制冷辅助吸附式VOCs回收装置及回收方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了制冷辅助吸附式VOCs回收装置及回收方法。属于能源利用、资源回收、环境保护等领域，具体应用在石油化工、汽车工业、喷漆、皮革等领域不宜使用冷凝法的低浓度VOCs的回收处理。
【背景技术】
[0002]挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)是一类有机化合物的统称，下文简称VOCs。
[0003]VOCs对于环境和人体都具有极大的潜在危害。一些活性强的VOCs是产生PM2.5的前体物，有的还可以在一定条件下形成光化学烟雾污染；部分VOCs会在太阳紫外线作用下造成臭氧损耗；此外VOCs具有的特殊气味具有很强的刺激性，能导致人体呈现种种不适感，对于人体呈现出基因毒性。目前我国制定了大量的大气污染物综合排放标准来严格限制污染物的排放。
[0004]工业废气中的VOCs成分复杂，其中包括许多工业生产需要的重要原材料。目前在我国很多行业都排放大量的VOCs气体，例如石油化工行业、汽车工业、喷漆行业、皮革行业等。针对VOCs回收处理技术，研究较多的有冷凝法、催化燃烧法、溶剂吸收法和活性炭吸附法等。有的排放源排放的VOCs浓度很高，冷凝法有很好的回收率和应用前景。但有的排放源由于排风量很大和本身VOCs量少，所以排放废气中有机物总浓度很低，通常在100mg/m3以下。直接排放尾气不能满足限制标准。如果应用冷凝法回收处理尾气，对于这种低浓度级别下如果达到规定的限制标准，冷凝法需要降到很低的温度，这样会使制冷系统庞大和增加系统能耗。而活性炭针对于低浓度VOCs很适合，目前大部分低浓度尾气处理也都是利用该法，但是该法存在的主要问题是由于混合气体中存在大量水蒸气会导致活性炭的使用寿命较短，研究表明，有水蒸气存在情况下，活性炭对挥发性有机物的吸附量随水蒸气含量即相对湿度的增大而减小，特别是当相对湿度大于50%以后，穿透时间显著提前，吸附量显著降低。当相对湿度等于80%时，活性炭的吸附量减少到无水蒸气时吸附的50%左右。因此需要经常更换活性炭，造成了回收处理成本的增加。脱附一般采用抽真空和加热方式，由于活性炭等吸附材料的可燃性，纯加热方法脱附具有安全隐患，而单纯抽真空时真空栗功耗较大，脱附性能不好。
[0005]此外，在回收利用层面，挥发性有机物具有很高的经济价值。以典型VOCs气体甲苯为例，目前被大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料。甲苯衍生出的一系列中间体，广泛用于染料、医药、农药、火炸药、助剂和香料等精细化学品的生产，也用于合成材料工业。目前甲苯的市场价格在8500元/吨以上，具有很高的回收价值。对VOCs进行回收再利用，在减少环境污染物的同时，也将带来很高的经济效益。
[0006]因此针对于不宜使用冷凝法的低浓度VOCs回收处理，需要进一步选择更加合理方法进行处理。VOCs回收技术在保护环境的同时，收获了经济效益。随着我国节能减排和环境保护的步伐进一步加快，排放限制标准的进一步严厉，选择合理的回收方法、合理使用能耗将VOCs气体回收利用将会起到很重要的节能环保促进意义。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术的不足与缺陷，本发明提供了制冷辅助吸附式VOCs回收方法。其目的在于解决吸附装置中吸附效果差、吸附材料的使用周期短以及脱附效果差，功耗较大等缺陷。本发明的一个目的在于提供一种喷漆房VOCs回收方法，依次包括粗效过滤、冷却去除水蒸气和降温、吸附、冷量回收步骤，脱附过程利用冷却单元压缩机出口余热加热吸附床加热盘管结合真空栗脱附。本发明的另一个目的是提供了该方法相应的回收装置，装置还解决了普通制冷系统制冷性能系数低、系统能耗较大等问题。该方法相对于现有的吸附脱附工艺更合理、回收效率高、成本较低、紧凑并且节省人力物力，便于集成化和小型化，减小了设备的占地面积和初投资，减小了工业VOCs的排放，以利于节约能源、节约资源、环境保护和人类安全。
