从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元及吸附回收装置的制作方法

专利名称：从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元及吸附回收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境工程领域中的有机废气治理，具体涉及一种从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元和吸附回收装置。
背景技术：
有机废气的产生及危害。有机废气普遍产生于现代工业生产和制造过程，如软包装印刷、合成革、合成纤维与合成树脂、汽车与摩托车涂装等行业。我国是印刷大国，仅印刷行业每年要使用一千多万吨有机溶剂。有机废气直接排放，不仅使生产车间的空气质量变得十分恶劣，对厂区周围的环境造成严重的污染，危害生产工人和周边民众的身体健康，同时也是一种严重浪费，提高了生产成本，增加企业的经济负担。上述工业过程产生的有机废气风量大、浓度低，治理难度大。有机废气治理技术。目前应用的有机废气的治理方法有催化燃烧法、吸附一催化燃烧法、吸附回收法、冷凝回收法、吸收法等，正在研发的治理技术有生物膜法、臭氧分解法、等离子体分解法等。催化燃烧法、吸收法及冷凝回收法适用于风量小、浓度较高的有机废气的治理，对于风量大、浓度低的有机废气，运行费用高。活性炭吸附对有机废气的净化效率高，而且能将大风量、低浓度的有机废气经吸一脱附过程转换成小风量、高浓度的有机废气，降低治理费用，因此，由吸附法衍生的治理技术，如吸附一催化燃烧法和吸附回收法， 对于治理大风量、低浓度的有机废气，有很好的应用前景，其中吸附回收法既能治理有机废气，还能回收其中的溶剂，达到充分利用资源的目标，是最有发展前景的技术。吸附回收技术。已有多项专利申请(中国专利申请号0213拟41.2、申请号 200710032540. 8)涉及用吸附回收法治理有机废气，其基本工艺是利用活性炭纤维或分子筛对有机废气吸附净化，采用水蒸汽脱附回收，然后经过油水分离过程和水处理过程等。吸附回收技术中的吸附剂。分子筛对有机物的吸附具有专一性，利用分子筛从废气中回收有机溶剂(中国专利申请号200910209779.7)时，对于不同的有机溶剂，需要相应的分子筛来进行吸附，限制了其广泛应用。而活性炭类吸附剂对大多数有机物具有广谱的吸附性能，在溶剂回收方面有广泛应用。其中活性碳纤维外表面积大，孔隙与外部直接相通，纤维直径小，升温快，吸一脱附速率快，能在吸附与脱附之间快速切换，适合用水蒸汽脱附，因此大多数的溶剂回收采用活性炭纤维作为吸附剂。但是，与颗粒活性炭相比，活性炭纤维的装填密度不及十分之一，单位体积吸附床层的吸附容量远远小于颗粒活性炭，在相同的风速下，活性炭纤维的气阻远远大于颗粒活性炭，限制了吸附单元的装填量，造成吸附工作时间短，不得不在吸附一脱附过程之间频繁切换，吸附床层频繁升温、降温、干燥，操作工艺复杂，水蒸汽消耗量大，能耗高。活性炭纤维的强度低，损耗大，容易损坏，设备维护周期短。从上述角度考虑，活性炭纤维的应用性能不如颗粒活性炭，只是在水蒸汽脱附的工艺条件下，颗粒活性炭吸附的有机物脱附效率很低，限制了其实际应用。如果采用合适的脱附方式，颗粒活性炭的吸一脱附切换周期长，吸附量大，能耗低，应用性能明显好于活性炭纤维。脱附工艺。在溶剂回收工艺中，水蒸汽脱附法得到了广泛应用，其优点是传热快， 安全性好，发生技术成熟，成功应用甲苯、二甲苯、环已烷、卤代烃等难溶于水的有机物的回收。但是，水蒸汽脱附法存在的问题也很突出，如回收溶解度大的有机物时，产生的废水造成二次污染，或者废水处理费用高，增加企业负担。由于食品软包装对苯残留的要求越来越低，近年来甲苯类溶剂的用量减少，取而代之的是乙酸乙酯，而乙酸乙酯水溶解度大，不仅产生废水量大，而且容易水解变质，回收的价值降低，水解产物还腐蚀设备。常用的工业水蒸汽的温度约为120°C，能够满足甲苯等大多数的有机溶剂的脱附，但对于沸点更高、吸附性能更好的溶剂，如蒽醌法生产双氧水使用的重芳烃(三甲苯)，以及合成革用的二甲基甲酰胺(DMF)，不能满足其脱附要求。针对水蒸汽脱附存在的问题，中国专利(申请号2007101071 . 