一种活性炭床安全干燥冷却的装置和方法与流程

本发明属于环境保护、化学工业领域，具体涉及一种活性炭床安全干燥冷却的装置和方法。

背景技术：

活性炭吸附、水蒸汽脱附净化回收气体中的有机物已在国内外得到广泛的应用。通过蒸汽对吸附了一定量有机物的活性炭的升温、吹扫和置换作用，可将在吸附阶段吸附于吸附剂中的有机物脱附出来，水蒸汽和有机蒸汽连接到冷凝器冷凝液化，从而完成有机物的脱附工作。由于脱附后的炭床温度高，且含有大量的水汽，直接用于下一阶段的吸附时，吸附容量下降多，吸附效果差，因此需要对炭层进行降温和干燥除水。

目前主要的方式是通入热空气或空气直接开路吹扫进行干燥和降温。早期由于活性炭吸附净化的气体以烃类尤其是芳香烃类为主，其本身的吸附势较大，且主要用于通常浓度在数克/m³以上的高浓度有机气体的回收，尽管蒸汽再生后活性炭的工作容量与新鲜炭相比有了较大的下降，但由于待处理气体的浓度较高，吸附势相对较大，这类浓度高的有机物具有一定的与水汽竞争吸附的能力，因此一般情况下工作容量仍可设计为10％以上，并可保持吸附回收净化系统运行正常。但随着环境保护要求的提高和用活性炭床吸附回收有机物种类范围和场合的扩大，很多蒸汽再生活性炭吸附净化回收装置在实际应用中暴露了不少的问题，具体表现在以下几个方面：(1)炭床的着火风险。由于应用场合的扩展，许多含酮类的应用场合，在炭床退出蒸汽加热进行空气吹脱时出现着火问题。其原因是刚退出蒸汽加热的炭床温度较高，在持续通入空气时，如果炭层存在一些易燃物质或热点时易于被引燃且由于氧气不断被引入，危害程度加大。(2)二次污染。在现有系统中，炭层开始冷却的初始阶段，吹扫空气会携带大量水汽和一定量的有机物排出，由于含水汽量大，如果接入到吸附系统的入口，将对正在运行的吸附系统造成负荷冲击，而很多情况下的直接排放将形成一定时间的无组织排放，造成二次污染。(3)炭床带水及除水效率不高。直接用环境空气进行吹扫，因冷却作用会使得较多的水份无法从炭层中去除，而采用热空气开路吹扫的方式，除能耗外，还会加大着火的风险和增加二次污染排放。目前采用环境空气和加热空气组合的干燥冷却方式需要有理论和实践经验的支持才能较好的设计出相应的操作程序和切换点，技术难度大，且一样存在安全风险。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种活性炭床安全干燥冷却的装置和方法，通过增加循环加热和冷凝回路，可有效解决目前蒸汽再生活性炭层带水和可能的火灾风险问题，从而提高蒸汽再生活性炭吸附系统的有效吸附工作容量。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种活性炭床安全干燥冷却的装置，包括一座或多座并联吸附床、气体冷却器、气体加热器、循环风机和若干阀门；所述多座并联吸附床包括第一吸附床和第二吸附床及需要时更多的活性炭层，入口处为污染气体来气，出口处为净化气体排气；所述阀门包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第八阀门、第十阀门；所述第一阀门位于污染气体来气与第一吸附床的入口之间，用于控制进入第一吸附床的污染气体的开关；所述第二阀门位于污染气体来气与第二吸附床的入口之间，用于控制进入第二吸附床的污染气体的开关；所述第三阀门位于第一吸附床的出口与净化气体排气之间，用于控制经过第一吸附床净化后气体的排出；所述第四阀门位于第二吸附床的出口与净化气体排气之间，用于控制经过第二吸附床净化后气体的排出；所述第五阀门、第六阀门分别位于第一吸附床的入口、第二吸附床的入口与气体冷却器的出口之间；所述第八阀门、第十阀门分别位于第一吸附床的出口、第二吸附床的出口与气体加热器的入口之间；所述气体加热器的入口与循环风机的出口端相连，循环风机的入口端连接气体冷却器的出口。优选地，还包括再生蒸汽冷凝器、蒸汽源、第七阀门、第九阀门、第十一阀门和第十二阀门；所述第七阀门、第九阀门分别位于蒸汽源与第一吸附床的接口、第二吸附床的接口之间，分别用于控制蒸汽进入第一吸附床、第二吸附床；所述第十二阀门、第十一阀门分别位于第一吸附床的接口、第二吸附床的接口与再生蒸汽冷凝器的入口之间，分别用于控制第一吸附床、第二吸附床再生蒸汽管路的开关。

