低温废气处理回收系统及方法

999 编辑：中冶有色技术网来源：上海理工大学

2023-12-22 10:48:31

权利要求书： 1.一种低温废气处理回收系统，其特征在于，该系统包括发生段、提纯段、凝结段、储液箱；

所述发生段与提纯段相互连接，所述发生段设置有废液积蓄部的废气输入口c、废气布气管、冷凝废液的加热盘管、凝结废液排出口d以及设置于废液积蓄部的第一液位传感器，所述凝结废液排出口d连接于排液泵，所述加热盘管连接于低温热泵系统的辅助散热器、膨胀阀；

提纯单元由多个所述提纯段串联而成，所述提纯单元出口连接于所述凝结段，所述提纯段设置有组合式冷凝器、溢流管、第二液位传感器以及设置于提纯段底部的鼓泡塔板，所述组合式冷凝器的冷源入口b、冷源出口a分别连接至所述低温热泵系统相对应的低温载冷剂出口b、低温载冷剂进口a；

所述凝结段出口连接于所述储液箱，所述储液箱内设置有过冷盘管、第三液位传感器，所述储液箱上分别设置有储液箱进气口h、储液箱抽真空口f以及储液箱抽真空口f′；

所述低温热泵系统用于提供废液处理过程中的热源和冷源，所述低温热泵系统中的蒸发器连接于压缩机，所述压缩机连接于辅助散热器，所述辅助散热器通过节流阀连接于蒸发器；

所述凝结段内部冷凝器采用耐腐蚀金属管翅式换热器；

提纯段进入的高浓度气体通过布热管均匀地与管翅式换热器接触；

所述凝结段设置有调节液体凝结量的冷凝器载冷剂进口流量控制阀；

所述凝结段顶部设置有不凝性气体排出口g；

所述发生段、提纯段、凝结段以及储液箱均为闭式系统且采用负压运行。

2.根据权利要求1所述的一种低温废气处理回收系统，其特征在于，所述储液箱与所述凝结段之间采用U型液体密封。

3.根据权利要求1所述的一种低温废气处理回收系统，其特征在于，所述提纯段采用模块化结构，提纯段之间通过法兰抱箍快速连接。

4.根据权利要求1所述的一种低温废气处理回收系统，其特征在于，所述提纯段内持液高度与段间压差通过调节鼓泡塔板开孔率与组合式冷凝器进口载冷剂流量调节控制阀控制。

5.一种低温废气处理回收方法，采用根据权利要求1至4中任意一项所述的一种低温废气处理回收系统，其特征在于，该方法利用负压运行的封闭式系统进行处理，通过低温冷凝对有毒有害高浓度气体的液化处理并回收其中低沸点组分。

6.根据权利要求5所述的一种低温废气处理回收方法，其特征在于，所述封闭式系统包括依次连接的发生段、提纯段、凝结段以及储液箱。

7.根据权利要求6所述的一种低温废气处理回收方法，其特征在于，废液积蓄部的废气输入口c输入的介质经过干燥过滤器处理后再通过废气布气管鼓泡进入发生段，发生段内经过溢流管回流入发生段积液部废液的温度由热泵冷凝热控制恒温，发生温度与内部压力相对应，发生温度通过低温热泵系统的辅助散热器调节，发生段排液由积液部液体浓度与液位判断并通过排液泵排出。

8.根据权利要求6所述的一种低温废气处理回收方法，其特征在于，所述提纯段、凝结段的冷量需求通过低温热泵系统提供，该低温热泵系统同时提供发生段内恒温控制所需热量，低温热泵系统中多余能量的平衡通过辅助散热器散热；

载冷剂循环系统设置有载冷剂储箱、与载冷剂储箱连接的载冷剂循环泵，所述载冷剂循环泵连接于第十四调节阀。

说明书：一种低温废气处理回收系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及工业废气处理领域，尤其涉及一种低温废气处理回收系统及方法。背景技术[0002] 随着我国对于环保要求的逐年提高，对于工业领域的废气处理要求也日趋严格。传统的废气处理技术已不能满足各种有毒、有害的有机气体处置需求，同时各地对于企业都提出了零排放的要求，传统的燃烧法，吸附法等都会产生二次的排放或固废，因此对工业废气进行物理处理回收，实现资源回用将是工业企业的必然选择。针对目前企业工业废气中高浓度、有毒的废气处理回用的实际需求，开发了利用低温热泵作为能量驱动的工业废气处理回收系统，设备布置灵活，利用载冷剂作为冷却媒介实现工业废气的凝结液化，系统在负压下运行、适合于有毒甚至是剧毒废气的处理，大大减少常规废气处理的能耗，回收物料的再利用节省了生产成本。

