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CN106925074A - 一种尾气净化及资源化回收工艺及其装置 - Google Patents

一种尾气净化及资源化回收工艺及其装置 Download PDF

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CN106925074A
CN106925074A CN201710166175.3A CN201710166175A CN106925074A CN 106925074 A CN106925074 A CN 106925074A CN 201710166175 A CN201710166175 A CN 201710166175A CN 106925074 A CN106925074 A CN 106925074A
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CN
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tail gas
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molecular sieve
adsorbent equipment
organic polymer
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韦卫军
杨文斌
韩博平
任立美
郭柳剑
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Xi'an Narry Industrial Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种尾气净化及资源化回收工艺及其装置。该工艺及装置采用有机高分子分子筛，并保证其中＜2nm的小孔、2‑50nm的中孔和＞50nm的大孔的体积比，小孔、中孔和大孔三者间相互配合，既提高了其对尾气中杂质的吸附效率，也提高了后续真空脱附的脱附效率，同时无需氮气吹扫，尾气净化效果好。最后再将冷凝液喷射脱附气体，使脱附气体完全冷凝，提高了尾气中待回收物质(如挥发性有机物)的回收率，经测试，尾气中待回收物质的脱除率在99.99％以上，回收率在99.99％以上。

Description

一种尾气净化及资源化回收工艺及其装置
技术领域
本发明属于废气净化及回收技术领域，具体涉及一种尾气净化及资源化回收工艺及其装置。
背景技术
在工业生产中，含沸点≤150℃的易挥发有机物(如甲醇、乙醇、丙酮和氯硅烷等)的尾气，通常先经大量洗涤液在洗涤塔中洗涤净化，再将易挥发有机物通过加热从洗涤液中汽提出来，如含有氯硅烷的尾气通常先经碱液洗涤净化，净化过程中氯硅烷与碱液反应转化成盐，然后盐再经多效蒸发装置提取出来。因此，上述尾气净化装置普遍存在能耗相对较高、公用工程配套较多、占地大、投资大、人员多和运行费高的缺陷，同时，也存在资源严重浪费的缺陷。
为避免上述缺陷，现有技术通常先利用分子筛或活性炭进行变压或变温吸附，再利用减压或热氮气将吸附的介质解吸出来，解析出的气体再经冷凝器或喷淋塔深度冷凝转化成液体。如中国专利文献CN104107621A公开了氮气吹扫辅助的吸附树脂变压吸附回收有机废气的方法。上述技术公开了如下步骤：1)吸附：含挥发性有机物的废气经过气体收集系统进入吸附器进行吸附；2)脱附：吸附器内吸附剂经过抽真空-氮气吹扫过程，被吸附的VOCs从吸附剂上被解吸下来得到脱附气体；3)回收：脱附气体通过冷凝或吸附处理回收VOCs，其中的吸附剂为大孔吸附树脂。上述技术无需大量洗涤液，也无需汽提或蒸发，能耗相对较低。
上述技术在吸附的过程中采用大孔吸附树脂，其中的孔主要分布在中孔区(2-50nm)，有一定量的大孔(＞50nm)，上述具有丰富中孔和大孔的大孔吸附树脂虽然有利于后续脱附VOCs，提高脱附效率，但是其前期对尾气中挥发性有机物的吸附力弱，吸附容量小，造成尾气净化效果差，吸附和脱附存在相互制约的关系，因此，如何在提高脱附效率的同时也能提高吸附效率是本领域技术人员所亟需解决的一个技术问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的是尾气净化及回收过程中难以兼顾吸附效率和脱附效率、净化效果差以及脱附能力有限的缺陷，进而提供一种吸附和脱附效率高、净化效果好，回收率高的尾气净化及资源化回收工艺及其装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明所提供的尾气净化及资源化回收工艺，包括如下步骤：
