一种利用活性炭静活性的VOC常温冷凝处理系统及方法与流程

本发明涉及工业排放vocs处理技术领域，特别是涉及一种利用活性炭静活性的voc常温冷凝处理系统及方法。

背景技术：

大气中的挥发性有机物(vocs)对植物和动物生命造成严重伤害，并且影响人类健康例如刺激眼睛、引起呼吸道问题、引发癌症等。作为有机溶剂应用于诸如喷涂、家具等行业的vocs可占大气vocs排放源的35-40％。在上述行业中，vocs常见的处理手段包括：吸附、吸收、冷凝等回收方法和直接燃烧、催化氧化、生物处理、低温等离子体和光催化等破坏方法；实际应用时一般组合上述方法的两种或者三种。其中活性炭吸附浓缩结合冷凝回收的vocs处理方法后续处理更加方便简单，而且经济效益高，是比较理想的处理方法。

罗福坤等人提出一种活性炭吸附、n2脱附回收处理有机废气的工艺，吸附结束后采用n2真空4～10kpa循环加热脱附后经双级冷凝设备冷凝，残留的vocs采用新鲜空气吹扫后送入另一吸附器吸附。该专利能有效脱附出vocs气体并冷凝，但是最后采用新鲜空气吹扫仍面临安全风险且影响活性炭适用寿命。和雅妮等人提出一种活性炭吸附热氮气脱附冷凝回收系统，脱附气体后采用三级冷凝，脱附后管道中的不凝气体进入辅助活性炭吸附器吸附，此专利仍存在三级冷凝能耗高、设备热应力及气密性要求高的问题。

本人也曾提出一种常温冷凝辅助提纯的vocs处理系统及其处理方法，采用三个相同床轮换吸附净化、脱附冷凝、辅助提纯，实现脱附冷凝后床体残留量非常少以保证正常吸附周期内的排放vocs浓度达标。此专利实现了常温冷凝同时保证的吸附效率达标，降低了工艺难度、设备成本和运行能耗，但是该专利与其他类似专利相同仅利用了活性炭的动活性，并且对活性炭吸附脱附性能要求较高，要求辅助吸附时吸附量大于冷凝残余量与动态吸附量之和，否则会出现转移不足导致吸附净化后排放浓度不达标的弊端。

现阶段vocs的吸附浓缩冷凝回收方法普遍面临着如下四个问题：需深度冷凝因此冷凝和加热能耗都大幅提高；系统设备、管道和阀门承受大温差造成应力损失且气密性难以满足；冷凝后吸附床仍残留的一部分vocs造成下一阶段的吸附效率下降或者采用新鲜空气热吹扫面临爆炸风险；仅利用了活性炭的吸附动活性，浪费了部分活性炭的吸附能力。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用活性炭静活性的voc常温冷凝处理系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，充分利用活性炭的吸附能力，可节约活性炭的使用，同时实现利用常规高效冷源甚至天然冷源液化回收vocs，大幅降低了冷凝能耗和设备成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种利用活性炭静活性的voc常温冷凝处理系统，包括vocs预处理系统、脱附冷凝系统和辅助吸附床c，所述辅助吸附床c一侧设置有两台并联的吸附床a和吸附床b；所述吸附床a通过吸附进气阀门aa1与吸附风机相连，所述吸附床b通过吸附进气阀门ba1与所述吸附风机相连；所述吸附风机连接有所述vocs预处理系统；所述吸附床a通过吸附出气阀门aa2与大气相连，所述吸附床b通过吸附出气阀门ba2与大气相连；所述吸附床a和吸附床b之间通过串联阀门ab和串联阀门ba串行闭合连接；所述吸附床a两端分别通过脱附冷凝阀门ad1和脱附冷凝阀门ad2与脱附冷凝系统两端相连，吸附床b两端分别通过脱附冷凝阀门bd1和脱附冷凝阀门bd2与脱附冷凝系统两端相连，吸附床c两端分别通过脱附冷凝阀门cd1和脱附冷凝阀门cd2与脱附冷凝系统两端相连。

可选的，所述脱附冷凝系统包括依次串行连接的气气换热器、常温冷凝系统、三通蝶阀、脱附风机、截止阀和加热器；所述三通蝶阀包括i通路、ii通路和iii通路，所述常温冷凝系统与i通路连接，所述脱附风机与ii通路连接，所述ii通路与所述脱附风机之间的连接管路上连接有与所述气气换热器连接的第一支路，所述iii通路通过第二支路与所述气气换热器连接；所述辅助吸附床c通过阀门cp1和阀门cp2连接在所述截止阀两端；所述脱附冷凝阀门ad1、脱附冷凝阀门bd1和脱附冷凝阀门cd1通过第一脱附冷凝管道与所述加热器连接，所述脱附冷凝阀门ad2、脱附冷凝阀门bd2和脱附冷凝阀门cd2通过第二脱附冷凝管道与所述气气换热器连接。

