處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的方法和設(shè)備。該方法集成利用壓縮-直冷-吸附的過程，可以用于處理多種濃度的揮發(fā)性有機(jī)化合物的廢氣。在直冷冷凝過程中，該方法使用氣液直接接觸的直觸式深度冷卻裝置，并使用冷卻廢液作為制冷液體，節(jié)約了成本，提高了效率。
【專利說明】處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs)的廢氣處理 領(lǐng)域，具體地，涉及一種處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的方法和設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs)是一類重要的空氣污染物，通常是指常壓沸點(diǎn)在50? 26(TC、其主要成分為脂族姪、團(tuán)代姪、芳香姪，多環(huán)芳姪、醇、酵、酸、醋等低沸點(diǎn)的有機(jī)化合 物
[0003] 揮發(fā)性有機(jī)化合物大部分有毒，部分具有致癌性，部分容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn) 生光化學(xué)煙霧，還有的破壞莫氧層。正是由于VOCs的上述危害，各國都通過立法不斷限制 VOCs的排放量。如1970年美國制訂的《凈化大氣法》，1990年又進(jìn)行了修訂。1996年日本 立法限制53種VOCs的排放，2002年限制149種VOCs的排放。我國大氣污染物綜合排放標(biāo) 準(zhǔn)佑B16297-1996)對14類VOCs最高允許排放濃度、最高允許排放速率做了規(guī)定。
[0004] 由于VOCs的易揮發(fā)性，成分復(fù)雜，給處理上帶來很大的難度。目前處理VOCs的方 法主要有；吸附法，主要處理低濃度的VOCs廢氣，操作費(fèi)用較高，且處理量有限，吸附劑再 生成本高；燃燒法，直接燃燒、蓄熱式燃燒、催化燃燒等，存在燃燒不充分或因?yàn)樵瓘U氣中含 硫等而造成二次污染問題，而且VOCs廢氣濃度不能過高，且設(shè)備、催化劑較貴；電暈法，是 一種處理低濃度污染物的低成本控制技術(shù)，由于反應(yīng)器長時間操作的穩(wěn)定性和催化效率低 等方面原因，該方法目前還未能實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)化；冷凝法，是通過降溫使部分組成過 飽和而冷凝成液體，單獨(dú)的冷凝法對VOCs組成有較大限制，而且很難達(dá)到大氣排放標(biāo)準(zhǔn)。 [000引因此，對于能夠處理各種濃度的VOCs廢氣的方法和裝置，仍存在著需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明結(jié)合國內(nèi)外對于VOCs廢氣處理的迫切需求W及技術(shù)上存在的種種限制， 開發(fā)了一套用于處理不同濃度VOCs廢氣的工藝路線，實(shí)現(xiàn)了不同組分，不同濃度的VOCs廢 氣的達(dá)標(biāo)排放，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。具體地，本發(fā)明提供了一種利用壓縮-直 冷-低溫吸附再生處理不同濃度VOCs廢氣的集成方法，尤其適用于處理復(fù)雜組分，不同濃 度VOCs廢氣。
[0007] 在一個方面，本發(fā)明提供了一種處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的方法，該方法包括 W下步驟：
[0008] (a)將待處理的所述揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣導(dǎo)入管殼式換熱器，與低溫流體換熱 而降溫，得到預(yù)冷后的廢氣；
[0009] 化）將得自步驟（a)的所述預(yù)冷后的廢氣導(dǎo)入直觸式深度冷卻裝置，通過與被導(dǎo) 入所述直觸式深度冷卻裝置的制冷液流直接接觸換熱進(jìn)行降溫，隨后在所述直觸式深度冷 卻裝置中進(jìn)行氣液分離，W產(chǎn)生直觸式深度冷卻裝置出口氣流和直觸式深度冷卻裝置出口 液流，其中，所述直觸式深度冷卻裝置出口液流的一部分作為廢液被收集，另一部分經(jīng)過深 冷裝置進(jìn)一步冷卻后，作為所述制冷液流被導(dǎo)入所述直觸式深度冷卻裝置；
