专利名称：节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置的制作方法
节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置
技术领域：
本发明涉及一种废气环保治理与资源再利用领域，特别涉及一种有机溶剂气体的净化与回收再利用领域。
背景技术：
有机废气是化工、制药、纺织、印染、橡胶、涂胶、感光材料、印刷、喷漆、制鞋等行业排放的常见有害气体。随着现代工业的高速发展，有机溶剂的用途及其用量越来越大，带来经济繁荣的同时也给社会带来非常严重的环境污染。面对社会经济发展下环境污染日趋严重与资源的日渐匮乏的问题，我国已出台《中华人民共和国大气污染防治法》对VOC的排放进行管制，并制定了废气排放标准(《大气污染物综合排放标准》GB 16^7-1996)，明确要求对工业生产中产生的有害气体进行治理，这就要求经济有效地脱除VOC (挥发性有机物)， 并鼓励对其加以回收再利用。目前，对有机溶剂废气的净化主要集中在对末端的治理。现有成熟的技术有催化燃烧法、水洗式吸收法、冷冻水冷凝法、活性炭吸附法。1.催化燃烧法只适合用于高浓度小风量的有机废气净化，其将有机废气转化为水与二氧化碳，属于破坏性方法，无法回收再利用。虽然近年来有些相关专家学者对它技术工艺进行改进，将其与活性炭吸附相结合，先用活性炭吸附法浓缩再催化燃烧，但仍属于末端治理，还是无法回收再利用，并且投资大、运行成本高。2.水洗式吸收法只适用水溶性有机废气，其方法是将有机废气引入填料塔内，让从塔顶喷入的水和有机废气充分接触后，再用蒸馏再冷凝方式提取有机物。因蒸馏装置出口溶度超过10000mg/Nm3，夏季时该出口废气温度可高达60°C，处理工艺存在严重安全隐患，且此工艺流程复杂，操作要求高，净化效果不理想，并且只适合水溶性有机物回收，因此不适合环保工程应用和推广。3.冷凝回收设备处理有机物技术产品也仅在某些化工生产过程中所产生的高浓度有机溶剂的回收中得到应用，如化纤生产过程中所产生的高浓度二硫化碳废气的回收等。冷凝回收装置的回收效率较低，回收后尾气中污染物的浓度通常达不到排放要求，需要与其它废气净化装置联合使用，且该设备造价与运行成本高，因此市场上用量极少。4.吸附法目前一般都是用活性炭作为吸附剂，其表面积高，就当前作为净化回收技术是一种最好的选择。但目前其都使用蒸汽解吸再生，如申请日为2005年06月22日，申请号为ZL200510200344. 8，的专利“工艺有机废气自动化回收新工艺”就是提供了采用水蒸汽进行脱附的方法。但是当蒸气进入吸附床内，因高温会使有机物的分子产生分解(分解反应生成的小分子烃会脱附出来，而其残余成分则留在活性炭孔隙内成为“固定炭”，使吸附剂的吸附性能降低直至失效)。而随后空间扩大蒸汽压力急剧下降、温度又随之下降，形成冷凝水附着在活性炭上，致使达不到有机溶剂在活性炭解吸所需的温度(吸附芯内小于 80°C)，使之解吸部分有机物残留在活性炭孔隙内，解吸再生后活性炭吸附能力明显下降， 活性炭使用寿命缩短，并对高沸点的有机溶剂无法处理，更为干燥程序埋下安全隐患，而且解吸下来的有机气体与蒸气经冷凝后有机溶剂与水混合液分离，但仍有部分有机物将残留在水中，造成二次污染。
发明内容本发明要解决的技术问题，在于提供一种节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，它能够提高本回收净化装置的工作效率，吸附剂的利用率，延长吸附剂的使用寿命。本发明是这样实现的本发明节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，它包括集气系统、解吸系统、回收系统、自控系统、复数个以活性炭为吸附剂的吸附床；所述解吸系统包括制氮机、氮气加热器；所述集气系统包括接收有机废气的集气风机、过滤器；所述回收系统包括冷却器、深度冷凝器、气液分离器、三通阀、溶剂储罐、氮气回用风机；所述制氮机、氮气加热器依次连接，所述氮气加热器分别连接到各个吸附床，所述吸附床均依次串联连接冷却器、深度冷凝器、气液分离器、氮气回用风机、三通阀，所述冷却器、气液分离器均连接到所述溶剂储罐，所述集气风机通过过滤器分别连接到各个吸附床， 两两吸附床之间通过回流冷却管连接，所述三通阀的一端连接所述集气风机，三通阀的另一端连接到解吸系统。