CN204723792U - 一种VOCs气体的回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种VOCs气体的回收装置，包括冷凝回路和变温变压吸附回路，所述冷凝回路包括防爆制冷压缩机、冷凝换热器、节流元件、冷箱换热器，所述变温变压吸附回路包括变频风泵、冷箱换热器、防液喷罐、变温变压吸附装置、防爆真空泵。本实用新型通过冷凝、变温变压吸附回路回收并净化有机溶剂中各种物质，最终VOCs气体浓度达到毫克级，并且有效地降低了机组在运行中的二次污染。

Description

一种VOCs气体的回收装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种气体的回收装置，尤其涉及一种VOCs气体的回收装置。

背景技术

能源与环境是当今世界发展的主题也是我国发展必须面对的问题。随着环保意识的增强和可持续发展的要求，VOCs气体回收、治理工作将会受到越来越多的重视。VOCs气体的挥发存在于石化行业的生产、装卸、储存、罐装等各个环节，例如：炼厂、焦化厂、PO、PX贮存库等场所。

由于VOCs挥发性有机物在生产、储存、运输、销售、使用等过程中非常容易挥发，从而产生十分严重的VOCs气体固定排放源，不仅造成资源损失，更构成了潜在的火灾危险，同时有毒VOCs气体严重污染了环境，危害职工的身体健康。

据查，名称为“一种两级苯类有机蒸汽回收装置”，专利号为ZL201120415119.7，采用冷凝处理及变温吸附组合的两级苯类有机蒸汽回收装置及其回收方法，其很大层面上解决了苯类有机蒸汽回收，但是与国家毫克级排放指标还有一定的差异。

目前为止，市场上尚未有成熟的可满足石化厂和焦化厂、PO、PX贮存库及中转库等存在VOCs气体挥发排放的场所使用的VOCs回收并降低二次污染且能达标排放的装置。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种利用冷凝、变温变压吸附技术实现VOCs气体的连续冷却分凝回收并达标排放的回收装置，通过该装置回收并净化VOCs气体，最终VOCs气体浓度达到国标或地标规定的要求，完全达标排放。

技术方案：为了解决上述技术问题，本实用新型提供的一种VOCs气体的回收装置，包括冷凝回路、变温变压吸附回路，所述冷凝回路包括依序连接的防爆制冷压缩机、冷凝换热器、节流元件、冷箱换热器，所述冷箱换热器与防爆制冷压缩机连接；所述冷箱换热器底部设有出液口；

变温变压吸附回路包括变频风泵、冷箱换热器、防液喷罐、变温变压吸附装置、防爆真空泵；所述变温变压吸附装置包括吸附罐、进气阀、解析阀、排气阀，所述的吸附罐包括吸附罐体、放置在吸附罐体内腔的吸附剂和使吸附剂再生的加热解析装置；所述油气入口与变频风泵的入口还通过第二阻火器相连，变频风泵的出口通过第一阻火器与冷箱换热器的气路进口相连，冷箱换热器的气路出口通过防液喷罐、进气阀与吸附罐体底部的进气口相连，吸附罐体底部的进气口和进气阀出口之间连接有解析阀的进口，解析阀的出口通过防爆真空泵与变频风泵的入口连接；所述VOCs气体在冷箱换热器进行冷热交换；

所述吸附罐体顶端的出气口通过排气阀、第三阻火器与高空筒相连。

作为优选，本实用新型所述变温变压吸附装置的加热解析装置包括设置在吸附罐体内腔的内盘管；吸附罐体的侧壁设有第一接口和第二接口；该内盘管进口端穿过第一接口与蒸汽进阀的出口连接，该内盘管出口端穿过第二接口与蒸汽出阀进口连接，通过饱和蒸汽加热升温使吸附罐中活性炭吸附的VOCs气体脱离出来。

作为优选，内盘管进口端与蒸汽进阀的出口之间还连接有冷水进阀的出口；所述内盘管出口端与蒸汽出阀进口之间还连接有冷水出阀进口。

作为优选，所述内盘管为螺旋状不锈钢内盘管。

作为优选，所述的冷箱换热器内并排设置有第一换温室、第二换温室和第三换温室，所述第一换温室包括气路进口、气路出口、纵向平行设置的第一进气通道和第一回气通道；第二换温室包括纵向平行设置的第二进气通道和第二回气通道，第三换温室包括纵向平行设置的第三进气通道和第三回气通道；所述气路进口依次与第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道、第三回气通道、第二回气通道、第一回气通道、气路出口连通构成换热通道；所述第一换温室、第二换温室和第三换温室底部均对应开有与换热通道连通的出液口；所述第一换温室，第二换温室，第三换温室温度依次降低。