发明内容[0003] 本发明旨在解决当前半导体电子、化工领域里面一类不易通过燃烧法、洗涤法处理且具有回收利用价值的高浓度有毒有害废气，提供一种低温废气处理回收系统及方法，其利用载冷剂作为冷凝介质，在低温度条件下(能够?100℃以下)实现工业废废气的冷凝提纯，系统在负压下运行，适合于剧毒、易挥发、易腐蚀废气的处理，实现易挥发废气的回收再利用，进行环保处理回收的同时能够实现资源回收再利用，节省原料消耗量。[0004] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种低温废气处理回收系统，该系统包括发生段、提纯段、凝结段、储液箱；[0005] 所述发生段与提纯段相互连接，所述发生段设置有废液积蓄部的废气输入口c、废气布气管、冷凝废液的加热盘管、凝结废液排出口d以及设置于废液积蓄部的第一液位传感器，所述凝结废液排出口d连接于排液泵，所述加热盘管连接于低温热泵系统的辅助散热器、膨胀阀；[0006] 提纯单元由多个所述提纯段串联而成，所述提纯单元出口连接于所述凝结段，所述提纯段设置有组合式冷凝器、溢流管、第二液位传感器以及设置于提纯段底部的鼓泡塔板，所述组合式冷凝器的冷源入口b、冷源出口a分别连接至所述低温热泵系统相对应的低温载冷剂出口b、低温载冷剂进口a；[0007] 所述凝结段出口连接于所述储液箱，所述储液箱内设置有过冷盘管、第三液位传感器，所述储液箱上分别设置有储液箱进气口h、储液箱抽真空口f、以及储液箱抽真空口f′；[0008] 所述低温热泵系统用于提供废气处理过程中的热源和冷源，所述低温热泵系统中的蒸发器连接于压缩机，所述压缩机连接于辅助散热器，所述辅助散热器通过节流阀连接于蒸发器；[0009] 所述凝结段内部冷凝器采用耐腐蚀金属管翅式换热器；[0010] 提纯段进入的高浓度气体通过布热管均匀地与管翅式换热器接触；[0011] 所述凝结段设置有调节液体凝结量的冷凝器载冷剂进口流量控制阀；[0012] 所述凝结段顶部设置有不凝性气体排出口g；[0013] 所述发生段、提纯段、凝结段以及储液箱均为闭式系统且采用负压运行。[0014] 进一步，所述储液箱与所述凝结段之间采用U型液体密封，防止凝结段与储液箱串气。[0015] 进一步，所述提纯段采用模块化结构，提纯段之间通过法兰抱箍快速连接。提纯段采用标准设计，能够按照处理废气的特性通过法兰抱箍快速拆装进行增加或减少其数量。提纯段内布置组合式冷凝器，由金属填料与金属绕片盘管组合而成。