[0010] (C)將得自步驟化）的所述直冷分離裝置出口氣流作為步驟（a)中所述的低溫流 體通過所述管殼式換熱器與所述待處理的揮發(fā)性有機(jī)化合物換熱而升溫，隨后送至高壓吸 附裝置進(jìn)行吸附，得到經(jīng)過高壓吸附處理的廢氣，其中，當(dāng)吸附飽和后，對高壓吸附裝置進(jìn) 行解吸再生，并將解吸出的氣體通至步驟（a)中所述的待處理的所述揮發(fā)性有機(jī)化合物廢 氣中；
[0011] (d)將得自步驟（C)的所述經(jīng)過高壓吸附處理的廢氣經(jīng)過粒狀活性炭凈化后，獲 得達(dá)標(biāo)排氣。
[0012] 優(yōu)選地，在步驟（a)中，將所述待處理的廢氣通過鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣體壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮 后導(dǎo)入所述管殼式換熱器。
[0013] 優(yōu)選地，所述鼓風(fēng)機(jī)的出口壓力為0. 1至0. 15MPa，所述氣體壓縮機(jī)的出口壓力為 0. 5至2MPa，溫度為30至75°C。
[0014] 優(yōu)選地，在步驟化）中，所述預(yù)冷后的廢氣的溫度為-20至22. 5°C，壓力為0. 5至 2M化。
[0015] 優(yōu)選地，在步驟（C)中，所述直冷分離裝置出口氣流在進(jìn)入所述管殼式換熱器前 的溫度為-80至-1(TC，壓力為0. 5至2MPa，且通過所述管殼式換熱器后的溫度為-25至 1了. 5°C，壓力為 0. 5 至 2MPa〇
[001引優(yōu)選地，在步驟（C)中所述的高壓吸附裝置中，在-25至17. 5C的溫度和0.5 至2MPa的壓力下，進(jìn)行所述高壓吸附處理；并且通過減壓，在20至7(TC的溫度和0. 1至 0. 15MPa的壓力下，進(jìn)行所述解吸再生。
[0017] 優(yōu)選地，在步驟（C)中通過輪換使用至少兩個高壓吸附裝置實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)處 理。
[0018] 在另一個方面，本發(fā)明提供了一種處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的設(shè)備，設(shè)備包括 W下H個部分：
[0019] 預(yù)冷部，所述預(yù)冷部包含鼓風(fēng)機(jī)C1、氣體壓縮機(jī)C2和管殼式換熱器F1，其中，揮發(fā) 性有機(jī)化合物廢氣進(jìn)氣管道1流體連接至鼓風(fēng)機(jī)C1的入口，鼓風(fēng)機(jī)C1的出口流體連接至 氣體壓縮機(jī)C2的入口，氣體壓縮機(jī)C2的出口流體連接至管殼式換熱器F1的管程進(jìn)口；
[0020] 直觸式深度冷卻部，所述直觸式深度冷卻部包含直觸式深度冷卻裝置T1、深冷裝 置巧和廢液收集裝置VI，其中，管殼式換熱器F1的管程出口流體連接至直冷分離裝置T1 的氣相入口，直冷分離裝置T1還具有液相入口、氣相出口和液相出口，所述液相出口通過 管線7流體連接至深冷裝置巧的物料進(jìn)口，深冷裝置巧的物料出口流體連接至直觸式深 度冷卻裝置T1的液相入口，管線7具有與廢液收集裝置VI流體連接的分支管線8,直冷分 離裝置T1的氣相出口流體連接至管殼式換熱器F1的殼程入口；
