專利名稱：換熱吸附式氣體吸附分離回收的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)及節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，特指在油氣及其他化工過程氣體等各種揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的吸附回收過程中利用換熱吸附技術(shù)促進(jìn)吸附和脫附效果、有效克服吸附劑在吸附過程中產(chǎn)生的吸附熱效應(yīng)專用吸附設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)吸附設(shè)備的方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前，油氣等化工氣體與空氣的分離回收方法有吸收法、吸附法、冷凝法及膜分離法等，有些還含有壓縮過程或幾種方法的綜合利用。各種油氣回收的原理各不相同，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能也相差較大。吸附法油氣回收方法是利用油氣-空氣混合氣中各組分與吸附劑之間結(jié)合力強(qiáng)弱的差別，使難吸附的空氣組分與易吸附的油氣組分分離。目前常用活性炭及其改性物 (如活性炭纖維)來吸附油氣?；钚蕴课竭^程可視為絕熱吸附。在油氣等化工氣體流量大、濃度高的工況下，吸附法回收方法用來處理這種油氣，吸附熱非常明顯。吸附熱效應(yīng)將帶來一系列后果，如(1)油氣中不飽和烴及硫等雜質(zhì)易發(fā)生氧化(自催化)、炭化、焦化、聚合，填住活性炭有效微孔，降低活性炭活性吸附表面積，從而降低其有效吸附容量并影響使用壽命；(2)危及吸附操作安全。另外吸附劑吸附率較低的特點(diǎn)也使得吸附裝置過大而放大了吸附熱效應(yīng)對吸附劑壽命的影響。吸附分離的一個優(yōu)點(diǎn)是可以使尾氣排放濃度控制在較低的指標(biāo)內(nèi)。因此，從油氣及化工氣體分離回收技術(shù)的發(fā)展方向及尾氣排放指標(biāo)日趨嚴(yán)格等方面來看，對于大處理量、高濃度的進(jìn)料氣，吸附分離回收方法被廣泛應(yīng)用于其它分離方法(液化手段)的低濃度油氣富集和尾氣排放控制。冷凝法油氣回收方法，即利用制冷劑或冷凝劑通過熱交換器進(jìn)行間接傳熱冷凝， 從而直接回收到油品。該方法原理簡單，而其裝置操作溫度及制冷溫度低(如到-Il(TC) 時，才可保證回收率達(dá)到90%左右，相應(yīng)地深低溫制冷系統(tǒng)能耗較高。膜分離法油氣回收技術(shù)作為一門新技術(shù)，國內(nèi)也在一些固定的場所得到應(yīng)用。但膜技術(shù)的研究和開發(fā)尚處于初始階段，尤其高性能的膜材料可供選擇的余地并不很廣，技術(shù)壟斷較為明顯。目前，國內(nèi)外有用有機(jī)膜來分離回收V0C，但膜使用壽命短，投資及運(yùn)行費(fèi)用較大。吸收法油氣回收方法即通過油氣——空氣混合氣與吸收劑接觸，根據(jù)不同組分在吸收劑中的溶解度不同，即油氣組分溶解于該吸收劑形成溶液(富吸收劑)，不能溶解的空氣組分則保留在氣相中，于是原混合氣體的組分得以分離。以前國內(nèi)外用煤油、輕柴油作為吸收劑，吸收回收率低(約為90% )，且在常溫常壓下難以解吸再生，故無法視為獨(dú)立成套的回收技術(shù)。國內(nèi)外均有典型的實(shí)例利用吸附法和其他液化手段(洗滌法、吸收法等)相組合的工藝制造的用以油氣及其他化工氣體分離回收裝置。但此類裝置中對于吸附熱效應(yīng)和吸附較低的技術(shù)缺陷，均沒有得到很好的解決。根據(jù)本發(fā)明技術(shù)特點(diǎn)檢索了國內(nèi)外數(shù)據(jù)庫。發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)外采用活性炭吸附法回收
3CN 102463017 A說明書2/3 頁
