吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中VOC_S的組合工藝的制作方法

專利名稱：吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中VOC_S的組合工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及環保 和化工分離領域，具體是涉及一種吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中揮發性有機物(VOCs)的組合工藝。
背景技術：
含VOCs的工業或生活廢氣，目前，廣泛以活性炭纖維(ACF)、顆粒活性炭(GAC)、分子篩等固體吸附劑，吸附其中VOCs，凈化廢氣VOCs達標而排空。吸附達到VOCs飽和后，采用飽和水蒸汽加熱，脫附vocs，形成的含VOCs的飽和水蒸汽，用冷卻水冷凝冷卻，得到含VOCs的水溶液，有的是均相的，再經精餾或萃取等方法純化達到給定的VOCs質量標準，循環使用；有的是二相，分去水層后，VOCs層經精餾或萃取等方法純化、循環使用。上述VOCs回收工藝，存在一系列問題，其中最重要的缺點是用飽和水蒸汽脫附吸附劑中吸附的VOCs，耗用大量的蒸汽，而剩余蒸汽和含VOCs的飽和水蒸汽的液化釋放的潛熱和顯熱被冷卻水帶走，變成利用價值不大的熱水，造成大量能量浪費。這種方法得到的恒沸或近沸的VOCyK溶液，用傳統的精餾或萃取等分離純化vocs，能量消耗大，工藝復雜，塔器林立，投資大。滲透汽化用于有機溶劑的脫水是最普遍、技術最成熟的領域。目前已經有工業化應用或研究成果的有機溶劑，有醇類、酮類、芳香族化合物、胺類、酯類、醚類、有機酸、腈類等，尤以醇類如乙醇、丙醇和異丙醇脫水，國內外已建立了許多套工業裝置。滲透汽化分離近沸和恒沸液體混合物是一種高效、節能的分離技術。它與精餾法相比具有明顯的經濟上和技術上的優勢。這種分離的膜材料，如，NaA型分子篩膜，沸石膜，醋酸纖維素，聚乙烯醇(PVA)，殼聚糖膜，聚乙烯醇(PVA)/聚酰胺(PA)復合膜等已商業化。應該指出分離近沸和恒沸液體混合物單獨應用滲透汽化系統并不是最佳的選擇，而滲透汽化過程和其它過程的組合則可以充分發揮這些過程的優勢，提高過程的經濟性，在有機溶劑的脫水中，最成功的是將滲透汽化和傳統精餾組合，發揮各自優勢。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的問題提出一種吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中VOCs的組合工藝，以解決傳統吸附-飽和水蒸汽脫附和精餾組合工藝存在能耗高、設備投資大等問題，降低了水蒸氣和冷卻水消耗，實現VOCs的節能回收，并適合恒沸、近沸VOCs-水混合液分離，獲取高純度vocs。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中VOCs的組合工藝，其特征在于包括有以下步驟
含有VOCs的工業廢氣，經過干燥、冷卻和過濾后，送入數個吸附-脫附器組進行吸附-脫附操作，其中充裝GAC或ACF，工業廢氣中VOCs被吸附，凈化的廢氣達標排空，GAC或ACF被VOCs飽和后，轉入脫附操作，以壓力0. 15 0. 5Mpa飽和水蒸汽從吸附-脫附器的上部均勻噴入，GAC或ACF被加熱，脫附其上吸附的VOCs,脫附完畢，再轉入下一次吸附，如此周而復始，蒸汽脫附下來的含VOCs的飽和水蒸汽所含有的潛熱和顯熱用于滲透汽化膜分離供熱，其具體供熱線路及過程如下用于滲透汽化膜分離供熱是將含VOCs的飽和水蒸汽與精餾塔的塔頂產液在換熱器(2)中進行換熱，以不斷供給滲透汽化膜分離器(5)相變所需的熱，換熱后，含VOCs的飽和水蒸汽被液化后流入受器(7)，然后經輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度后進入精餾塔(I)的加料板。按上述方案，還包括有干燥器廢氣干燥供熱和精餾塔的泡點溫度進料供熱，其中， 用于干燥器廢氣干燥供熱是將含VOCs的飽和水蒸汽經過干燥器，然后流入受器(8或