作为优选，所述第二换温室还包括与第二进气通道、第二回气通道平行的第二制冷剂管路；所述第三换温室还包括与第三进气通道、第三回气通道平行的第三制冷剂管路；所述节流元件包括低温场节流元件、预冷场节流元件；第二制冷剂管路的进口通过预冷场节流元件与冷凝换热器连通，第二制冷剂管路的出口通过蒸发压力调节阀与防爆制冷压缩机连通；所述第三制冷剂管路的进口通过低温场节流元件与冷凝换热器连通，第三制冷剂管路的出口与防爆制冷压缩机连通。

作为优选，所述第一换温室、第二换温室和第三换温室的宽度为1:1:1.5~2；所述各出液口处均设有开关阀。该宽度可以使气体在第三换温室充分冷凝。

所述低温场节流元件用于调节第三换温室温度；预冷场节流元件用于调节第二换温室温度；蒸发压力调节阀用于稳定第二换温室温度及出口蒸发压力。

本实用新型所述冷凝回路通过防爆制冷压缩机产生的高温高压制冷剂气体，经冷凝换热器冷凝为高压过冷液体后，再经节流元件输送到冷箱换热器中，制冷剂蒸发吸收VOCs气体的热量汽化，使VOCs气体降温液化。

内盘管为螺旋状的不锈钢管道，解析时饱和蒸汽通过蒸汽进阀进入到内盘管，对流加热吸附介质，实现吸附剂的解析再生，解析后获得的油气混合物经过防爆真空泵真空抽取，进入变温变压吸附回路前端的变频风泵的入口，进入下一次回收循环。当抽取结束后，冷水通过冷水进阀进入到内盘管，并打开排气阀引入气体对吸附剂进行冷却干燥，冷却干燥结束后进入下一个吸附循环。

有益效果：（1）本实用新型的通过冷凝回路、变温变压吸附回路回收并净化VOCs气体，最终VOCs气体浓度达到国标或地标规定的要求，完全达标排放；（2）本实用新型吸附剂解析脱出的VOCs气体经过防爆真空泵真空抽取，进入变频风泵的入口，进入下一次回收循环，进行再次处理，降低了排放污染；（3）本实用新型采用阻火器防止火焰窜入下个环节或阻止火焰在管道间蔓延，使装置更加安全可靠；（4）本实用新型结构紧凑，占地面积小，机组接通后即可按照预先设定全自动运行，无需专人监管；（5）进一步，本实用新型吸附罐中吸附剂吸附的VOCs气体可通过内盘管通入饱和蒸汽加热脱附出来，使吸附剂重新具备活性，并且降低了机组在运行中的二次污染；通过内盘管通入冷水，并打开排气阀引入气体对吸附剂进行冷却干燥恢复活性，避免了资源的浪费，并且不会产生污染；（6）进一步，本实用新型机械运动部件均为防爆型，整套装置与排放尾气都符合防火防爆安全标准；（7）进一步，本实用新型冷箱换热器中设置有不同的换温室，能够对油气进行渐变降温，降低了结霜现象，更有效的去除了VOCs气体中的杂质，并可以对冷凝后的气体进行回温处理，进入吸附循环。

附图说明

图1为本实用新型所述VOCs气体的回收装置结构示意图；

图2为本实用新型所述吸附罐结构示意图。

图1中，101-防爆制冷压缩机、102-冷凝换热器、103-低温场节流元件、104-预冷场节流元件、105-冷箱换热器、106-蒸发压力调节阀、201-变频风泵、202-第一阻火器、203-防液喷罐、301-防爆真空泵、302-吸附罐、303-高空筒、401-进气阀、402-解析阀、403-排气阀、501-蒸汽进阀、502-冷水进阀、503-蒸汽出阀、504-冷水出阀。

图2中，601-出气口、602-装料口、603-吸附罐体、604-内盘管、605-高传热专用活性炭、606-温度测点、607-卸料口、608-进气口、609-内盘管进口、610-内盘管出口。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图1所示，一种VOCs气体的回收装置包括冷凝回路、变温变压吸附回路，所述冷凝回路包括依序连接的防爆制冷压缩机101、冷凝换热器102、节流元件、冷箱换热器105；形成封闭的制冷循环***。所述阻火器用于防止火焰窜入下个环节或阻止火焰在管道间蔓延。

所述油气入口通过第二阻火器与变频风泵201的入口连接，变频风泵201的出口通过第一阻火器202与冷箱换热器105的气路进口相连，冷箱换热器105的气路出口与防液喷罐203连接；

