一种VOCs尾气回用系统及聚乙烯纤维生产设备
技术领域
本发明涉及聚乙烯纤维生产及废气处理领域，特别是涉及一种VOCs尾气回用系统及聚乙烯纤维生产设备。
背景技术
当前我国对环保问题越来越重视，对大气污染物的排放标准也愈发严格。碳氢化合物是聚乙烯纤维的一种生产原料，其属于一种非甲烷总烃类物质，国家对该物质有严格的排放标准，当前的排放标准为50mg/m3。而目前在聚乙烯纤维的生产过程中，针对该溶剂的回收设备，还无法达到该排放标准。
在化工、印染、医药等行业，有机溶剂使用非常广泛，并且绝大多数为中间溶剂，最终多以VOCs气体排放，给环境造成污染，近些年随着VOCs回收装置的发展，通过炭纤维毡、碳颗粒等多种吸附材料实现对溶剂的回收再利用或集中处置，但随着排放标准的日趋严格以及吸附材料本身吸附率的限制，如何对回收设备的排放尾气进行再处理，增加回收设备的吸附效率，进一步降低VOCs气体排放变得越来越重要。
超高分子量聚乙烯纤维的生产通常采用的是冻胶纺技术，它是将聚乙烯与合适的溶剂配制成纺丝熔体，再将纺丝熔体经纺丝制得冻胶丝，然后采用萃取工艺将溶剂去除，经干燥设备去原丝残留的萃取剂，再经加热、牵伸后制得高模高强的超高分子量聚乙烯纤维。其中，干燥设备将萃取剂(即碳氢化合物)气化后进入气体回收设备进行回收再利用。气体回收设备采用的是碳纤维吸附的方式，该设备分为三个箱体，每个箱体轮流进行吸附(将车间尾气经过碳芯，将萃取剂气体吸附到碳纤维上，吸附后的空气直接排到大气中)、解吸(利用蒸汽对碳芯进行脱附，将萃取剂从碳芯内蒸出)、干燥(将碳芯内的水分吹干，并降温再生重新具备吸附能力)的流程，从而达到回收萃取剂的目的。由于碳纤维对碳氢化合物的吸附效率不能达到100％，而且随着碳纤维的老化，吸附效率会逐渐下降。车间尾气经新的碳纤维吸附后排放浓度为150mg/m3，随着碳纤维的老化，尾气排放浓度可达到3500mg/m3，远达不到国家的排放标准，而且无形中增加了纤维产品的生产成本。
沸石浓缩转轮系统是目前解决超高分子量聚乙烯纤维生产过程中VOCs排放问题的主要设备。其工作原理为：VOCs废气通过疏水性沸石浓缩转轮后，能有效被吸附于沸石中，达到去除的目的。经过沸石吸附的挥发性有机物的洁净气体，直接通过烟囱排放到大气中，转轮持续以每小时1-6转的速度旋转，同时将吸附的挥发性有机物传送至脱附区，转轮吸附区、冷却区、脱附区的比值为10:1:1。在脱附区中利用一小股加热气体将挥发性有机物进行脱附，脱附后的沸石转轮旋转至吸附区，持续吸附挥发性有机气体。脱附后的浓缩有机废气送至燃烧炉进行燃烧转化成二氧化碳及水蒸气排放至大气中。其主要工艺包括：
1、吸附浓缩：处理大风量含浓度低于800ppm、40℃温度以下的VOCs气体，通过转轮内的沸石被吸附，以系统抽气变频风机将干净尾气排入大气。吸附器为立式转轮(CTR)可提供大量的气体接触沸石表面积，转轮持续以每小1～6转的速度旋转。提供90％以上的VOCs去除率。
2、脱附：转轮内VOCs被浓缩成饱和沸石区、再利用热交换器提供的热流(约200℃)来进行脱附，脱附完成后旋转至冷却区，以常温空气吹嘘冷却至常温、再旋转至吸附浓缩区。脱附前气体温度为200℃，脱附后的气体温度为63℃。
3、氧化：脱附出高浓度VOCs气流，以氧化风机抽送至RTO燃烧系统内燃烧处理，排放出干净CO2(g)及H2O(g)至大气。燃烧室高温气流被引出至气对气热交换器，与常温空气进行热交换、升温至脱附温度的热流，供脱附使用达到省能目的。
上述沸石浓缩转轮系统的尾气排放浓度虽然能达到标准，但其还具有如下缺陷：(1)成本高，整套设备价格在1000万以上；(2)该设备对溶剂吸附浓缩后进行燃烧，不能对溶剂进行回收；(3)该设备能耗较高，需配备大功率风机；(4)该设备对尾气的温度湿度有严格的要求。
由此可见，上述现有的聚乙烯纤维生产中的VOCs尾气处理，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可降低VOCs排放、提高回收率、降低能源消耗的尾气处理系统成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可降低VOCs排放、提高回收率、降低能源消耗的尾气处理系统及聚乙烯纤维生产设备。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种VOCs尾气回用系统，包括干燥设备、气体回收设备，所述干燥设备为聚乙烯纤维生产中设置在萃取装置后的设备；
