專利名稱：以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及環保領域，從汽態混合物中回收高沸點氣態化合物如常態為液態的化合物， 尤其涉及從印刷、輕工、涂布、化工、電子等行業在生產過程中產生的含有機廢氣廢氣中回 收多種有機廢氣并循環利用的方法。
背景技術：
活性炭纖維(ACF)，亦稱纖維狀活性炭，是性能優于活性炭的高效活性吸附材料和環保 工程材料。其超過50%的碳原子位于內外表面，構筑成獨特的吸附結構，被稱為表面性固體。 它是由纖維狀前驅體，經一定的程序炭化活化而成。較發達的比表面積和較窄的孔徑分布使 得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量，且由于它可方便地加工為氈、布、紙等不 同的形狀，并具有耐酸堿耐腐蝕特性，使得其一問世就得到人們廣泛的關注和深入的研究。 目前已在環境保護、催化、醫藥、軍工等領域得到廣泛應用。
以往活性炭纖維溶劑回收工藝主要應用在甲苯、二甲苯、環已烷、鹵代烴等難溶于水的 有機物的回收上，例如，中國專利ZL200510200344.8公開了一種工業有機廢氣自動化回收新 工藝的方法，上述專利采用水蒸汽脫附、靜態分層回收的方法。雖然用水蒸汽脫附有相變熱 高，脫附較完全、易冷凝等優點，但還有以下缺點
(1) 產生二次排放物污水，特別是回收溶解度大的有機物時污水很難處理，用精餾塔處 理運行費用高。
(2) 在脫附時，有大量水蒸氣冷凝在活性炭纖維吸附層中，雖經干燥風吹掃但活性炭纖 維的水含量還是很高，影響其吸附性能，降低了利用率。
當有機廢氣中含有易水解物質或鹵代烴等物質時，在高溫水蒸汽的作用下，設備極易腐蝕， 回收產品中雜質多。
(3) 工況環境較差時，氣流夾帶的灰塵等雜質會在活性炭纖維中累積，在鹽析、填充等 作用下活性炭纖維失去活性。
(4) 對一些含有高沸點物質的場合，由于水蒸汽不能有效解吸，上述工藝及裝置運行一 段時間后吸附率會下降很多，不能正常運行
發明內容
針對現有技術問題，本發明提出一套全新的有機廢氣處理工藝，拓展活性炭纖維吸附劑 的應用領域，富集后的解吸氣通過冷凝或吸收方式加以回收，實現污染物零排放。 本發明還提供該處理工藝系統。
以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法，包括如下步驟1、吸附，有機廢氣 經集氣系統收集后由吸附器吸附；2、脫附，有機廢氣經脫附劑脫附得到脫附混合氣體；3、 回收，脫附混合氣體可被回收再利用；其特征在于所述吸附器包括兩組以上以活性炭纖維 為吸附劑的固定床吸附器，所述脫附劑為熱氮氣，所述回收再利用包括有機廢氣和氮氣的回 收利用。
所述熱氮氣溫度為卯-40(TC，所述氮氣的加熱方式為電加熱、導熱油加熱或高壓水蒸汽 加熱。
所述回收采用冷凝回收方式或吸收回收方式。 所述有機廢氣在吸附前經過冷卻、過濾。
所述脫附混合氣體在回收前經過冷水冷卻，置換的熱量用于加熱脫附氮氣。 所述脫附前，需對吸附器內進行在線氧含量及溫度監測。
一種以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收系統，包括集氣系統、吸附系統、脫 附系統和回收系統、其特征在于所述吸附系統包括兩組以上以活性炭纖維為吸附劑的固定 床吸附器，所述脫附系統中采用熱氮氣為脫附劑。
所述有機廢氣在進入吸附系統前需經過預處理系統，所述預處理系統包括過濾器和預冷器。
所述脫附系統中包括在線氧含量及溫度監測系統。
