一种吸附和水蒸汽脱附冷凝回收工艺及装置的制作方法

本发明涉及一种吸附和水蒸汽脱附冷凝回收工艺及装置，应用于有机废气处理系统中，属于有机废气治理的。

背景技术：

1、工业生产过程中会排放大量的挥发性有机物（简称vocs），严重影响空气质量，挥发性有机物不仅是一次污染源，而且还能够造成光学烟雾等的二次污染，某些有机物由于其较低的蒸汽压，可通过成核作用、凝结、气粒分配等过程形成有机气溶胶，而有机气溶胶是pm2.5的重要组成；其次挥发性有机物危害人体健康，对人体具有直接的毒害作用；部分挥发性有机物还会破坏臭氧层，对生物带来更加广泛的影响，并且大部分挥发性有机物都属于易燃易爆物品，在高浓度排放时易酿成爆炸。因此国家把vocs防治作为环保的一项重点工作，目前几种主流的vocs治理技术是：吸附技术、吸收技术、燃烧法（含直接燃烧和催化燃烧）、组合技术（利用有机废气的特点将各种治理工艺组合在一起的技术）等。目前最常用的技术是吸附和水蒸汽脱附冷凝回收技术，该技术适用于大部分有机废气的治理，但是该技术存在以下问题：（1）由于采用了中低压的水蒸汽（水蒸汽压力≥0.1mpa（此压力为表压，后续未做特殊说明的压力均为表压），吸附罐的设计压力必须要大于等于0.1mpa，吸附罐属于压力容器，要按照压力容器的要求进行设计制造；（2）因为水蒸汽的温度高，过高的蒸汽温度可能导致原来的有机物从物理吸附状态转化成化学吸附状态，使得吸附键的键能大大增加，因而反而不易脱附下来；（3）吸附罐脱附完成后，直接引入空气对吸附罐进行吹扫干燥、降温，在吹扫初期空气夹带高浓度的有机物直接进入烟囱，造成排放超标。为了解决以上问题，需要开发一套全新的吸附和水蒸汽脱附冷凝回收工艺，故提出本发明。

技术实现思路

1、为了克服现有脱附水蒸汽压力过高、脱附温度无法控制、吸附剂干燥冷却时出现短时排放超标等问题，本发明专利设计了一种更加科学合理的吸附和水蒸汽脱附冷凝回收工艺，能够高效的去除废气中的挥发性有机物，同时采用了低于0.1mpa的水蒸汽进行脱附，从而实现吸附罐为非压力容器的目的；同时由于采用较低的蒸汽进行脱附，吸附罐底部冷凝液排净管道、冷凝器冷凝液排放管道无需设置自动阀，通过液封就可以实现吸附罐排净管道、冷凝器冷凝液排放管道的密封，简化了系统流程，提高了装置运行的可靠性、安全性，降低了运行维护的工作量；同时采用喷水控温技术控制水蒸汽的温度，从而实现脱附温度更有利于有机物从吸附剂中解吸出来的目的；同时采用闭式干燥冷却与开式干燥冷却相结合的方式，实现在吸附剂干燥冷却过程中废气排放达标的目的。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现。

3、吸附和水蒸汽脱附冷凝回收工艺包含了引风机、吸附罐、蒸汽缓冲罐、冷凝器、吸附罐凝结水冷却器、干燥冷却风机、干燥冷却风换热器、溶剂收集罐、溶剂输送泵。

4、所述的吸附罐数量为n+1个（n为大于等于1的整数），正常运行时，n个吸附罐在做吸附操作，1个吸附罐在做脱附操作。

5、进一步，所述的n个吸附罐串联吸附，有机废气经引风机增压后依次进入n个吸附罐（n个吸附罐串联），有机废气穿过吸附罐时，废气中的有机物被吸附罐中的吸附剂所吸附，当有机废气从最后一个吸附罐排出时，废气中的有机物浓度满足环保排放要求，被送至排气筒高空排放。

6、或者，所述的n个吸附罐并联吸附，有机废气经引风机增压后进入n个吸附罐（n个吸附罐并联），有机废气穿过吸附罐时，废气中的有机物被吸附罐中的吸附剂所吸附，当有机废气从吸附罐排出时，废气中的有机物浓度满足环保排放要求，被送至排气筒高空排放。

7、进一步，所述的吸附罐中的吸附剂为柱状颗粒活性炭、大孔树脂、活性炭纤维等。

8、进一步，所述的吸附罐为卧式双椭圆封头、或为立式双椭圆封头、或为立式平顶锥底结构。

9、所述的吸附罐在吸附饱和后需要进行脱附操作，脱附蒸汽减压至0.1mpa以下，进入蒸汽缓冲罐中，此时，蒸汽为过热蒸汽，过热蒸汽经喷水减温后进入需要脱附的吸附罐，在水蒸汽的吹扫下，有机物从吸附剂内部脱附出来，含水蒸汽的有机物蒸汽从吸附罐出来进入冷凝器，含水蒸汽的有机物蒸汽由气态转变为液态，被收集到溶剂收集罐中。