1)将尾气与有机高分子分子筛接触以进行吸附，收集净化后的尾气，其中，所述有机高分子分子筛中＜2nm的小孔、2-50nm的中孔和＞50nm的大孔的体积比为(6-7)：(2-3)：(1-2)；
2)使所述有机高分子分子筛处于真空状态以进行脱附，收集脱附气体；
3)使冷凝液喷射所述脱附气体以将其冷凝，回收易挥发性有机物。
进一步地，所述尾气的流速为0.05～2.50m3/s，如1-2m3/s；
所述吸附的温度为-10～30℃，如，-10～0℃、0～10℃、10-20℃、20-30℃；
所述有机高分子分子筛为聚乙烯、聚苯乙烯或聚酚醛中的至少一种；
优选地，所述脱附的绝对压力为15～95Kpa，如35-50Kpa、50-60Kpa；
所述脱附的温度为80～90℃。
优选地，步骤3)中,所述冷凝液为所述尾气中待回收物质的液体，
所述冷凝液与所述脱附气体的体积比为(10～40)：1。
另外，本发明还提供了上述工艺所采用的尾气净化及资源化回收装置，包括依次连通的吸附装置、抽真空装置和冷凝装置；
所述吸附装置内装填所述有机高分子分子筛；
所述冷凝装置的冷凝液出口与所述抽真空装置的进液口连通，所述抽真空装置具有壳体，以及设置在所述壳体内的喷嘴，以喷射冷凝液冷凝脱附气体并在所述吸附装置内形成真空。
优选地，所述壳体上部的内壁对称设置所述喷嘴，所述喷嘴与所述壳体内侧壁间的夹角α为30°≤α≤75°；
所述壳体侧壁上设置进气口，所述进气口与所述吸附装置的脱附气体出口连通。
优选地，所述有机高分子分子筛的装填高度h与所述吸附装置的高度H之比为(0.6～1)：1。
优选地，所述吸附装置内设置具有换热介质进口、换热介质流通内腔和换热介质出口的换热装置，所述换热介质流通内腔沿所述有机高分子分子筛的装填方向布置，以冷却或加热所述有机高分子分子筛。
优选地，所述吸附装置的个数至少为两个，彼此并联设置，其中至少一个所述吸附装置处于吸附状态，至少一个所述吸附装置处于解吸状态。
优选地，还包括依次连接的回收装置和循环动力装置，所述回收装置的进液口与所述抽真空装置的出液口连通，所述循环动力装置的出液口与所述冷凝装置的进液口连通；
所述回收装置上设置有补液口和产品回收口；
扩压管，与所述抽真空装置的出液口连通。
需要说明的是经冷却后的冷凝液在抽真空装置内进行汽液两相热交换后仍能保证其在完全冷凝的温度点以下。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明实施例所提供的尾气净化及资源化回收工艺，采用有机高分子分子筛，并保证其中＜2nm的小孔、2-50nm的中孔和＞50nm的大孔的体积比，小孔、中孔和大孔三者间相互配合，既提高了其对尾气中杂质的吸附效率，也提高了后续真空脱附的脱附效率，同时无需氮气吹扫，尾气净化效果好。最后再将冷凝液喷射脱附气体，使脱附气体完全冷凝，提高了尾气中待回收物质(如挥发性有机物)的回收率，经测试，尾气中待回收物质的脱除率在99.99％以上，回收率在99.99％以上。
(2)本发明实施例所提供的尾气净化及资源化回收工艺，通过对吸附、脱附和冷凝过程中的参数控制，进一步提高了吸附效率、脱附效率和待回收物质的回收率。
(3)本发明实施例所提供的尾气净化及资源化回收装置，通过装填上述有机高分子分子筛，同时提高了吸附效率和脱附效率。采用喷嘴，喷射冷凝液冷凝脱附气体并在吸附装置内形成真空，使待回收物质脱附的同时，也能使其完全冷凝，回收了待回收物质，并提高了其回收率。
(4)本发明实施例所提供的尾气净化及资源化回收装置，设置喷嘴的角度，脱附气体与冷凝液充分接触和摩擦，进行热交换，使脱附气体完全冷凝为液体，进一步提高了回收率；通过设置有机高分子分子筛的装填高度与吸附装置的高度之比，保证了尾气流通时间，进一步提高了吸附效率和脱附效率。
(5)本发明实施例所提供的尾气净化及资源化回收装置，占地小、投资低、效率高、操作简单、运行费低、且能耗低，回收时间短，且可将尾气中的待回收物质直接资源化回收转为产品。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中尾气净化及资源化回收装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中抽真空装置的结构示意图。
附图标记如下：