9)，再經輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度后進入精餾塔的加料板；用于精餾塔的泡點溫度進料供熱是將含VOCs的飽和水蒸汽在換熱器(3)交換，被液化后流入受器(7)，然后經輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔的加料板。 按上述方案，所述的含VOCs的飽和水蒸汽經滲透汽化膜分離、干燥器廢氣干燥供熱和精餾塔的泡點溫度進料供熱后，其剩余的含VOCs的飽和水蒸汽經換熱器(10、11)液化，分別流入受器(8、9)，由輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔的加料板，尾氣送往含VOCs的工業廢氣總入口，回收其中殘存的V0Cs。本發明的含VOCs的飽和水蒸汽釋放的潛熱和顯熱可能剛好滿足上述幾項供熱，或者出現正負偏差，在換熱器(2、3)用蒸汽或冷卻水調節對正負偏差給予補償，保證達到設定的操作工藝參數要求。除上述含VOCs的工業廢氣經吸附-脫附凈化和回收VOCs,以及蒸汽脫附下來的含VOCs的飽和水蒸汽所含有的潛熱和顯熱的利用外，本發明同時以精餾和滲透汽化的組合替代傳統的精餾、萃取等單元操作實現近沸、恒沸混合物的分離，以二步獲得高純度VOCs,即先將濃度較稀的VOCs-水恒沸或近沸混合液用傳統的精餾方法，分離達到恒沸點對應組成，再用滲透汽化膜分離，使VOCs-水混合液越過恒沸點組成，進而使VOCs含量達到99. 0%或99. 0%以上。發揮精餾和滲透汽化分離各自之長。本發明給出的吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中VOCs的組合工藝構成緊湊封閉循環，使廢氣中VOCs得以充分回收。飽和蒸汽脫附形成的VOCs-飽和蒸汽含有的大量潛熱和顯熱，以及精餾塔底釜的殘液顯熱獲得充分利用。傳統的蒸汽脫附得到的混合VOCs-蒸汽，用水冷凝冷卻至室溫，再加熱到泡點精餾或萃取分離純化。本發明只冷凝冷卻到接近精餾塔泡點進料溫度，這樣就大大節省了冷卻用水量。與老工藝即“不利用飽和水蒸汽脫附形成的VOCs-飽和蒸汽中的潛熱和顯熱、讓其被冷卻水帶走，變成利用價值不大的熱水”比較，能量節省，冷卻水用量減少。經核算，用傳統精餾或恒沸精餾分離近沸或恒沸VOCs水溶液，達到VOCs濃度大于或等于99%，存在能耗大，設備投資多等一系列缺點，與精餾-滲透汽化-精餾組合比較，后者能量消耗節省約1/2，冷卻水用量減少約3/4，投資減少約1/3。


圖I為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式本發明的內容在

和實施例中得到具體闡明如圖I所示含VOCs (脂肪族醇類及酮類如乙醇、丙醇同分異構體、丁醇同分異構、丙酮、丁酮(MEK))等工業含濕廢氣，這些VOCs許多都能與水形成共沸物。含有VOCs的工業廢氣，流量5000 30000mVh，溫度50 70°C，經干燥器(6)、冷卻器(12)、過濾器(21)和鼓風機(22)，送入數個(可以多于圖中指出的4個)吸附-脫附器(Ay)組，其中充裝GAC或ACF，其中A"處于吸附狀態，廢氣中VOCs被其吸附，凈化的廢氣達標排空，GAC或ACF被VOCs飽和后，吸附器轉入脫附操作，壓力0. 15 0. 5Mpa飽和水蒸汽從Ap2上部均勻噴入，GAC或ACF被加熱，脫附其上吸附的VOCs,脫附完畢，再轉入下一次吸附，如此周而復始。脫附下來、含VOCs的飽和水蒸汽持有大量潛熱和顯熱，充分利用此熱能是本發明的特征之一。上述潛熱和顯熱利用，分數路實施，分別用于滲透汽化膜分離、干燥器廢氣干燥、精餾塔(I)泡點溫度進料等供熱。實際操作中含VOCs的飽和水蒸汽釋放的潛熱和顯熱可能剛好滿足上述幾項供熱，或者出現正負偏差，在換熱器(2、3)用蒸汽或冷卻水調節對正負偏差給予補償，保證達到設定的操作工藝參數要求。各路供熱分述如后
①用于滲透汽化膜分離供熱。滲透汽化過程中組分有相變發生，相變所需的潛熱由原料的顯熱來提供。本發明將含有大量潛熱和顯熱的VOCs飽和水蒸汽與恒沸精餾塔的塔頂產液在換熱器(2)中進行換熱，不斷供給滲透汽化膜分離器(5)相變所需的熱。換熱后，含VOCs的飽和蒸汽液化并流入受器(7)，然后經輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度后進入精餾塔(I)的加料板；②用于干燥器(6)的供熱。含VOCs的飽和蒸汽進入干燥器6，流入受器(8或9)，由輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)的加料板；③用于換熱器(3)，保證精餾塔(I)泡點進料供熱。換熱后，含VOCs的飽和水蒸汽液化后流入受器
