一种有机废气治理分离设备及方法与流程

1.本发明涉及废气处理领域，特别涉及一种有机废气治理分离设备及方法。


背景技术：

2.随着我国经济的不断发展和产业结构的深度调整，清洁生产已经成为一种深入人心的发展理念。我们看到，近几年我国在不断加大环境整治，特别是工业废气的整治和投入力度，并取得了显著的成果。当前，在很多行业都需要使用到有机溶剂，且会产生一定的挥发性有机物(vocs)废气。例如，家具制造、金属加工、汽车生产与维修、生物化工等各类企业。
3.废气治理可选择的工艺及配套的设备也比较多，但由于受投资运行成本、生产现状等综合因素的影响，各个行业选择使用的工艺也不同。
4.当前要求废气治理设备向着低能耗、高效率、可循环的方向发展。循环经济要求企业可以变废为宝，反映在废气治理上，就是将有机污染物循环利用。
5.目前，含有机物废气处理工艺主要有吸附-蒸汽脱附冷凝法，先是通过吸附剂将有机物从废气中吸附，再通过高温蒸汽将有机物从吸附剂中脱附出来，有机物经冷凝后形成液体，从而实现废气处理过程。但是，该工艺最后得到的有机液体含有的有机物组分复杂，难以回收利用，还需要经过精馏等工艺处理才能够重新利用，不但回收过程复杂，而且投资成本高。
6.可见当前主流技术工艺都无法实现一步将废气治理并将不同组分分离，针对现有技术存在的问题，亟需提出一种能够实现一步实现含有机物废气的处理以及有机组分分离的设备。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的技术工艺无法实现一步将含有机物废气治理并将不同有机组分分离问题，本发明的目的在于提供一种有机废气治理分离设备及方法。
8.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
9.第一方面，本发明提供一种有机废气治理分离设备，包括内部设有吸附剂的吸附塔，所述吸附塔的底部、顶部分别设有废气进口、废气出口，所述废气进口通过废气进管连接废气源，所述废气出口通过废气排管连接抽风机的抽气端；
10.所述吸附塔的侧壁上设有脱附口，所述脱附口通过脱附管与所述废气进管相连接，且所述脱附管上安装有截止阀和单向阀；其中，位于所述截止阀与所述单向阀之间的所述脱附管上串接有真空泵以及至少一个冷凝器，各所述冷凝器分别连接有储液罐，所述储液罐的底部安装有排液管，所述排液管上安装有截止阀；
11.还包括用于对所述吸附塔内的吸附剂进行加热的加热系统以及用于对所述冷凝器进行冷却的冷却系统；
12.还包括冷却风机，所述吸附塔的侧壁下部、上部分别设置有冷风进口、冷风出口，
所述冷风进口通过进风管与所述冷却风机的出口相连接，所述冷风出口连接有出风管，所述进风管及所述出风管上均安装有截止阀。
13.优选的，所述加热系统包括热源和换热器，所述换热器安装在所述吸附塔内，所述吸附塔的侧壁上部、下部分别设置有热介质进口、热介质出口；在所述吸附塔的外部一侧，所述热介质进口通过热介质进管与所述热源的输出端相连，所述热介质出口通过热介质出管与所述热源的输入端或大气相连；在所述吸附塔的内部一侧，所述换热器的两端分别通过管路与所述热介质进口、所述热介质出口相连接；其中，所述热介质进管和所述热介质出管上均安装有截止阀。
14.优选的，所述热源为锅炉或热风机。
15.优选的，所述吸附塔的侧壁上还安装有用于检测所述吸附塔内温度信息的温度检测装置以及用于检测所述吸附塔内压力信息的压力检测装置。
16.优选的，所述冷凝器有两个，两个所述冷凝器分别布置在所述真空泵的上游和下游。
17.优选的，所述换热器为列管式换热器、盘管式换热器或板式换热器。
18.优选的，所述真空泵为涡旋真空泵、螺杆真空泵、罗茨真空泵或滑阀式真空泵。
