处理挥发性有机化合物废气的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供了处理挥发性有机化合物废气的方法和设备。该方法集成利用压缩-直冷-吸附的过程，可以用于处理多种浓度的挥发性有机化合物的废气。在直冷冷凝过程中，该方法使用气液直接接触的直触式深度冷却装置，并使用冷却废液作为制冷液体，节约了成本，提高了效率。
【专利说明】处理挥发性有机化合物废气的方法和设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs)的废气处理 领域，具体地，涉及一种处理挥发性有机化合物废气的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 挥发性有机化合物（VOCs)是一类重要的空气污染物，通常是指常压沸点在50? 26(TC、其主要成分为脂族姪、团代姪、芳香姪，多环芳姪、醇、酵、酸、醋等低沸点的有机化合 物
[0003] 挥发性有机化合物大部分有毒，部分具有致癌性，部分容易发生光化学反应和产 生光化学烟雾，还有的破坏莫氧层。正是由于VOCs的上述危害，各国都通过立法不断限制 VOCs的排放量。如1970年美国制订的《净化大气法》，1990年又进行了修订。1996年日本 立法限制53种VOCs的排放，2002年限制149种VOCs的排放。我国大气污染物综合排放标 准佑B16297-1996)对14类VOCs最高允许排放浓度、最高允许排放速率做了规定。
[0004] 由于VOCs的易挥发性，成分复杂，给处理上带来很大的难度。目前处理VOCs的方 法主要有；吸附法，主要处理低浓度的VOCs废气，操作费用较高，且处理量有限，吸附剂再 生成本高；燃烧法，直接燃烧、蓄热式燃烧、催化燃烧等，存在燃烧不充分或因为原废气中含 硫等而造成二次污染问题，而且VOCs废气浓度不能过高，且设备、催化剂较贵；电晕法，是 一种处理低浓度污染物的低成本控制技术，由于反应器长时间操作的稳定性和催化效率低 等方面原因，该方法目前还未能实现实际应用和商业化；冷凝法，是通过降温使部分组成过 饱和而冷凝成液体，单独的冷凝法对VOCs组成有较大限制，而且很难达到大气排放标准。 [000引因此，对于能够处理各种浓度的VOCs废气的方法和装置，仍存在着需求。
【发明内容】
[0006] 本发明结合国内外对于VOCs废气处理的迫切需求W及技术上存在的种种限制， 开发了一套用于处理不同浓度VOCs废气的工艺路线，实现了不同组分，不同浓度的VOCs废 气的达标排放，具有较好的经济效益和环境效益。具体地，本发明提供了一种利用压缩-直 冷-低温吸附再生处理不同浓度VOCs废气的集成方法，尤其适用于处理复杂组分，不同浓 度VOCs废气。
[0007] 在一个方面，本发明提供了一种处理挥发性有机化合物废气的方法，该方法包括 W下步骤：
[0008] (a)将待处理的所述挥发性有机化合物废气导入管壳式换热器，与低温流体换热 而降温，得到预冷后的废气；
[0009] 化）将得自步骤（a)的所述预冷后的废气导入直触式深度冷却装置，通过与被导 入所述直触式深度冷却装置的制冷液流直接接触换热进行降温，随后在所述直触式深度冷 却装置中进行气液分离，W产生直触式深度冷却装置出口气流和直触式深度冷却装置出口 液流，其中，所述直触式深度冷却装置出口液流的一部分作为废液被收集，另一部分经过深 冷装置进一步冷却后，作为所述制冷液流被导入所述直触式深度冷却装置；
[0010] (C)将得自步骤化）的所述直冷分离装置出口气流作为步骤（a)中所述的低温流 体通过所述管壳式换热器与所述待处理的挥发性有机化合物换热而升温，随后送至高压吸 附装置进行吸附，得到经过高压吸附处理的废气，其中，当吸附饱和后，对高压吸附装置进 行解吸再生，并将解吸出的气体通至步骤（a)中所述的待处理的所述挥发性有机化合物废 气中；
[0011] (d)将得自步骤（C)的所述经过高压吸附处理的废气经过粒状活性炭净化后，获 得达标排气。
[0012] 优选地，在步骤（a)中，将所述待处理的废气通过鼓风机进入气体压缩机，经压缩 后导入所述管壳式换热器。
[0013] 优选地，所述鼓风机的出口压力为0. 1至0. 15MPa，所述气体压缩机的出口压力为 0. 5至2MPa，温度为30至75°C。
[0014] 优选地，在步骤化）中，所述预冷后的废气的温度为-20至22. 5°C，压力为0. 5至 2M化。