可选的，还包括氮气补充系统，所述氮气补充系统包括氮气源和在线氧含量检测仪，所述氮气源通过氮气补充阀门n1与第二脱附冷凝管道相连，所述第一脱附冷凝管道连接有氮气补充阀门n2，所述氮气补充阀门n2通过在线氧含量检测仪与所述vocs预处理系统前端的吸附管道相连。

可选的，所述吸附床a与所述吸附出气阀门aa2之间设置有vocs浓度传感器av，所述吸附床b与所述吸附出气阀门ba2之间设置有vocs浓度传感器bv，所述气气换热器与所述常温冷凝系统之间设置有vocs浓度传感器cv，所述截止阀一端与所述阀门cp2之间设置有vocs浓度传感器dv。

可选的，所述常温冷凝系统包括vocs储液罐和常温冷凝器，所述常温冷凝器能够采用常规高效冷源或天然冷源。

可选的，所述吸附风机和所述脱附风机均为防爆变频风机。

本发明还提供一种利用上述活性炭静活性的voc常温冷凝处理系统的处理方法，包括如下步骤：

步骤10、设备调试，关闭所有吸附进气阀门aa1、吸附进气阀门ba1和所有吸附出气阀门aa2、吸附出气阀门ba2，打开所有剩余阀门，然后开启氮气源，将系统管道和设备内的气体均置换为氮气，当在线氧含量检测仪显示氧气含量低于5％时关闭所有阀门和氮气源；

步骤20、开启吸附进气阀门aa1和吸附出气阀门aa2，有机废气经预处理系统降温除颗粒后送入吸附床a，净化达标后排入大气；

步骤30、当吸附床a后的vocs浓度传感器av显示值达到排放标准的50％时，关闭吸附出气阀门aa2，打开串联阀门ab，吸附床b串联在吸附床a后面，废气依次经过吸附床a和吸附床b再排入大气，直至vocs浓度传感器av显示吸附床a已达饱和吸附量，无法继续吸附，然后吸附床a进入脱附阶段，吸附床b继续吸附；

步骤40、吸附床a脱附前，打开氮气补充阀门n1、氮气补充阀门n2和氮气源，将吸附床a内的气体置换为氮气送入吸附管道内，当在线氧含量检测仪显示氧气含量低于5％时关闭氮气补充阀门n1、n2和氮气源；然后依次开启脱附冷凝阀门ad1、脱附冷凝阀门ad2、截止阀、脱附风机和加热器，三通蝶阀切换到i通路、iii三通路处，当vocs浓度传感器cv显示值达到冷凝浓度时，开启冷凝系统，直至无冷凝液流出；

步骤50、关闭截止阀，开启阀门cp1和阀门cp2，将三通蝶阀切换到i通路、ii通路处，从吸附床a出来的高温高浓度vocs气体经冷却后送入吸附床c内吸附变为低浓度气体再加热，此时可将吸附床a内的vocs继续脱附出来，直至vocs浓度传感器cv显示吸附床a内再无vocs脱附出来，然后开启截止阀、关闭阀门cp1、阀门cp2和加热器，将吸附床a内的活性炭冷却下来；

步骤60、当吸附床b后的vocs浓度传感器bv显示值达到排放标准的50％时，关闭吸附出气阀门ba2，打开串联阀门ba，吸附床a串联在吸附床b后面，废气依次经过吸附床b和吸附床a再排入大气，直至vocs浓度传感器bv显示吸附床b已达饱和吸附量，无法继续吸附，然后吸附床b进入脱附阶段，吸附床a继续吸附；

步骤70、吸附床b脱附前，打开氮气补充阀门n1、氮气补充阀门n2和氮气源，将吸附床b内的气体置换为氮气送入吸附管道内，当在线氧含量检测仪显示氧气含量低于5％时关闭氮气补充阀门n1、氮气补充阀门n2和氮气源；然后依次开启脱附冷凝阀门bd1、脱附冷凝阀门bd2、截止阀、脱附风机和加热器，三通蝶阀切换到i通路、iii通路处，当vocs浓度传感器cv显示值达到冷凝浓度时，开启冷凝系统，直至无冷凝液流出；

步骤80、关闭截止阀，开启阀门cp1、阀门cp2，将三通蝶阀切换到i通路、ii通路位置，从吸附床b出来的高温高浓度vocs气体经冷却后送入吸附床c内吸附变为低浓度气体再加热，此时可将吸附床b内的vocs继续脱附出来，直至vocs浓度传感器cv显示吸附床b内再无vocs脱附出来，然后开启截止阀、关闭阀门cp1、阀门cp2和加热器，将吸附床b内的活性炭冷却下来；