油氣的專利和報道較多，尚未見公開發(fā)表的換熱吸附技術(shù)應(yīng)用于油氣及其他化工氣體分離回收裝置的報道。目前應(yīng)用于吸附法油氣及化工氣體分離裝置的專利和報道與本發(fā)明的技術(shù)路線及機(jī)理都不相同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種油氣及其他化工氣體吸附分離回收的方法及裝置，其是在該發(fā)明的基礎(chǔ)上，通過在油氣吸附和脫附的過程中采用換熱吸附技術(shù)，達(dá)到強(qiáng)化傳質(zhì)、克服吸附劑的吸附熱效應(yīng)，從而優(yōu)化現(xiàn)有的吸附法油氣及化工氣體分離回收裝置，使吸附和脫附設(shè)備優(yōu)化，并開發(fā)出在油氣及其他化工氣體分離回收領(lǐng)域應(yīng)用換熱吸附技術(shù)的新工藝， 以適應(yīng)不同領(lǐng)域油氣及其他化工氣體分離與回收。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為應(yīng)用吸附劑及其設(shè)備進(jìn)行氣體吸附和脫附再生的過程可以分為兩個部分在換熱吸附設(shè)備內(nèi)進(jìn)行氣體吸附一在換熱吸附設(shè)備內(nèi)進(jìn)行氣體脫附，換熱吸附技術(shù)是將兩個過程同時集成于換熱吸附設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。具體為(1)氣體在換熱吸附設(shè)備內(nèi)進(jìn)行吸附操作，將欲富集氣體吸附在吸附劑的表面，不吸附的惰性氣體排放，同時設(shè)備將吸附熱取出；(2)同時在換熱吸附設(shè)備內(nèi)進(jìn)行脫附操作，將吸附在吸附劑的表面的氣體分子富集到氣相中，由脫附系統(tǒng)送出，同時吸收吸附過程中產(chǎn)生的吸附熱；本發(fā)明所述裝置包括換熱吸附床層，其特征在于吸附法油氣及化工氣體分離回收設(shè)備的吸附脫附設(shè)備為采用換熱吸附技術(shù)和結(jié)構(gòu)的換熱吸附床層及設(shè)備。集成換熱吸附技術(shù)及設(shè)備的油氣及化工氣體分離回收系統(tǒng)，在克服了吸附熱效應(yīng)影響的工況下使用吸附劑，提高了吸附脫附的運(yùn)行效率，延長了吸附劑的使用壽命。在油氣-空氣的混合氣分離回收裝置中，吸附劑活性炭的壽命可延長至15 20年，運(yùn)行能耗約減少10%。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明通過應(yīng)用換熱吸附技術(shù)克服吸附熱效應(yīng)影響，克服了因吸附熱效應(yīng)而影響吸附劑壽命的影響，大大延長了吸附劑的使用壽命。(2)本發(fā)明利用換熱吸附技術(shù)，有效地將吸附過程中產(chǎn)生的吸附熱傳遞給脫附的吸附劑，同時優(yōu)化了吸附劑的吸附和脫附性能，使得吸脫附能耗降低約10%。(3)本發(fā)明利用換熱吸附技術(shù)克服吸附熱效應(yīng)，分離回收對熱安全性較敏感的油氣及化工氣體，使吸附法在這些領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展的可行性、安全性得到保障。(4)本發(fā)明可防止各種VOCs帶來的環(huán)境污染及火災(zāi)爆炸隱患，還可回收有價值的物料，如汽油、石油輕烴組分、苯類蒸汽、甲醇等化工氣體。


圖1為換熱吸附法油氣及化工氣體分離回收實(shí)施例示意圖。圖中1換熱吸附式吸附設(shè)備，2進(jìn)料線，3脫附出料線，4尾氣排出線，5脫附用真空泵，VV-IA程真空閥，VV-2B 程真空閥，VF-IA程進(jìn)料閥，VV-2B程進(jìn)料閥，VE-IA程排出閥，VE-2B程排出閥圖2所示為關(guān)鍵設(shè)備-換熱吸附設(shè)備的實(shí)施例結(jié)構(gòu)。圖中1B程上口，2A程上口，3A程床層，4B程床層，5換熱壁，6A程下口，7支撐腿，8B程下口。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例包括依次相連的進(jìn)料管線2、A/B程進(jìn)料切換閥VF-I/ VF-2、換熱吸附式吸附設(shè)備1、A/B程真空切換閥VV-1/VV-2、真空脫附出料管線3、A/B程排出切換閥VE-1/VE-2、吸附尾氣排出管線。本發(fā)明中換熱吸附式吸附設(shè)備1為關(guān)鍵設(shè)備。擬吸附的低濃度化工氣體混合物在A、B兩程的流道內(nèi)切換流動。在A程吸附過程中產(chǎn)生的吸附熱，通過換熱壁熱傳導(dǎo)至B程；在B程同時進(jìn)行脫附操作，脫附時需要吸收的熱量由換熱壁供給。吸附部分由于吸附熱有效導(dǎo)出，從而在較低溫度下吸附，使得可以高效吸附；脫附部分由于吸附熱的供給而提高了脫附溫度，使得脫附徹底。