一种以液氮为冷源和氮源的车载式VOCs冷凝回收系统的制作方法

本实用新型涉及对VOC气体的净化和吸附领域，特别涉及一种以液氮为冷源和氮源的车载式VOCs冷凝回收系统。

背景技术：

挥发性工业有机废气（VOCs）是大气环境污染的重要组成部分，其不但能够直接危害人类健康，还是PM2.5、臭氧等其他大气污染源的主要前驱体。目前，对于VOCs气体的处理办法包括生物处理、蓄热燃烧、等离子体催化、光催化等。但实际工程中上述技术往往受到投资成本、运行费用、场地条件的限制而难以广泛应用。相比之下采用物理吸附的方法对VOCs气体进行去除具有效率高、工艺简单、初期投资成本低、便于操作维护的特点。然而物理吸附用于有机废气去除时，吸附剂很快会达到饱和，进而失去了VOCs气体的去除能力，此时工业企业只能选择更换吸附剂或者对其进行原位脱附再生。如果更换吸附剂，需要将饱和的吸附剂交给有资质的单位按固体废物处理；如果对吸附剂进行原位再生，企业还将对再生系统进行投资建设，因此物理吸附技术虽然初期投资成本低，但后续的运行费用依然导致工业企业环境治理成本的增加。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种以液氮为冷源和氮源的车载式VOCs冷凝回收系统，其设计合理，能够实现吸附再生，具有成本低、安全可靠的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种以液氮为冷源和氮源的车载式VOCs冷凝回收系统，其技术要点是，包括液氮储罐、第一开关阀、第一热电偶、第一三通阀、循环离心风机、管道加热器、第二热电偶、第二三通阀、空气冷却器、第三热电偶、液氮冷凝器及第三三通阀，液氮储罐的气体输出端与依次安装有第一开关阀、第一热电偶、第一三通阀、循环离心风机、管道加热器、第二热电偶、第二三通阀、空气冷凝器、第三热电偶、液氮冷凝器、第三三通阀的管道连通后分成两路，一路管道连接回液氮储罐，另一路管道连接外界大气，在管道加热器与第二热电偶之间连接VOCs吸附装置。

在第一三通阀的第一输入端与输出端连通，第二三通阀的输入端与第二输出端连通，第三三通阀的输入端和第二输出端连通的情况下：

在液氮储罐内设置有辅助电加热器，第一三通阀的第一输入端与第一开关阀之间的连接管道上安装有第一热电偶，第一三通阀的输出端与依次安装有循环离心风机、管道加热器、第二热电偶和第二三通阀的管道连接；第二三通阀的输入端连接第二热电偶，第二三通阀的第二输出端与依次安装有空气冷却器、第三热电偶、液氮冷凝器和第三三通阀的管道连接；与第三三通阀的输入端连接的管道上安装有液氮冷凝器，与第三三通阀的第二输出端经安装有用于吸附VOCs气体的活性碳罐的管道后、在与外界大气端连接形成扫气气路，由辅助电加热器产生的氮气经液氮储罐的气体出口进入扫气气路内使管道内氧气被吹扫排空，并经活性碳罐出口排入大气。

在与活性碳罐的输出端连接的管道上设置有用于检测经活性碳罐吸附后排出氧气浓度的氧气传感器和排出VOCs气体浓度的VOCs传感器。

在第一三通阀的输出端与第二输入端连通、第二三通阀的输入端与第一输出端连通的情况下：

第一三通阀的输出端与依次安装有循环离心风机、管道加热器、第二电热偶、第二三通阀的管道连接后，第二三通阀的第一输出端与第一三通阀的第二输入端之间的管道连通形成升温脱附回路，管路内的气体被管道加热器加热，使VOCs吸附装置中的VOCs气体实现升温热脱附。