优选地，所述再生蒸汽冷凝器设有回收蒸汽脱附再生回收冷凝液的装置。

优选地，所述气体冷却器设有回收吸附床干燥过程冷凝出水的装置。

优选地，所述第一吸附床、第二吸附床及需要时的更多的吸附床的床层设有多点均布温度监控系统，用于监控异常温升。

一种活性炭床安全干燥冷却的方法，包括以下步骤：

步骤一，正常吸附，第一吸附床、第二吸附床及需要时更多的吸附床分别进行吸附；

步骤二，蒸汽脱附，通过阀门进行切换，启动再生蒸汽冷凝器，通入蒸汽，第一吸附床、第二吸附床等分别进行蒸汽脱附；

步骤三，脱水降温，开启气体冷却器、气体加热器、循环风机，通过阀门切换后形成包括气体冷却器、循环风机、气体加热器在内的循环回路，进行密闭循环脱水降温。

优选地，步骤一中，第一吸附床正常吸附时，关闭第五阀门、第七阀门、第八阀门、第十二阀门，打开第一阀门、第三阀门；第二吸附床正常吸附时，关闭第六阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门，打开第二阀门、第四阀门。

优选地，步骤二中，第一吸附床蒸汽脱附时，关闭第一阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门，打开第七阀门、第十二阀门；第二吸附床蒸汽脱附时，关闭第二阀门、第四阀门、第六阀门、第十阀门，打开第九阀门、第十一阀门。

优选地，步骤三中，第一吸附床脱水降温时，关闭第一阀门、第三阀门、第七阀门、第十二阀门，启动气体冷却器、气体加热器，打开第五阀门、第八阀门，形成密闭循环回路；启动循环风机，程序控制循环气体流量和气体加热器的出口气体温度，循环一定时间后，关闭气体加热器，调节冷却循环风量，完成冷却工作；

第二吸附床脱水降温时，关闭第二阀门、第四阀门、第九阀门、第十一阀门，启动气体冷却器、气体加热器，打开第六阀门、第十阀门，形成密闭循环回路；启动循环风机，程序控制循环气体流量和气体加热器的出口气体温度，循环一定时间后，关闭气体加热器，调节冷却循环风量，完成冷却工作。

优选地，启动循环风机时，控制循环气体流量为吸附装置设计处理能力对应风量的10％-300％，控制气体加热器的出口气体温度为40-100℃；冷却循环的时间为5分钟-200分钟，调节冷却循环风量为吸附装置设计处理能力对应风量的20％-300％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)如果吸附床内出现异常温升的情况，由于是密闭循环系统，气体中的氧气含量有限，同时热氧化过程产生的二氧化碳具有窒息作用，并可通过关闭密闭循环系统的加热功能，通过冷凝功能对床层进行降温，从而确保床层的安全。

(2)由于是密闭循环冷凝，因此，干燥冷却过程的蒸汽和部分有机物在循环回路的冷凝器中被冷凝液化后排出，避免了以往蒸汽再生后直接空气开路吹扫干燥时的二次污染或通入并联吸附器时的负荷冲击。

(3)通过对炭层温度的多点监控，可早期发现异常温升现象及时采取应对措施，确保炭层干燥冷却过程的安全。

(4)通过增加循环回路，顺序加热、冷却，可在确保安全的情况下，实现充分的干燥和冷却蒸汽再生的活性炭床层，从而为再生后活性炭床的下一轮高效吸附提供条件。

(5)与通常的热空气干燥相比，具有安全、无二次排放的优点，能耗低。

附图说明

图1是本发明所提供的一种活性炭床安全干燥冷却的装置的结构组成示意图。

附图标记说明：1、污染气体来气；2、净化气体排气；3、第一吸附床；4、第二吸附床；5、再生蒸汽冷凝器；6、气体冷却器；7、气体加热器；8、循环风机；9、蒸汽脱附再生回收冷凝液；10、吸附床干燥过程冷凝出水；11、蒸汽源；12、第一阀门；13、第二阀门；14、第三阀门；15、第四阀门；16、第五阀门；17、第六阀门；18、第七阀门；19、第八阀门；20、第九阀门；21、第十阀门；22、第十一阀门；23、第十二阀门。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明公开了一种活性炭床安全干燥冷却的装置，包括一座或多座并联吸附床、气体冷却器6、气体加热器7、循环风机8和若干阀门；所述多座并联吸附床包括第一吸附床3和第二吸附床4，入口处为污染气体来气1，出口处为净化气体排气2；所述阀门包括第一阀门12、第二阀门13、第三阀门14、第四阀门15、第五阀门16、第六阀门17、第八阀门19、第十阀门21；所述第一阀门12位于污染气体来气1与第一吸附床3的入口之间，用于控制进入第一吸附床3的污染气体的开关；所述第二阀门13位于污染气体来气1与第二吸附床4的入口之间，用于控制进入第二吸附床4的污染气体的开关；所述第三阀门14位于第一吸附床3的出口与净化气体排气2之间，用于控制经过第一吸附床3净化后气体的排出；所述第四阀门15位于第二吸附床4的出口与净化气体排气2之间，用于控制经过第二吸附床4净化后气体的排出；所述第五阀门16、第六阀门17分别位于第一吸附床3的入口、第二吸附床4的入口与气体冷却器6的出口之间；所述第八阀门19、第十阀门21分别位于第一吸附床3的出口、第二吸附床4的出口与气体加热器7的出口之间；所述气体加热器7的入口与循环风机8的出口端相连，循环风机8的入口端连接气体冷却器6的出口。