1-吸附装置；2-抽真空装置；3-回收装置；4-循环动力装置；5-冷凝装置；6-产品回收口；7-补液口；8-扩压管；9-换热装置。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明做进一步描述。本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。
实施例1
本实施例提供了一种尾气净化及资源化回收工艺，包括如下步骤：
1)将含甲醇的尾气以流速1m3/s与聚乙烯分子筛接触，并于10℃下进行吸附，收集净化后的尾气，其中，聚乙烯分子筛中＜2nm的小孔、2-50nm的中孔和＞50nm的大孔的体积比为5:2:1；
2)使聚乙烯分子筛处于绝对压力为40Kpa的真空状态，并于80℃下进行脱附，收集脱附气体；
3)使甲醇冷凝液喷射所述脱附气体以将其冷凝，其中，喷射速度为5m3/s，甲醇冷凝液与脱附气体的体积比为30：1，回收甲醇；
经测试，尾气中甲醇的脱除率在99.99％，回收率在99.99％。
实施例2
本实施例提供了一种尾气净化及资源化回收工艺，包括如下步骤：
1)将含乙醇的尾气以流速2m3/s与聚苯乙烯分子筛接触，并于30℃下进行吸附，收集净化后的尾气，其中，聚苯乙烯分子筛中＜2nm的小孔、2-50nm的中孔和＞50nm的大孔的体积比为6:2:2；
2)使聚苯乙烯分子筛处于绝对压力为50Kpa的真空状态，并于90℃下进行脱附，收集脱附气体；
3)使乙醇冷凝液喷射所述脱附气体以将其冷凝，其中，喷射速度为6m3/s，乙醇冷凝液与脱附气体的体积比为10：1，回收乙醇；
经测试，尾气中乙醇的脱除率在99.99％，回收率在99.99％。
实施例3
本实施例提供了一种尾气净化及资源化回收工艺，包括如下步骤：
1)将含丙酮的尾气以流速0.05m3/s与聚酚醛分子筛接触，并于-10下进行吸附，收集净化后的尾气，其中，聚酚醛分子筛中＜2nm的小孔、2-50nm的中孔和＞50nm的大孔的体积比为7:2:2；
2)使聚酚醛分子筛处于绝对压力为45Kpa的真空状态，并于85℃下进行脱附，收集脱附气体；
3)使丙酮冷凝液喷射所述脱附气体以将其冷凝，其中，喷射速度为5m3/s，丙酮冷凝液与脱附气体的体积比为40：1，回收丙酮；
经测试，尾气中丙酮的脱除率在99.99％，回收率在99.99％。
实施例4
本实施例提供了一种尾气净化及资源化回收装置，如图1所示，包括依次连通的吸附装置1、抽真空装置2和冷凝装置5；
吸附装置1内装填上述有机高分子分子筛；
冷凝装置5的冷凝液出口与抽真空装置2的进液口连通，抽真空装置2具有壳体，以及设置在壳体内的喷嘴，以喷射冷凝液冷凝脱附气体并在吸附装置1内形成真空。作为可选择的实施方式，吸附装置1可为吸附柱。
上述尾气净化及资源化回收装置中，通过装填上述有机高分子分子筛，同时提高了吸附效率和脱附效率。采用喷嘴，喷射冷凝液冷凝脱附气体并在吸附装置1内形成真空，使待回收物质脱附的同时，也能使其完全冷凝，回收了待回收物质，并提高了其回收率。
如图2所示，为了使脱附气体与冷凝液充分接触和摩擦，以进行热交换，使脱附气体完全冷凝为液体，提高其回收率，壳体上部的内壁对称设置喷嘴，喷嘴与壳体内侧壁间的夹角α为30°≤α≤75°；
壳体侧壁上设置进气口，进气口与吸附装置1的脱附气体出口连通。
进一步地，所述喷嘴与所述壳体内侧壁间的夹角α为40°≤α≤60°。
在上述技术方案的基础上，有机高分子分子筛的装填高度h与吸附装置的高度H之比为(0.6～1)：1。通过上述设置，保证了尾气流通时间，进一步提高了吸附效率和脱附效率。
如图1所示，吸附装置1内设置具有换热介质进口、换热介质流通内腔和换热介质出口的换热装置9，换热介质流通内腔沿有机高分子分子筛的装填方向布置，以冷却或加热有机高分子分子筛，进而保证吸附和脱附的温度。作为可选择的实施方式，在本实施例中，换热装置可为换热管；换热介质可根据实际需要进行选择，如可吸附时，选择冷却水，脱附时，选择热水。
进一步地，所述换热介质进口和热介质出口均位于所述吸附装置下部；
所述吸附装置上部或顶端设置有尾气进口和脱附气体出口，下部或底端设置有净化尾气出口。
如图1所示，吸附装置1的个数至少为两个，彼此并联设置，其中至少一个吸附装置1处于吸附状态，至少一个吸附装置1处于解吸状态。
在上述技术方案的基础上，还包括依次连接的回收装置3和循环动力装置4，回收装置3的进液口与抽真空装置2的出液口连通，循环动力装置4的出液口与冷凝装置5的进液口连通；作为可选择的实施方式，在本实施例中，回收装置3具体可为回收罐；循环动力装置4具体可为循环泵；
回收装置3上设置有补液口7和产品回收口6；