进一步的，所述解吸系统还包括氮气储罐，所述氮气储罐连接于所述制氮机、氮气加热器之间，所述三通阀连接到氮气储罐。进一步的，所述吸附床包括吸附床体、吸附筒以及进气管，所述吸附筒设置在吸附床体内，所述进气管连接于所述吸附床体的底部，所述吸附床体的底部还设置有水平均布器，所述进气管通过所述水平均布器连接所述吸附床体，所述水平均布器由三层平板水平、 间隔叠置构成，每一层平板上均设置有复数排的通气孔，所述三层平板由下到上，通气孔的孔径由大到小、通气孔的数量成一倍增加，而且位于上层平板的通气孔与位于下层平板的通气孔相互错开布设。进一步的，所述吸附床包括吸附筒，所述吸附筒的顶端设置有密封结构，所述密封结构包括一气缸、一支撑架、盖板，所述盖板的数量与吸附筒的数量相同，所述盖板一一对应设置于所述吸附筒顶端，而且盖板的形状大小与吸附筒的顶端相对应，所述气缸通过所述支撑架连接各个盖板，所述支撑架包括一连接于气缸的连接杆，所述连接杆的下端连接一横杆，所述横杆下端设置有至少与吸附筒数量相同的弹性件，所述横杆通过弹性件连接到与弹性件相对应的盖板上。进一步的，所述吸附床包括吸附床的箱体，所述吸附床的箱体内设置有吸附筒，所述吸附床的箱体由内到外依次设置为第一钢材层、保温材料层、第二钢材层。进一步的，所述过滤器，它包括一钢架框，一微孔复合材料制成的过滤袋、一收集槽，所述过滤袋的袋口连接于所述钢架框上，而且所述过滤袋的开口背向含颗粒废气的进气方向，所述收集槽连接于所述钢架框，并位于所述过滤袋的下方。进一步的，所述自控系统包括设置于本净化装置内的控制器，以及连接于该控制器的在线氧含量监测系统、废气浓度监测系统、温度监测系统、安全报警系统。
进一步的，所述自控系统的控制器为PLC可编程逻辑控制器或DCS (分布式控制系统)。本发明的优点在于本发明的吸附床采用吸附、解吸(包括冷却)不间断交替对换，使吸附床有效得到充分使用；本发明可以利用氮气回用风机吸力产生负压高温方式解吸，解吸时设备运行更安全，通过自控系统，可以实现自动化控制，操作简易，提高了安全性能、节约了运行成本；本发明利用三通阀使氮气得到重新利用，可节省设备投资与运行成本；本发明的两两吸附床之间通过回流冷却管连接，这样可以将吸附后的洁净空气直接作为脱附后的冷却空气，减少设备投资与运行成本；本发明使用氮气作为脱附剂，并通过氮气加热器采用分阶段逐步升温，有机物不会有因高温发生分解反应，生成小分子烃脱附出来，残余成分留在吸附剂孔隙内成为“固定炭”，因此适用于高沸点及水溶性有机溶剂的净化回收，具有脱附彻底、回收溶剂纯度高、无二次污染物、延长吸附剂使用寿命等特征，而且本发明可定期利用氮气为吸附剂做高温炭化、活化处理，延长吸附剂使用寿命；本发明的吸附床设置有水平均布器，有机废气进入后形成均勻的蒸汽进入吸附筒进行吸附，大大提高了每个吸附筒的工作能力，而且吸附床体由双层钢板内置聚氨酯层构成，具有导热系数低，保温性能好的优点。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。图1是本发明的结构示意图。图2是本发明的吸附床的箱体结构。图3是本发明的吸附床带水平均布器的结构示意图。图4是图3的吸附床的水平均布器的结构示意图。图5是本发明的吸附床吸附筒的密封结构的示意图。图6是本发明的过滤器的结构示意图。
