一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置
技术领域
本申请涉及一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置。
背景技术
目前在VOCs治理领域，对于高浓度且低凝固点的VOCs尾气，冷凝法为一种有效的处理方法，但在实际生产过程中，其运行状态和回收效率受到冷却剂的制冷温度、冷量利用效率及温度控制精度的影响较大，冷却剂的制冷温度低则实际回收效率低，整体方案的冷量利用效率低则装置经济性差，温度控制精度差则出口VOCS的组成波动较大，影响下游装置的处理，导致最终尾气排放超标。
发明内容
本申请的目的是针对现有冷凝冷冻回收处理的工艺缺陷，提供一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置，本申请的装置对尾气进行VOCs组分进行回收处理，适用于含低凝固点的高浓度VOCs尾气排放的相关企业。
所述的一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置，其特征在于包括冷凝器、冷冻器、液氮进料总管和尾气进料总管，所述冷凝器和冷冻器均采用列管式换热器结构；液氮进料总管进口接通液氮系统，液氮进料总管出口分为两路排出液氮，一路通过第六管线将液氮送入冷凝器管程内进行换热，另一路通过第七管线将液氮送入冷冻器管程内进行换热；冷凝器管程内换热产生的低温氮气通过第八管线以及冷冻器管程内换热产生的低温氮气通过第九管线汇总至低温氮气总管，低温氮气总管出口接通氮气下游系统；
尾气进料总管进口通入VOCs尾气，尾气进料总管出口与冷凝器壳程下部进口连接，冷凝器壳程上部出口再通过管路与冷冻器壳程进口连接，冷冻器壳程出口排出的净化尾气经第四管线送至尾气下游系统。
所述的一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置，其特征在于还包括回收液储槽，冷凝器壳程底部设置有出液口，通过第十四管线将产生的VOCs凝液送往回收液储槽。
所述的一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置，其特征在于冷冻器壳程底部设置有出液口，通过第十六管线与回收液储槽连接；冷冻器壳程下部还连接有用于通入热质气体的第十一管线。
所述的一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置，其特征在于还包括除沫器，除沫器外侧设置有换热夹套，低温氮气总管上还连接有第十二管线，第十二管线另一端与除沫器外侧的换热夹套连接，以便向除沫器外侧通入低温氮气，对除沫器整体进行降温和保冷，除沫器外侧的换热夹套上还连接有用于排出氮气的第十三管线；
冷凝器壳程出口排出的降温后尾气通过第二管线送入除沫器内进行除沫，除沫器内拦截的液体通过第十五管线送往回收液储槽，除沫器排出的除沫后尾气通过第三管线送入冷冻器壳程内。
所述的一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置，其特征在于第八管线上设置有第一温度计和第二调节阀，第六管线上相应地设置有第一调节阀，第一温度计通过PLC控制系统与第一调节阀信号连接；当第一温度计检测的氮气温度高于或低于设定值时，通过PLC控制系统反馈并控制调高或调低第一调节阀调节阀的开度；
第二管线上设置有第二温度计，第二温度计通过PLC控制系统与第一调节阀和第二调节阀信号连接；