所述在線氧含量及溫度監測系統以PLC或DCS分兩階段連鎖控制，當氧含量>2%時蜂 鳴器發出警報，加熱器停止加熱，從吸附器補充氮氣循環風機出氣口排氣進行氮氣置換，直 到氧含量低于2%，再開啟加熱器進行脫附；當氧含量>5%時蜂鳴器發出警報、加熱器停止加 熱，應急氮氣閥自動開啟，從吸附器充入大量氮氣進行置換。
本發明有機廢氣的回收方法以熱氮氣作為解吸介質，將富集在活性炭纖維上的有機物脫 附，脫附混合氣中的有機廢氣和氮氣通過冷凝或吸收方式加以回收，實現污染物零排放。以 活性炭纖維為吸附劑的固定床吸附器，分為兩組， 一吸附一脫附，氮氣解吸，避免了水蒸汽 冷凝在活性炭纖維吸附層中從而影響其吸附性能，同時也解決了因部分有機廢氣在高溫水蒸 汽的作用下產生的分解反應從而導致回收產品雜質多的問題，由于氮氣的加熱溫度可以達到 40(TC左右，對于水蒸汽不能有效解吸的高沸點有機氣體，高溫氮氣可以有效解吸。本發明方 法對于水溶性大或是易水解的溶劑和高沸點有機廢氣的回收效果特別好，回收產品中水含量低，溶劑品質高，可降低運行成本。
有機廢氣在吸附前最好經過過濾和冷卻預處理程序，對于低沸點溶劑，在冷卻預處理過 程中就可以將其回收，而不用進入整個的吸附、脫附過程，節約了資源；在工況環境較差時， 氣流夾帶的灰塵等雜質在吸附過程中會在活性炭纖維中累積，將其吸附微孔堵塞，造成吸附 性能下降。
脫附混合氣體在回收前經過換熱器換熱，有效利用了余熱，減少了后續(回收)處理能 耗，同時置換的熱量可用于加熱氮氣，節約了能源。
在加熱解吸前進行氮氣置換，用在線溫度及氧含量測試系統監測系統運行情況，并控制 氮氣安全閥，保障了回收設備的安全運行。與傳統的活性炭纖維溶劑回收工藝相比有以下優 點
(1) 用熱氮氣脫附，不產生二次污染物，可實現環保達標排放。
(2) 吸附層保持干燥，提高了活性炭纖維的利用率，延長了活性炭纖維的使用壽命。
(3) 由于不用水蒸汽脫附，所以設備無腐蝕問題，大大降低了設備制造成本。
(4) 對于水溶性大或是易水解的溶劑回收效果好，回收產品中水含量低，溶劑品質高，
可降低運行成本。
(5) 由于脫附氣可以加熱至400度左右，所以回收裝置可以應用于含高沸點有機廢氣的 回收，拓展回收裝置的應用范圍。
圖1為本發明方法的工藝流程圖
其中圖中各標號列示如下1—有機廢氣集風系統，2—引風風機，3—氣流控制三通閥，4— 過濾器與預冷器預處理系統，5—冷卻風機，6—加熱器，7—換熱器，8—預冷器，9—脫附循 環風機，10—溶劑回收裝置，ll一置換氣排放口， 12—有機物儲存器，Al、 B1—有機廢氣 入口， A7、 B7—冷卻氣入口閥，A6、 B6—脫附混合氣出口， A5、 B5—凈化氣排放口， A2、 B2—熱氮氣入口， A3、 B3—正常置換氮氣入口， A4、 B4—應急氮氣入口， A、 B—吸附器。
具體實施例方式
圖l為本發明方法的工藝流程圖，有機廢氣集風系統1收集了本發明工藝方法中待處理 的工作氣流。引風風機2提供了動力，氣流控制三通闊3控制流向，當系統工作時打開進氣 口將有機廢氣引入處理器進行吸附，當系統維護時打開有機廢氣排氣口。過濾器與預冷器預 處理系統4能除去氣流中大部分懸浮物和顆粒雜質，并且能夠調節廢氣溫度與濕度，以延長 活性炭纖維的使用壽命、提高吸附效果。冷卻風機5可以將環境氣通過冷卻氣入口闊A7、 B7引入吸附器A、 B，降低吸附層溫度。加熱器6可以將氮氣加熱到80—400度，高溫氮氣用于 活性炭纖維的再生。A3、 B3—正常置換氮氣入口，可調節流量大小，并能準確計量流量。A4、 B4—應急氮氣入口，閥門打開時可在短時間內充入大量氮氣。吸附器A、 B內部裝有活性炭 纖維吸附芯，兩吸附器交替進行吸附、脫附、冷卻過程。換熱器7可以利用后脫附氣熱量加 熱前脫附氣，充分利用余熱，減少能耗。預冷器8用冷水將脫附氣進一步降溫，減少后續處 理能耗。溶劑回收裝置12將脫附氣中的溶劑進行回收，可以是冷凝回收器也可以是吸收回收 器。脫附循環風機可以使脫附氮氣形成循環回路，節約氮氣用量。 工藝操作過程
