专利名称：有机废气净化回收方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于气体分离与净化技术领域。涉及一种净化有机废气、回收有机溶剂的方法及其装置，特别适用于含有有机蒸汽的废气净化和溶剂回收，很多轻工、化工及机电部门，如印刷、制鞋、皮革、印铁制罐、机械、电子、汽车、油漆、橡胶、合成纤维、塑料、赛璐璐、胶片、火炸药、去脂、石油等诸多行业都挥发有机溶剂、排放有机废气，有机废气不但造成大气环境的污染而且造成资源的损失和浪费。
在活性炭填充床上捕集并浓缩有机溶剂这一气固接触过程，是再生式回收系统吸附有机溶剂的基本操作，为了实现有效的气固操作，吸附系统常采用三种基本的接触方式(1)流化床；(2)连续移动床；(3)非稳态固定床。
一般情况下，尤其是在废气浓度不高时，非稳态固定床吸附器是最为理想的设备，其结构最简单，操作最省事，但是，固定床吸附器也存在着不足之外，也就是固定床的气体流率还受到床层压降的限制，而极高的气体流率也许要求采用不经济的大型吸附床。在现有的固定床吸附器中，按床层的厚度可分为厚床层吸附器和薄床层吸附器，《AirPollutionControlEquipmentSelection，Design，OperationandMaintenance》(LouisTheodore和AnthonyJ.Buonicore著)一书第四章中，对上述两种设计的吸附器及其流程有较详细的介绍，典型的厚床层设备为立式、圆柱状吸附器，这种类型的吸附器具有气流分布均匀、不易产生沟流和短路、吸附剂利用率大的优点，但是，由于其所能提供的气体流通截面小，在处理大气量的废气时，床层阻力很大，相对处理能力较低，需用高压风机，运转能耗大，设备噪音大；另一种典型的吸附器为卧式圆筒状薄层床，其气体流通能力较前者大，床层阻力也较小，但其气流分布的均匀性难以控制，在装填吸附剂和设备运转过程中又容易产生吸附剂分布不均，引起沟流和短路，降低净化效率和吸附剂的利用率，这种类型设备的空间利用率较小，设备庞大，相对投资高，并且吸附剂的装卸很不方便；还有一种圆环形固定床吸附器虽对上述两种典型设备的缺点有所改进，但其设备空间利用率和净化处理能力仍然不高。
用吸附法净化气体回收有机溶剂时，常采用两个或两个以上的固定床吸附器，组成所谓的双床、三床或四床吸附系统，对于典型的双床吸附系统，有两台吸附器可以轮用，也就是说，当其中的一台投产吸附时，另一台正在进行脱附再生，通常在吸附器中的吸附剂达到吸附饱和或当穿透浓度接近排放标准时，才切换吸附器的工作状态。但是，先前这种双床吸附系统流程却存在着以下几点不足①当吸附质在吸附剂上的吸附量受床层的温度和湿度影响较大、而要对再生后的吸附剂进行冷却和干燥时，需采用一些辅助设备，用大气空气对解析阶段后的炭进行干燥和冷却。②对于薄层吸附床，由于无效层厚度占整个吸附层的比例较大，当穿透浓度接近排放标准时，一般情况下，吸附剂是不能达到吸附饱和状态的，使得吸附剂的利用率相对较低。
本发明的目的在于克服上述几种现有的固定床吸附器以及双床吸附系统技术上的不足，提供一种由多个吸附芯体构成的组件式固定床吸附器和单床吸附过程与双床串联吸附过程相结合的流程，使得此种装置具有以下一系列优点床层阻力低，单位设备体积处理气体能力最大，气流分布均匀，吸附剂利用率高、装卸更换方便，设备重量轻，占地面积小，投资和使用费用低，废气净化率、溶剂回收率高。
本发明的要点在于(1)吸附器中采用多个吸附芯体，按一定方式排列吊装在吸附器的承重板上，组合成吸附床，从而充分地利用了吸附器的空间，并有利于吸附剂的更换和装卸。
(2)将吸附芯体的外形设计为扁立环柱式、笼状，使得合理的、一定体积的吸附芯体具有最大的气体流通截面。
(3)将吸附芯体的吸附层设计为里外两层，可以充分利用不同吸附剂各自的优点。外层选用流体阻力小、单位重量吸附剂，如较大粒径的活性炭，内层选用吸附、脱附速率大的活性炭纤维或其制品或较小粒径的活性炭，使得整个吸附层在较小的床层阻力下，拥有较大的吸附容量和较好的吸、脱附动力学性能。
