运用低温冷凝法进行voc去除的装置系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及VOC脱除，特别涉及一种利用低温冷凝法对沼气、填埋气页岩气、合成气等气体进行VOC脱除的装置系统。
【背景技术】
[0002]挥发性有机物((Volatile Organic Compound，简称V0C)通常是指在室温下蒸汽压> 70.9IPa，且在空气中沸点在260摄氏度以下的有机物，一般包括烷烃、烯烃、炔烃、芳烃、酮、醇、醚、酯等以及部分含有N、0、s、卤素等替代原子的有机物。VOC在沼气或者填埋气等中普遍存在，运行气相色谱和光谱(GC-MS)等检测方法，发现VOC物质可以高达数百种，常见的VOC有苯、甲苯、二甲苯，蒎烯等。
[0003]在沼气或填埋气等气体提纯工艺过程中，包括使用气体分离膜提纯等主要工艺，都要求对VOC进行预脱除，以满足气体分离膜提纯等工艺的入口条件，保证主要提纯工艺的效率和寿命，以及后端产品生物天然气的品质(比如烃露点是否饱和)。
[0004]然而，由于不同沼气或者填埋气等气体中VOC成分复杂，浓度不一，很难对VOC的成分进行定性或者定量，这给VOC去除工艺选择增加了难度。目前，沼气或填埋气VOC去除的主要工艺有:活性炭吸附、催化氧化燃烧、冷凝等方法。
[0005]活性炭吸附通常有抛弃型和再生型。抛弃型活性炭吸附配置简单，但通常只适用于低浓度VOC脱除，而且吸附饱和后的活性炭将被归类为危险性废弃物，如果将其直接遗弃在环境中，将导致二次污染。
[0006]再生型活性炭适用于较高浓度VOC脱除，但需要配置热源和活性炭再生设施，造成VOC脱除过程的设备成本和能耗费用较高；而且活性炭在多次再生后将逐渐失去活性，因此，每三到五年需要更换一次；并且，活性炭再生时有可能将VOC排放至周围环境，而导致二次污染。
[0007]催化燃烧法可以将VOC的绝大部分物质转化成水和二氧化碳，但由于沼气或者填埋气中VOC成分复杂，燃烧温度各不相同，容易造成燃烧不充分而导致VOC去除不充分，进而影响到下游工艺性能。而且催化燃烧法设备成本和能耗费用都较高。
[0008]常用的冷凝法去除VOC装置主要包括常温冷干设备和深冷冷凝设备。常温冷干设备比较成熟，设备成本和能耗费用较低，主要用于控制沼气或填埋气中水分压力露点降到5摄氏度左右，同时附带部分去除一些高沸点的V0C。但总体而言VOC去除率不高，不能直接满足提纯工艺入口条件。
[0009]深冷冷凝法主要是指利用液氮等低温物质和沼气或者填埋气等气体接触换热，VOC被基本冷凝去除。缺点是系统较复杂，投资较高，需要液氮等消耗品，造成成本过高。
【发明内容】
[0010]本发明提供了一种VOC脱除装置，以解决上述问题的至少一个。
[0011]根据本发明的一个方面，提供了一种运用低温冷凝法进行VOC去除的装置系统，包括制冷剂压缩机、能量回收装置、制冷剂油分离器、风冷油冷却器、冷凝装置、高压储液器、低压储液器、第一蒸发器、第一气体气液分离器，第二蒸发器、第二气体气液分离器、制冷剂气液分离器；其中，
[0012]制冷剂压缩机的进口与制冷剂气液分离器的出口连接，制冷剂压缩机的出口和能量回收装置的制冷剂侧入口连接，能量回收装置的制冷剂侧出口和制冷剂油分离器进口连接，油分离器制冷剂侧出口和冷凝器进口连接，冷凝器出口和高压储液器的进口连接，高压储液器的出口和低压储液器的进口连接，低压储液器的气体侧出口和制冷剂气液分离器的进口连接，制冷剂气液分离器的出口和制冷剂压缩机的进口连接，制冷剂油分离器的油液出口和风冷式油冷却器的进口连接，风冷式油冷却器的出口和制冷剂压缩机的进口连接；
[0013]第一蒸发器和第二蒸发器制冷剂侧的进口并联接入低压储液器的液体侧出口，第一蒸发器和第二蒸发器的制冷剂侧出口并联接入低压储液器的进口；
[0014]第一蒸发发器和第二蒸发器冷却气体侧进口并联，第一蒸发器冷却气体侧出口与第一气体气液分离器的进口连接，第二蒸发器的冷却气体侧出口与第二气体气液分离器的进口连接，第一气体气液分离器和第二气体气液分离器气体出口分别与能量回收装置的进口连接，能量回收装置还设有气体出口。