具体实施方式请参阅图1至图6所示，对本发明的实施例进行详细的说明。如图1，本发明节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，它包括集气系统、解吸系统、复数个以活性炭为吸附剂的吸附床、回收系统、自控系统。所述集气系统包括接收有机废气的集气风机1、过滤器2。本实施例中共采用三个吸附床，吸附床A3、吸附床B4、，吸附床C5，两两吸附床之间通过回流冷却管6连接。所述解吸系统包括制氮机7、氮气加热器9，本实施例中还包括氮气储罐8。所述回收系统包括冷却器10、深度冷凝器11、气液分离器12、溶剂储罐13、三通阀14、氮气回用风机15。所述自控系统包括设置于本净化装置内的控制器(未图示)，以及连接于该控制器的在线氧含量监测系统(未图示)、废气浓度监测系统(未图示)、温度监测系统(未图示)、安全报警系统(未图示)，所述自控系统的控制器为PLC或DCS。
所述制氮机7、氮气储罐8、氮气加热器9依次连接，所述氮气加热器9分别连接到各个吸附床，所述吸附床均依次串联连接冷却器10、深度冷凝器11、气液分离器12、氮气回用风机15、三通阀14，所述冷却器10、气液分离器12均连接到所述溶剂储罐13，所述集气风机1通过过滤器2分别连接到各个吸附床，两两吸附床之间通过回流冷却管6连接，所述三通阀14的一端连接所述集气风机1，三通阀14的另一端连接到氮气储罐8。在所述氮气回用风机15和三通阀14之间设置有在线氧含量监测系统，在各个吸附床内部设置有温度监测系统。所述废气浓度监测系统的检测点与在线氧含量监测系统一起，分别位于每个吸附床出口。所述安全报警系统用于当本装置控制系统发生故障，包括吸附床的洁净空气出口处的有机废气排放浓度超标与氮气纯度不够时发出声光报警并在触控显示屏中显示。本发明装置的工艺如下本装置的工艺包括吸附、脱附、冷却三个工序组成，吸附时间大于或等于脱附时间加冷却时间。本实施例中所述吸附床的数量为三。先启动制氮机7生成氮气储存在氮气储罐8内，并确保氮气储罐8的氮气储存量在吸附床解吸时够用。当氮气储罐8不足以吸附床的解吸用量时，由自控系统(未图示) 发出指令启动制氮机7生成氮气补充。有机废气由集气风机1经过滤器2同时进入吸附床 A、吸附床B进行吸附，后得到洁净空气直接排放至大气中。当吸附床A、吸附床B已吸附半饱和状态，通过阀门的切换，有机废气就由集气风机1经过滤器2同时转入进入吸附床B、吸附床C，进行吸附，得到洁净空气直接排放至大气中，与此同时氮气储罐8中的氮气经过氮气加热器8(由自控系统根据按有机溶剂的特性控制分阶段性的解吸温度)注入吸附床A， 将吸附剂上的有机物完全沸腾、汽化脱附。吸附床A解吸出来的有机蒸汽后经冷却器10冷却下来的有机溶剂液体流入溶剂储罐13内，未冷却的有机蒸汽进入深度冷凝器11完全冷凝再进入气液分离器12，经过气液分离器12的分离后，液体流入溶剂储罐13内，气体流经氮气回用风机15升压后通到三通阀14，经过线氧含量监测系统的检测，含氧量较高时，由自控系统指令气体经三通阀14流通到集气风机1，并重新进行吸附，也可冲淡有机废气中的含氧量；当含氧量低或无氧时，由自控系统指令气体经三通阀14重新注入氮气储罐8内。 当吸附床A的吸附剂上有机溶剂脱附彻底干净后，关闭吸附床A的解吸气体进气阀，把回流冷却管6打开，引入吸附床B、吸附床C吸附后的洁净空气为吸附床A冷却。当吸附床B吸附饱和、吸附床C吸附半饱和后，吸附床B就转入脱附程序，吸附床A、吸附床C进入吸附程序。吸附床C吸附饱和、吸附床A吸附半饱和后，吸附床C就转入脱附程序，吸附床A、吸附床B进入吸附程序以此类推，一个周期一个周期的周而复始更替。本发明定期为吸附剂活化工艺流程先启动制氮机7生成氮气储存在氮气储罐8内。同时关闭吸附床A3、吸附床B4、 吸附床C5中除了解吸气体的进气阀与出气阀以外的所有阀门，将氮气储罐8内的氮气注入吸附床A、吸附床B、吸附床C，并经三通阀14控制直接由管口排放，直至吸附床A、吸附床B、 吸附床C内的氧气排净，充满氮气后，开启氮气加热器9将氮气加热升温(直至吸附床达到活化吸附剂的温度)，加热的氮气进入吸附床A、吸附床B、吸附床C内进行吸附剂加热高温炭化、活化，再由氮气回用风机15升压后经三通阀14控制将氮气重新注入氮气储罐8内用来氮气回用。如图2所示，本发明的吸附床包括吸附床的箱体31，所述吸附床的箱体31内设置有吸附筒32，所述吸附床的箱体由内到外依次设置为第一钢材层310、保温材料层311、第二钢材层312。