[002。 吸附部，所述吸附部包含高壓吸附裝置P1至化和粒狀活性炭吸附裝置GAC，其中， n為不小于2的整數(shù)，管殼式換熱器F1的殼程出口連接至高壓吸附裝置P1至化的入口，高 壓吸附裝置P1至化的出口與進(jìn)氣管道1和粒狀活性炭吸附裝置GAC分別流體連接。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 本發(fā)明的方法集成了冷凝法和吸附法，可W處理復(fù)雜組分，不同濃度VOCs廢氣， 尤其適用于處理VOCs濃度高于5(K)ppm的廢氣。特別地，本發(fā)明采用了直觸式深度冷卻裝 置。與氣相換熱工藝比較，直觸式深度冷卻培系統(tǒng)采用液相直接接觸換熱工藝。作為其一 個實(shí)例，直觸式深度冷卻培內(nèi)從上到下依次設(shè)置有液體分布裝置、氣液換熱填料和氣體分 布器；深冷培上側(cè)設(shè)置除沫裝置，待冷卻氣體從培底進(jìn)入并與液體逆流接觸換熱。通過采用 直觸式深度冷卻裝置將廢氣與制冷液體直接氣液接觸進(jìn)行換熱冷凝分離，能大幅度降低換 熱器的換熱面積，節(jié)省設(shè)備投資；并且將冷凝后的廢氣的一部分用作上述制冷液體，簡化了 操作和裝置成本，降低了能量消耗。而且，將直觸式深度冷卻培的出口冷卻氣體用于入口氣 體的預(yù)冷，既能W預(yù)冷器替代空冷系統(tǒng)，又能回收直觸式深度冷卻培出口氣體冷量，還能將 該出口氣體調(diào)節(jié)至適宜吸附的溫度，減少了冷凝和吸附的操作成本，從而提高處理VOCs廢 氣經(jīng)濟(jì)效益。
[0024] 此外，本發(fā)明工藝所用設(shè)備組裝靈活，適用于多場合、多工況的VOCs廢氣處理。使 用經(jīng)發(fā)明人研究得到的壓力和溫度條件的范圍，可W對各種復(fù)雜組分的VOCs廢氣進(jìn)行達(dá) 標(biāo)處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[00巧]附圖1是根據(jù)本發(fā)明的處理VOCs廢氣的工藝路線示意圖。其中示例性地示出了 兩個吸附罐P1和P2。但是同樣可W使用多于兩個吸附罐。
[002引其中各符號表7]^ :
[0027] C1 ;鼓風(fēng)機(jī)；C2 ;氣體壓縮機(jī)；F1 ;管殼式換熱器（預(yù)冷器）；T1直觸式深度冷卻裝 置；F2 ;深冷裝置；S1 ;制冷機(jī)；P1 ;高壓吸附罐1 ;P2 ;高壓吸附罐2 ;GAC ;活性炭吸附罐； VI ;廢液收集罐。
[0028] 1 ;VOCs廢氣；2 ;氣體壓縮機(jī)進(jìn)口物流；3 ;氣體壓縮機(jī)出口物流；4 ;直觸式深度冷 卻培氣相進(jìn)口物流；5 ;直觸式深度冷卻培氣相出口物流；6 ;預(yù)冷器殼程出口物流；7 ;直觸 式深度冷卻培液相出口物流；8 ;直觸式深度冷卻培液相采出物流；9 ;直觸式深度冷卻培液 相進(jìn)口物流；10 ;制冷機(jī)出口物流；11 ;制冷機(jī)的回流；12 ;低溫高壓吸附罐1進(jìn)口物流；13 : 低溫高壓吸附罐2進(jìn)口物流；14 ;低溫高壓吸附罐1出口物流；15 ;低溫高壓吸附罐2出口 物流；16 ;高濃度解吸廢氣；17 ;GAC進(jìn)口物流；18 ;GAC出口物流。

【具體實(shí)施方式】
[0029] W下具體說明本發(fā)明的裝置和方法。
[0030] 本發(fā)明的裝置和方法用于處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣。常見VOCs見表1。
[00引]表1常見的VOCs
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的方法，所述方法包括以下步驟： (a) 將待處理的所述揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣導(dǎo)入管殼式換熱器，與低溫流體換熱而降 溫，得到預(yù)冷后的廢氣； (b) 將得自步驟（a)的所述預(yù)冷后的廢氣導(dǎo)入直觸式深度冷卻裝置，通過與被導(dǎo)入所 述直觸式深度冷卻裝置的制冷液流直接接觸換熱進(jìn)行降溫，隨后在所述直觸式深度冷卻裝 置中進(jìn)行氣液分離，以產(chǎn)生直觸式深度冷卻裝置出口氣流和直觸式深度冷卻裝置出口液 流，其中，所述直觸式深度冷卻裝置出口液流的一部分作為廢液被收集，另一部分經(jīng)過深冷 裝置進(jìn)一步冷卻后，作為所述制冷液流被導(dǎo)入所述直觸式深度冷卻裝置； (c) 將得自步驟（b)的所述直觸式深度冷卻裝置出口氣流作為步驟（a)中所述的低溫 流體通過所述管殼式換熱器與所述待處理的揮發(fā)性有機(jī)化合物換熱而升溫，隨后送至高壓 