[0016] 进一步，所述提纯段内持液高度与段间压差通过调节鼓泡塔板开孔率与组合式冷凝器进口载冷剂流量调节控制阀控制，通过调节溢流管高度避免提纯段内液泛与漏液。[0017] 一种低温废气处理回收方法，采用上述的低温废气处理回收系统，该方法利用负压运行的封闭式系统进行处理，通过低温冷凝对有毒有害高浓度气体的液化处理并回收其中低沸点组分。[0018] 进一步，所述封闭式系统包括依次连接的发生段、提纯段、凝结段以及储液箱。本发明的低温废气处理系统采用纯物理的方式，通过低温冷凝实现对有毒有害高浓度废气体的液化处理并回收其中低沸点组份。气体处理系统负压运行，发生段、提纯段、凝结段以及储液箱均为闭式系统，大大降低系统处理过程中有毒甚至是剧毒废气对环境泄漏污染的风险。[0019] 进一步，废液积蓄部的废气输入口c输入的介质经过干燥过滤器处理后再通过废气布气管鼓泡进入发生段，发生段内经过溢流管回流入发生段积液部废液的温度由热泵冷凝热控制恒温，发生温度与内部压力相对应，发生温度通过低温热泵系统辅助散热器调节，发生段排液由积液部液体浓度与液位判断并通过排液泵排出。[0020] 进一步，所述提纯段、凝结段的冷量需求通过低温热泵系统提供，该低温热泵系统同时提供发生段内恒温控制所需热量，低温热泵中多余能量的平衡通过辅助散热器散热；载冷剂循环系统设置有载冷剂储箱、与载冷剂储箱连接的载冷剂循环泵，所述载冷剂循环泵连接于第十四调节阀,载冷剂循环系统通过载冷剂储箱与旁通调节阀用于控制调节载冷剂流量波动与温度变化造成的载冷剂体积波动。

[0021] 与现有技术相比，本发明的优点为：[0022] 1、该有毒废气处理系统采用纯物理的方式，通过低温冷凝实现对有毒气体的液化回收，避免了燃烧处理高能耗及燃烧尾气排放二次处理。气体处理系统负压运行，回收提纯系统、储液系统均为闭式循环，大大降低系统处理过程中有毒甚至是剧毒废气对环境泄漏污染的风险。[0023] 2、系统采用低温载冷剂对有毒废气实现冷凝，利用不同气体的沸点差异可以实现对低沸点组份的回收，回收提纯系统内采用多级鼓泡冷凝提纯，提纯系统每层提纯塔板依靠溢流高度与开孔率实现不同层级压差控制。[0024] 3、提纯段采用抱箍快速拆装的形式组装在一起，每节提纯段为标准结构能够根据废气物性按需要进行增减，系统每级提纯段内通过调节载冷剂流量控制液位，实现对冷凝量的控制，溢流管高度及鼓泡塔板开孔率可以便捷调节用于避免提纯段漏液或淹没。[0025] 4、提纯段内组合式冷凝器采用耐腐金属填料与换热管束的组合形式构成，具有低阻力高换热效率的特点，同时金属填料同时具有提高提纯效率与对鼓泡进行消沫效果。[0026] 5、废气回收系统采用的冷源与热源由低温热泵系统提供，提纯段与凝结段气体凝结所需的冷量由低温热泵机组对载冷剂进行降温提供至冷凝器内，同时低温热泵机组的冷凝热提供底部发生段所需的热量保证足够的发生气体上升提纯回收，多余的热量由辅助换热机器散至环境中，系统冷热能量得到综合利用大大提高系统的运行能效。[0027] 6、冷凝盘管能够流通不同的载冷剂，通过采用不同的载冷剂如酒精，液氮等能够使系统冷凝温度低至?100℃以下，用于回收处理一些低沸点气体。[0028] 7、系统储液系统采用低温载冷剂盘管维持储液液体足够过冷度，避免二次汽化，真空维持系统在储液箱设置抽气口避免抽取处理废气，用于维持真空度及排除不凝性气体，最终排出微量气体采用高温燃烧器与吸附的复合装置用于处理排放气体。[0029] 8、发生段内设至加热盘管，利用低温热泵冷凝器产生的热量进行维持凝结废液恒定的汽化发生温度，发生温度依据发生器内压力自动控制，通过低温热泵辅助散热器调节低温热泵加热盘管加热量实现温度控制。[0030] 9、发生段内进气通过微孔布气盘管实现，通过布气空出来的废气进气与发生段内储液密切接触后上升进入提纯段，同时发生段内设置液位及浓度检测传感器，依据凝结废测得液位及浓度自动判定排液电磁阀及排液泵是否启动。附图说明[0031] 图1为本发明实施例中一种低温废气处理回收系统示意图。[0032] 附图标记说明：压缩机1、辅助散热器2、节流阀3、蒸发器4、载冷剂储箱5、载冷剂循环泵6、低温载冷剂进口a、低温载冷剂出口b、发生段7、提纯段8、凝结段9、储液箱10、除沫器11、精馏装置12、排液泵13、干燥过滤器15；

