CN111036040A - 一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***及回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集冷凝‑吸附的VOCs循环回收***及回收工艺，包括水洗单元、冷凝回收单元、吸附脱附单元、与所述冷凝回收单元或所述吸附脱附单元相连的热交换单元；所述的水洗单元设置***VOCs混合气体的入口处；所述的冷凝回收单元包括相互连接的一级冷箱和二级冷箱，用于将冷却后液化的VOCs进行回收并将未液化气态的VOCs输送至吸附脱附单元中；所述的吸附脱附单元包括两个个吸附脱附塔，用于逐级富集吸附冷凝回收单元未回收的VOCs，之后将吸附的VOCs解吸循环输送到冷凝回收单元中回收；所述的热交换单元包括第二换热器和第三换热器。本发明采用吸附法和冷凝法集成工艺，可以实现二者优势互补，减少或避免单一方法使用过程中存在的缺点与安全隐患问题。

Description

一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***及回收工艺
技术领域
本发明属于VOCs回收处理领域，具体涉及一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***及回收工艺。
背景技术
原油及成品油的蒸发损耗出现在油田到炼厂再到销售用户的整个储运过程中，不仅造成巨大的经济损失，还带来严重的安全隐患和环境危害。油气属于典型的挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)，是国家明确关注和监测的一类大气污染物。从控制VOCs的排放技术来看，可以分为两种，一种是以防止和抑制VOCs泄露乃至消除VOCs排放为主的预防性措施，另一种是以末端治理为主的控制性措施，第一种方法是难以实现的，故一般采用第二种方法。第二种方法分为两类，一种以物理方法回收，如吸收法、吸附法、冷凝法、膜法，另一种以化学方法回收，如等离子体法、光催化法、燃烧法。现在一般采用吸收法、吸附法、冷凝法或膜法，每个方法都有优缺点，在实际操作中，单一方法使用往往效率不高，多种工艺相结合才能达到好的分离效率。
对于吸附法，一般为颗粒或粉末状的吸附质填充在吸附塔里，一般需要吸附质具有较大的吸附容量和吸附能力，且脱附后一般都要循环使用，即当吸附质达到饱和或接近饱和时，进行脱附再生，脱附后重新转入吸附操作。实际应用最广泛的是活性炭，但活性炭吸附热高，升温迅速，不仅影响使用性能，还会造成很多安全隐患。
冷凝法在实际应用中一般为间接传热，且都需要多级制冷，导致制冷工艺***复杂，实际应用对该方法运行的多种要求使得它的投资及运行成本都比较高。
对于脱附，目前常用的有升温脱附、降压脱附、置换脱附等多种脱附再生方法，其中升温脱附和降压脱附在工业应用中较为广泛。过热水蒸气脱附法是升温脱附方式中的一种，适用于脱附沸点较低的低分子碳氢化合物和芳香族有机物，但是对于高沸点物质的脱附能力较弱且脱附周期长。此法热媒介质水蒸气热焓高且易得，经济性好，但在脱附时需要控制好脱附塔内温度和压力，防止自燃。在企业的实际应用中，就地吸附脱附不仅能够大大降低运行成本，还能够节约资源，减少污染，大大提高设备运行安全系数。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***及回收工艺。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：包括依次设置的水洗单元、冷凝回收单元和吸附脱附单元，还包括与所述冷凝回收单元或所述吸附脱附单元相连的热交换单元；
所述的水洗单元设置***VOCs混合气体的入口处，用于去除VOCs混合气体中的氨气；
所述的冷凝回收单元包括依次相互连接的由冷源制冷的一级冷箱和由制冷机深度制冷的二级冷箱，用于将冷却液化后的VOCs输出至VOCs回收单元并将未液化气态的VOCs通过循环管路输送至吸附脱附单元中；
所述的吸附脱附单元包括吸附脱附塔A和吸附脱附塔B，用于富集吸附冷凝回收单元未回收的VOCs，之后将吸附的VOCs解吸通过循环管路输送到冷凝回收单元中回收；
所述的热交换单元包括第二换热器和第三换热器；所述的第二换热器设置在所述的冷凝回收单元和所述的吸附脱附单元之间，用于所述的冷凝回收单元所输出的未液化气态的VOCs和所述吸附脱附单元解吸后的VOCs之间的热交换；所述的第三换热器设置在所述的第二换热器和所述的吸附脱附单元之间，与冷源相连。