[0015]本发明的第一蒸发器、第二蒸发器采用低温冷凝的方式实现对外界气体的VOC脱除，具有较高的VOC脱除效率；低压储液器可以给VOC脱除模块持续的提供制冷介质，通过制冷剂压缩机、能量回收装置、制冷剂油分离器、风冷油冷却器、冷凝装置、高压储液器、低压储液器、制冷剂气液分离器的相互连接循环可实现对制冷介质的循环高效利用，可以节省因增加额外的制冷介质而增加的成本；能量回收装置可以回收制冷剂压缩机出口侧产生的额外热量，并将这些热量用来加热脱除VOC后的低温外界气体，以提升外界气体的温度，利于后续工艺的正常进行，实现了能量的循环利用，节省了资源成本；此外，本系统的设备结构简单紧凑，适用范围广，操作方便，安全可靠，自动化程度高，经济性较好，适应于工业化生产和应用。
[0016]在一些实施方式中，第一蒸发器和第二蒸发器的蒸发侧的蒸发温度低至零度。由此，绝大部分的VOC都能够在该蒸发温度下去除，具有较好的VOC效果。
[0017]在一些实施方式中，第一蒸发器和第二蒸发器蒸发侧的水分在蒸发温度下从第一蒸发器和第二蒸发器的蒸发侧表面析出并结成冰霜。由此，由于第一蒸发器和第二蒸发器能够容许微量水进入，无需第一蒸发器和第二蒸发器上再额外增加脱水装置，从而简化VOC去除工艺配置。
[0018]在一些实施方式中，第一蒸发器和第二蒸发器设有加热装置。由此，加热装置可以将冷凝在第一蒸发器和第二蒸发器蒸发侧的冰霜解冻去除，以利于第一蒸发器和第二蒸发器蒸发器蒸发侧的热交换，以便保持第一蒸发器和第二蒸发器的内环境温度，保证第一蒸发器和第二蒸发器能够正常工作。
[0019]在一些实施方式中，第一蒸发器和第二蒸发器交替运行。由此，当其中一个蒸发器(第一蒸发器或第二蒸发器)处于去除覆盖在制冷侧的冰霜层而导致停机时，另外一个蒸发器(第一蒸发器或第二蒸发器)则处于正常运行的状态，因此，此种交替工作的状态，提高了 VOC脱除的效率。
[0020]在一些实施方式中，能量回收装置对制冷压缩机出口处的热量进行回收，并将回收的热量对第一气体气液分离器和第二气体气液分离器流入能量回收装置的气体进行加热。由此，能量回收装置能够实现能量的循环利用，节省了资源成本，能量回收装置能够对进入自身的气体(VOC脱出后的气体)进行加热，可以提升气体(V0C脱出后的气体)的温度(一般情况下VOC脱出后的气体的温度都比较低，在进行后续的工艺时，需要对气体进行加热升温，以达到工艺要求)，可以利于VOC脱除后其它工艺的正常进行。
[0021]在一些实施方式中，从第一蒸发发器和第二蒸发器冷却气体侧进口流入的气体为沼气或填埋气或页岩气或合成气。
【附图说明】
[0022]图1为本发明一实施方式的运用低温冷凝法进行VOC去除的装置系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0024]图1示意性的显示本发明一种事实方式的运用低温冷凝法进行VOC去除的装置系统的结构示意图。
[0025]如图1所示，本发明的实施例包括VOC脱除模块A、制冷模块B和能量回收模块C。可将含有VOC的外界气体从气体进口 13通入到VOC脱除模块A中，将VOC脱除模块A的蒸发侧温度设定为某一临界值以下，气体中的VOC将会在低于该临界值以下的温度被冷凝析出，此种采用冷凝析出的方法脱除VOC具有较高的脱除效率，而采用此种方法时，需要给VOC脱除模块A提供稳定可靠的制冷介质，为了避免采用液氮等低温物质作为制冷介质，而使得整套VOC脱除系统过于复杂，制冷介质消耗的成本过高的问题，本发明的制冷模块B通过循环利用制冷介质的方式给VOC脱除模块A提供制冷介质，也即是说，制冷介质通过VOC脱除模块A利用后被重新回收至制冷模块B中，制冷模块B将回收后的制冷介质做冷凝处理后，再次提供给VOC脱除模块A，以此循环利用。
[0026]如图1所示，在制冷模块A对制冷介质做处理的过程中会产生额外热量，为了避免这些额外的热量流失而造成浪费，本发明的能量回收模块C将这些额外的热量回收起来，而经过VOC脱除后的外界气体温度都比较低，往往需要经过提升温度才能够进行后续的工艺，因此，可以将能量回收模块C中回收的热量用来加热VOC脱除后温度较低的外界气体，实现资源的回收利用，以达到节约成本