(7)，經輸液泵(4)、換熱器(3)、加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板；④滿足①②③項供熱后，剩余的含VOCs的飽和蒸汽經換熱器(10、11)液化，流入受器(8、9)，由輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板。尾氣送往含VOCs的工業廢氣總入口，回收殘存的VOCs。其中，含VOCs的飽和水蒸汽被液化后由輸液泵(4)或(17)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板，連續蒸餾，塔頂得恒沸點對應組成的VOCs-水混合液，經輸液泵(13)、換熱器(2)輸送到滲透汽化膜分離器(5)膜上游側，VOCs-水混合液中的水，經膜下游側、真空泵(14)汽化滲透，換熱器(15)，冷凝液進入受器(16)由輸液泵(17)送至換熱器
(3)加熱提高溫度，進入精餾塔(I)的加料板，回收殘存的VOCs。真空泵(14)排出的含VOCs尾氣，導入VOCs廢氣總進口回收殘存的V0Cs。經滲透汽化膜分離器(5)膜脫水后，膜上游側VOCs濃度超過恒沸點對應濃度，直至VOCs濃度大于或等于99%，冷卻換熱器(18)后得產品。滲透汽化膜分離器(5)為板框式組件，膜總面積按操作規模不同計算確定。膜材料，采用優先透水膜，如聚乙烯醇、殼聚糖膜等。精餾塔(I)底釜的殘液，含少量VOCs，經換熱器(19)用受器(7)含VOCs的流體吸取底釜殘液的顯熱，冷卻后排放。為了避免經換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板的進料濃度的參差，造成精餾塔(I)操作不穩定，可增設裝盛不同濃度VOCs的受器予以緩沖。
實施例I異丙醇的工業含濕廢氣，流量15000m3/h，溫度50°C，經冷卻、干燥、過濾后得無懸浮固體、干燥的室溫含異丙醇的廢氣，以高壓離心送風機送入四個充裝GAC或ACF吸附-脫附器組，其中二個處于吸附狀態，廢氣中異丙醇被其吸收，凈化達到國家廢氣排空標準后放空。GAC或ACF被異丙醇飽和后，吸附器轉入脫附操作，用壓力0. 15-0. 20 Mpa飽和蒸汽從其上部均勻噴入，GAC或ACF被加熱，同時被吸附的異丙醇脫附，脫附完畢，轉入下一次吸附，如此周而復始。含有大量潛熱和顯熱含異丙醇蒸汽-飽和水蒸氣，其熱能分數路給以充分利用，分別用于滲透汽化膜分離、干燥器廢氣干燥、精餾塔泡點溫度進料供熱等。各路供熱分述如后
①用于滲透汽化膜分離供熱。滲透汽化過程中組分有相變發生，相變所需的潛熱由原料的顯熱來提供。本發明將含有大量潛熱和顯熱的異丙醇飽和水蒸汽與恒沸精餾塔頂產液在換熱器(2)中進行換熱，不斷供給滲透汽化膜分離器(5)相變所需的熱。換熱后，含異丙醇的飽和蒸汽液化，得含40-50%異丙醇水溶液，流入受器(7)，經輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板；
②用于干燥器(6)的供熱。含異丙醇的飽和水蒸汽進入干燥器(6 )，換熱后流入受器(8或9)，由輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板；
③用于換熱器(3)，保證精餾塔(I)泡點進料供熱。換熱后，含異丙醇的飽和蒸汽液化后流入受器(7)，經輸液泵(4)、換熱器(3)、加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板；