  防液喷罐203通过进气阀401与吸附罐302底部的进气口相连；吸附罐302底部的进气口和进气阀401出口之间连接有解析阀402的进口，解析阀402的出口通过防爆真空泵301与变频风泵201的入口连接；所述吸附罐302顶端的出气口通过排气阀403、第三阻火器与高空筒303相连；所述吸附罐302的内盘管进口端分别与蒸汽进阀501的出口、冷水进阀502的出口相连；吸附罐302的内盘管出口端分别与蒸汽出阀503进口、冷水出阀504进口相连。

所述的吸附罐包括吸附罐体、放置在吸附罐体内腔的吸附剂和使吸附剂再生的加热解析装置；所述的加热解析装置的作用是对吸附剂进行加热使吸附在吸附剂中的气体解析出来。本实用新型所述的加热解析装置优选为螺旋状的不锈钢内盘管，利用通入饱和蒸汽加热吸附剂。所述吸附罐如图2所示，吸附罐包括出气口601、装料口602、吸附罐体603、内盘管604、高传热专用活性炭605、温度测点606、卸料口607、进气口608、内盘管进口609、内盘管出口610，所述吸附罐内高传热专用活性炭605为专用活性炭，其导热率大于0.6W/(m·k)，即热传导能力是普通活性炭的6倍，而且苯吸附值大于40。

本实用新型所述的变温变压吸附装置并不仅限于一组，可以为两组以上，根据实际需要进行调整。

实施例2：与实施例1结构基本相同，相同之处不再累述，所不同的是：

所述冷箱换热器105内并排设置有第一换温室、第二换温室和第三换温室，所述第一换温室包括气路进口、气路出口、纵向平行设置的第一进气通道和第一回气通道；第二换温室包括纵向平行设置的第二进气通道和第二回气通道，第三换温室包括纵向平行设置的第三进气通道和第三回气通道；所述气路进口依次与第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道、第三回气通道、第二回气通道、第一回气通道、气路出口连通构成换热通道；所述出液口分别对应开设在第一换温室、第二换温室和第三换温室底部，所述各出液口均与换热通道连通。

所述第二换温室还包括与第二进气通道、第二回气通道平行的第二制冷剂管路；所述第三换温室还包括与第三进气通道、第三回气通道平行的第三制冷剂管路；所述节流元件包括低温场节流元件103、预冷场节流元件104；第二制冷剂管路的进口通过预冷场节流元件104与冷凝换热器102连通，第二制冷剂管路的出口通过蒸发压力调节阀106与防爆制冷压缩机101连通；所述第三制冷剂管路的进口通过低温场节流元件103与冷凝换热器102连通，第三制冷剂管路的出口与防爆制冷压缩机101连通。所述第一换温室、第二换温室和第三换温室的宽度为1:1: 1.5~2；所述各出液口处均设有开关阀。

实施例3：本实用新型用于VOCs气体的回收装置的回收方法，包括以下步骤：

①低温冷凝步骤：变频风泵将VOCs气体通入冷箱换热器中，经过冷凝回路的循环冷却，使VOCs气体冷却液化，约90%~95% 的VOCs气体冷却为液态，由冷箱换热器底部的出液口回收；

②吸附处理步骤 ：将经低温冷凝步骤处理后的VOCs气体输入到吸附罐中进行吸附处理，吸附处理后的气体排入到大气中；

③活化再生步骤，包括：

对步骤②中已吸附饱和的吸附罐的内盘管中通入蒸汽对吸附剂进行加热解析，将吸附在吸附剂内的VOCs气体脱附出来的步骤；以及

打开防爆真空泵对吸附罐抽真空，然后切换冷水通入吸附罐内盘管，打开排气阀向吸附罐内通入气体，对吸附罐内吸附剂进行冷却干燥，冷却干燥结束后进入下一个吸附处理步骤；

④回收处理步骤：将步骤③中对吸附罐抽真空得到的脱附出来的VOCs气体，运输到变温变压吸附回路前端的变频风泵的入口，进入下一个低温冷凝步骤。

步骤①所述的VOCs气体通入冷箱换热器中，依次经过第一换温室、第二换温室、第三换温室与冷凝回路制冷剂进行换热处理，最终得到冷凝后的-38~-32℃VOCs气体；然后-38~-32℃的VOCs气体依次经过第三换温室、第二换温室、第一换温室回温处理后输入到吸附罐中进行吸附处理；所述第二换温室的处理温度为1~7℃，第三换温室的处理温度为-38~-32℃。

