[發明專利]一種節流膨脹制冷的VOCs分級深冷回收系統

有效

• 申請號: 201811221895.6
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109157944B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 凌祥;黃鈺喆;李鑫;李文宇
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D53/00
• 分類號: B01D53/00;B01D5/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 張蘇沛

本發明公開了一種節流膨脹制冷的VOCs分級深冷回收系統，包括制冷系統、一級預冷系統、二級預冷除霜系統、VOCs主換熱系統四個部分。綜合利用流程冷量使常溫中壓的循環制冷工質液化，并節流膨脹達到深冷低溫后與含VOCs氣體換熱，使其中VOCs組分冷凝并排出。換熱后得到的低溫低VOCs含量的廢氣再返流通至一級預冷系統、二級預冷除霜系統，利用冷量對輸入氣體進行分級預冷。經處理后的含VOCs氣體符合國家規定的排放標準，可以直接排入大氣。這種方法與傳統的冷凝法相比，可以通過對VOCs中不同組分的分級冷卻，大大提高能量利用效率，高效穩定低成本。同時方法的使用不受來源氣體的組分、濃度限制，適應范圍更廣，運行穩定性較高。

技術領域

本發明屬于揮發性有機氣體凈化分離領域，具體涉及一種高效、穩定、低成本的多級分離及回收揮發性有機氣體的VOCs分級深冷回收系統。

背景技術

VOCs指的是揮發性有機氣體(Volatile Organic Compounds)，是生活生產過程中十分常見的有害廢氣源，會對人體健康和生態環境產生不可忽視的影響。在工業生產的尾氣排放中大都含有VOCs組分，且普遍存在濃度低、組成復雜等問題，如何節能高效地對VOCs進行處理是國家節能減排事業的重要研究方向。

目前，我國使用的VOCs處理技術主要包括冷凝法、吸附法、吸收法、燃燒法、膜分離法和生物處理法等。雖然部分技術如吸附法、冷凝法、吸收法等已經得到了較為廣泛的應用和發展，但仍或多或少的存在一定的局限性，比如吸附法和吸收法，雖然具有處理效果好、操作方便等優勢，但所用收集介質大都存在重復使用極限，需定期更換；冷凝法雖然不受VOCs組分種類的限制，但若單純為了提高回收率而降低冷凝溫度或增加吸附次數勢必造成回收成本的大大增加；燃燒法對氣體組分可燃性、燃燒環境、尾氣處理等均有較高要求；膜分離法和生物處理技術尚未完全成熟，且受VOCs組分等條件的限制，難以大范圍推廣實施。因此，面對逐漸擴大的工業生產規模、日益增加的VOCs處理需求和不斷提高的生態環保要求，在傳統回收處理方法的基礎上，必須進行改進和優化，以提升VOCs的回收處理效率。近期公開的專利CN201812399160.6一種活性炭吸附脫附VOC有機廢氣處理系統、CN201812324258.5一種VOC氣體吸附器二級熱返回一級節能系統及方法，均對吸附法脫除VOCs技術進行了改進，從除塵分離和余熱利用的角度提出了優化，但仍需對吸附介質進行控制；CN201812399234.6一種VOC有機廢氣處理設備，結合了等離子技術和噴淋吸收技術，大大提升了脫除效果，但后期仍需進行廢液處理和VOCs回收；CN201812337298.3一種用于催化燃燒吸附方法及裝置，采用燃燒法具有較高的脫除效率，但要求VOCs組分有較高濃度；CN201812273279.9VOC生物透氣凈化器及凈化方法，無二次污染，處理效率高，但僅能對部分VOCs組分進行脫除。以上新公開專利均在傳統處理工藝的基礎原理上做出了優化和創新，在一定程度上提升了VOCs處理效率。這些方法雖然原理簡單，技術相較過去有了較大進步，但仍存在適用范圍有限等問題，處理技術仍有很大優化空間。

本發明為滿足工業上大規模連續生產過程的廢氣處理需要，在降低回收成本的同時提高回收效率，基于VOCs冷凝收集原理，提出了以節流膨脹工藝達到深冷低溫來分級深度冷卻VOCs進行分離回收的方法。本發明與申請者前期已授權的發明專利(CN201512068202.4一種高效低成本的VOC回收系統及方法)相比提出了許多創新點：前者使用的是液氮直接膨脹完成深冷的工藝，需要由液氮罐持續輸入液氮進行制冷；本發明利用膨脹機膨脹和膨脹閥節流膨脹后得到的氣態制冷工質的冷量進行預冷，再利用節流膨脹過程達到深冷低溫，可以減少壓縮機膨脹機等設備的需求功率，使設備小型化，提高空間利用率，且無需持續供應冷卻工質，降低系統的生產運行成本。此外，本發明與申請者前期已公開專利(CN128452632A一種利用空氣深冷的VOCs回收系統)也具有較大差別，與前者相比，本發明提出的分級冷卻的流程設計，可以大大提高能源利用率，減少過程回收成本。本發明克服了現有冷凝收集技術存在的一些缺陷和問題，并在原理、流程、設備及操作方法提出了較大的創新，提高了系統運行的穩定性和高效性，且深冷低溫冷凝過程可以對大多數種類的VOCs進行冷凝脫除，適用范圍較廣。