1. 打開氣流控制三通閥3、進氣口引風風機2，將車間產生的含有多種有機廢氣的廢氣 由集氣系統1引入風管中，經過濾器與冷凝器預處理系統4除去大部分懸浮物和大顆粒雜質， 調節氣流溫度與濕度，然后通過有機廢氣入口 Al送入活性炭纖維吸附器A吸附，凈化氣通 過凈化氣排出口 A5從吸附器頂部排放。另一吸附器B此時處理待機狀態或是脫附、冷卻狀 態。
2. 當吸附器A通入有機廢氣一段時間到達穿透點時，關閉有機廢氣入口A1，有機廢氣 切換至另一吸附器B進行吸附，開啟正常置換氮氣入口 A3進行置換，在線氧含量監測儀測 試氧含量小于2%時，正常置換氮氣入口 A3和凈化氣排出口 A5，打開脫附氣入口A2、脫附 混合氣出口 A6、循環脫附風機9，此時加熱器6開始工作，將氮氣加熱到80-400度對活性炭 纖維吸附層進行脫附。置換氮氣和脫附氮氣流量由質量流量計嚴格控制，以確保氮氣有效充 分利用。另外設在線氧含量及溫度監測系統隨時監控系統內的氧含量及吸附床層溫度。以PLC 分兩階段連鎖控制，在脫附過程中當氧含量>2%時蜂鳴器發出警報，加熱器6停止加熱，打 開正常置換氮氣入口 A3和排放口 11進氣氮氣置換，氧含量低于2%后重新開始脫附過程； 氧含量〉5%時除蜂鳴器發出警報，加熱器6停止加熱外，打開應急氮氣入口 A4，噴入大量(平 時量的3-5倍)的氮氣，以降低氧含量。
3. 脫附完畢，關閉A2和脫附混合氣出口 A6，打開冷卻氣入口閥A7、凈化氣出口閥A5， 由冷卻風機5通入大量環境氣體以降低吸附箱溫度，以便于下一循環有效地吸附廢氣中的有 機廢氣。
4. 上述步驟1—3過程自動循環進行，兩吸附器交替吸附、脫附、冷卻。
5. 脫附氣流經換熱器7、預冷器8降溫，再經溶劑回收器10回收脫附氣中的有機廢氣， 回收的溶劑儲存在儲槽12中。回收塔可以是冷凝回收器，也可以是吸收塔。
冷凝回收法根據有機廢氣組成，為防止低沸點有機物在冷凝管表面凝結成固體影響回收
效果可分單級冷凝回收或多級冷凝回收，冷凝液進入儲槽，潔凈氣可以送回車間以充分利用氮氣。冷凝回收法收集的溶劑不似一般以固定床以蒸汽再生法回收的溶劑，其水分含量極低， 可直接回用。
由于有機物經過活性炭纖維富集，脫附氣流量小，有機物濃度高，吸收法可以有效地回 收有機廢氣。
6. 對于含少量高沸點有機物的廢氣回收設備，在運行一段時間后回收效率下降，可以在 氮氣保護下將氮氣溫度加熱至400度左右，使吸附在活性炭纖維上的高沸點有機物脫附。因 高沸點物質含量少，平時運行時的脫附溫度控制在100度左右，定期高溫活化，即可保持活 性炭纖維吸附效率又可以節省運行費用。
7. 對于風量大，濃度高的場合，可以設計成二次吸附裝置，即經過一次吸附的有機廢氣 再回送至另一吸附器進行二次吸附，此套裝置需要至少三個吸附箱。由于炭纖維是以熱氮氣 為脫附介質的，所以吸附層透氣率高，風阻小，二次吸附易于實施，從而進一步減少排放氣 中有機物的含量。
權利要求
1、以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法，包括如下步驟1)、吸附，有機廢氣經集氣系統收集后由吸附器吸附；2)、脫附，有機廢氣經脫附劑脫附得到脫附混合氣體；3)、回收，脫附混合氣體可被回收再利用；其特征在于所述吸附器包括兩組以上以活性炭纖維為吸附劑的固定床吸附器，所述脫附劑為熱氮氣，所述回收再利用包括有機廢氣和氮氣的回收利用。