步骤90、重复上述步骤30-80；

步骤100、当辅助吸附床c后的vocs浓度传感器dv显示吸附床c达到设定转移极限量，开启脱附冷凝阀门cd1、脱附冷凝阀门cd2、截止阀，将三通蝶阀切换到i通路、iii通路处，开启脱附风机和加热器，当vocs浓度传感器cv显示值达到冷凝浓度时，开启冷凝系统，直至无冷凝液流出，关闭加热器，将吸附床c内的活性炭冷却下来。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的利用活性炭静活性的vocs常温冷凝处理系统及其方法，根据活性炭对vocs的突破曲线特性并结合活性炭吸附等温线特性，采用2+1模式运行，其中“2”代表相同两床(a\b)轮换吸附，负责直接处理排放废气，其运行工况包括:单床吸附、前串联吸附、脱附冷凝、提纯转移、后串联吸附；其中“1”代表辅助床(c)，c床填充活性炭量一般大于a\b床并且c床不负责废气吸附净化，其运行工况包括：辅助吸附和脱附冷凝。通过利用活性炭静活性并采用常温冷凝结合严格匹配的辅助吸附床辅助提纯，降低了成本和系统能耗，高效回收了vocs溶剂。根据活性炭对vocs的突破曲线特性，在吸附床即将突破时及切换串联工况，使得该吸附床活性炭完全吸附饱和，因此在设计活性炭吸附床时可大幅降低活性炭成本和吸附床体积。采用常温冷凝，避免了深度冷凝，降低了能耗和工艺难度，并降低了系统内流体温差，降低了设备及管道的热应力要求，从而使得整个方案经济可行。严格匹配辅助吸附床的活性炭用量，使得辅助吸附床可完全吸附来自冷凝后吸附床a或b内残留的vocs，使得吸附床a、b下一周期的吸附效率仍可维持在较高水平，而且辅助吸附床吸附结束后可进一步脱附并将脱附出来的vocs冷凝回收，从而维持较高的vocs回收率且辅助床脱附后的vocs浓度更高，也使得冷凝效率更高，冷凝能耗更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为为本发明的利用活性炭静活性的vocs常温冷凝处理系统的示意图；

其中，1为vocs预处理系统、2为吸附风机、3为氮气源、4为在线氧含量检测仪、5为气气换热器、6为常温冷凝系统、7为三通蝶阀、8为脱附风机、9为加热器、10为截止阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种利用活性炭静活性的voc常温冷凝处理系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，充分利用活性炭的吸附能力，可节约活性炭的使用，同时实现利用常规高效冷源甚至天然冷源液化回收vocs，大幅降低了冷凝能耗和设备成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种利用活性炭静活性的vocs常温冷凝处理系统及其方法，如图1所示，该系统包括：两台并联的吸附床a和吸附床b、一台辅助吸附床c、vocs预处理系统1、氮气补充系统和脱附冷凝系统。吸附床a、吸附床b通过吸附进气阀门aa1、吸附进气阀门ba1与vocs预处理系统1和吸附风机2相连，通过吸附出气阀门aa2、吸附出气阀门ba2与大气相连，吸附床a、吸附床b之间通过串联阀门ab和串联阀门ba相连；吸附床a、吸附床b及辅助吸附床c通过脱附冷凝阀门ad1、脱附冷凝阀门ad2、脱附冷凝阀门bd1、脱附冷凝阀门bd2、脱附冷凝阀门cd1、脱附冷凝阀门cd2与脱附冷凝系统相连，脱附冷凝系统包括气气换热器5、常温冷凝系统6、三通蝶阀7、脱附风机8、加热器9和截止阀10；氮气补充系统通过氮气补充阀门n1、氮气补充阀门n2与脱附冷凝管道相连，氮气补充阀门n2另一侧与vocs预处理系统1前端的吸附管道相连，氮气补充系统包括氮气源3和在线氧含量检测仪4；辅助吸附床c还通过阀门cp1、阀门cp2连接在截止阀10两侧。

本发明的处理方法步骤如下：

步骤10、在设备调试阶段，关闭所有吸附进气阀门aa1、吸附进气阀门ba1和所有吸附出气阀门aa2、吸附出气阀门ba2，打开所有剩余阀门，然后开启氮气源，将系统管道和设备内的气体均置换为氮气，当在线氧含量检测仪4显示氧气含量低于5％时关闭所有阀门和氮气源3。

步骤20、随生产流水线同步开启吸附风机2、开启吸附进气阀门aa1和吸附出气阀门aa2，有机废气经预处理系统降温除颗粒后送入吸附床a，净化达标后排入大气；

步骤30、当吸附床a后的vocs浓度传感器av显示值达到排放标准的50％时，关闭吸附阀门aa2，打开串联阀门ab，提高吸附风机2的频率保持吸附风量不变，吸附床b串联在吸附床a后面，废气依次经过吸附床a和吸附床b再排入大气直至vocs浓度传感器av显示吸附床a已达饱和吸附量，无法继续吸附，然后吸附床a进入脱附阶段，降低吸附风机2的频率保持吸附风量不变，吸附床b继续吸附；