[0033] 第一排液阀14?1、第二控制阀14?2、第三调节控制阀14?3、第四调节控制阀14?4、第五调节控制阀14?5、第六控制阀门14?6、第七控制阀14?7、冷凝器载冷剂进口流量控制阀14?8、第九调节阀门14?9、第十控制阀14?10、第十一阀门14?11、第十二控制阀14?12、第十三控制阀14?13、第十四调节阀14?14、第十五控制阀14?15；

[0034] 加热盘管7?1、第一液位传感器7?2、废气布气管7?3、废气输入口c、凝结废液排出口d；[0035] 组合式冷凝器8?1、冷源出口a、冷源入口b、溢流管8?2、第二液位传感器8?3、鼓泡塔板8?4；[0036] 管翅式换热器9?1、冷凝器载冷剂出口a、冷凝器载冷剂进口b、布热管9?2；[0037] 过冷盘管10?1、第三液位传感器10?2、储液箱进气口h、储液箱抽真空口f、储液箱抽真空口f′、储液箱外接口e。具体实施方式[0038] 下面将结合示意图对本发明所采用的技术方案作进一步的说明。[0039] 如图1，一种低温废气处理回收系统，该系统包括发生段7、提纯段8、凝结段9、储液箱10、低温热泵系统。[0040] 结合图1，所述发生段7与提纯段8相互连接，所述发生段7设置有废液积蓄部的废气输入口c、废气布气管7?3、冷凝废液的加热盘管7?1、凝结废液排出口d以及设置于废液积蓄部的第一液位传感器7?2，所述凝结废液排出口d连接于排液泵13，所述加热盘管7?1连接于低温热泵系统的辅助散热器2、膨胀阀3，发生段7用于处理废气的进气与均匀布气鼓泡，实现利用回流液提纯冷却进入的废气，所述发生段7内的温度依据处理成分的温度精确控制，采用冷凝废液的加热盘管7?1实现。[0041] 提纯单元由多个所述提纯段8串联而成，提纯段8仅仅示出了三层进行示意性说明，现场可以根据需要调整提纯段8的数量。所述提纯单元出口连接于所述凝结段9，所述提纯段8设置有组合式冷凝器8?1、溢流管8?2、第二液位传感器8?3以及设置于提纯段8底部的鼓泡塔板8?4，所述组合式冷凝器8?1的冷源入口b、冷源出口a分别连接至低温热泵系统相对应的低温载冷剂出口b、低温载冷剂进口a。[0042] 所述凝结段9出口连接于所述储液箱10，所述储液箱内设置有过冷盘管10?1、第三液位传感器10?2，储液箱10与所述凝结段9之间采用U型液体密封，所述储液箱10上分别设置有储液箱进气口h、储液箱抽真空口f以及储液箱抽真空口f′，储液箱抽真空口f外接管路安装有第十控制阀14?10，储液箱抽真空口f′外接管路安装有第十五控制阀14?15(由于储液箱10被柔性膜隔开了，膜的两侧都要抽真空，故而这里出现了储液箱抽真空口f、储液箱抽真空口f′)，储液箱10底部安装有带第十三控制阀14?13的储液箱外接口e。所述储液箱10内部设置低温过冷盘管10?1用于防止凝结液二次汽化，过冷温度依据储液箱10内压力自动调节过冷盘管10?1内液体载冷剂流量控制阀(将其界定为第十二控制阀14?12)实现。[0043] 所述低温热泵系统用于提供废液处理过程中的热源和冷源，所述低温热泵系统中的蒸发器4连接于压缩机1，所述压缩机1连接于辅助散热器2，所述辅助散热器2通过节流阀3连接于蒸发器4。

[0044] 本实施例中，发生段7内的积液部分液体来源于进口废气的冷却凝结与上层提纯段8的回流，单检测液位与浓度达到设定值打开第一排液阀14?1由排液泵13作为废液排出。发生段7产生的蒸汽经鼓泡塔板8?4鼓泡进入提纯段8，鼓泡塔板8?4上下的差压使鼓泡塔板