作为本发明的进一步改进，所述的二级冷箱的气体出口连接第一吸附管路，途径第二换热器的管层与吸附脱附塔A相连。
作为本发明的进一步改进，所述的吸附脱附塔A设有合格气体排放口，经吸附处理后的合格气体由气体排放口排出。
作为本发明的进一步改进，所述的吸附脱附塔A还包括与所述附脱附塔B相连的第二吸附管路，经所述的吸附脱附塔A吸附处理后的不合格的气体通过所述的第二吸附管路连接至吸附脱附塔B的气体入口，所述吸附脱附塔B设有合格气体排放口。
作为本发明的进一步改进，经所述的吸附脱附塔B处理后的气体不合格时，连通第一循环管路，所述的第一循环管路连接至所述的第二换热器的壳层入口，通过第二换热器进入冷凝回收单元的气体入口处。
作为本发明的进一步改进，所述VOCs后处理单元进行VOCs回收利用后连接第一解吸管路，所述的第一解吸管路经过蓄热炉出口连接吸附脱附塔A和吸附脱附塔B的热管层入口，利用蓄热炉产生的热量对所述的吸附脱附塔A和吸附脱附塔B进行热解吸。
作为本发明的进一步改进，还包括VOCs回收处理单元，所述的VOCs回收处理单元回收处理热交换单元和冷凝回收单元冷凝回收的VOCs液体；还包括蓄热炉，所述的蓄热炉的供热管与所述的吸附脱附单元相连，所述蓄热炉将VOCs回收处理单元所产生的二次VOCs进入焚烧，其产生的热量输入吸附脱附单元中。
作为本发明的进一步改进，还包括与所述吸附脱附塔A和吸附脱附塔B的壳层相通的第二解吸管路，所述第二解吸管路的起始端与氮气吹扫装置相连。
作为本发明的进一步改进，设置在所述水洗塔和所述的冷凝回收单元之间的第一换热器，所述的第一换热器与冷源相连。
一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收工艺，应用如上所述的VOCs回收***依次进行半流程运行和全流程运行完成回收回收；
所述的半流程运行为关闭所述的吸附脱附单元的第一解吸管路和第二解吸管路，及VOCs后处理单元，VOCs在吸收塔A和吸收塔B之间进行循环流动吸附富集吸附质直至吸附质饱和；
所述的全流程运行为连通所述的吸附脱附单元的第一解吸管路和第二解吸管路，及VOCs后处理单元，饱和的吸附质由吸附脱附单元的第一解吸管路和第二解吸管路进行解吸，解吸出来的VOCs重新进入冷凝回收单元和吸附解吸单元进行循环回收。
本发明的有益效果：
①本发明对VOCs体进行除氨和除水预处理，防止对吸收塔造成劳损。
②本发明采用吸附法和冷凝法集成工艺，可以实现二者优势互补，减少或避免单一方法使用过程中存在的缺点与安全隐患问题。
③本发明采用双冷凝法进行分级吸收，提高了冷凝效率，降低能耗和运行成本。
④本发明采用双吸附塔对VOCs逐级吸收，能够对吸附剂充分有效利用，减少资源浪费。
⑤本发明将VOCs回收后处理单元所产生二次VOCs进行蓄热燃烧，重复利用所产生的热量对吸附脱附塔进行解吸，既解决了企业废物难处理的难题，又可回收部分资源，作为能源继续使用，起到保护环境和减少资源浪费和经济损失的作用。
⑥本发明采用常温氮气吹扫，能够使脱附气体完全排空，提高脱附率，增加设备使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
其中：1-水洗塔， 2-一级冷箱，3-二级冷箱，401-吸附脱附塔A，402-吸附脱附塔B，501-第一吸附管线，502-第二吸附管线，503-第一循环管线，504-第一解吸管线，505-第二循环管线，506-第二解吸管线，601-第一换热器，602-第二换热器，603-第三换热器，7-蓄热炉，8-真空泵，9-冷源。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图所示本发明所设计的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，该***是集双冷凝-双吸附-脱附于一体的VOCs回收***，包括水洗塔1、冷凝回收单元和吸附脱附单元。
所述的水洗塔1设置***VOCs混合气体的入口处；用于通过水洗除去VOCs中大量的氨气。在本发明的一种实施例中，水洗装置中的水洗塔1选用立式，高度为5m，直径为1.5m。在所述水洗塔1的下方设置了储水罐，水洗塔1通过储水罐和补水口进行取水喷淋，储水罐的储水量在0.5吨~5吨，喷淋量为12m3/h，回收氨水量为75kg/h。所述的水洗塔1的顶端设有合格气体排放口。
所述的冷凝回收单元包括相互连接的一级冷箱3和二级冷箱4，用于将冷却后液化的VOCs进行回收并将未液化气态的VOCs输送至吸附脱附单元中。所述的一级冷箱320采用的是制冷剂制冷冷箱，用于初步冷凝；二级冷箱422为变频制冷压缩机制冷冷箱，用于深度冷凝。
