制冷輔助吸附式VOCs回收裝置及回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了制冷輔助吸附式VOCs回收裝置及回收方法。屬于能源利用、資源回收、環(huán)境保護等領(lǐng)域，具體應(yīng)用在石油化工、汽車工業(yè)、噴漆、皮革等領(lǐng)域不宜使用冷凝法的低濃度VOCs的回收處理。
【背景技術(shù)】
[0002]揮發(fā)性有機化合物(Volatile Organic Compounds)是一類有機化合物的統(tǒng)稱，下文簡稱VOCs。
[0003]VOCs對于環(huán)境和人體都具有極大的潛在危害。一些活性強的VOCs是產(chǎn)生PM2.5的前體物，有的還可以在一定條件下形成光化學(xué)煙霧污染；部分VOCs會在太陽紫外線作用下造成臭氧損耗；此外VOCs具有的特殊氣味具有很強的刺激性，能導(dǎo)致人體呈現(xiàn)種種不適感，對于人體呈現(xiàn)出基因毒性。目前我國制定了大量的大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)來嚴(yán)格限制污染物的排放。
[0004]工業(yè)廢氣中的VOCs成分復(fù)雜，其中包括許多工業(yè)生產(chǎn)需要的重要原材料。目前在我國很多行業(yè)都排放大量的VOCs氣體，例如石油化工行業(yè)、汽車工業(yè)、噴漆行業(yè)、皮革行業(yè)等。針對VOCs回收處理技術(shù)，研究較多的有冷凝法、催化燃燒法、溶劑吸收法和活性炭吸附法等。有的排放源排放的VOCs濃度很高，冷凝法有很好的回收率和應(yīng)用前景。但有的排放源由于排風(fēng)量很大和本身VOCs量少，所以排放廢氣中有機物總濃度很低，通常在100mg/m3以下。直接排放尾氣不能滿足限制標(biāo)準(zhǔn)。如果應(yīng)用冷凝法回收處理尾氣，對于這種低濃度級別下如果達到規(guī)定的限制標(biāo)準(zhǔn)，冷凝法需要降到很低的溫度，這樣會使制冷系統(tǒng)龐大和增加系統(tǒng)能耗。而活性炭針對于低濃度VOCs很適合，目前大部分低濃度尾氣處理也都是利用該法，但是該法存在的主要問題是由于混合氣體中存在大量水蒸氣會導(dǎo)致活性炭的使用壽命較短，研究表明，有水蒸氣存在情況下，活性炭對揮發(fā)性有機物的吸附量隨水蒸氣含量即相對濕度的增大而減小，特別是當(dāng)相對濕度大于50%以后，穿透時間顯著提前，吸附量顯著降低。當(dāng)相對濕度等于80%時，活性炭的吸附量減少到無水蒸氣時吸附的50%左右。因此需要經(jīng)常更換活性炭，造成了回收處理成本的增加。脫附一般采用抽真空和加熱方式，由于活性炭等吸附材料的可燃性，純加熱方法脫附具有安全隱患，而單純抽真空時真空栗功耗較大，脫附性能不好。
[0005]此外，在回收利用層面，揮發(fā)性有機物具有很高的經(jīng)濟價值。以典型VOCs氣體甲苯為例，目前被大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑，也是有機化工的重要原料。甲苯衍生出的一系列中間體，廣泛用于染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、火炸藥、助劑和香料等精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)，也用于合成材料工業(yè)。目前甲苯的市場價格在8500元/噸以上，具有很高的回收價值。對VOCs進行回收再利用，在減少環(huán)境污染物的同時，也將帶來很高的經(jīng)濟效益。
[0006]因此針對于不宜使用冷凝法的低濃度VOCs回收處理，需要進一步選擇更加合理方法進行處理。VOCs回收技術(shù)在保護環(huán)境的同時，收獲了經(jīng)濟效益。隨著我國節(jié)能減排和環(huán)境保護的步伐進一步加快，排放限制標(biāo)準(zhǔn)的進一步嚴(yán)厲，選擇合理的回收方法、合理使用能耗將VOCs氣體回收利用將會起到很重要的節(jié)能環(huán)保促進意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，本發(fā)明提供了制冷輔助吸附式VOCs回收方法。其目的在于解決吸附裝置中吸附效果差、吸附材料的使用周期短以及脫附效果差，功耗較大等缺陷。本發(fā)明的一個目的在于提供一種噴漆房VOCs回收方法，依次包括粗效過濾、冷卻去除水蒸氣和降溫、吸附、冷量回收步驟，脫附過程利用冷卻單元壓縮機出口余熱加熱吸附床加熱盤管結(jié)合真空栗脫附。本發(fā)明的另一個目的是提供了該方法相應(yīng)的回收裝置，裝置還解決了普通制冷系統(tǒng)制冷性能系數(shù)低、系統(tǒng)能耗較大等問題。該方法相對于現(xiàn)有的吸附脫附工藝更合理、回收效率高、成本較低、緊湊并且節(jié)省人力物力，便于集成化和小型化，減小了設(shè)備的占地面積和初投資，減小了工業(yè)VOCs的排放，以利于節(jié)約能源、節(jié)約資源、環(huán)境保護和人類安全。