所述保温材料层311可以为聚氨酯层。所述吸附床采用双层钢材结构内注保温材料，不但外观美观，结构简单，抗压性高，而且箱体31内不易结冷凝水，还具有导热系数低、保温性能好的优点，克服了原有吸附床箱体存在的抗压程度差，并且冷凝水很容易进入岩棉层内，造成岩棉层的保温性能差、易传热的缺点。如图3，本发明的吸附床包括吸附床的箱体31、吸附筒32以及进气管33，所述吸附筒32设置在吸附床的箱体31内，所述进气管33连接于所述吸附床的箱体31的底部，并通过气动控制阀34控制，所述吸附床的箱体31的底部还设置有水平均布器35，所述进气管 33通过所述水平均布器35连接到所述吸附床的箱体31内。如图4，所述水平均布器35由三层平板水平、间隔叠置构成，每一层平板上均设置有复数排的通气孔351，所述三层平板由下到上，通气孔351的孔径由大到小、通气孔351的数量成一倍增加，而且位于上层平板的通气孔351与位于下层平板的通气孔351相互错开布设。有机溶剂废气通过进气管从所述吸附床的箱体31的底部吹入，经所述水平均布器35后，所述水平分布器35分为三层平板，每一层平板上均设置有复数排的通气孔351，所述三层平板由下到上，通气孔的孔径由大到小、通气孔的数量成一倍增加，而且位于上层平板的通气孔与位于下层平板的通气孔相互错开布设，使得有机溶剂废气经过三层平板的通气孔351后形成均勻的气体，再进入所述吸附筒32进行吸附，因为有机溶剂废气形成均勻气体，大大提高了每个吸附筒32的工作能力，从而可以提高整个设备的工作效率。如图5所示，所述吸附床包括吸附筒32，所述吸附筒的顶端设置有密封结构36，所述密封结构包括一气缸361、一支撑架362、盖板363，所述盖板363的数量与吸附筒32的数量相同，所述盖板363设置于所述吸附筒32顶端，而且盖板363的形状大小与吸附筒32 的顶端相对应，所述气缸361通过所述支撑架362连接各个盖板363，所述支撑架362包括一连接于气缸的连接杆3620，所述连接杆3620的下端连接一横杆3621，所述横杆3621下端设置有至少与吸附筒32数量相同的弹性件3622，所述横杆3621通过弹性件3622连接到与弹性件3622相对应的盖板363上。本发明使用了弹性件3622，替代了原来槽钢制成的竖杆，起到了缓冲的作用，当气缸361带动支撑架362上升或者下降的时候，可以减轻盖板 363与吸附筒32的接触面之间的冲击，有效保护了支撑架362以及盖板363 ；而且可以有效地解决了盖板363与各个吸附筒32的接触面之间的均衡，以确保吸附筒32不漏气。如图6所示，所述过滤器2，它包括一钢架框21，一微孔复合材料制成的过滤袋22、 一收集槽23，所述过滤袋22的袋口连接于所述钢架框21上，而且所述过滤袋22的开口背向含颗粒废气的进气方向，所述收集槽23连接于所述钢架框21，并位于所述过滤袋22的下方。采用的过滤袋22采用微孔复合材料，厚度只是无纺织布的1/5，而且透气性好，克服了助力大、容易堵塞、使用寿命短的问题。所述过滤袋22的开口背向含颗粒废气的进气方向， 当带有粉尘或者微粒物的含颗粒废气进入过滤器2后，采用反向过滤，粉尘及其他颗粒物质由于气体的重力落入位于过滤袋22下方的收集槽，用户只要定期打开收集槽清理即可， 克服了需要频繁更换无纺布过滤袋，并且在更换无纺布时，过滤器的密封难题。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
权利要求
1.一种节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，它包括集气系统、解吸系统、回收系统、自控系统、复数个以活性炭为吸附剂的吸附床；其特征在于所述解吸系统包括制氮机、氮气加热器；所述集气系统包括接收有机废气的集气风机、过滤器；所述回收系统包括冷却器、深度冷凝器、气液分离器、三通阀、溶剂储罐、氮气回用风机；所述制氮机、氮气加热器依次连接，所述氮气加热器分别连接到各个吸附床，所述吸附床均依次串联连接冷却器、深度冷凝器、气液分离器、氮气回用风机、三通阀，所述冷却器、 气液分离器均连接到所述溶剂储罐，所述集气风机通过过滤器分别连接到各个吸附床，两两吸附床之间通过回流冷却管连接，所述三通阀的一端连接所述集气风机，三通阀的另一端连接到解吸系统。