所述干燥设备的出风端通过气体回收进风管道与气体回收设备连通；
所述气体回收设备通过回风管道连接至干燥设备的进风端；
所述气体回收设备出口端的回风管道上设置有尾气回用三通阀，所述尾气回用三通阀的第三个端口连接有排空管道。
作为本发明进一步地改进，包括多个干燥设备及与所述干燥设备一一对应连通的气体回收设备，所述每个气体回收设备的回风管道均连接至一个回风总管道，所述每个干燥设备均设置有干燥进风管道，所述回风总管道分别通过干燥进风管道连接至每个干燥设备的进风端。
进一步地，在所述气体回收进风管道上安装有应急排空三通阀，所述应急排空三通阀的第三端连接至所述的排空管道；在所述气体回收进风管道上或排空管道上，安装有应急回用三通阀，所述应急回用三通阀的第三端通过应急回用回风管道连接至回风总管道。
进一步地，在回风总管道上安装有浓度传感器，所述浓度传感器的检测结果用于尾气回用三通阀、应急排空三通阀及应急回用三通阀的控制。
进一步地，在每个气体回收设备出口端的回风管道上设置有分支浓度传感器，所述分支浓度传感器的检测结果用于尾气回用三通阀的控制。
进一步地，在回风总管道和/或回风管道上设置有压力传感器，所述尾气回用系统还包括与总回风管道连通的补风装置及泄压装置，所述压力传感器的检测结果用于补风装置及泄压装置的控制。
进一步地，所述气体回收设备与干燥设备之间的回风管道上设置有除湿装置。
进一步地，所述干燥设备内部安装有负压传感器，干燥设备的进风端设置有干燥进风调节装置，所述负压传感器的检测结果用于干燥进风调节装置的控制。
进一步地，所述气体回收设备为具有三个箱体的碳纤维吸附回收设备。
一种聚乙烯纤维生产设备，包括上述的VOCs尾气回用系统。
通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
1、将气体回收设备净化后的尾气引入到车间干燥设备循环利用，可大大降低VOCs排放，如控制合理甚至可达到零排放，完全可满足环保要求。
2、尾气一直在循环利用，随着干燥出风浓度的增加，气体回收设备的吸附效率相对提高，最后可达到一定浓度平衡的状态，最终可提高整个回收系统的回收率，可大大降低产品的生产成本，提高企业利润率。
3、气体回收尾气回用，同时可实现热量的回用，从而减少了干燥加热用蒸汽的用量，达到节能及降低能耗的目的。
4、单条气体回收设备出故障时，该条气体回收设备的尾气可平衡到其他气体回收设备进行吸附，大大提高了系统的容错能力。同时在维修单条气体回收设备时，该条气体回收设备对应的生产线可不用停车处理，规避了维修气体回收设备对生产的影响。
5、尾气回用系统结构相对简单，投资成本低。
6、尾气回用系统设有补风装置和泄压装置，可保证干燥设备回风稳定。
7、尾气回用系统设有除湿装置，可避免高湿度尾气对工艺的影响。
8、尾气回用系统的干燥设备内部设置有负压传感器，可防止干燥设备中的有害气体泄漏。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例中VOCs尾气回用系统整体结构及控制示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种VOCs尾气回用系统，包括干燥设备1、气体回收设备2，其中，干燥设备1为聚乙烯纤维生产中设置在萃取装置后的设备；干燥设备1的出风端通过气体回收进风管道3与气体回收设备2连通；气体回收设备2通过回风管道4连接至干燥设备1的进风端。
整个尾气回用流程为：萃取剂在干燥设备1蒸发气化后，经气体回收进风管道3进入气体回收设备2进行吸附回收，气体回收尾气进入回风管道4，再经回风管道4到达干燥设备1的进风端，对纤维进行干燥，干燥后的气体再经气体回收进风管道3进入气体回收设备2，如此循环。本发明通过将气体回收设备2净化后的尾气引入到干燥设备1循环利用，可大大降低VOCs排放，如控制合理甚至可达到零排放，完全可满足环保要求。由于尾气一直在循环利用，随着干燥出风浓度的增加，气体回收设备2的吸附效率相对提高，最后可达到一定浓度平衡的状态，最终可提高整个回收系统的回收率，可大大降低产品的生产成本，提高企业利润率。另外，气体回收尾气回用，同时可实现热量的回用，从而减少了干燥加热用蒸汽的用量，达到节能及降低能耗的目的。
在上述气体回收设备2出口端的回风管道4上设置有尾气回用三通阀5，尾气回用三通阀5的第三个端口处连接有排空管道6。工作时，系统会根据尾气的浓度判断经过气体回收设备2净化后的尾气是继续回用还是直接做排空处理。