将VOCs气体通入冷箱换热器105中，再依次经过冷凝回路循环冷却，使VOCs气体冷却至-35℃左右，约90%~95%的VOCs气体冷却为液态，由冷箱换热器105的出液口回收，处理后的VOCs气体浓较低，为近净VOCs气体；

经过冷凝回路处理的VOCs气体经过进气阀进入吸附罐，利用放置在吸附罐内腔的吸附剂对吸附质的选择性，即VOCs气体和空气混合气中各组分与活性炭之间结合力强弱的差别，使难吸附的空气组分与易吸附的VOCs气体组分分离，吸附完成后，关闭与吸附罐底部的进气口相连的进气阀，打开与吸附罐顶部的出气口相连的排气阀，将吸附后剩余的气体通过高空筒排出。

对完成吸附的吸附罐，利用分子活性随温度升高而增强的特性，打开蒸汽进阀、蒸汽出阀，饱和蒸汽通过内盘管的进口端进入内盘管内间接对高传热专用活性炭进行加热解析，将吸附在活性炭微孔内的VOCs气体脱附出来；加热同时，打开与吸附罐底部进气口相连的解析阀，防爆真空泵开始进行抽真空，并将抽取的气体传送到变频风泵的入口端，进入下一轮吸附循环，使吸附剂获得再生，饱和蒸汽通过蒸汽出阀排出。解析完成后，关闭与吸附罐底部进气口相连的解析阀，通过打开冷水进阀、冷水出阀，在吸附罐内盘管通入冷水，并打开排气阀引入气体对吸附剂进行冷却干燥，冷却干燥结束后，关闭排气阀、冷水进阀、冷水出阀，打开与吸附罐底部的进气口相连的进气阀，继续向吸附罐内通入经过冷凝回路处理后的VOCs气体，吸附罐进入下一个吸附循环。

当关闭与吸附罐底部的进气口相连的进气阀，打开解析阀时，由于进气阀关闭，脱附出来的VOCs气体无法进入吸附罐中，此时这部分气体可以缓存在管道、冷箱换热器和防液喷罐中，等待进入吸附罐。

脱附出来的VOCs气体缓存并不仅限于在管道、冷箱换热器和防液喷罐中，亦可在防爆真空泵和变频风泵之间设置一储气罐用于缓存。

本实用新型的主要工作原理是：本实用新型中，冷凝回路工作时由防爆制冷压缩机101排出的高温高压制冷剂气体进入冷凝换热器102被冷凝成高压过冷液体，经节流元件降压变成低温低压的汽液两相混和物进入冷箱换热器105，低温低压的汽液两相混和物在冷箱换热器105内蒸发并吸收通过冷箱换热器105中的VOCs气体的热量，使流经冷箱换热器105的苯类有机蒸汽、水蒸气等得以降温液化，制冷剂充分汽化后再被防爆制冷压缩机101压缩进入下一轮循环。

其中冷箱换热器105有多个换温室，所述第一换温室的处理温度约为22~28℃，第二换温室的处理温度约为1~7℃，第三换温室的处理温度约为-38~-32℃。VOCs气体经冷箱换热器105进入第一换温室，经过进气通道进入第二换温室，与预冷场节流元件104流出的制冷剂进行冷热交换，使气体的温度降为约1~7℃，然后经过进气通道进入第三换温室，与低温场节流元件103流出的制冷剂进行冷热交换，使气体的温度降为约-38~-32℃；然后约-38~-32℃的剩余气体又依次经过第三换温室、第二换温室进行回温后进入第一换温室，这部分气体与经气路进口进入的VOCs气体进行冷热交换，使VOCs气体降温到约22~28℃后进入第二换温室；剩余气体则吸热变为常温进入防液喷罐。整机通过以上过程不断循环，从而达到VOCs气体连续降温至-35℃左右的目的。根据VOCs气体具体成份，温度可以适时调整。所述第一换温室亦可设有节流元件来控制温度。

所述低温场节流元件103用于调节第三换温室温度；预冷场节流元件104用于调节第二换温室温度；蒸发压力调节阀106用于稳定第二换温室温度及出口蒸发压力。第一换温室、第二换温室、第三换温室的温度依次降低。第二、第三换温室共用防爆制冷压缩机，相比第三换温室，第二换温室温度较高其制冷剂管路压力较大，本实用新型通过与第二换温室的第二制冷剂管路连接的蒸发压力调节阀106来调整蒸发压力并稳定***。同时，对于第二换温室，本实用新型通过预冷场节流元件104对制冷剂进行控制来调节第二换温室温度，并可进一步通过蒸发压力调节阀106改变制冷剂压力实现对第二换温室温度的精确微调。