在第一三通阀的第一输入端和输出端连通，第二三通阀的输入端和第二输出端连通，第三三通阀的输入端和第一输出端连通的情况下：

第一三通阀的第一输入端与安装有第一热电偶的管道连接，第一三通阀的输出端与依次安装有循环离心风机、管道加热器、第二热电偶、用于对含有VOCs高温氮气进行一级冷却的空气冷却器、第三热电偶、液氮冷凝器的管道连通后，经第三三通阀的输入端和第一输出端后与依次安装有第四热电偶、第四开关阀的管道连接，再与液氮储罐的气体输入端连接在一起；液氮储罐的液体输出端与液氮冷凝器之间的管道上还依次连接有用于抽取氮液进行二级冷却的液氮循环泵和第二开关阀。

在液氮储罐的气体输出端连接有压力表。

在第二三通阀的第二输出端与空气冷却器之间的管道上还安装有VOCs传感器。

在第一三通阀的输出端与循环风机之间的管道上还安装有气体流量剂。

VOCs吸附装置通过不锈钢软管连接于循环离心风机与第二热电偶之间。

与液氮冷凝器的输出端的管道上安装有第三开关阀。

本实用新型的有益效果：该以液氮为冷源和氮源的车载式VOCs冷凝回收系统，利用VOCs吸附装置对工业废气中的有机污染物进行吸附净化，使企业满足相关排放标准。当VOCs吸附装置饱和后，车载式VOCs冷凝回收系统与VOCs吸附装置连接，系统切换至扫气气路，通过液氮蒸发发将系统内部的氧气排空到设定限制，防止升温脱附过程中有机物燃烧爆炸；之后系统切换至升温脱附回路，通过空气加热器将吸附装置中饱和吸附剂含有的有机废气吹脱分离；最后系统切换至冷凝回收回路，将吹脱下的气态有机物与液氮热交换，实现冷凝液化收集。系统最终可将VOCs回收到车载系统内并运输集中处理，同时使饱和的吸附装置能够原位再生利用。该系统结构简单、操作方便，具有VOCs处理效率高、运行成本低、能源消耗小的特点，可极大降低企业治理VOCs所需要的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中以液氮为冷源和氮源的车载式VOCs冷凝回收系统的总体结构框图；

图中序号说明如下：1液氮储罐、2辅助电加热器、3压力表、4开关阀、5热电偶、6三通阀、7气体流量计、8循环离心风机、9管道加热器、10VOCs吸附装置、11热电偶、12三通阀、13VOCs传感器、14空气冷却器、15热电偶、16液氮冷凝器、17开关阀、18液氮循环泵、19开关阀、20三通阀、21活性碳罐、22氧传感器、23VOCs传感器、24热电偶、25开关阀。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例所采用的以液氮为冷源和氮源的车载式VOCs冷凝回收系统如图1所示。该系统与VOCs吸附装置相连接，分别构成扫气气路、升温脱附回路和冷凝回收回路。本实施例中通过控制管道上安装的各阀门的开、关来实现管路的切换，使系统处于不同工作模式。其基本回路包括液氮储罐1、设置在管道上的开关阀4、热电偶5、三通阀6、循环离心风机8、管道加热器9、热电偶11、三通阀12、空气冷却器14、热电偶15、液氮冷凝器16及三通阀20，液氮储罐1的气体输出端与设置有开关阀4、热电偶5、三通阀6、循环离心风机8、管道加热器9、热电偶11、三通阀12、空气冷却器14、热电偶15、液氮冷凝器16及三通阀20的管道连通，管道的一路输出端连接外界大气，另一路输出端连接液氮储罐1。在管道加热器9与热电偶11之间连接VOCs吸附装置10。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别在于，当设置在管道内的三通阀6的6a端与6c 端连通且6b关闭，三通阀12的12a端口与12c端口连通且12b关闭，三通阀20的20a端与20c端连通且20b关闭，辅助电加热器2开启，管道加热器9关闭、空气冷却器14关闭时，构成扫气气路，具体如下：