19.优选的，所述吸附剂为活性炭、高分子吸附树脂或分子筛。
20.优选的，所述吸附塔至少有两个，且各所述吸附塔并联布置。
21.第二方面，本发明还提供一种有机废气治理分离方法，所述方法应用于如上所述的设备，所述方法包括以下步骤：
22.s1、打开抽风机以及废气进管和废气排管上的截止阀，关闭其他管路上的截止阀，废气进入吸附塔内，废气中的有机物成分被吸附剂所吸附，其余成分排大气；
23.s2、待吸附剂饱和后，关闭抽风机以及废气进管和废气排管上的截止阀；
24.s3、打开真空泵、加热系统、冷却系统及脱附管上的截止阀，通过调节相应截止阀的开度来控制吸附塔内的温度和压力，使有机物中的一种成分从吸附剂中脱附出来，并经冷凝器冷凝后由储液罐存储，不凝气则经废气进管返回吸附塔；
25.s4、待有机物中的一种成分脱附完成，并回收储液罐中存储的液体成分后，再次调节相应截止阀的开度来控制吸附塔内的温度和压力，使有机物中的另一种成分从吸附剂中脱附出来，直至有机物中的各种成分均从吸附剂中脱附出来；
26.s5、关闭真空泵、加热系统、冷却系统及脱附管上的截止阀后，打开冷却风机、出风管及进风管上的截止阀，将吸附剂降温至设定温度后，关闭冷却风机、出风管及进风管上的截止阀；
27.s6、循环执行步骤s1-s5。
28.采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：由于加热系统、真空泵及冷凝器的设置，使得在脱附处理时，能够通过调节相应阀门的开度来控制吸附塔内的温度和真空度，从而实现在脱附环节中，使吸附剂上所吸附的有机物中的各种单一物质成分被逐一分离出来，可实现不同污染物的分离，而逐一分离的单一物质成分可以直接进行二次利用，从而一步实现有机废气的治理、分离，使有机污染物可以循环利用；另外，相比于传统技术中的蒸汽脱附，由于负压效果的影响，所需的脱附加热温度更低，不但使冷凝效果能够得到提高，也能够降低能源使用量，节约成本。
附图说明
29.图1为本发明实施例一的结构示意图；
30.图2为本发明实施例二的结构示意图。
31.图中:1-吸附塔、2-废气进口、3-废气出口、4-废气进管、5-废气排管、6-抽风机、7-截止阀、8-脱附口、9-脱附管、10-单向阀、11-真空泵、12-冷凝器、13-储液罐、14-排液管、15
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冷媒接入管、16-冷媒排出管、17-换热器、18-热介质进口、19-热介质出口、20-热介质进管、 21-热介质出管、22-冷却风机、23
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冷风进口、24-冷风出口、25-进风管、26-出风管、27-温度检测装置、28-压力检测装置。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
33.实施例一
34.一种有机废气治理分离设备，如图1所示，包括吸附塔1，该吸附塔1呈圆筒状并立式安装，其底部一周通过多个支脚固定。吸附塔1包括耐真空的塔体以及设置在塔体内的吸附剂(图中未示出)，吸附剂可选用活性炭、高分子吸附树脂或分子筛。其中，吸附塔1的底部设有废气进口2、顶部设有废气出口3，废气进口2通过废气进管4连接废气源，废气出口3 则通过废气排管5连接抽风机6的抽气端，其中，废气进管4及废气排管5上均安装有截止阀7，截止阀7为手动截止阀、电动截止阀或气动截止阀均可。
35.本实施例中，吸附塔1的侧壁上设有脱附口8，脱附口8通过脱附管9与废气进管4相连接，并且连接位置处于废气进口3与脱附管9上的截止阀7之间，并且脱附管9上安装有截止阀7和单向阀10。