具体地，还包括再生蒸汽冷凝器5、蒸汽源11、第七阀门18、第九阀门20、第十一阀门22和第十二阀门23；所述第七阀门18、第九阀门20分别位于蒸汽源11与第一吸附床3的接口口、第二吸附床4的接口之间，分别用于控制蒸汽进入第一吸附床3、第二吸附床4；所述第十二阀门23、第十一阀门22分别位于第一吸附床3的接口口、第二吸附床4的接口与再生蒸汽冷凝器5的入口之间，分别用于控制第一吸附床3、第二吸附床4再生蒸汽管路的开关。

具体地，所述再生蒸汽冷凝器5的出口设有回收蒸汽脱附再生回收冷凝液9的装置。

具体地，所述气体冷却器6的一端设有回收吸附床干燥过程冷凝出水10的装置。

具体地，所述第一吸附床3、第二吸附床4均为活性炭床，其床层设有多点均布温度监控系统，用于监控异常温升。

本发明还公开了一种活性炭床安全干燥冷却的方法，包括以下步骤：

步骤一，正常吸附，第一吸附床3、第二吸附床4分别进行吸附；

步骤二，蒸汽脱附，通过阀门切换，启动再生蒸汽冷凝器5，通入蒸汽，第一吸附床3、第二吸附床4分别进行蒸汽脱附；

步骤三，脱水降温，开启气体冷却器6、气体加热器7、循环风机8，通过阀门切换后形成包括气体冷却器6、循环风机8、气体加热器7在内的循环回路，进行密闭循环脱水降温。

具体地，步骤一中，第一吸附床3正常吸附时，关闭第五阀门16、第七阀门18、第八阀门19、第十二阀门23，打开第一阀门12、第三阀门14；第二吸附床4正常吸附时，关闭第六阀门17、第九阀门20、第十阀门21、第十一阀门22，打开第二阀门13、第四阀门15。

具体地，步骤二中，第一吸附床3蒸汽脱附时，关闭第1阀门12、第三阀门14、第五阀门16、第八阀门19，打开第七阀门18、第十二阀门23；第二吸附床4蒸汽脱附时，关闭第二阀门13、第四阀门15、第六阀门17、第十阀门21，打开第九阀门20、第十一阀门22。

具体地，步骤三中，第一吸附床3脱水降温时，关闭第一阀门12、第三阀门14、第七阀门18、第十二阀门23，启动气体冷却器6、气体加热器7，打开第五阀门16、第八阀门19，形成密闭循环回路；启动循环风机8，控制循环气体流量和气体加热器7的出口气体温度，循环一定时间后，关闭气体加热器7，调节循环风量，完成冷却工作；

第二吸附床4脱水降温时，关闭第二阀门13、第四阀门15、第九阀门20、第十一阀门22，启动气体冷却器6、气体加热器7，打开第六阀门17、第十阀门21，形成密闭循环回路；启动循环风机8，控制循环气体流量和气体加热器7的出口气体温度，循环一定时间后，关闭气体加热器7，调节循环风量，完成冷却工作。

具体地，启动循环风机8时，控制循环气体流量为吸附装置设计处理能力对应风量的10％-300％，控制气体加热器7的出口气体温度为40-100℃；冷却循环的时间为5分钟-200分钟，调节冷却循环风量为吸附装置设计处理能力对应风量的20％-300％。

实施例

一种活性炭床安全干燥冷却的装置的使用方法如下：

正常的吸附：对于第一吸附床3，关闭第五阀门16、第七阀门18、第八阀门19、第十二阀门23，打开第一阀门12、第三阀门14，进行吸附；对于第二吸附床4，关闭第六阀门17、第九阀门20、第十阀门21、第十一阀门22，打开第二阀门13、第四阀门15，进行吸附。

正常蒸汽脱附：对于第一吸附床3，关闭第一阀门12、第三阀门14、第五阀门16、第八阀门19，启动再生蒸汽冷凝器5，打开第七阀门18和第十二阀门23，开始正常蒸汽脱附；对于第二吸附床4，关闭第二阀门13、第四阀门15、第六阀门17、第十阀门21，启动再生蒸汽冷凝器5，打开第九阀门20和第十一阀门22，开始正常蒸汽脱附。

脱附完成后，开始脱水降温，这里以第一吸附床3为例进行说明。

(1)关闭第一阀门12、第三阀门14、第七阀门18、第十二阀门23；

(2)启动气体冷却器6和气体加热器7；

(3)打开第五阀门16和第八阀门19，形成密闭循环回路；

(4)启动循环风机8，控制循环气体流量为吸附装置设计处理能力对应风量的10％到300％；

(5)控制气体加热器7的出口气体温度为40-100℃；

(6)循环5分钟-200分钟后，关闭气体加热器7，调节循环风量为吸附装置设计处理能力对应风量的20％到300％，完成冷却工作。

其中，第一吸附床3和第二吸附床4的床层设有多点均布温度监控系统，可有效监控异常温升，并通过循环冷却功能确保系统再生过程的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。