④滿足①②③項供熱后，剩余的含異丙醇的飽和蒸汽經換熱器(10、11)水冷卻液化，流入受器(8、9)，由輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板。尾氣送往含異丙醇廢氣總入口，回收殘存的異丙醇。含VOCs的飽和水蒸汽被液化后由輸液泵(4)或17、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔(I)加料板，連續蒸餾，塔頂溫度80. 40C(異丙醇-水恒沸點)，其對應組成異丙醇87. 7%，水12. 3%的混合液，經換熱器(20)液化，部分回流，部分經輸液泵(13)、換熱器(2)輸送到滲透汽化膜分離器(5)進行膜分離，膜上游側，異丙醇-水混合液中的水，維持80. 40C，經膜下游側、真空泵(14)滲透汽化，冷凝冷卻(換熱器15)，冷凝液進入受器(16)由輸液泵(17)送至換熱器(3)加熱至泡點溫度，進入精餾塔(I)的加料板，回收殘存的異丙醇，如果膜分離器效率很高，膜下游側冷凝液中異丙醇含量很低，無回收價值，則排入廢水池。真空泵(14)排出的含異丙醇尾氣，導入異丙醇廢氣總進口，回收殘存的異丙醇。經滲透汽化膜分離器(5)膜脫水后，膜上游側異丙醇濃度達到大于或等于99%，冷卻(18)后，作為成品儲存。滲透汽化膜分離器(5)為板框式組件，膜總面積20 M2，膜材料，聚乙烯醇。精餾塔(I)釜底的殘液，含少量異丙醇，經換熱器(18)用受器(7)含異丙醇的流體吸取釜底殘液的顯熱，冷卻后排放。
權利要求
1.吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中VOCs的組合工藝，其特征在于包括有以下步驟 含有VOCs的工業廢氣，經過干燥、冷卻和過濾后，送入數個吸附-脫附器組進行吸附-脫附操作，其中充裝GAC或ACF，工業廢氣中VOCs被吸附，凈化的廢氣達標排空，GAC或ACF被VOCs飽和后，轉入脫附操作，以壓力O. 15 O. 5Mpa飽和水蒸汽從吸附-脫附器的上部均勻噴入，GAC或ACF被加熱，脫 附其上吸附的VOCs,脫附完畢，再轉入下一次吸附，如此周而復始，蒸汽脫附下來的含VOCs的飽和水蒸汽所含有的潛熱和顯熱用于滲透汽化膜分離供熱，其具體供熱線路及過程如下用于滲透汽化膜分離供熱是將含VOCs的飽和水蒸汽與精餾塔的塔頂產液在換熱器(2)中進行換熱，以不斷供給滲透汽化膜分離器(5)相變所需的熱，換熱后，含VOCs的飽和水蒸汽被液化后流入受器(7)，然后經輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度后進入精餾塔(I)的加料板。
2.按權利要求I所述的吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中VOCs的組合工藝，其特征在于還包括有干燥器廢氣干燥供熱和精餾塔的泡點溫度進料供熱，其中， 用于干燥器廢氣干燥供熱是將含VOCs的飽和水蒸汽經過干燥器，然后流入受器(8或9)，再經輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度后進入精餾塔的加料板；用于精餾塔的泡點溫度進料供熱是將含VOCs的飽和水蒸汽在換熱器(3)交換，被液化后流入受器(7)，然后經輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔的加料板。
3.按權利要求2所述的吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中VOCs的組合工藝，其特征在于，所述的含VOCs的飽和水蒸汽經滲透汽化膜分離、干燥器廢氣干燥供熱和精餾塔的泡點溫度進料供熱后，其剩余的含VOCs的飽和水蒸汽經換熱器(10、11)液化，分別流入受器(8、9)，由輸液泵(4)、換熱器(3)加熱到泡點溫度進入精餾塔的加料板，尾氣送往含VOCs的工業廢氣總入口，回收其中殘存的V0Cs。
全文摘要
本發明涉及一種吸附-脫附-精餾-滲透汽化分離回收工業廢氣中揮發性有機物的組合工藝，包括有以下步驟含有VOCS的工業廢氣，經過干燥、冷卻和過濾后，送入數個吸附-脫附器組進行吸附-脫附操作，以壓力0.15～0.5Mpa飽和水蒸汽從吸附-脫附器的上部均勻噴入，GAC或ACF被加熱，脫附其上吸附的VOCS，脫附完畢，再轉入下一次吸附，蒸汽脫附下來的含VOCS的飽和水蒸汽再用于滲透汽化膜分離供熱。本發明組合工藝構成緊湊封閉循環，使廢氣中VOCS得以充分回收。飽和蒸汽脫附形成的VOCS-飽和蒸汽含有的大量潛熱和顯熱，以及精餾塔底釜的殘液顯熱獲得充分利用。
文檔編號B01D53/26GK102764559SQ20121026302
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者吳曉慧, 楊旭東, 殷斌烈, 高艷松 申請人:武漢旭日華科技發展有限公司