2.根据权利要求1所述的节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，其特征在于所述解吸系统还包括氮气储罐，所述氮气储罐连接于所述制氮机、氮气加热器之间，所述三通阀连接到氮气储罐。
3.根据权利要求1所述的节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，其特征在于所述吸附床包括吸附床体、吸附筒以及进气管，所述吸附筒设置在吸附床体内，所述进气管连接于所述吸附床体的底部，所述吸附床体的底部还设置有水平均布器，所述进气管通过所述水平均布器连接所述吸附床体，所述水平均布器由三层平板水平、间隔叠置构成， 每一层平板上均设置有复数排的通气孔，所述三层平板由下到上，通气孔的孔径由大到小、 通气孔的数量成一倍增加，而且位于上层平板的通气孔与位于下层平板的通气孔相互错开布设。
4.根据权利要求1所述的节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，其特征在于所述吸附床包括吸附筒，所述吸附筒的顶端设置有密封结构，所述密封结构包括一气缸、一支撑架、盖板，所述盖板的数量与吸附筒的数量相同，所述盖板一一对应设置于所述吸附筒顶端，而且盖板的形状大小与吸附筒的顶端相对应，所述气缸通过所述支撑架连接各个盖板，所述支撑架包括一连接于气缸的连接杆，所述连接杆的下端连接一横杆，所述横杆下端设置有至少与吸附筒数量相同的弹性件，所述横杆通过弹性件连接到与弹性件相对应的盖板上。
5.根据权利要求1所述的节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，其特征在于所述吸附床包括吸附床的箱体，所述吸附床的箱体内设置有吸附筒，所述吸附床的箱体由内到外依次设置为第一钢材层、保温材料层、第二钢材层。
6.根据权利要求1所述的节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，其特征在于所述过滤器，它包括一钢架框，一微孔复合材料制成的过滤袋、一收集槽，所述过滤袋的袋口连接于所述钢架框上，而且所述过滤袋的开口背向含颗粒废气的进气方向，所述收集槽连接于所述钢架框，并位于所述过滤袋的下方。
7.根据权利要求1所述的节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，其特征在于所述自控系统包括设置于本净化装置内的控制器，以及连接于该控制器的在线氧含量监测系统、废气浓度监测系统、温度监测系统、安全报警系统。
8.根据权利要求7所述的节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，其特征在于所述自控系统的控制器为PLC或DCS。
全文摘要
本发明提供了节能并延长吸附剂使用寿命的有机废气回收装置，制氮机、氮气加热器依次连接，氮气加热器分别连接到各个吸附床，所述吸附床均依次串联连接冷却器、深度冷凝器、气液分离器、氮气回用风机、三通阀，所述冷却器、气液分离器均连接到一溶剂储罐，所述集气风机通过过滤器分别连接到各个吸附床，两两吸附床之间通过回流冷却管连接，所述三通阀的一端连接所述集气风机，三通阀的另一端连接到解吸系统。本发明提供了一种以氮气为脱附剂的装置，它能够提高回收装置的工作效率，吸附剂的利用率，延长吸附剂的使用寿命。
文档编号B01D46/02GK102302888SQ20111020788
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者邹希坚 申请人:邹希坚