(4)采用两个四通阀对单床吸附和双床串联吸附过程进行切换，也就是说，在脱附床的再生过程结束以后，将其串联在前级吸附器的后面，直到前级吸附器转到脱附再生过程为止，双床系统采用此种流程，不但保证了吸附剂的吸附能力得到较大程度的利用，而且还能够同时对脱附再生后的吸附剂进行冷却和干燥处理。但是，当废气中有机溶剂的浓度小于0.5g/m3或当填充的吸附剂全为活性炭纤维材料时，不采用双床串联吸附过程，当废气浓度低且不连续排放时则采用双床并联吸附方式。
(5)采用负压吸附法，也就是说，在流程中风机位于吸附器出口的后面，这样，不但可以避免高浓度的有机废气通过风机，而且还可以避免因系统的泄漏、造成有机废气对净化场所的污染。
附图中，
图1是本发明中有机溶剂回收装置的流程图和装置示意图；图2是吸附芯体的结构示意图；图3是吸附箱的结构示意图。
下面结合附图对本发明作进一步说明图1是本发明可采用的一种流程图和装置示意图，主要由吸附箱、预滤器、四通阀、三通阀、冷凝器、热交换器、精馏塔、油水分离槽、水净化器、风机以及必要的管道、阀门、仪表构成。下面结合图1说明本装置的工作原理和工作过程。
初始准备状态阀门[V1][V2]打开，[V3][V4]关闭，四通阀[F4]处于风机[1]和截止阀[F5]相通的状态，四通阀[F3]处于预滤器[8]和三通阀[F1]相通的状态截止阀[F5][F6]打开，三通阀[F1][F2]进气口打开。
1.关闭截止阀[F6]和三通阀[F2]的进气口。启动风机，吸附器[1A]处于单床吸附过程。
2.打开阀门[V4]，将过热水蒸汽导入吸附器[2A]，此刻，吸附器[2A]处于脱附过程，流经吸附剂层的蒸汽(含有机蒸汽)经三通阀[F2]的蒸汽出口，流入冷凝器[2]，经冷凝后流入油水分离槽[6]，冷凝水分经水净化器[7]吸附净化后排放，油相流经储油槽[9]、热交换器[3]，流入蒸馏塔[5]，经分离提纯后得溶剂A和B。
3.当吸附器[2A]的脱附时间达到吸附周期的1/4～3/4后，关闭阀门[V4]和三通阀[F2]的蒸汽出口(即打开其进气口)，结束吸附器[2A]的脱附状态。
4.打开阀门[F6]，启动四通阀[F4]至另一状态，使风机[1]与吸附器[2A]相通，形成双床串联吸附过程。
5.当吸附器[1A]的一个吸附周期结束后，启动四通阀[F3]，使吸附器[2A]和预滤器[8]相通，结束双床串联吸附过程，依照下述步骤继续操作，完成下半个周期的操作过程。
6.关闭截止阀[F5]和三通阀[F1]的进气口，吸附器[2A]处于单床吸附过程。
7.打开阀门[V3]，将过热水蒸汽导入吸附器[1A]，此刻，吸附器[1A]处于脱附过程，流经吸附剂层的蒸汽(含有机蒸汽)经三通阀[F1]的蒸汽出口，流入冷凝器[2]，经冷凝后流入油水分离槽[6]，冷凝水经水净化器[7]吸附净化后排放，油相流经储油槽[9]、热交换器[3]，流入蒸馏塔[5]，经分离提纯后得溶剂A和B。
8.当吸附器[1A]的脱附时间达到吸附周期的1/4～3/4后，关闭阀门[V3]和三通阀[F1]的蒸汽出口(即打开其进气口)，结束吸附器[1A]的脱附状态。
9.打开阀门[F5]，启动四通阀[F4]至另一状态，使风机[1]与吸附器[1A]相通，形成双床串联吸附过程。
10.当吸附器[2A]的一个吸附周期结束后，启动四通阀[F3]，使其处于预滤器[8]和三通阀[F1]相通的状态，结束双床串联吸附过程。至此，完成整个操作过程，整套流程的所有阀门开启状态回到设备的初始准备状态。
图2.是吸附芯体可采用的一种结构形式，采用耐腐蚀的金属材料制成，由测温元件插口[21]、隔离栅网[11][12][13]、出气口[14]、吸附剂[15][16]、下板[17]、上盖板[18]、吸附剂补充加料口[19]、承重筋[22]、加强筋[23]、隔离网[24]等构成。待处理的有机废气由吸附芯体的外围进入，经吸附层[16]和[15]吸附净化后，由出气通道[20]和出气口[14]排出，进入排气腔[38]。