所述的二级冷箱4的气体出口连接第一吸附管路501，途径第二换热器602的管层与吸附脱附塔A401相连。。
所述的吸附脱附单元包括吸附脱附塔A401和吸附脱附塔B402，用于富集吸附冷凝回收单元未回收的VOCs，之后将吸附的VOCs解吸通过循环管路输送到冷凝回收单元中回收。所述吸附脱附塔A401或吸附脱附塔B402设有连接多个管路的接入口，可通过切换设置在管路上的阀门的启闭和方向进行吸附和解吸的切换。
具体的连接方式有：
一、所述的吸附脱附塔A401设有合格气体排放口，经吸附处理后的合格气体由气体排放口排出
二、所述的吸附脱附塔A401包括与所述附脱附塔B402相连的第二吸附管路502，经所述的吸附脱附塔A401吸附处理后的不合格的气体通过所述的第二吸附管路502连接至吸附脱附塔B402的气体入口，所述吸附脱附塔B402设有合格气体排放口。
三、经所述的吸附脱附塔B402处理后的气体不合格时，连通第一循环管路503，所述的第一循环管路503连接至所述的第二换热器602的壳层入口，通过第二换热器602进入冷凝回收单元的气体入口处。
本发明的实施例中所述吸附脱附塔选用立式塔，塔的直径为1m，高度为3m。同时在塔内填充活性炭作为吸附剂。所述吸附脱附塔5中内置了通入高温热蒸汽的加热管，用于对吸附饱和后的吸附剂中的VOCs进行高温脱附解吸。本发明的解吸过程中所述的高温蒸汽温度控制在120℃~150℃，绝对压力范围为0.5MPa，出口气体绝对压力控制在0.15MPa。
无论是解析后还是清洗后的VOCs通过设置在吸附脱附塔底端的同一出口排出进入冷凝回收单元重新回收。
为了提高冷凝和回收的效率，还包括第二换热器602和第三换热器603；所述的第二换热器602设置在所述的冷凝回收单元和所述的吸附脱附单元之间，用于所述的冷凝回收单元所输出的未液化气态的VOCs和所述吸附脱附单元解吸后的VOCs之间的热交换；所述的第三换热器603设置在所述的第二换热器602和所述的吸附脱附单元之间，与冷源9相连。
所述的二级冷箱3还包括气体排放管401，所述的气体排放管401与所述第二换热器602的第一入口端相连，与所述第一入口端相通的第一出口端与所述吸附脱附塔5相连。所述第二换热器602的第二入口端与所述第三换热器603的出口端相连，与所述第二入口端相通的第二出口端与所述一级冷箱2相连。
还包括设置在所述水洗塔1和所述的冷凝回收单元之间的第一换热器601。所述第一换热器601为低温换热器，用于干燥水洗后的VOCs。
所述的一级冷箱3，第一换热器601或第三换热器603中包括流入制冷剂的管路，所通入的VOCs与管路中的制冷剂进行热交换。在本发明的实施例中所述的一级冷箱3，第一换热器601和第三换热器60采用同一制冷剂，由载冷管道连接。制冷剂通过所连接的循环泵分别进入各个换热器作用，再分别排出进行汇总回收。
所述的制冷剂由装有制冷剂的冷源9提供，通过载冷管道连接各个换热器和冷箱。
本发明实施例中，所述的载冷剂管道一般选用DN15，载冷剂温度为-25℃~-10℃，载冷剂流量为3m3/h。
在本发明中还包括VOCs回收处理单元，所述的VOCs回收处理单元回收处理热交换单元和冷凝回收单元冷凝回收的VOCs液体进；还包括蓄热炉7，所述的蓄热炉7的供热管与所述的吸附脱附单元相连，所述蓄热炉7将VOCs回收处理单元所产生的二次废气进入焚烧，其产生的热量输入吸附脱附单元中。
在所述吸附脱附塔的顶端还设置了第二解吸管路506，所述第二解吸管路506的起始端与氮气吹扫装置相连，氮气经加压后由清洗气体接入口吹入塔中，使塔内VOCs排空，同时对活性炭进行清洗。
本发明中的气体或是液体的流动可通过，以及脱附吸附的过程可通过控制设置在管路中的阀门的开启进行调节。同时在本发明的***中还设置了真空泵8，***初次使用前，需要利用真空泵8对脱附塔、冷凝装置和管线进行抽真空，检查***气密性。理论上真空泵8可连接在***的任何管路中，但是考虑到后期需要采用氮气对吸附脱附塔进行吹扫需要调节吸附脱附塔中的压力，真空泵8优选连接在靠近的所述吸附脱附单元的管路中。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：包括依次设置的水洗单元、冷凝回收单元和吸附脱附单元，还包括与所述冷凝回收单元或所述吸附脱附单元相连的热交换单元；
所述的水洗单元设置***VOCs混合气体的入口处，用于去除VOCs混合气体中的氨气；