步骤40、吸附床a脱附前，打开氮气补充阀门n1、氮气补充阀门n2和氮气源3，将吸附床a内的气体置换为氮气送入吸附管道内，当在线氧含量检测仪4显示氧气含量低于5％时关闭氮气补充阀门n1、氮气补充阀门n2和氮气源3；然后依次开启脱附冷凝阀门ad1、脱附冷凝阀门ad2、截止阀、脱附风机和加热器，三通蝶阀切换到i通路、iii三通路处，当vocs浓度传感器cv显示值达到冷凝浓度时，开启冷凝系统，直至无冷凝液流出；

步骤50、此时吸附床a无vocs脱附出来，但此时吸附床a内vocs冷凝残留量会影响下一周期的吸附效率，因此需将吸附床a内的残留vocs转移到辅助吸附床c内；关闭截止阀10，开启阀门cp1、阀门cp2，将三通蝶阀7切换到i通路、ii通路处，提高脱附风机8的频率保持脱附风量不变，从吸附床a出来的高温高浓度vocs气体经冷却后送入吸附床c内吸附变为低浓度气体再加热，此时可将吸附床a内的vocs继续脱附出来，直至vocs浓度传感器cv显示吸附床a内再无vocs脱附出来，然后开启截止阀10、关闭阀门cp1、阀门cp2和加热器，将吸附床a内的活性炭冷却下来，然后依次关闭脱附风机2、冷凝系统6、脱附冷凝阀门ad1、脱附冷凝阀门ad2和截止阀10；

步骤60、当吸附床b后的vocs浓度传感器bv显示值达到排放标准的50％时，关闭吸附阀门ba2，打开串联阀门ba，提高吸附风机2的频率保持吸附风量不变，吸附床a串联在吸附床b后面，废气依次经过吸附床b和a再排入大气直至vocs浓度传感器bv显示吸附床b已达饱和吸附量，无法继续吸附，然后吸附床b进入脱附阶段，降低吸附风机2的频率保持吸附风量不变，吸附床a继续吸附；

步骤70、吸附床b脱附前，打开氮气补充阀门n1、氮气补充阀门n2和氮气源3，将吸附床b内的气体置换为氮气送入吸附管道内，当在线氧含量检测仪4显示氧气含量低于5％时关闭氮气补充阀门n1、氮气补充阀门n2和氮气源3；然后依次开启脱附冷凝阀门bd1、脱附冷凝阀门bd2、截止阀10、脱附风机8和加热器9，三通蝶阀7切换到i通路、iii通路处，此时高温氮气将吸附床b内的vocs脱附出来，当vocs浓度传感器cv显示值达到冷凝浓度时，开启冷凝系统6，直至无冷凝液流出；

步骤80、此时吸附床b无vocs脱附出来，但此时吸附床b内vocs冷凝残留量会影响下一周期的吸附效率，因此需将吸附床b内的残留vocs转移到辅助吸附床c内；关闭截止阀10，开启阀门cp1\cp2，将三通蝶阀7切换到i通路、ii通路位置，提高脱附风机8的频率保持脱附风量不变，从吸附床b出来的高温高浓度vocs气体经冷却后送入吸附床c内吸附变为低浓度气体再加热，此时可将吸附床b内的vocs继续脱附出来，直至vocs浓度传感器cv显示吸附床b内再无vocs脱附出来，然后开启截止阀10、关闭阀门cp1\cp2和加热器，将吸附床b内的活性炭冷却下来，然后依次关闭脱附风机2、冷凝系统6、脱附冷凝阀门bd1、脱附冷凝阀门bd2和截止阀10；

步骤90、重复上述步骤30-80

步骤100、当辅助吸附床c后的vocs浓度传感器dv显示吸附床c达到转移极限量了，开启脱附冷凝阀门cd1、脱附冷凝阀门cd2、截止阀10，将三通蝶阀切换到i通路、iii通路处，开启脱附风机8和加热器9，当vocs浓度传感器cv显示值达到冷凝浓度时，开启冷凝系统6，直至无冷凝液流出，关闭加热器9，将吸附床c内的活性炭冷却下来。

对于给定活性炭该饱和吸附量qb取决于vocs排放浓度、排风温度和vocs种类；该冷凝浓度cc取决于vocs种类和冷凝温度；该vocs冷凝残留量qr取决于脱附温度和冷凝浓度cc；该转移极限量qc取决于冷凝温度和脱附浓度cd；mc(qc-qr)≥nmqr，设计辅助吸附床时可取等号计算活性炭用量，并保留20％的富裕量，其中n表示可转移次数。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。