[发明专利]挥发性有机化合物废气回收的直触式深度冷却装置及回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)的废气处理领域，利用气液直接接触的深冷塔实现VOC废气回收，并实现工艺的节能，适用于多种挥发性有机气体深度冷凝工艺的换热。

背景技术

VOC气体深度冷凝处理法是在常压或加压条件下通过降低气体温度，使部分组成过饱和而冷凝成液体。深度冷凝工艺能够处理高浓度VOC，但是能耗大，操作费用高，该法的高能耗主要来自低温冷凝的深冷装置。一般VOC气体首先经过空冷初步冷却，之后进入深冷装置，根据VOC组成的沸点范围冷却至10～-100℃，绝大部分VOC组分饱和冷凝成液体，经气液分离罐分离后回收VOC废液。传统的深冷工艺采用深冷机用液体冷介质直接冷却废气，每小时冷却单位气体的耗电量巨大。根据传热学的研究，换热装置中气体强制对流传热系数是20-100W/(m²·K)，而液体强制对流传热系数是1000-15000W/(m²·K)，深冷机的总传热系数K值的变化主要取决于较小传热系数的变化，因此传统深冷工艺气速不宜过大，且传热效率低下。如果深冷机的冷却方式从气相冷凝改为液相冷却，不但能大幅度提高处理介质的对流传热效率，减小深冷机传热面积，降低耗电量，还能在实际操作中避免气相冷凝带来的不稳定性因素。

专利公开号03134694.4介绍了一种气液直接接触式全热换热装置，以附加换热器调节装置的换热效率，降低传质传热过程中的不可逆热损失。但该工艺的附加液-液换热器是以补充气液接触式换热器的热量损失为设计目的，并非将部分气体液化；且该装置中气体与液体换热方式为错流，不是最佳接触换热方式；使用工况条件为常温常压下的简单气体除湿，装置中的液体槽为敞口模式，不适用于高压下的深度冷却换热。

发明内容

本发明开发了一种挥发性有机化合物废气回收的直触式深度冷却装置及回收方法，替代了深度冷凝处理工艺中的深冷机设备。在换热器中冷却相由气相冷凝变为液相冷却，深冷塔中气相与液相换热方式为逆流换热方式，可以获得最大平均温度差，适用于需要快速高效换热场合。并且采用侧向气体出口的方式最大限度降低深冷装置高度，实现与深冷机同样的撬装使用，因此能够达到较好的经济效益。

本发明提供用于VOC废气回收工艺直触式深冷撬装，用于替代传统深冷机的装置。本发明的装置说明如下：

一种VOC废气回收的直触式深度冷却装置，深冷塔塔内从上到下依次设置有液体分布装置、气液换热填料和气体分布器；深冷塔上侧设置除沫装置，深冷塔塔底出口通过管线连接循环泵，循环泵出口通过管线连接液-液换热器的入口端，液体分布装置(2)通过管线与液-液换热器的出口端连接。

所述的循环泵出口设置分路，连接废液排出口(13)。

本发明进行回收挥发性有机化合物废气的方法，包括如下步骤：

1)预先从预留口加入VOC废液作为循环冷却液；循环泵抽提废液，废液由塔底出口进入液-液换热器，换热至10～-100℃后回流至液体分布装置，废液喷淋而下；

2)VOC废气由废气分布器进入深冷塔，在深冷塔中与液体分布装置进入的深冷废液在气液换热填料上逆向流动交换热量；

3)交换热量后，不能被冷凝的低温废气经塔顶侧向除沫装置，通过废气出口排出至气体后处理设备，捕集的夹带液体由沫液回流管返回塔内。

所述的深冷废液在下降过程中温度逐渐升高至-50～40℃，VOC废气在上升过程中温度逐渐下降至-100～10℃，废气中的VOC蒸汽被深冷废液冷凝并吸收。

所述的沫液回流管设置为U型，防止气体短路。

本发明可以采用温度升高的深冷废液从塔底出口由循环泵9抽出，为控制深冷塔废气出口温度，相当于循环冷却液量的废液再次进入液-液换热器10冷却至10～-100℃，进入循环换热，多余废液从废液排出口13采出收集。

本发明的深冷塔1高度不超过2.4米。

与现有VOC废气深冷技术相比，本发明具有以下优点：

(1)提供了一种VOC废气回收工艺的直触式深冷撬装装置，适用于处理量大、浓度高、处理条件苛刻的VOC废气回收，尤其适用低温高压气液直接接触换热工艺。

(2)该发明工艺采用气液直接接触式深冷塔替代传统深冷工艺中的深冷机，所用设备仅用一台撬装塔替代了大幅度的深冷机换热面积，易清洗，在保障装置使用便捷、应急性的基础上降低设备投资。单位换热量所需换热时间短，传热效率显著提升，废气处理操作费用经济。