[0015] 优选地，在步骤（C)中，所述直冷分离装置出口气流在进入所述管壳式换热器前 的温度为-80至-1(TC，压力为0. 5至2MPa，且通过所述管壳式换热器后的温度为-25至 1了. 5°C，压力为 0. 5 至 2MPa〇
[001引优选地，在步骤（C)中所述的高压吸附装置中，在-25至17. 5C的温度和0.5 至2MPa的压力下，进行所述高压吸附处理；并且通过减压，在20至7(TC的温度和0. 1至 0. 15MPa的压力下，进行所述解吸再生。
[0017] 优选地，在步骤（C)中通过轮换使用至少两个高压吸附装置实现气体的连续处 理。
[0018] 在另一个方面，本发明提供了一种处理挥发性有机化合物废气的设备，设备包括 W下H个部分：
[0019] 预冷部，所述预冷部包含鼓风机C1、气体压缩机C2和管壳式换热器F1，其中，挥发 性有机化合物废气进气管道1流体连接至鼓风机C1的入口，鼓风机C1的出口流体连接至 气体压缩机C2的入口，气体压缩机C2的出口流体连接至管壳式换热器F1的管程进口；
[0020] 直触式深度冷却部，所述直触式深度冷却部包含直触式深度冷却装置T1、深冷装 置巧和废液收集装置VI，其中，管壳式换热器F1的管程出口流体连接至直冷分离装置T1 的气相入口，直冷分离装置T1还具有液相入口、气相出口和液相出口，所述液相出口通过 管线7流体连接至深冷装置巧的物料进口，深冷装置巧的物料出口流体连接至直触式深 度冷却装置T1的液相入口，管线7具有与废液收集装置VI流体连接的分支管线8,直冷分 离装置T1的气相出口流体连接至管壳式换热器F1的壳程入口；
[002。 吸附部，所述吸附部包含高压吸附装置P1至化和粒状活性炭吸附装置GAC，其中， n为不小于2的整数，管壳式换热器F1的壳程出口连接至高压吸附装置P1至化的入口，高 压吸附装置P1至化的出口与进气管道1和粒状活性炭吸附装置GAC分别流体连接。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[0023] 本发明的方法集成了冷凝法和吸附法，可W处理复杂组分，不同浓度VOCs废气， 尤其适用于处理VOCs浓度高于5(K)ppm的废气。特别地，本发明采用了直触式深度冷却装 置。与气相换热工艺比较，直触式深度冷却培系统采用液相直接接触换热工艺。作为其一 个实例，直触式深度冷却培内从上到下依次设置有液体分布装置、气液换热填料和气体分 布器；深冷培上侧设置除沫装置，待冷却气体从培底进入并与液体逆流接触换热。通过采用 直触式深度冷却装置将废气与制冷液体直接气液接触进行换热冷凝分离，能大幅度降低换 热器的换热面积，节省设备投资；并且将冷凝后的废气的一部分用作上述制冷液体，简化了 操作和装置成本，降低了能量消耗。而且，将直触式深度冷却培的出口冷却气体用于入口气 体的预冷，既能W预冷器替代空冷系统，又能回收直触式深度冷却培出口气体冷量，还能将 该出口气体调节至适宜吸附的温度，减少了冷凝和吸附的操作成本，从而提高处理VOCs废 气经济效益。
[0024] 此外，本发明工艺所用设备组装灵活，适用于多场合、多工况的VOCs废气处理。使 用经发明人研究得到的压力和温度条件的范围，可W对各种复杂组分的VOCs废气进行达 标处理。
【专利附图】
【附图说明】
[00巧]附图1是根据本发明的处理VOCs废气的工艺路线示意图。其中示例性地示出了 两个吸附罐P1和P2。但是同样可W使用多于两个吸附罐。
[002引其中各符号表7]^ :
[0027] C1 ;鼓风机；C2 ;气体压缩机；F1 ;管壳式换热器（预冷器）；T1直触式深度冷却装 置；F2 ;深冷装置；S1 ;制冷机；P1 ;高压吸附罐1 ;P2 ;高压吸附罐2 ;GAC ;活性炭吸附罐； VI ;废液收集罐。
[0028] 1 ;VOCs废气；2 ;气体压缩机进口物流；3 ;气体压缩机出口物流；4 ;直触式深度冷 却培气相进口物流；5 ;直触式深度冷却培气相出口物流；6 ;预冷器壳程出口物流；7 ;直触 式深度冷却培液相出口物流；8 ;直触式深度冷却培液相采出物流；9 ;直触式深度冷却培液 相进口物流；10 ;制冷机出口物流；11 ;制冷机的回流；12 ;低温高压吸附罐1进口物流；13 : 低温高压吸附罐2进口物流；14 ;低温高压吸附罐1出口物流；15 ;低温高压吸附罐2出口 物流；16 ;高浓度解吸废气；17 ;GAC进口物流；18 ;GAC出口物流。
【具体实施方式】
[0029] W下具体说明本发明的装置和方法。
[0030] 本发明的装置和方法用于处理挥发性有机化合物废气。常见VOCs见表1。
[00引]表1常见的VOCs