图3.是吸附箱可采用的一种结构形式，由外壳[31]、承重板[32]、吸附芯体[33]、支撑杆[34]、消防喷头入水口[35]、水蒸汽进入口[44]、液封装置[36]、进气腔[37]、测温元件[43]、排气腔[38]、排液口[39]、进气口[40]、排气口[41]、入孔[42]构成。含有有机蒸汽的废气由三通阀[F1]或[F2]进入进气口[40]、经吸附芯体吸附净化后、由排气口[41]排出。
实施例1净化回收运动鞋生产厂排放的有机废气，废气成份主要为苯，另有少量甲苯和二甲苯，废气总浓度为500mg/m3，排气量30000m3/h，设备总占地面积小于30m2，消耗电功率不大于22KW，回收净化率大于97%。
实施例2净化回收印刷厂排放的有机废气，废气成份主要为甲苯(占70%)，另有少量异丙醇和乙酸乙酯，有机废气总浓度为5.0g/m3，排气量15000m3/h，设备总占地面积小于25m2，消耗电功率不大于18KW，回收净化率大于98%。
权利要求
1.一种净化有机废气回收有机溶剂的双床非稳态固定床吸附法，其特征在于在各种废气浓度范围内，单位体积的吸附箱(器)具有最大的气体流通能力和较大的吸附净化能力，采用负压吸附方式，整个吸附流程是单床吸附过程和双床串联吸附过程的组合，吸附箱内的固定床为组件吊装式结构，由一至数十个吸附芯体和支撑件所构成。
2.如权利要求1.所述的吸附箱，其特征在于吸附箱是由吸附芯体、承重板、支承杆、排气腔、进气腔、均风板、排气口、入孔、自动三通盘阀、液封装置、排液口、测温元件、消防喷头等构成，其壳体外形为垂直的瓦楞状。
3.如权利要求1.2.所述的吸附芯体，其特征在于其结构和形状为薄吸附层、立扁环柱式、笼状，由立式环形穿孔薄钢板或立式环形隔栅(由承重筋、加强筋、隔离网构成)，出气通道、吸附剂、上盖板、下板等所构成。
4.如权利要求1.至3.所述的吸附芯体，其特征在于其吸附层总厚度为5至40cm，可设计为单环形腔或双环形腔，单环形腔是由里外两道环形隔栅构成，双环形腔是由里中外三道环形隔栅构成的外层腔(位于进气侧)和内层腔(位于排气侧)所组成，每个腔体内可填充下列吸附剂中的任何一种0.5mm至6mm粒径的粒状活性炭、蜂窝状活性炭、活性炭纤维丝、活性炭纤维毡或活性炭纤维纸，且充填在内层腔的吸附剂的吸、脱附速率比外层腔吸附剂的大。
5.如权利要求1.至4.所述的吸附芯体，其特征在于其横截面的形状为田径场状，出气通道的横截面形状类似环形跑道内的田径场，而吸附层的横截面则类似田径场四周的环形跑道，吸附芯体的上盖板中有气体出口、吸附剂补充加料口，并为可拆卸件。
6.如权利要求1.至5.所述的吸附箱和吸附芯体，其特征在于吸附芯体均分成数排且垂直吊装在吸附箱内的承重板上，吸附芯体的排列方式尽量使吸附箱的横截面接近正方形。
7.根据权利要求1.所述方法的有机溶剂回收装置，其特征在于是由下列一系列装置和系统所构成吸附箱，气体预滤器、脱附剂-水蒸汽配给系统，蒸汽冷凝及冷却水循环系统，油水分离及油相提纯、水相净化系统，三通阀，四通阀，风机，控制柜以及连接各装置和系统所必需的管道和阀门等。
全文摘要
有机废气净化回收方法及其装置，本发明采取负压吸附、单床吸附过程和双床串联吸附过程相结合的流程，由一至数十个薄层、扁立环柱式、笼状的吸附芯体组成吸附器中的固定床，并且吸附层是由一种或两种不同的吸附剂填充而成。该方法及其装置具有以下一系列优点床层阻力低，气流分布好，处理能力大，吸附剂利用率高，设备体积小，重量轻，占地面积小，操作维护以及吸附剂装卸更换方便，投资、运行操作费用低，废气净化率、溶剂回收率高。
文档编号B01D53/04GK1108581SQ9410257
公开日1995年9月20日 申请日期1994年3月14日 优先权日1994年3月14日
发明者张明荣 申请人:张明荣