8)提出用以氮气为脱附介质，采用电加热或导热油、高压水蒸汽等加热设备，能将氮气的加热温度提高到 400°C，应用于活性炭纤维的脱附，克服了水蒸汽脱附产生二次污染、腐蚀等问题，还可应用于含高沸点有机溶剂的回收。电热式再生技术。中国专利(申请号01263147. 7)则采用了利用活性炭纤维的电阻，采用通电加热的方法，将吸附的有机溶剂脱附，并通过真空泵抽入冷凝器，节省了分离设备与高温蒸汽设备，该技术具有节能低耗、回收溶剂纯度高等优点。但是，该技术采用活性炭纤维作为吸附剂，吸附剂本身固有缺点依然存在，如果能将电热技术应用于颗粒活性炭的电热升温，在通电条件下，利用活性炭颗粒自身电阻和炭粒间接触电阻产生的热量，实现吸附剂的再生，则是更为理想的技术，但却存在极大困难， 原因在于，颗粒活性炭为刚性材料，需要装填吸附床层才能使用，一般是将颗粒活性炭装填于金属或非金属制成的外壳中，制成吸附床层，由于电热过程中吸附床层外壳材料与内部装填材料的膨胀系数不一致，经过多次电热升温后，颗粒活性炭的堆积结构发生变化，床层松动，不仅在气流通过时发生沟流，造成净化效率下降，更严重的是接触电阻不均勻，通电时床层局部过热，可能损坏或烧毁活性炭，并破坏床层结构，或产生火花，造成含有溶剂的吸附床层爆炸、燃烧，存在严重的安全隐患。由于颗粒活性炭床层的自密实问题难以解决， 电热式再生技术最终还停留在实验室研究阶段，没有实现工程应用。

发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元及吸附回收装置，以颗粒活性炭作为吸附剂，采用振动及弹性紧压的方式，解决活性炭床层在频繁加热后的自密实问题，克服电热技术应用于颗粒活性炭再生的难点，真正实现工程应用的目的。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
本发明的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元，包括外壳和其内部装填的活性炭床层，在外壳侧壁上设有进、出风口，其特征在于活性炭床层两端设有电极，外壳与活性炭床层之间设有弹性紧压装置，使活性炭床层堆积密实，活性炭床层中设有电耦，测试加热过程中活性炭床层的温度，电极、电耦分别与电热控制器连接。
所述的外壳为箱式六面体或圆筒体结构。所述的活性炭为柱状颗粒活性炭，无定形颗粒活性炭、球形活性炭或蜂窝状活性炭。所述的电极由金属板和/或金属编织网制成，或由石墨制成，通过接线柱连接导线与电热控制器相连。所述的弹性紧压装置由金属弹簧、复合橡胶弹簧或弹性橡胶块与中间隔板组合而成，金属弹簧、复合橡胶弹簧或弹性橡胶块置于外壳和中间隔板之间，中间隔板将金属弹簧、复合橡胶弹簧或弹性橡胶块的压力传递给活性炭床层。所述的中间隔板为由橡胶、塑料、树脂、陶瓷材料中的一种制成，或由金属材料与橡胶、塑料、树脂、陶瓷材料复合而成的绝缘板。本发明的从废气中回收有机溶剂的吸附回收装置，包括上集气罩、上底座、壳体、 下底座、下集气罩、至少一个吸附净化单元、电热控制器和振动器，其中吸附净化单元置于壳体内，固定在上底座和下底座之间，上底座和下底座在吸附净化单元两侧分别开设导流气孔，使有机废气经过吸附净化单元过滤后排出，底座上固定振动器，振动器与电热控制器连接，当电热控制器监测到吸附净化单元升温异常时，启动振动器，通过振动使吸附净化单元内装填的活性炭堆积密实。所述的振动器是以压缩空气为动力的气动振动器、以电力为动力的振动电机或振动棒或以磁场力为动力的电磁式振动器中的任意一种。本发明的有益效果是
(1)通电条件下，床层升温速度快，床层各部位同步均勻发热，有机物脱除完全彻底，脱附效率高，再生效果好，活性炭长时间保持良好的吸附性能；
(2)采用颗粒活性炭作为吸附剂，装填密度高，吸附量大，工作周期长，克服了活性炭纤维由于装填量小造成设备频繁吸附一脱附切换带来的损耗，吸附剂更换周期长，维保费用低；
(3)回收溶剂不含水，纯度高，品质好，可直接回用于生产；
(4)不产生废水，不会造成二次污染，可实现达标排放；
(5)能耗低，运行费用低，可以应用于高沸点溶剂的回收，拓展了溶剂回收设备的应用领域，在回收水溶性和易水解的溶剂时，避免了给企业带来脱附物分离处理和废水处理的
费用；
(6)设备简单，无需另设加热设备，二次水处理、脱附产物的分离处理等设备，设备整体投资少。以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。