在聚乙烯纤维生产车间，一般有多套生产设备，每套生产设备都包含有干燥设备1及与干燥设备1一一对应连通的气体回收设备2。此时的VOCs尾气回用系统则可以是一个大的、多套设备并联的系统，此时，每个气体回收设备2的回风管道4均连接至一个回风总管道7，每个干燥设备1均设置有干燥进风管道8，回风总管道7分别通过干燥进风管道8连接至每个干燥设备1的进风端。上述尾气回用系统多条气体回收设备2共用一条回风总管道7，回风总管道7尺寸根据气体回收设备2总风量确定，气体回收设备2并联越多，回风总管道内风压越稳定，系统容错能力也越高。如，当某一设备的气体回收设备出现故障时，回收的尾气可在经其它气体回收设备进行回收处理。
当然，在聚乙烯纤维生产车间，有时会出现如上所述的气体回收设备故障，此时，一种优选的方案为：在气体回收进风管道3上安装有应急排空三通阀9，应急排空三通阀9的第三端连接至排空管道6；如图1所示，在排空管道6上，还设置有应急回用三通阀10，应急回用三通阀10设置在应急排空三通阀9的后端，其第三端通过应急回用回风管道11连接至回风总管道7。当然，应急回用三通阀10也可设置在气体回收进风管道3上，两个不同的安装位置可实现相同的功能。通过上述设置，当气体回收设备2出现故障需要检修时，尾气可直接经应急排空三通阀9排空或经应急回用三通阀10进入回风总管道7。
在上述回风总管道7上安装有浓度传感器12，浓度传感器12为在线浓度传感器，用于检测回风总管道7的VOCs浓度，系统根据浓度限定值判断故障气体回收设备的尾气是否进行排空处理或回用处理，即：当回风总管道浓度低于限定值时，将所有气体回收的尾气均做回用处理；当回风总管道浓度高于限定值时，将故障气体回收设备的尾气做排空处理。上述回风总管道7的浓度可用于尾气回用三通阀5、应急排空三通阀9及应急回用三通阀10的控制。
作为优选的方案，可在每个气体回收设备2出口端的回风管道4上设置有分支浓度传感器13，分支浓度传感器13的检测结果也可用于尾气回用三通阀5的控制，以及当浓度超过限定值时触发报警通知及时维修。
为了回风管道及回风总管道内风压稳定，在回风总管道和/或回风管道上设置有压力传感器14，尾气回用系统还包括与总回风管道连通的补风装置15及泄压装置16，压力传感器14的检测结果用于补风装置15及泄压装置16的控制。即可通过压力传感器14检测回风管道或回风总管道内的压力，利用PID控制器控制补风装置15的进风风机的频率及泄压装置16的压力控制蝶阀的开度，达到控制回风管道及回风总管道内风压稳定的目的。
作为优选的方案，可在气体回收设备2与干燥设备1之间的回风管道4上设置有除湿装置17。除湿装置17的作用是去除尾气回收设备2干燥过程中的水汽，避免高湿度尾气对工艺的影响。
在纤维干燥过程中，为了避免含碳氢清洗剂的尾气泄露到车间，干燥设备1内部需保持微负压状态。由于气体回收的风机的风速是固定的，因此回用风速的稳定决定了干燥设备1内部气流的稳定。为了控制干燥设备1的回风的稳定性，干燥设备1内部安装了负压传感器18，干燥设备1的进风端设置有干燥进风调节装置19，负压传感器18的检测结果用于干燥进风调节装置19的控制。即系统通过检测干燥设备1内的负压值，利用PID控制器控制干燥进风调节装置19的进气阀门的开度调节干燥设备1内的负压，最终达到干燥设备1内气流控制稳定的目的。
上述气体回收设备2可以采用碳纤维吸附的方式，该设备分为三个箱体，每个箱体轮流进行吸附(将车间尾气经过碳芯，将萃取剂气体吸附到碳纤维上，吸附后的空气直接排到大气中)、解吸(利用蒸汽对碳芯进行脱附，将萃取剂从碳芯内蒸出)、干燥(将碳芯内的水分吹干，并降温再生重新具备吸附能力)的流程，从而达到回收萃取剂的目的。其中的碳纤维吸附，也可以替换为碳颗粒等多种吸附材料。
上述VOCs尾气回用系统应用在聚乙烯纤维生产过程中时，其作为聚乙烯纤维生产设备的一部分，此时，整个聚乙烯纤维生产设备可包括冻胶丝纺丝工序设备(包括工序依次衔接的溶胀釜、喂料釜、螺杆、纺丝箱体等)及热牵伸工序设备(包括工序依次衔接的预牵伸设备、萃取装置、干燥设备、多级牵伸机及风箱等)。一个生产车间可以有多套上述设备，上述设备之间可以相互配合，通过一个回风总管道相互连接，容错能力强。
综上所述，本发明将气体回收设备的尾气引入到车间干燥设备循环利用，可大大降低VOCs排放、提高对萃取剂的回收效率、降低干燥蒸汽的用量、同时可提高系统的容错能力，适于推广应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