吸附裝置進(jìn)行吸附，得到經(jīng)過高壓吸附處理的廢氣，其中，當(dāng)吸附飽和后，對高壓吸附裝置 進(jìn)行解吸再生，并將解吸出的氣體通至步驟（a)中所述的待處理的所述揮發(fā)性有機(jī)化合物 廢氣中； (d) 將得自步驟（c)的所述經(jīng)過高壓吸附處理的廢氣經(jīng)過粒狀活性炭凈化后，獲得達(dá) 標(biāo)排氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟（a)中，將所述待處理的廢氣通過鼓風(fēng)機(jī) 進(jìn)入氣體壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后導(dǎo)入所述管殼式換熱器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述鼓風(fēng)機(jī)的出口壓力為0. 1至0. 15MPa，所述 氣體壓縮機(jī)的出口壓力為0. 5至2MPa，溫度為30至75°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟（b)中，所述預(yù)冷后的廢氣的溫度為-20 至22. 5°C，壓力為0? 5至2MPa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟（c)中，所述直冷分離裝置出口氣流在進(jìn) 入所述管殼式換熱器前的溫度為-80至-10°C，壓力為0. 5至2MPa，且通過所述管殼式換熱 器后的溫度為-25至17. 5°C，壓力為0? 5至2MPa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟（c)中所述的高壓吸附裝置中，在-25至 17. 5°C的溫度和0. 5至2MPa的壓力下，進(jìn)行所述高壓吸附處理；并且通過減壓，在20至 70°C的溫度和0. 1至0. 15MPa的壓力下，進(jìn)行所述解吸再生。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟（c)中通過輪換使用至少兩個高壓吸附裝 置實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)處理。
8. -種用于處理揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的設(shè)備，所述設(shè)備包括： 預(yù)冷部，所述預(yù)冷部包含鼓風(fēng)機(jī)（C1)、氣體壓縮機(jī)（C2)和管殼式換熱器（F1)，其中，揮 發(fā)性有機(jī)化合物廢氣進(jìn)氣管道（1)流體連接至鼓風(fēng)機(jī)（C1)的入口，鼓風(fēng)機(jī)（C1)的出口流 體連接至氣體壓縮機(jī)（C2)的入口，氣體壓縮機(jī)（C2)的出口流體連接至管殼式換熱器（F1) 的管程進(jìn)口； 直觸式深度冷卻部，所述直觸式深度冷卻部包含直觸式深度冷卻裝置（T1)、深冷裝置 (F2)和廢液收集裝置（VI)，其中，管殼式換熱器（F1)的管程出口流體連接至直觸式深度冷 卻裝置（T1)的氣相入口，直觸式深度冷卻裝置（T1)還具有液相入口、氣相出口和液相出 口，所述液相出口通過管線（7)流體連接至深冷裝置（F2)的物料進(jìn)口，深冷裝置（F2)的物 料出口流體連接至直觸式深度冷卻裝置（T1)的液相入口，管線（7)具有與廢液收集裝置 (VI)流體連接的分支管線（8)，直觸式深度冷卻裝置（T1)的氣相出口流體連接至管殼式換 熱器（F1)的殼程入口， 吸附部，所述吸附部包含高壓吸附裝置（P1)至（Pn)和粒狀活性炭吸附裝置（GAC)，其 中，n為不小于2的整數(shù)，管殼式換熱器（F1)的殼程出口連接至高壓吸附裝置（P1)至（Pn) 的入口，高壓吸附裝置（P1)至（Pn)的出口與進(jìn)氣管道（1)和粒狀活性炭吸附裝置（GAC) 分別流體連接。
【文檔編號】B01D53/00GK104436980SQ201410592287
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】李喜青, 隋紅, 李鑫鋼, 崔吉星, 劉波, 張濤 申請人:天津大學(xué), 北京大學(xué)