在冷凝器对VOCs尾气正常冷凝时，第二温度计通过PLC控制系统对第二调节阀进行单独反馈控制，当第二温度计检测的尾气温度低于或高于设定值时，通过PLC控制系统反馈并控制调低或调高第二调节阀的开度，使第二温度计检测的尾气温度处于设定值范围内；
在冷凝器对VOCs尾气进行过度冷凝使得第二温度计检测的尾气温度低于冷凝临界异常值时，第二温度计将异常信号传输给PLC控制系统，通过PLC控制系统反馈并控制调低第一调节阀和第二调节阀的开度，直至第二温度计检测的尾气温度升高至设定值范围内，随后重新恢复第一温度计通过PLC控制系统对第一调节阀的单独反馈控制，以及重新恢复第二温度计通过PLC控制系统对第二调节阀的单独反馈控制；其中，第一调节阀和第二调节阀优先响应自第二温度计通过PLC控制系统发出的信号。
所述的一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置，其特征在于第九管线上设置有第三温度计和第四调节阀，第七管线上相应地设置有第三调节阀，第三温度计通过PLC控制系统与第三调节阀信号连接；当第三温度计检测的氮气温度高于或低于设定值时，通过PLC控制系统反馈并控制调高或调低第三调节阀开度；
第四管线上设置有第四温度计，第四温度计通过PLC控制系统与第三调节阀和第四调节阀信号连接；
在冷冻器对除沫后尾气进行正常冷冻时，第四温度计通过PLC控制系统对第四调节阀进行单独反馈控制，当第四温度计检测的尾气温度低于或高于设定值时，通过PLC控制系统反馈并控制调低或调高第四调节阀的开度，使第四温度计检测的尾气温度处于设定值范围内；
在冷冻器对除沫后尾气进行过度冷冻使得第四温度计检测的尾气温度低于冷冻临界异常值时，第四温度计将异常信号传输给PLC控制系统，通过PLC控制系统反馈并控制调低调高第三调节阀和第四调节阀的开度，直至第四温度计检测的尾气温度升高至设定值范围内，随后重新恢复第三温度计通过PLC控制系统对第三调节阀的单独反馈控制，以及重新恢复第四温度计通过PLC控制系统对第四调节阀的单独反馈控制；其中，第三调节阀和第四调节阀优先响应自第四温度计通过PLC控制系统发出的信号。
相对于现有技术，本申请取得的有益效果是：
本申请能有效处理尾气中的VOCs组分，尤其是对于高浓度的低凝固点废气，采用本申请的装置不仅可对VOCs做到有效回收，大大降低尾气中VOCs的浓度，降低后续装置的处理负荷。同时还可以大大减小后续VOCs处理方案的投资。本套装置对尾气中VOCs组分的处理效率在98%以上，以后续搭配活性炭吸附为例，通过本申请的装置对于VOCs进行有效回收，可以大大降低活性炭消耗，使活性炭消耗降低为原有的1/50。为企业提高经济效益，降低环境污染物排放。对于含低凝固点的高浓度VOCs尾气排放的相关企业尤为适用。
附图说明
图1为本申请VOCs尾气的冷凝冷冻装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：对照图1
一种VOCs尾气的冷凝冷冻装置，包括冷凝器I、除沫器II、冷冻器III、液氮进料总管5和尾气进料总管1，所述冷凝器I和冷冻器III均采用列管式换热器结构；液氮进料总管5进口接通液氮系统，液氮进料总管5出口分为两路排出液氮，一路通过第六管线6将液氮送入冷凝器I管程内进行换热，另一路通过第七管线7将液氮送入冷冻器III内进行换热，在实际工作时，冷凝器I管程内通入的液氮流量相对较大，而冷冻器III管程内通入的液氮流量相对较小。由于VOCs尾气中的VOCs成分在冷凝器I壳程内的冷凝相变量较多，与冷凝器I管程内通入的液氮进行换热量较大，所以在过程控制较为稳定的情况下，即使是冷凝器I管程内通入的液氮流量相对较大，VOCs尾气中的VOCs成分在冷凝器I壳程内不发生冷冻现象。