在液氮储罐1内装置辅助电加热器2，在开关阀4与三通阀6的6a端之间的管道上连接热电偶5，与三通阀6的6c 端连通的管道上依次安装有气体流量计7、循环离心风机8、管道加热器9和热电偶11， VOCs吸附装置10通过不锈钢软管与管道加热器9和热电偶11连接。热电偶11设置在与三通阀12的12a端连通的管道上。与三通阀12的12c端连通的管道上依次连接VOCs传感器13、空气冷却器14、热电偶15和液氮冷凝器16。与三通阀20的20c端连通的管道上安装有用于吸附VOCs气体的活性碳罐21，该管道与大气连通，形成扫气气路。由辅助电加热器2加热液氮后产生的氮气经液氮储罐1的气体出口进入上述排气气路内使管道内氧气被吹扫排空，并经活性碳罐21出口排入大气。在活性碳罐21的输出端设置有用于检测经活性碳罐吸附后排出氧气浓度的氧气传感器22和排出VOCs气体浓度的VOCs传感器23。该过程主要目的是将气路中的氧气吹扫排空，同时利用活性碳罐21对吹扫出去的VOCs进行吸附，以免造成二次污染。当氧传感器22测得的氧含量低于设定值时，车载式冷凝回收系统完成扫气工作，进入升温脱附模式。

当设置在管道上的三通阀6的6b端口与6c端口连通且6a端关闭，三通阀12的12a端口与12b端口连通且12c端关闭，三通阀20的20a端与20c端连通且20b端关闭，辅助电加热器2关闭，管道加热器9开启、空气冷却器14关闭、开关阀19闭合、开关阀17关闭的情况下，构成升温脱附回路，具体结构如下：

与三通阀6的6c端连通的管道上依次设置有循环离心风机8、管道加热器9、VOCs吸附装置、电热偶11和三通阀12，与三通阀12的12a端连通的管道上连接有热电偶11，三通阀12的12b端与三通阀6的6b端之间的管道连通，形成升温脱附回路，管道内的气体被管道加热器9加热，使VOCs吸附装置中的VOCs气体实现升温热脱附。车载式冷凝回收系统处于升温脱附模式时，氮气在升温脱附回路中密封循环加热，而减少了氮气的使用量。当氮气升温并保持在设定的温度，可实现对吸附装置中VOCs的热脱附，该过程运行一段时间后，车载式冷凝回收系统完成升温脱附工作，进入冷凝回收模式。

当设置在管道内的三通阀6的6a端与6c 端连通且6b端关闭，三通阀12的12a端口与12c端口连通且12b端关闭，三通阀20的20a端与20b端连通且20c端关闭，辅助电加热器2关闭，循环离心风机8开启，管道加热器9关闭、空气冷却器14开启、开关阀17开启、氮液循环泵18启动，开关阀19闭合，开关阀25启动的情况下构成冷凝回收回路，具体结构如下：

在液氮储罐1的气体输出端连接有压力表3。与液氮储罐1的气体输出端连通的管道上依次设置有开关阀4、热电偶5及三通阀6，与三通阀6的6c端连通的管道上依次连接气体流量计7、循环离心风机8、管道加热器9、与热电偶11和三通阀12，其中，VOCs吸附装置10通过不锈钢软管连接于管道加热器9与热电偶11之间。

与三通阀12的12a端连通的管道上连接热电偶11，与三通阀12的12c端连通的管道上依次连接有VOCs传感器13、空气冷凝器14、热电偶15、液氮冷凝器16和三通阀20，三通阀20的20b端与液氮储罐1的气体输入端之间的管道上依次连接由热电偶24和开关阀25。液氮储罐1的液体输出端与液氮冷凝器16之间的管道上依次连接有液氮循环泵18和开关阀17。

升温脱附过程中产生的含VOCs高温氮气，先由空气冷却器14进行一级冷却。而液氮储罐1中的液氮由液氮循环泵18经开关阀17泵入到液氮冷凝器16，与空气冷却器14排出的气体进行二级深度冷凝后回流至液氮储罐1。经过两级冷凝后，升温脱附氮气中的VOCs可完全冷却液化，并积液于液氮冷凝器16中。冷凝去除VOCs后的氮气经三通阀20、热电偶24、开关阀25回至液氮储罐1，再由离心风机8抽取驱动，于冷凝回收回路中循环利用。当VOCs传感器13的浓度示数达到设定要求时，系统工作完成，开启开关阀19可将液相VOCs收集。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。