图1为本发明实施例1的吸附净化单元的结构示意图。图2为本发明的实施例1的吸附回收装置吸附状态结构示意图。图3为本发明的实施例1的吸附回收装置脱附状态结构示意图。图4为本发明实施例2的吸附净化单元的结构示意图。图5为本发明的实施例2的吸附回收装置吸附状态结构示意图。
图6为本发明的实施例2的吸附回收装置脱附状态结构示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1
本实施例的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元为箱式六面体结构，如图1所示， 包括外壳的上底面10、下底面15、左侧面18、右侧面13和前后侧面(未画出)，活性炭床层 14、上电极21、下电极17、碳钢弹簧9、中间隔板12和电耦19，其中右侧面13和左侧面18 由酚醛树脂格栅板制成，内衬聚酰亚胺筛板22和玻璃纤维纱网23，以利于有机废气进入和净化后洁净空气排出，内部装填的活性炭床层14为直径Φ3πιπι柱状颗粒活性炭。活性炭床层14上下两端设有上电极21和下电极17，上电极21由2mm的铜板和 10层厚度0. 5mm的铜网叠加而成，下电极17为厚度2mm的铜板制成，分别通过上接线柱11 和下接线柱16连接导线与电热控制器8相连。活性炭床层14上端与上底面10之间设有碳钢弹簧9和中间隔板12，中间隔板12 为厚度5mm的聚酰亚胺板，将碳钢弹簧9的压力传递到上电极21，使上电极21与活性炭床层14紧密接触，活性炭床层14堆积密实，并保证活性炭床层14与上底面10之间的绝缘。
活性炭床层14中间设有电耦19，在加热过程中测试活性炭床层14的温度，为了使活性炭床层14与电耦19之间绝缘，电耦19被放置绝缘套管20中，绝缘套管20为一端开口的内径为5mm的陶瓷管，电耦19与电热控制器8连接。本实施例的吸附回收装置为箱式结构，如图2和图3所示，包括上集气罩1、上底座 2、壳体3、下底座4、下集气罩5、振动器6、吸附净化单元7和电热控制器8，其中上集气罩 1、上底座2、壳体3、下底座4和下集气罩5依次连接，吸附净化单元7设置于壳体3内，固定在上底座2和下底座4之间，上底座2和下底座4在吸附净化单元7的左右两侧分别开设导流气孔，气流方向沿图中箭头方向，使有机废气经过吸附净化单元7过滤后排出，下底座4底部固定振动器6，当电热控制器8监测到吸附净化单元7升温异常时，启动振动器6， 通过振动使吸附净化单元7内装填的活性炭堆积密实。本实施例通过以下步骤实现对有机废气的吸附回收处理如图2和3所示，首先将待处理的有机废气通过外界风机送入下集气罩5，从下底座4的导流气孔进入吸附净化单元7过滤，使废气中的有机物被吸附净化单元7中装填的活性炭床层14吸附，净化后洁净的空气沿上底座2导流气孔经上集气罩1后排出，完成吸附过程。待吸附净化单元7吸附饱和后，停止通入有机废气，从上集气罩1入口送入低氧气体，电热控制器8向吸附净化单元7输入电流，控制其升温，使吸附的有机物脱附，当电热控制器8监测到吸附净化单元7升温异常时，启动振动器6，通过振动使吸附净化单元7内装填的活性炭堆积密实，脱附产生的高浓度有机蒸汽被低氧气体送入外界冷凝器，冷凝为液体加以回收。实施例2
本实施例的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元为圆筒体结构，如图4所示，包括 圆筒外壳的上底面10、下底面15、外柱面24、内柱面25，活性炭床层14、上电极21、下电极17、碳钢弹簧9、中间隔板12和电耦19，其中外柱面24、内柱面25分别为进、出风面，中孔的内圆柱上端开口，下端封闭，使污染空气进入只能从外柱面M进入吸附净化单元，被活性炭床层14净化后，由内柱面25排出。外柱面M和内柱面25由多孔金属板制成，内衬多孔酚醛筛板22和尼龙纱网23，以利于有机废气进入吸附装置，净化后洁净空气排出。内部装填的活性炭床层14为直径Φ3πιπι柱状颗粒活性炭。活性炭床层14上端与上电极21连接，下端与下电极17连接，上电极21由2mm的铜板和10层厚度0. 5mm的铜网叠加而成，通过上接线柱11连接导线与电热控制器8相连接，下电极17为厚度2mm的铜板制成，通过下接线柱16连接导线与电热控制器8相连。