冷凝器I管程内换热产生的低温氮气通过第八管线8以及冷冻器III管程内换热产生的低温氮气通过第九管线9汇总至低温氮气总管10，低温氮气总管10出口接通氮气下游系统。
尾气进料总管1进口通入VOCs尾气，尾气进料总管1出口与冷凝器I壳程下部进口连接，冷凝器I壳程上部出口再通过管路与冷冻器III壳程进口连接，冷冻器III壳程出口排出的净化尾气经第四管线4送至尾气下游系统。
进一步地，本申请的装置还包括回收液储槽Ⅳ，冷凝器I壳程底部设置有出液口，通过第十四管线14将产生的VOCs凝液送往回收液储槽Ⅳ。冷凝器I管程内液氮气化产生的低温氮气通过第八管线8送往低温氮气总管10。
冷冻器III壳程底部设置有出液口，通过第十六管线16与回收液储槽Ⅳ连接；冷冻器III壳程下部还连接有用于通入热质气体的第十一管线11。冷冻器III壳程底部出液口，正常时不排液，尾气被降温至凝固点，气体中的VOCs会凝固在冷冻器III壳程内部，由此尾气通入到冷冻器III壳程内的压差会慢慢变大。当尾气通入冷冻器III壳程内的压差大于2kpa时（按需要可调），关闭冷冻器III壳程内的液氮进料，通过第十一管线11向冷冻器III壳程下部通入热质气体，将固体VOCs融化，随后通过第十六管线16将VOCs凝液送往回收液储槽Ⅳ。通过冷凝、冷冻两步处理后的净化尾气，通过第四管线4送至尾气下游系统，尾气下游系统可采用活性炭吸附装置对净化尾气进一步吸附处理后达标排放。
进一步地，本申请的装置还包括除沫器II，除沫器II外侧设置有换热夹套，低温氮气总管10上还连接有第十二管线12，第十二管线12另一端与除沫器II外侧的换热夹套连接，以便向除沫器II外侧通入低温氮气，对除沫器II整体进行降温和保冷，除沫器II外侧的换热夹套上还连接有用于排出氮气的第十三管线13。
冷凝器I壳程出口排出的降温后尾气通过第二管线2送入除沫器II内进行除沫，除沫器II内拦截的液体通过第十五管线15送往回收液储槽Ⅳ，除沫器II排出的除沫后尾气通过第三管线3送入冷冻器III壳程内。
通过本申请的装置对VOCs尾气进行处理时：尾气首先经过冷凝器，采用冷却剂液氮进行降温，尾气中95%以上的VOCs组分被冷凝成液体通过自流进入回收液储罐，随后尾气经过除沫器，除去其中夹带的细小液滴，除沫后的气体送往冷冻器，被除沫器拦截的液体送往回收液储槽，尾气中剩余的少量的VOCs在冷冻器中被液氮降低至凝固点以下，被吸附在冷冻器内，净化后的尾气排放至后处理工段。本申请装置使用的冷却剂液氮在配套控制系统的作用下对于进入冷凝器和冷冻器的液氮流量进行控制，对于冷量进行高效分配，使尾气降温到设定值范围内。
本申请装置对进入冷凝器和冷冻器的液氮流量进行控制的过程如下：
第八管线8上设置有第一温度计T1和第二调节阀，第六管线6上相应地设置有第一调节阀，第一温度计T1通过PLC控制系统与第一调节阀信号连接；当第一温度计T1检测的氮气温度高于或低于设定值时，通过PLC控制系统反馈并控制调高或调低第一调节阀调节阀的开度。
第二管线2上设置有第二温度计T2，第二温度计T2通过PLC控制系统与第一调节阀和第二调节阀信号连接；
在冷凝器I对VOCs尾气正常冷凝时，第二温度计T2通过PLC控制系统对第二调节阀进行单独反馈控制，当第二温度计T2检测的尾气温度低于或高于设定值时，通过PLC控制系统反馈并控制调低或调高第二调节阀的开度，使第二温度计T2检测的尾气温度处于设定值范围内；
在冷凝器I对VOCs尾气进行过度冷凝使得第二温度计T2检测的尾气温度低于冷凝临界异常值时，第二温度计T2将异常信号传输给PLC控制系统，通过PLC控制系统反馈并控制调低第一调节阀和第二调节阀的开度，直至第二温度计T2检测的尾气温度升高至设定值范围内，随后重新恢复第一温度计T1通过PLC控制系统对第一调节阀的单独反馈控制，以及重新恢复第二温度计T2通过PLC控制系统对第二调节阀的单独反馈控制；其中，第一调节阀和第二调节阀优先响应自第二温度计T2通过PLC控制系统发出的信号。