8?4上维持一定的液位，液位高度由提纯段8内安装的溢流管8?2高度决定。提纯段8内每层塔板上的持液浓度与鼓泡蒸汽浓度越来越高，最终高纯的蒸汽进入凝结段9作为回收物料进行凝结回收。提纯段8与凝结段9中设置第六控制阀门14?6，初始运行时当提纯段8每层塔板积液高度、产生蒸汽浓度达到要求后打开开始回收物料。系统可能输入或泄漏进的不凝性气体由凝结段9内不凝性气体排出口g排出，避免剧毒气体泄漏，排出气体经燃烧及吸附再处理。凝结段9中凝结的液体通过重力排液至储液箱10中，当储液箱10中第三液位传感机器10?2达到设定液位时关闭第十一阀门14?11，第九调节阀门14?9，升高储液箱10压力，依靠重力将回收的低温液体物料排出回收。

[0045] 本实施例中，所述提纯段8内持液高度与段间压差通过调节鼓泡塔板8?4开孔率与组合式冷凝器8?1进口载冷剂流量调节控制阀控制，将提纯段8自下而上各自安装的调节控制阀分别界定为第三调节控制阀14?3、第四调节控制阀14?4、第五调节控制阀14?5。[0046] 所述凝结段9内部冷凝器采用耐腐蚀金属管翅式换热器9?1，提纯段8进入的高浓度气体通过布热管9?2均匀地与管翅式换热器9?1接触，所述凝结段9设置有调节液体凝结量的冷凝器载冷剂进口流量控制阀14?8，所述凝结段9顶部设置有不凝性气体排出口g，该不凝性气体排出口g外接管路安装有第七控制阀14?7。[0047] 吸收器出口所设除沫器11获得的凝结液作为吸收器所设精馏装置12回流液体。该系统利用工业低温热泵提供工业废气处理所需的冷源与热源，在低温工况下利用载冷剂作为载体通过组合式冷凝器8?1对废气中的成分冷凝提纯。[0048] 本发明中各控制阀的安装位置在文中未表述时可参考图1所示位置。[0049] 本发明提供的一种低温废气处理回收方法，该方法利用负压运行的封闭式系统进行处理，通过低温冷凝对有毒有害高浓度气体的液化处理并回收其中低沸点组分，而封闭式系统包括依次连接的发生段7、提纯段8、凝结段9以及储液箱10。废液积蓄部的废气输入口c输入的介质经过干燥过滤器15(干燥处理器前端连接有第二控制阀14?2)处理后再通过废气布气管7?3鼓泡进入发生段7，发生段7内经过溢流管8?2回流入发生段7积液部废液的温度由热泵冷凝热控制恒温，发生温度与内部压力相对应，发生温度通过低温热泵系统辅助散热器2调节，发生段7排液由积液部液体浓度与液位判断并通过排液泵13排出。所述提纯段8、凝结段9的冷量需求通过低温热泵系统提供，该低温热泵系统同时提供发生段7内恒温控制所需热量，低温热泵系统中多余能量的平衡通过辅助散热器散热，载冷剂循环系统设置有载冷剂储箱5、与载冷剂储箱5连接的载冷剂循环泵6，所述载冷剂循环泵6连接于第十四调节阀14?14。[0050] 低温热泵系统用于提供废液处理过程中热源与冷源，所述蒸发器4的制冷剂出口连接于压缩机1的制冷剂进口(用于冷却载冷剂)，所述压缩机1的制冷剂出口连接于辅助散热器2的制冷剂进口，所述加热盘管7?1连接于辅助散热器2的制冷剂出口(用于发生段7积液恒温控制)，所述加热盘管7?1出口通过节流阀3连接于蒸发器4。系统能量平衡之后产生多余的压缩机1功率热负荷通过辅助散热器2散发。载冷剂循环系统中载冷剂循环泵6将载冷剂输送至系统内各个对应接口b，各系统中设置调节阀(包括第三调节控制阀14?3、第四调节控制阀14?4、第五调节控制阀14?5、冷凝器载冷剂进口流量控制阀14?8、第十二控制阀14?12)用于控制流量，载冷剂经低温载冷剂进口a回至蒸发器4降温，第十四调节阀14?14与储液箱5用于调节系统载冷剂流量与体积变化。

[0051] 上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。