活性炭床层14与上底面10之间设有碳钢弹簧9和中间隔板12，中间隔板12为厚度5mm的酚醛树脂板。活性炭床层14中间设有电耦19，在加热过程中测试活性炭床层14的温度，电耦 19被放置绝缘套管20中，绝缘套管20为一端开口的内径为5mm的陶瓷管，电耦19与电热控制器8连接。本实施例的吸附回收装置为罐式结构，如图5和6所示，包括上集气罩1、上底座 2、壳体3、下底座4、下集气罩5、振动器6、吸附净化单元7和电热控制器8，其中上底座2 和下底座4在吸附净化单元7的内外两侧分别开设导流气孔，气流方向沿图中箭头方向，使有机废气经过吸附净化单元7过滤后排出，振动器6固定在上底座2上部，其他部分结构设置与实施例1相同。本实施例实现对有机废气的吸附回收处理步骤与实施例一相同，其工作状态示意图如图5和6所示。需要说明的是，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元，包括外壳和其内部装填的活性炭床层，在外壳侧壁上设有进、出风口，其特征在于活性炭床层两端设有电极，外壳与活性炭床层之间设有弹性紧压装置，活性炭床层中设有电稱，电极、电耦分别与电热控制器连接。
2.根据权利要求1所述的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元，其特征在于所述的外壳为箱式六面体或圆筒体结构。
3.根据权利要求1所述的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元，其特征在于所述的活性炭为柱状颗粒活性炭，无定形颗粒活性炭、球形活性炭或蜂窝状活性炭。
4.根据权利要求1所述的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元，其特征在于所述的电极由金属板和/或金属编织网制成，或由石墨制成。
5.根据权利要求1所述的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元，其特征在于所述的弹性紧压装置由金属弹簧、复合橡胶弹簧或弹性橡胶块与中间隔板组合而成，金属弹簧、 复合橡胶弹簧或弹性橡胶块置于外壳和中间隔板之间。
6.根据权利要求5所述的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元，其特征在于所述的中间隔板为由橡胶、塑料、树脂、陶瓷材料中的一种制成，或由金属材料与橡胶、塑料、树脂、陶瓷材料复合而成的绝缘板。
7.一种包含权利要求1所述的从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元的吸附回收装置，其特征在于包括上集气罩、上底座、壳体、下底座、下集气罩、至少一个吸附净化单元、 电热控制器和振动器，其中吸附净化单元置于壳体内，固定在上底座和下底座之间，上底座和下底座在吸附净化单元两侧分别开设导流气孔，底座上固定振动器，振动器与电热控制器连接。
8.根据权利要求7所述的吸附回收装置，其特征在于所述的振动器是以压缩空气为动力的气动振动器、以电力为动力的振动电机或振动棒或以磁场力为动力的电磁式振动器中的任意一种。
全文摘要
一种从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元，包括外壳和其内部装填的活性炭床层，在外壳侧壁上设有进、出风口，活性炭床层两端设有电极，外壳与活性炭床层之间设有弹性紧压装置，活性炭床层中设有电耦，电极、电耦分别与电热控制器连接。本发明采用颗粒活性炭作为吸附剂，装填密度高，吸附量大，工作周期长，克服了活性炭纤维由于装填量小造成设备频繁吸附－脱附切换带来的损耗，吸附剂更换周期长，维保费用低；回收溶剂不含水，纯度高，品质好，可直接回用于生产；不产生废水，不会造成二次污染，可实现达标排放；能耗低，运行费用低，可以应用于高沸点溶剂的回收，拓展了溶剂回收设备的应用领域。
文档编号B01D53/04GK102210962SQ20111002943
公开日2011年10月12日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者张蕾, 朱军利, 王鹏宇, 赵亮 申请人:河南省科学院化学研究所有限公司, 郑州中斯达环境科技有限公司