具體應(yīng)用時，換熱吸附設(shè)備的各口與系統(tǒng)連接描述如下(1)低濃度油氣的進(jìn)氣為圖1中的2線，通過切換閥門分別與圖2中的A、B程下口相連；(2)真空脫附設(shè)備(以干式真空泵為例)的入口通過切換閥門分別與圖2中的A、B程下口相連；(3)真空脫附設(shè)備的高濃度油氣排放口即圖1中的3線，與系統(tǒng)液化單元(吸收或冷凝)進(jìn)氣口相連；(4)系統(tǒng)尾氣線通過切換閥門分別與圖2中的A、B程上口相連。參看圖1，換熱吸附設(shè)備的操作步驟為(1)狀態(tài)1 :VV-1A程真空閥打開，VV-2B程真空閥關(guān)閉，VF-IA程進(jìn)料閥關(guān)閉， W-2B程進(jìn)料閥打開，VE-IA程排出閥關(guān)閉，VE-2B程排出閥打開，真空泵5開啟。此狀態(tài)為 A程脫附、B程吸附流程。(2)狀態(tài)2 :VV-1A程真空閥關(guān)閉，VV-2B程真空閥打開，VF-1A程進(jìn)料閥打開， W-2B程進(jìn)料閥關(guān)閉，VE-IA程排出閥打開，VE-2B程排出閥關(guān)閉，真空泵5開啟。此狀態(tài)為 A程吸附、B程脫附流程。(3)操作自狀態(tài)1或狀態(tài)2開始，待吸附床層吸附飽和后，進(jìn)行狀態(tài)1和狀態(tài)2的切換。如此循環(huán)，達(dá)到連續(xù)操作。
權(quán)利要求
1.一種“換熱吸附”化工氣體回收處理方法發(fā)明，整個化工氣體吸附分離的過程包括 化工氣體混合其進(jìn)入換熱吸附設(shè)備，化工氣體在吸附床層吸附；同時在換熱吸附設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行脫附操作，達(dá)到潔凈尾氣的排放、高濃度化工氣體富集。其特征在于換熱吸附設(shè)備采用換熱吸附方法。其特征是(1)吸附床層吸附部分產(chǎn)生的吸附熱，通過換熱吸附設(shè)備換熱至吸附床層脫附部分，以提高脫附介質(zhì)溫度和飽和蒸汽壓，使得脫附部分在較高溫度下完成高效脫附。(2)吸附床層脫附部分通過熱傳導(dǎo)吸收吸附部分產(chǎn)生的吸附熱，降低吸附部分溫度，以降低吸附介質(zhì)溫度和飽和蒸汽壓，使得吸附部分在較低溫度下完成高效吸附。(3)換熱吸附設(shè)備提供有效的熱傳導(dǎo)機(jī)制和結(jié)構(gòu)，使吸附床層的吸附部分和脫附部分有效換熱。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法的設(shè)備，其包括依次相連的換熱吸附設(shè)備、干式真空泵、閥門。
3.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法的工藝，其包括利用換熱吸附的發(fā)明所制作的所有設(shè)備，其特征是吸附時產(chǎn)生吸附熱通過熱傳遞手段傳遞至脫附床層的設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征是在吸附床層和脫附床層間進(jìn)行有效換熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征是通過傳導(dǎo)、對流、輻射等熱傳遞方式達(dá)到吸附熱有效傳導(dǎo)至脫附床層的設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征是通過設(shè)置直接換熱和通過其他介質(zhì)間接換熱的設(shè)備完成吸附熱傳遞至脫附床層的一個或多個設(shè)備的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特指化工氣體利用換熱吸附技術(shù)的方法及裝置。實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案為將在各種化工液體、氣體物料儲運(yùn)過程中產(chǎn)生的各種化工氣體和空氣的混合氣體、經(jīng)過其他流程處理過的低濃度氣體，經(jīng)進(jìn)氣管路進(jìn)入換熱吸附系統(tǒng)進(jìn)行吸附處理；脫附后的高濃度化工氣體經(jīng)由真空泵輸送到液化單元，將其液化；處理潔凈的尾氣排放氣經(jīng)排空管進(jìn)入大氣。
文檔編號B01D53/02GK102463017SQ201010535810
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者劉海 申請人:江蘇中川通大環(huán)保設(shè)備制造有限公司