第九管线9上设置有第三温度计T3和第四调节阀，第七管线7上相应地设置有第三调节阀，第三温度计T3通过PLC控制系统与第三调节阀；当第三温度计T3检测的氮气温度高于或低于设定值时，通过PLC控制系统反馈并控制调高或调低第三调节阀开度。
第四管线4上设置有第四温度计T4，第四温度计T4通过PLC控制系统与第三调节阀和第四调节阀信号连接；
在冷冻器III对除沫后尾气进行正常冷冻时，第四温度计T4通过PLC控制系统对第四调节阀进行单独反馈控制，当第四温度计T4检测的尾气温度低于或高于设定值时，通过PLC控制系统反馈并控制调低或调高第四调节阀的开度，使第四温度计T4检测的尾气温度处于设定值范围内；
在冷冻器III对除沫后尾气进行过度冷冻使得第四温度计T4检测的尾气温度低于冷冻临界异常值时，第四温度计T4将异常信号传输给PLC控制系统，通过PLC控制系统反馈并控制调低调高第三调节阀和第四调节阀的开度，直至第四温度计T4检测的尾气温度升高至设定值范围内，随后重新恢复第三温度计T3通过PLC控制系统对第三调节阀的单独反馈控制，以及重新恢复第四温度计T4通过PLC控制系统对第四调节阀的单独反馈控制；其中，第三调节阀和第四调节阀优先响应自第四温度计T4通过PLC控制系统发出的信号。
本申请的冷凝冷冻装置适用于对所有主要成分的凝固点相差较小的高浓度VOCs尾气进行处理，例如高浓度VOCs尾气中所有主要成分的凝固点相差仅在30℃范围内，则使用本申请的冷凝冷冻装置能够取得较好的技术效果。
在高浓度VOCs尾气中，所有主要成分凝固点的最低值记为最低凝固温度。那么本申请的冷凝冷冻装置对高浓度VOCs尾气进行处理时：
第二温度计T2的设定值范围可以是高于最低凝固温度10~30℃，在进行控制调节过程中：第二温度计T2检测的尾气实际温度低于或高于设定值1~2℃，应当是认为冷凝器I对VOCs尾气正常冷凝处理，控制过程稳定性较好。但是在冷凝器I对VOCs尾气过度冷凝时，冷凝器I壳程出口排出的降温后尾气温度下降偏大，不利于过程控制，可以设定一个冷凝临界异常值进一步控制，该冷凝临界异常值可以比第二温度计T2的设定值低5~20℃。
第四温度计T4的设定值范围可以是低于最低凝固温度1~30℃，在进行控制调节过程中：第四温度计T4检测的尾气实际温度低于或高于设定值1~2℃，应当是认为冷冻器III对除沫后尾气进行正常冷冻处理，控制过程稳定性较好。但是在冷冻器III对除沫后尾气过度冷冻时，冷冻器III排出的降温后尾气温度下降偏大，不利于过程控制，可以设定一个冷冻临界异常值，该冷冻临界异常值可以比第四温度计T4的设定值低5~20℃。
例如本申请的冷凝冷冻装置对含饱和间戊二烯尾气进行处理时：
第二温度计T2的设定值范围可以是-60~-90℃，冷凝临界异常值可以比第二温度计T2的设定值低5~20℃。例如：第二温度计T2的设定值为-70℃，冷凝临界异常值是-80℃。
第四温度计T4的设定值范围可以是-95~ -120℃，冷冻临界异常值可以比第四温度计T4的设定值低5~20℃。例如：第四温度计T4的设定值为--110℃，冷冻临界异常值是-120℃。
采用本申请的冷凝冷冻装置对含饱和间戊二烯尾气进行处理时，含饱和间戊二烯尾气中VOCs回收率可达98%以上。本申请的冷凝冷冻装置处理后的尾气可送至尾气下游系统，尾气下游系统可采用活性炭吸附装置对净化尾气进一步吸附处理后达标排放。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。