[0032]
【权利要求】
1. 一种处理挥发性有机化合物废气的方法，所述方法包括以下步骤： (a) 将待处理的所述挥发性有机化合物废气导入管壳式换热器，与低温流体换热而降 温，得到预冷后的废气； (b) 将得自步骤（a)的所述预冷后的废气导入直触式深度冷却装置，通过与被导入所 述直触式深度冷却装置的制冷液流直接接触换热进行降温，随后在所述直触式深度冷却装 置中进行气液分离，以产生直触式深度冷却装置出口气流和直触式深度冷却装置出口液 流，其中，所述直触式深度冷却装置出口液流的一部分作为废液被收集，另一部分经过深冷 装置进一步冷却后，作为所述制冷液流被导入所述直触式深度冷却装置； (c) 将得自步骤（b)的所述直触式深度冷却装置出口气流作为步骤（a)中所述的低温 流体通过所述管壳式换热器与所述待处理的挥发性有机化合物换热而升温，随后送至高压 吸附装置进行吸附，得到经过高压吸附处理的废气，其中，当吸附饱和后，对高压吸附装置 进行解吸再生，并将解吸出的气体通至步骤（a)中所述的待处理的所述挥发性有机化合物 废气中； (d) 将得自步骤（c)的所述经过高压吸附处理的废气经过粒状活性炭净化后，获得达 标排气。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（a)中，将所述待处理的废气通过鼓风机 进入气体压缩机，经压缩后导入所述管壳式换热器。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述鼓风机的出口压力为0. 1至0. 15MPa，所述 气体压缩机的出口压力为0. 5至2MPa，温度为30至75°C。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（b)中，所述预冷后的废气的温度为-20 至22. 5°C，压力为0? 5至2MPa。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（c)中，所述直冷分离装置出口气流在进 入所述管壳式换热器前的温度为-80至-10°C，压力为0. 5至2MPa，且通过所述管壳式换热 器后的温度为-25至17. 5°C，压力为0? 5至2MPa。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（c)中所述的高压吸附装置中，在-25至 17. 5°C的温度和0. 5至2MPa的压力下，进行所述高压吸附处理；并且通过减压，在20至 70°C的温度和0. 1至0. 15MPa的压力下，进行所述解吸再生。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（c)中通过轮换使用至少两个高压吸附装 置实现气体的连续处理。
8. -种用于处理挥发性有机化合物废气的设备，所述设备包括： 预冷部，所述预冷部包含鼓风机（C1)、气体压缩机（C2)和管壳式换热器（F1)，其中，挥 发性有机化合物废气进气管道（1)流体连接至鼓风机（C1)的入口，鼓风机（C1)的出口流 体连接至气体压缩机（C2)的入口，气体压缩机（C2)的出口流体连接至管壳式换热器（F1) 的管程进口； 直触式深度冷却部，所述直触式深度冷却部包含直触式深度冷却装置（T1)、深冷装置 (F2)和废液收集装置（VI)，其中，管壳式换热器（F1)的管程出口流体连接至直触式深度冷 却装置（T1)的气相入口，直触式深度冷却装置（T1)还具有液相入口、气相出口和液相出 口，所述液相出口通过管线（7)流体连接至深冷装置（F2)的物料进口，深冷装置（F2)的物 料出口流体连接至直触式深度冷却装置（T1)的液相入口，管线（7)具有与废液收集装置 (VI)流体连接的分支管线（8)，直触式深度冷却装置（T1)的气相出口流体连接至管壳式换 热器（F1)的壳程入口， 吸附部，所述吸附部包含高压吸附装置（P1)至（Pn)和粒状活性炭吸附装置（GAC)，其 中，n为不小于2的整数，管壳式换热器（F1)的壳程出口连接至高压吸附装置（P1)至（Pn) 的入口，高压吸附装置（P1)至（Pn)的出口与进气管道（1)和粒状活性炭吸附装置（GAC) 分别流体连接。
【文档编号】B01D53/00GK104436980SQ201410592287
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】李喜青, 隋红, 李鑫钢, 崔吉星, 刘波, 张涛 申请人:天津大学, 北京大学