36.其中，位于截止阀7与单向阀10之间的脱附管9上串接有真空泵11以及至少一个冷凝器12(冷凝器12的数量会影响冷凝效果，并影响本发明实施例的实施方式)，例如两个，两个冷凝器12分别布置在真空泵11的上游和下游处。两个冷凝器12均呈竖向布置，其进气口超上、出气口朝下，每个冷凝器12均配置有储液罐13，储液罐13的顶部开设有进液口，进液口通过管路与冷凝器12的出气口连接，通常在冷凝器12的出气口处安装三通(图中未示出)实现。储液罐13的底部还连接有排液管14，排液管14上安装有截止阀7。其中，真空泵11为涡旋真空泵、螺杆真空泵、罗茨真空泵或滑阀式真空泵中的任一种均可，冷凝器12 为列管冷凝器、板式冷凝器、盘管式冷凝器、缠绕管式冷凝器中的任一种均可。其中，单向阀10能够有效防止吸附处理时废气倒灌入脱附管9中。
37.另外，冷凝器12上还具有冷媒进口和冷媒出口，本实施例的设备则还包括用于向冷凝器 12提供冷量的冷却系统(图中未示出)，例如冷却系统配置为冷水机，其用于同时向两个冷凝器12提供低温冷冻水。其中，冷凝器12的冷媒进口通过冷媒接入管15与冷水机的出口端相连接，冷凝器12的冷媒出口则通过冷媒排出管16与冷水机的进口端相连接，从而实现水循环使用，至少冷媒接入管15上安装有截止阀7，冷媒排出管16上安装或不安装截止阀7 均可。当然在其他优选实施例中，冷却系统还可以配置为冷风机，其用于向冷凝器12输送低温冷气。
38.本实施例中，还包括用于对吸附塔1内的吸附剂进行加热的加热系统，加热系统包括热源(图中未示出)和换热器17。热源配置为锅炉或热风机均可。换热器17配置为列管式换热器、盘管式换热器或板式换热器中的任一种均可，换热器17布置在吸附塔1的中心处并沿吸附塔1的轴向方向布置，吸附剂则围绕该换热器17周向布置，以便于使换热器17能够将热量充分地传递为吸附剂。吸附塔1的侧壁(左侧)的上部、下部分别设置有热介质进口18、热介质出口19。在吸附塔1的外部一侧，热介质进口18通过热介质进管20与热源的输出端相连，热介质出口19则连接有热介质出管21，该热介质出管21的另一端这与热源的输入端相连，热介质进管20和热介质出管21上均安装有截止阀7。在吸附塔1的内部一侧，换热器17的两端则分别通过管路与热介质进口18、热介质出口19相连接。其中，热介质可以为热空气、热水、热蒸汽中的任一种均可；再其中，热介质出管21的另一端还可以直接连大气或水槽，使降温后的热介质被收集留作他用，或者排入大气。
39.本实施例中，还包括冷却风机22，吸附塔1的侧壁(图中右侧)下部、上部分别设置有冷风进口23、冷风出口24。冷风进口23通过进风管25与冷却风机22的出口相连接，冷风出口24则连接有出风管26，其中该出风管26直接连大气即可，以便于使从吸附塔1中排出的冷却风直接通入大气，而进风管25及出风管26上均安装有截止阀7。
40.其中，吸附塔1的侧壁上还安装有用于检测吸附塔1内温度信息的温度检测装置27以及用于检测吸附塔1内压力信息的压力检测装置28。
41.本发明的工作原理为：
42.吸附处理时，打开废气进管4和废气排管5上的截止阀7，并将其他管道上的截止阀7 关闭；启动抽风机6，废气经废气进管4进入到吸附塔1中，使得废气中含有的有机物成分被吸附剂所吸附，其余成分通过废气排管5排出到大气，吸附剂饱和后则停止抽风机6，并关闭废气进管4和废气排管5上的截止阀7；