2、 根據權利要求l所述的以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法，所述熱氮氣溫度為90-40(TC，所述氮氣的加熱方式為電加熱、導熱油加熱或高壓水蒸汽加熱。
3、 根據權利要求l所述的以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法，所述回收采用冷凝回收方式或吸收回收方式。
4、 根據權利要求l所述的以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法，所述有機廢 氣在吸附前經過冷卻、過濾。
5、 根據權利要求l所述的以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法，所述脫附混 合氣體在回收前經過冷水冷卻，置換的熱量用于加熱脫附劑。
6、 根據權利要求1所述的以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法，所述脫附前， 需對吸附器內進行在線氧含量及溫度監測。
7、 一種以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收系統，包括集氣系統、吸附系統、脫 附系統和回收系統、其特征在于所述吸附系統包括兩組以上以活性炭纖維為吸附劑的固 定床吸附器，所述脫附系統中采用熱氮氣為脫附劑。
8、 根據權利要求7所述的以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收系統，所述有機廢 氣在進入吸附系統前需經過預處理系統，所述預處理系統包括過濾器和預冷器。
9、 根據權利要求7所述的以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收系統，所述脫附系 統中包括在線氧含量及溫度監測系統。
10、 根據權利要求9所述的以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收系統，所述在線 氧含量及溫度監測系統以PLC或DCS分兩階段連鎖控制，當氧含量>2%時蜂鳴器發出警報， 加熱器停止加熱，從吸附器補充氮氣循環風機出氣口排氣進行氮氣置換，直到氧含量低于 2%,再開啟加熱器進行脫附；當氧含量>5%時蜂鳴器發出警報、加熱器停止加熱，應急氮 氣閥自動開啟，從吸附器充入大量氮氣進行置換。
全文摘要
本發明涉及“以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法和方法”，屬環保領域。以氮氣為脫附介質的活性炭纖維有機廢氣回收方法，以活性炭纖維為吸附劑的固定床吸附器，采用熱氮氣脫附，能同時回收再利用有機廢氣和氮氣。本發明方法采用熱氮氣脫附，不產生二次污染物，可實現環保達標排放，同時使吸附層保持干燥，提高了活性炭纖維的利用率，延長了活性炭纖維的使用壽命。由于不用水蒸氣脫附，所以設備無腐蝕問題，大大降低了設備制造成本。本發明方法對于水溶性大或是易水解的溶劑和高沸點有機廢氣的回收效果特別好，回收產品中水含量低，溶劑品質高，可降低運行成本。
文檔編號B01J20/34GK101288820SQ20081011489
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者崔占秋, 平 張, 張建軍 申請人:北京云辰天環保科技有限公司