[0008]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0009]制冷辅助冷凝式VOCs回收装置，包括依次连接的粗效过滤单元、冷却单元、吸附装置、风机以及分支导流通道，其特征在于:所述吸附装置包括并联的两个吸附床，第一吸附床(6)和第二吸附床(11)，每个吸附床内有活性炭和可再生活性炭陶瓷填充，所述吸附床内部均有加热盘管，吸附床上开有小孔，分别通过管道和截止阀P、截止阀q分别连接至真空栗；两个吸附床通过截止阀交替使用，分别进行吸附和脱附过程。
[0010]所述冷却单元包括冷凝器(4)、压缩机(5)、风冷冷凝器(13)、储液罐(14)和节流阀(15)等。所述吸附装置包括并联的两个吸附床，每个吸附床内部设有加热盘管(12);冷凝器(4)制冷剂的出口与压缩机(5)入口相连，压缩机(5)出口通过截止阀f、截止阀g、截止阀h、截止阀e分别与两个并联的吸附床内部的加热盘管入口以及风冷冷凝器(13)入口相连，两个加热盘管出口通过截止阀m、截止阀η控制也与风冷冷凝器入口相连，风冷冷凝器出口与储液罐(14)入口相连，储液罐的出口与节流阀(15)入口相连，节流阀的出口与冷凝器(14)的制冷剂入口相连，形成循环系统。
[0011]所述分支导流通道(10)是指在最终排气口设置分支的通道，所述分支通道出口在风冷冷凝器处。通道上设置温度控制截止阀k，当排气温度低于环境温度，温度控制截止阀开启；当排气温度高于环境温度，温度控制截止阀关闭。
[0012]粗效过滤单元的出口与冷凝器(4)的气体进口连通，冷凝器(4)的气体出口分别通过截止阀a和截止阀c并联与第一吸附床(6)和第二吸附床(11)的进口连接，第一吸附床(6)和第二吸附床(11)的出口分别通过截止阀b、截止阀d与风机(7)连接，风机(7)通过排气通道(3)分别与分支导流通道(10)和尾气排放口(8)连接。
[0013]一种利用上述VOCs回收装置回收VOCs的方法，其特征在于，该方法中吸附过程依次包括以下步骤，排气、粗效过滤、冷却去除水蒸气和混合气降温、吸附、冷量回收、排气步骤，当第一吸附床(6)吸附、第二吸附床(11)脱附时，打开截止阀a、b、e、h、n，关闭截止阀c、d、g、m、f、p0
[0014]VOCs混合气体从排气进口(I)进入经过粗效过滤去除混合气体中的大颗粒杂质和灰尘等；通过冷却单元中的冷凝器(4)冷却去除水蒸气，并使混合气降温至2°C?6°C，使后续的吸附效果显著提高、延长吸附装置的使用周期，减少回收系统的运行成本；然后通过吸附装置第一吸附床(6)吸附、通过排气通道(3)，最后通过排气口(8)排气或分支导流通道(10)冷量回收并排气。
[0015]吸附过程通过所述风机(7)将VOCs混合气体产生动力，去除VOCs后再经过风机(7)后排至所述排风口。如果排气温度高于室外温度则排气经排气口(8)直接排放，温控截止阀k不开启；如果排气温度低于室外温度则部分排气通过温控截止阀k控制通过分支导流通道(10)排至风冷冷凝器(13)处，提高冷却单元制冷系统的制冷性能系数，降低制冷系统能耗。
[0016]脱附过程包括加热盘管(12)加热第二吸附床(11)、真空栗(9)抽真空和密集气体收集步骤。所述加热盘管(12)利用冷却单元中压缩机(5)出口余热加热第二吸附床(11)，当第二吸附床(11)内温度和压力达到相应数值后，开启截止阀q，开机真空栗(9)进行脱附，当脱附完毕之后关闭截止阀e、h、n、q，关闭真空栗(9)，打开截止阀(f)，停止吸附床加热，吸附床自然冷却。压缩机(5)热负荷通过风冷冷凝器(13)承担。
[0017]