10、进一步，所述的吸附罐设计压力小于0.1mpa，为非压力容器。

11、进一步，所述的蒸汽通过一级或两级减压，压力减至0.1mpa以下，减压方式可采用减压阀，或可采用自立式压力调节阀，或可采用调节阀。

12、进一步，所述的脱附蒸汽的温度通过喷水减温工艺进行调节，即通过调节喷入的水量大小来控制水蒸汽的温度，进水阀为调节阀或自动开关阀。

13、进一步，所述的冷凝器为单级或双级，冷凝级数是根据冷凝的有机物沸点来确定，冷凝器的型式为立式或卧式管壳式换热器，也可以是立式或卧式石墨换热器。

14、进一步，所述的水蒸汽进入吸附罐后，部分水蒸汽直接冷凝成液体，在吸附罐底部汇集，通过吸附底部的排液管流到吸附罐凝结水冷却器，通过换热器冷却后的液体被收集到溶剂收集罐中，吸附罐凝结水冷却器为螺旋板式换热器，或是石墨换热器。

15、进一步，所述的吸附罐底部冷凝水排净管道不设置阀门，每个吸附罐底部冷凝水排净管道均设置液封管，液封高度至少500mm，由于吸附罐工作压力低，通过液封就可以实现吸附罐内底部冷凝水排净管道的密封。

16、进一步，所述的冷凝器底部冷凝液出口管道不设置阀门，设置一段液封管，液封高度至少500mm，由于冷凝器工作压力低，通过液封就可以实现冷凝器冷凝液出口管道的密封。

17、所述的吸附罐脱附完成后，需要对吸附罐内的吸附剂进行冷却干燥，初始阶段采用闭式冷却干燥：启动干燥冷却风机，将吸附罐内吸附剂所含的热量、水汽吹扫出来，同时会带出吸附罐内的有机废气，吹扫出来的气体进入干燥冷却风换热器中，气体经换热冷却后，气相中的水汽冷凝成水被去除，冷却除水后的气体重新回到干燥冷却风机入口，重新被吹入吸附罐中对吸附剂进行再次干燥冷却，经过一段时间的循环干燥冷却后，吸附罐内的吸附剂温度降低，干燥冷却风中的有机物也被吸附剂重新吸附，此时将闭式冷却干燥转入开式冷却干燥：打开干燥冷却风机入口阀，干燥冷却风机直接从大气中抽取空气，对吸附罐内的吸附剂进行干燥、冷却，吹扫出来含水汽的高温气体被直接排入排气筒，由于吸附罐内气体中的有机物已被吸附剂重新吸附，此时排放的气体满足环保排放要求。

18、进一步，所述的干燥冷却风换热器为管翅片式换热器或石墨换热器。

19、进一步，所述干燥冷却风入口阀门为自动阀或止回阀。

20、进一步，所述的水汽在干燥冷却风换热器中冷凝成液态水后，通过换热器底部的排净管道排出，排净管道不设置阀门，设置一段液封管，液封高度至少500mm，由于干燥冷却风换热器工作压力较低，通过液封就可以实现干燥冷却风换热器排净管道的密封。

21、所述的吸附罐底部冷凝水、冷凝器排出的冷凝液、干燥冷却风换热器排出的冷凝液汇总后排入溶剂收集罐中，通过溶剂输送泵外送。

22、进一步，所述的溶剂收集罐顶部放空管路接至吸附和水蒸汽脱附冷凝回收装置有机废气进口总管处，避免直接放空。

23、本发明具有如下优点：

24、（1）采用低于0.1mpa的水蒸汽进行脱附，从而实现了吸附罐为非压力容器的目的，降低了吸附罐的制造成本，同时吸附罐运行会更安全；

25、（2）采用较低的蒸汽进行脱附，系统工作压力较低，吸附罐底部冷凝液排净管道、冷凝器底部冷凝液排放管道均不设置自动阀，通过液封管道就可以实现吸附罐冷凝水排净管道、冷凝器冷凝液排放管道的密封，简化了系统流程，提高了装置运行的可靠性、安全性，降低了运行维护的工作量；

26、（3）采用喷水控温技术控制水蒸汽的温度，可以调整脱附时的温度，确保有机物在最佳的温度点进行脱附，避免过高的蒸汽温度导致有机物从物理吸附状态转化成化学吸附状态，使得吸附键的键能大大增加，反而不易脱附下来；

27、（4）采用闭式干燥冷却与开式干燥冷却相结合的方式，从而实现在吸附剂干燥冷却过程中不再发生尾气排放超标的问题。