[0008]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]制冷輔助冷凝式VOCs回收裝置，包括依次連接的粗效過濾單元、冷卻單元、吸附裝置、風(fēng)機以及分支導(dǎo)流通道，其特征在于:所述吸附裝置包括并聯(lián)的兩個吸附床，第一吸附床(6)和第二吸附床(11)，每個吸附床內(nèi)有活性炭和可再生活性炭陶瓷填充，所述吸附床內(nèi)部均有加熱盤管，吸附床上開有小孔，分別通過管道和截止閥P、截止閥q分別連接至真空栗；兩個吸附床通過截止閥交替使用，分別進行吸附和脫附過程。
[0010]所述冷卻單元包括冷凝器(4)、壓縮機(5)、風(fēng)冷冷凝器(13)、儲液罐(14)和節(jié)流閥(15)等。所述吸附裝置包括并聯(lián)的兩個吸附床，每個吸附床內(nèi)部設(shè)有加熱盤管(12);冷凝器(4)制冷劑的出口與壓縮機(5)入口相連，壓縮機(5)出口通過截止閥f、截止閥g、截止閥h、截止閥e分別與兩個并聯(lián)的吸附床內(nèi)部的加熱盤管入口以及風(fēng)冷冷凝器(13)入口相連，兩個加熱盤管出口通過截止閥m、截止閥η控制也與風(fēng)冷冷凝器入口相連，風(fēng)冷冷凝器出口與儲液罐(14)入口相連，儲液罐的出口與節(jié)流閥(15)入口相連，節(jié)流閥的出口與冷凝器(14)的制冷劑入口相連，形成循環(huán)系統(tǒng)。
[0011]所述分支導(dǎo)流通道(10)是指在最終排氣口設(shè)置分支的通道，所述分支通道出口在風(fēng)冷冷凝器處。通道上設(shè)置溫度控制截止閥k，當(dāng)排氣溫度低于環(huán)境溫度，溫度控制截止閥開啟；當(dāng)排氣溫度高于環(huán)境溫度，溫度控制截止閥關(guān)閉。
[0012]粗效過濾單元的出口與冷凝器(4)的氣體進口連通，冷凝器(4)的氣體出口分別通過截止閥a和截止閥c并聯(lián)與第一吸附床(6)和第二吸附床(11)的進口連接，第一吸附床(6)和第二吸附床(11)的出口分別通過截止閥b、截止閥d與風(fēng)機(7)連接，風(fēng)機(7)通過排氣通道(3)分別與分支導(dǎo)流通道(10)和尾氣排放口(8)連接。
[0013]一種利用上述VOCs回收裝置回收VOCs的方法，其特征在于，該方法中吸附過程依次包括以下步驟，排氣、粗效過濾、冷卻去除水蒸氣和混合氣降溫、吸附、冷量回收、排氣步驟，當(dāng)?shù)谝晃酱?6)吸附、第二吸附床(11)脫附時，打開截止閥a、b、e、h、n，關(guān)閉截止閥c、d、g、m、f、p0
[0014]VOCs混合氣體從排氣進口(I)進入經(jīng)過粗效過濾去除混合氣體中的大顆粒雜質(zhì)和灰塵等；通過冷卻單元中的冷凝器(4)冷卻去除水蒸氣，并使混合氣降溫至2°C?6°C，使后續(xù)的吸附效果顯著提高、延長吸附裝置的使用周期，減少回收系統(tǒng)的運行成本；然后通過吸附裝置第一吸附床(6)吸附、通過排氣通道(3)，最后通過排氣口(8)排氣或分支導(dǎo)流通道(10)冷量回收并排氣。
[0015]吸附過程通過所述風(fēng)機(7)將VOCs混合氣體產(chǎn)生動力，去除VOCs后再經(jīng)過風(fēng)機(7)后排至所述排風(fēng)口。如果排氣溫度高于室外溫度則排氣經(jīng)排氣口(8)直接排放，溫控截止閥k不開啟；如果排氣溫度低于室外溫度則部分排氣通過溫控截止閥k控制通過分支導(dǎo)流通道(10)排至風(fēng)冷冷凝器(13)處，提高冷卻單元制冷系統(tǒng)的制冷性能系數(shù)，降低制冷系統(tǒng)能耗。
[0016]脫附過程包括加熱盤管(12)加熱第二吸附床(11)、真空栗(9)抽真空和密集氣體收集步驟。所述加熱盤管(12)利用冷卻單元中壓縮機(5)出口余熱加熱第二吸附床(11)，當(dāng)?shù)诙酱?11)內(nèi)溫度和壓力達到相應(yīng)數(shù)值后，開啟截止閥q，開機真空栗(9)進行脫附，當(dāng)脫附完畢之后關(guān)閉截止閥e、h、n、q，關(guān)閉真空栗(9)，打開截止閥(f)，停止吸附床加熱，吸附床自然冷卻。壓縮機(5)熱負(fù)荷通過風(fēng)冷冷凝器(13)承擔(dān)。
[0017]