VOCs气体经过冷箱换热器105的进气口进入冷箱换热器105中，经过多个换温室，从而达到VOCs气体连续降温至-35℃左右的目的；冷凝、回温处理后的剩余气体经过进气阀进入吸附罐中，利用吸附罐中的吸附剂对吸附质的选择性，即VOCs气体和空气混合气中各组分与活性炭之间结合力强弱的差别，使难吸附的空气组分与易吸附的苯类有机蒸汽组分分离；同时利用分子活性随温度升高而增强的的特性，当吸附剂吸附饱和后通入蒸汽加热，加热同时，打开与吸附罐底部进气口相连的防爆真空泵301，进行抽真空，并将抽取的气体传送到变频风泵201的入口端，进入下一轮吸附循环，使吸附剂获得再生。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种VOCs气体的回收装置，其特征在于：包括冷凝回路、变温变压吸附回路，所述冷凝回路包括依序连接的防爆制冷压缩机（101）、冷凝换热器（102）、节流元件、冷箱换热器（105），冷箱换热器（105）还与防爆制冷压缩机（101）相连；所述冷箱换热器（105）底部开设有出液口；

变温变压吸附回路包括变频风泵（201）、冷箱换热器（105）、防液喷罐（203）、变温变压吸附装置、防爆真空泵（301）；所述变温变压吸附装置包括吸附罐（302）、进气阀（401）、解析阀（402）、排气阀（403），所述的吸附罐（302）包括吸附罐体、放置在吸附罐体内腔中的吸附剂和使吸附剂再生的加热解析装置；油气入口通过第二阻火器与变频风泵（201）的入口连接，变频风泵（201）的出口通过第一阻火器（202）与冷箱换热器（105）的气路进口相连，冷箱换热器（105）的气路出口通过防液喷罐（203）、进气阀（401）与吸附罐体底部的进气口相连，吸附罐体底部的进气口和进气阀（401）出口之间连接有解析阀（402）的进口，解析阀（402）的出口通过防爆真空泵（301）与变频风泵（201）的入口连接；

所述吸附罐体顶端的出气口通过排气阀（403）、第三阻火器与高空筒（303）相连。

2.根据权利要求1所述的VOCs气体的回收装置，其特征在于：所述变温变压吸附装置的加热解析装置包括设置在吸附罐体内腔的内盘管；吸附罐体的侧壁设有第一接口和第二接口；该内盘管进口端穿过第一接口与蒸汽进阀（501）出口连接，该内盘管的出口端穿过第二接口与蒸汽出阀（503）进口连接。

3.根据权利要求2所述的VOCs气体的回收装置，其特征在于：所述内盘管进口端与蒸汽进阀（501）出口之间还连接有冷水进阀（502）出口；所述内盘管出口端与蒸汽出阀（503）进口之间还连接有冷水出阀（504）进口。

4.根据权利要求2所述的VOCs气体的回收装置，其特征在于：所述内盘管为螺旋状不锈钢管。

5.根据权利要求1所述的VOCs气体的回收装置，其特征在于：所述冷箱换热器（105）内并排设置有第一换温室、第二换温室和第三换温室，所述第一换温室包括气路进口、气路出口、纵向平行设置的第一进气通道和第一回气通道；第二换温室包括纵向平行设置的第二进气通道和第二回气通道，第三换温室包括纵向平行设置的第三进气通道和第三回气通道；所述气路进口依次与第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道、第三回气通道、第二回气通道、第一回气通道、气路出口连通构成换热通道；所述出液口分别对应开设在第一换温室、第二换温室和第三换温室底部，所述各出液口均与换热通道连通。

6.根据权利要求5所述的VOCs气体的回收装置，其特征在于：所述第二换温室还包括与第二进气通道、第二回气通道平行的第二制冷剂管路；所述第三换温室还包括与第三进气通道、第三回气通道平行的第三制冷剂管路；所述节流元件包括低温场节流元件（103）、预冷场节流元件（104）；第二制冷剂管路的进口通过预冷场节流元件（104）与冷凝换热器（102）连通，第二制冷剂管路的出口通过蒸发压力调节阀（106）与防爆制冷压缩机（101）连通；所述第三制冷剂管路的进口通过低温场节流元件（103）与冷凝换热器（102）连通，第三制冷剂管路的出口与防爆制冷压缩机（101）连通。

7.根据权利要求5所述的VOCs气体的回收装置，其特征在于：所述第一换温室、第二换温室和第三换温室的宽度为1:1: 1.5~2；所述各出液口处均设有开关阀。