所述的冷凝回收单元包括依次相互连接的由冷源（9）制冷的一级冷箱（2）和由制冷机深度制冷的二级冷箱（3），用于将冷却液化后的VOCs输出至VOCs回收单元并将未液化气态的VOCs通过循环管路输送至吸附脱附单元中；
所述的吸附脱附单元包括吸附脱附塔A（401）和吸附脱附塔B（402），用于富集吸附冷凝回收单元未回收的VOCs，之后将吸附的VOCs解吸通过循环管路输送到冷凝回收单元中回收；
所述的热交换单元包括第二换热器（602）和第三换热器（603）；所述的第二换热器（602）设置在所述的冷凝回收单元和所述的吸附脱附单元之间，用于所述的冷凝回收单元所输出的未液化气态的VOCs和所述吸附脱附单元解吸后的VOCs之间的热交换；所述的第三换热器（603）设置在所述的第二换热器（602）和所述的吸附脱附单元之间，与冷源（9）相连。
2.根据权利要求1所述的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：所述的二级冷箱（4）的气体出口连接第一吸附管路（501），途径第二换热器（602）的管层与吸附脱附塔A（401）相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：所述的吸附脱附塔A（401）设有合格气体排放口，经吸附处理后的合格气体由气体排放口排出。
4.根据权利要求3所述的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：所述的吸附脱附塔A（401）还包括与所述附脱附塔B（402）相连的第二吸附管路（502），经所述的吸附脱附塔A（401）吸附处理后的不合格的气体通过所述的第二吸附管路（502）连接至吸附脱附塔B（402）的气体入口，所述吸附脱附塔B（402）设有合格气体排放口。
5.根据权利要求4所述的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：经所述的吸附脱附塔B（402）处理后的气体不合格时，连通第一循环管路（503），所述的第一循环管路（503）连接至所述的第二换热器（602）的壳层入口，通过第二换热器（602）进入冷凝回收单元的气体入口处。
6.根据权利要求1所述的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：所述VOCs后处理单元进行VOCs回收利用后连接第一解吸管路（504），所述的第一解吸管路（504）经过蓄热炉（7）出口连接吸附脱附塔A（401）和吸附脱附塔B（402）的热管层入口，利用蓄热炉产生的热量对所述的吸附脱附塔A（401）和吸附脱附塔B（402）进行热解吸。
7.根据权利要求1所述的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：还包括VOCs回收处理单元，所述的VOCs回收处理单元回收处理热交换单元和冷凝回收单元冷凝回收的VOCs液体；还包括蓄热炉（7），所述的蓄热炉（7）的供热管与所述的吸附脱附单元相连，所述蓄热炉（7）将VOCs回收处理单元所产生的二次VOCs进入焚烧，其产生的热量输入吸附脱附单元中。
8.根据权利要求1或7所述的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：还包括与所述吸附脱附塔A（401）和吸附脱附塔B（402）的壳层相通的第二解吸管路（506），所述第二解吸管路（506）的起始端与氮气吹扫装置相连。
9.根据权利要求1所述的一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收***，其特征在于：设置在所述水洗塔（1）和所述的冷凝回收单元之间的第一换热器（601），所述的第一换热器（601）与冷源（9）相连。
10.一种集冷凝-吸附的VOCs循环回收工艺，其特征在于：应用权利要求1-9任一项所述的VOCs回收***依次进行半流程运行和全流程运行完成回收回收；
所述的半流程运行为关闭所述的吸附脱附单元的第一解吸管路（504）和第二解吸管路（506），及VOCs后处理单元，VOCs在吸收塔A（401）和吸收塔B（402）之间进行循环流动吸附富集吸附质直至吸附质饱和；
所述的全流程运行为连通所述的吸附脱附单元的第一解吸管路（504）和第二解吸管路（506），及VOCs后处理单元，饱和的吸附质由吸附脱附单元的第一解吸管路（504）和第二解吸管路（506）进行解吸，解吸出来的VOCs重新进入冷凝回收单元和吸附解吸单元进行循环回收。
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