43.加热-脱附处理时，打开脱附管9、热介质进管20、热介质出管21、冷媒接入管15及冷媒排出管16上的截止阀7，并将其他管道上的截止阀7关闭；启动真空泵11、热源和冷源，在热介质及换热器17的作用下，通过控制相应阀门的开度及真空泵11的功率，即可使吸附塔1内的温度升高到指定的温度、使吸附塔1内的压力被抽到指定的真空度，而在指定的温度和真空度下，有机物中的单一目标成分(脱附气)会从吸附剂内脱附出来，脱附出来的热气体经两级凝器12冷凝成液体后被储液罐9收集，而未被充分冷凝的热气体则经废气进管4 再次被送入到吸附塔1中，循环进行冷凝回收，直至该单一目标成分被完全脱附，收集到的单一目标成分有机液体则被排出后回收利用；
44.而当改变吸附塔1内的真空度和温度、冷凝器12的冷凝温度时，吸附剂所吸附的有机物中另一种单一目标成分被脱附出来，经冷凝后被储液罐9收集。如此即可实现，当吸附剂吸附的有机物中的一种物质脱附完成后，通过调节不同的脱附温度、真空度、冷凝温度，即可实现有机物中不同成分物质的分离，从而一步实现有机废气的治理、分离，并且使收集到的各种有机污染物可以循环利用。在脱附完成后停止真空泵11、热源、冷源的工作，关闭脱附管9、热介质进管20、热介质出管21、冷媒接入管15及冷媒排出管16上的截止阀7；
45.冷却处理时，打开进风管25、出风管26上的截止阀7，启动冷却风机22，在冷却风机 22的作用下，脱附环节被加热的吸附剂被冷却，冷却完成后停止冷却风机22，即可进行新一轮的吸附、加热-脱附、冷却的循环。
46.本发明提供的设备，采用真空辅助技术，能够降低脱附温度，可将脱附温度调节至20℃～200℃，而真空度只需要调节至-30kpa～-100kpa的安全水平即可，从而提高脱附效率，同时降低运行成本。
47.实施例二
48.本实施例中，如图2所示，配置吸附塔1有多个，例如两个，且两个吸附塔1并联布置，可以理解的是，对于每个吸附塔1：其废气进口2均通过对应的废气进管4连接废气源，其废气出口3均通过对应的废气排管5连接抽风机6的抽气端，其脱附口8均通过对应的脱附管9与真空泵11的进气端相连接，其热介质进口18均通过对应的热介质进管20与热源的输出端相连，其热介质出口19均连接有对应的热介质出管21，其冷风进口23均通过对应的进风管25与冷却风机22的出口相连接，其冷风出口24均连接有对应的出风管26。
49.如此设置，通过控制截止阀7即可实现各吸附塔1同时或者轮流执行上述的吸附、加热
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脱附、冷却处理过程，实现大批量同时处理或小批量连续处理。
50.实施例三
51.一种有机废气治理分离方法，该方法应用于如上实施例的设备，该方法包括以下步骤：
52.s1、打开抽风机以及废气进管和废气排管上的截止阀，关闭其他管路上的截止阀，废气进入吸附塔内，废气中的有机物成分被吸附剂所吸附，其余成分排大气；
53.s2、待吸附剂饱和后，关闭抽风机以及废气进管和废气排管上的截止阀；
54.s3、打开真空泵、加热系统、冷却系统及脱附管上的截止阀，通过调节相应截止阀的开度来控制吸附塔内的温度和压力(包括控制真空泵的功率)，使有机物中的一种单一目标成分从吸附剂中脱附出来，并经冷凝器冷凝后由储液罐存储，不凝气则经废气进管返回吸附塔；
55.s4、待有机物中的一种单一目标成分脱附完成，并回收储液罐中存储的有机液体成分后，再次调节相应截止阀的开度来控制吸附塔内的温度和压力(包括控制真空泵的功率)，使有机物中的另一种单一目标成分从吸附剂中脱附出来，直至有机物中的各种成分均从吸附剂中脱附出来；
56.s5、关闭真空泵、加热系统、冷却系统及脱附管上的截止阀后，打开冷却风机、出风管及进风管上的截止阀，将吸附剂降温至设定温度后，关闭冷却风机、出风管及进风管上的截止阀；
57.s6、循环执行步骤s1-s5。
58.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。