媒通入第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管循環(huán)流動； (3)脫附:對第一高分子樹脂吸附塔進行脫附處理，開啟第一脫附氣控制閥門和真空泵，第一高分子樹脂吸附塔的換熱盤管中通入30-100°C的熱媒循環(huán)流動，脫附的有機氣體從吸附塔底端的第一脫附氣出口經(jīng)過真空泵抽入冷凝器； (4)冷凝:脫附的有機氣體， 經(jīng)過真空泵后常壓進入冷凝器，控制冷凝溫度在-40~20°C，冷凝出的有機液體通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體回到廢氣進氣管道，通過開啟的第二廢氣進氣控制閥門進入第二高分子樹脂吸附塔； (5)冷凝回收后，打開第一氮氣控制閥門，氮氣進入第一高分子樹脂吸附塔吹掃，吹掃后的氮氣通過真空泵進入冷凝器，按照步驟(4)冷凝、循環(huán)回到廢氣進氣管道； (6)關(guān)閉真空泵，向第一高分子樹脂吸附塔內(nèi)通入氮氣，使塔內(nèi)回復(fù)常壓后關(guān)閉第一氮氣控制閥門； (7)待第二高分子樹脂吸附塔的在線監(jiān)測有機氣體濃度裝置檢測到吸附后的氣體中有機氣體濃度上升至接近排放標(biāo)準濃度時，關(guān)閉第二高分子樹脂吸附塔的第二凈化氣控制閥門和第二廢氣進氣控制閥門，開啟第一廢氣進氣控制閥門，按照步驟(1)~(6 )重復(fù)操作，并對第二高分子樹脂吸附塔按照步驟(3)~(6)重復(fù)操作進行脫附再生。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述步驟(4)中，所述冷凝器為三級冷凝系統(tǒng)，包括依次連通的一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器，高分子樹脂吸附塔的脫附氣出口通過真空泵連通一級冷凝器入口，一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器各自的底端液體出口分別連通同一儲液罐，三級冷凝器的氣體出口連通廢氣進氣管道；所述步驟(4)按以下操作:有機分子脫附后的有機氣體，經(jīng)過真空泵后常壓進入一級冷凝器，控制冷凝溫度在20~-(TC，冷凝出的有機液體a通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體a進入二級冷凝器，控制冷凝溫度O~-20°C，冷凝得到有機液體b，通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體b再進入三級冷凝器，控制冷凝溫度-20~-40°C，冷凝得到有機液體C，通過底端液體出口進入儲液罐，剩余不凝氣體C回到廢氣進氣管道，通過開啟的第二廢氣進氣控制閥門進入第二高分子 樹脂吸附塔。
【文檔編號】B01D53/04GK103877827SQ201410064721
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】盧晗鋒, 鄒松林, 周瑛, 陳銀飛, 楚建堂, 黃海鳳, 劉華彥, 龐海斌 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)