扩压管8，与抽真空装置2的出液口连通。
进一步地，所述产品回收口还与所述冷凝装置的进液口连通。
需要说明的是，上述尾气净化及资源化回收装置不但可以用于处理含易挥发性有机物的尾气，如含甲醇、乙醇或丙酮的尾气等，还可以处理含无机物的尾气，如含氯化氢、硫化氢或氨的尾气。
吸附的切换、解吸的启动和停车通常由PLC系统自动控制操作，也可以手动控制完成。
对比例1
本对比例提供了一种尾气净化及资源化回收工艺，包括如下步骤：
1)将含甲醇的尾气以流速1m3/s与中国专利文献CN104107621A中实施例1中的吸附剂AMBERLITETMXAD4树脂接触，并于10℃下进行吸附，收集净化后的尾气，其中的孔主要分布在中孔区(2-50nm)，有一定量的大孔(＞50nm)；
2)使AMBERLITETMXAD4树脂处于绝对压力为40Kpa的真空状态，并于80℃下进行脱附，收集脱附气体；
3)使甲醇冷凝液喷射所述脱附气体以将其冷凝，其中，喷射速度为5m3/s，甲醇冷凝液与脱附气体的体积比为30：1，回收甲醇；
经测试，尾气中甲醇的脱除率在62.1％，回收率在75.3％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种尾气净化及资源化回收工艺，包括如下步骤：
1)将尾气与有机高分子分子筛接触以进行吸附，收集净化后的尾气，其中，所述有机高分子分子筛中＜2nm的小孔、2-50nm的中孔和＞50nm的大孔的体积比为(6-7)：(2-3)：(1-2)；
2)使所述有机高分子分子筛处于真空状态以进行脱附，收集脱附气体；
3)使冷凝液喷射所述脱附气体以将其冷凝，回收易挥发性有机物。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤1)中，所述尾气的流速为0.05～2.50m3/s；
所述吸附的温度为-10～30℃；
所述有机高分子分子筛为聚乙烯、聚苯乙烯或聚酚醛中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，步骤2)中，所述脱附的绝对压力为40～50KPa；
所述脱附的温度为80～90℃。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的工艺，其特征在于，步骤3)中,所述冷凝液为所述尾气中待回收物质的液体；
所述冷凝液的喷射速度为5-6m3/s；
所述冷凝液与所述脱附气体的体积比为(10～40)：1。
5.权利要求1-4中任一项所述的工艺所采用的尾气净化及资源化回收装置，包括依次连通的吸附装置、抽真空装置和冷凝装置，其特征在于，
所述吸附装置内装填所述有机高分子分子筛；
所述冷凝装置的冷凝液出口与所述抽真空装置的进液口连通，所述抽真空装置具有壳体，以及设置在所述壳体内的喷嘴，以喷射冷凝液冷凝脱附气体并在所述吸附装置内形成真空。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述壳体上部的内壁对称设置所述喷嘴，所述喷嘴与所述壳体内侧壁间的夹角α为30°≤α≤75°；
所述壳体侧壁上设置进气口，所述进气口与所述吸附装置的脱附气体出口连通。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述有机高分子分子筛的装填高度h与所述吸附装置的高度H之比为(0.6～1)：1。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述吸附装置内设置具有换热介质进口、换热介质流通内腔和换热介质出口的换热装置，所述换热介质流通内腔沿所述有机高分子分子筛的装填方向布置，以冷却或加热所述有机高分子分子筛。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述吸附装置的个数至少为两个，彼此并联设置，其中至少一个所述吸附装置处于吸附状态，至少一个所述吸附装置处于解吸状态。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的装置，其特征在于，还包括依次连接的回收装置和循环动力装置，所述回收装置的进液口与所述抽真空装置的出液口连通，所述循环动力装置的出液口与所述冷凝装置的进液口连通；
所述回收装置上设置有补液口和产品回收口；
扩压管，与所述抽真空装置的出液口连通。
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