CN103920362B - 在线脱附降解的废气处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于废气处理的技术领域，涉及一种吸附富集-在线脱附降解的废气处理装置及控制方法。针对现有技术中过滤吸附方法饱和失效、反应降解方法净化率低的问题，本发明基于间歇生产过程的特点，利用废气产生系统的停产时段对吸附单元进行脱附再生。在对吸附单元进行在线脱附再生时，废气处理装置封闭成为一个保温的箱体，加热脱附的有机物循环反复地流经降解单元被分解消除。本发明将吸附技术与降解技术有效、高效地结合起来，既充分利用过滤吸附方法高效阻截和富集污染物，又利用降解方法将污染物彻底分解消除，使吸附模块能长效运行，降低了设备投资和简化了工艺过程，提高废气处理装置的净化能力和使用寿命。

Description

在线脱附降解的废气处理装置及方法

技术领域

本发明属于废气处理的技术领域，特别涉及一种吸附富集-在线脱附降解的废气处理装置及控制方法。

背景技术

工业有机废气是大气污染物的重要来源。现有的废气处理技术，按照工作原理可分为阻截和降解两大类。阻截是将污染物通过过滤、吸附、静电、吸收等物理方法从空气中阻截下来，实现净化空气的目的，例如过滤网、活性炭吸附、静电除尘、水雾吸收。这些方法的问题是并未将污染物彻底降解，需要定期再生或更换功能介质，而且容易带来新的固废或废水需要进一步处理。降解是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂和微生物将有毒有害的化学污染物、活体病毒、细菌等降解为无毒害的物质，如热力焚烧、催化燃烧、生物氧化、光催化氧化、等离子体法、臭氧、紫外线法等。但是，受到各种降解方法的处理效率和应用条件的限制，处理后的废气有时仍不能达到排放要求。

利用不同单元治理技术的优势，采用组合治理工艺，不仅可以提高处理效率满足排放要求，而且可以降低净化设备的运行费用。

吸附浓缩催化燃烧技术是将吸附技术和催化燃烧相结合的一种集成技术，在国内应用比较成熟，近十年来在我国工业VOCs处理中占有主导地位。将大风量、低浓度的有机废气经过吸附/脱附过程转换成小风量、高浓度的有机废气，然后通过催化燃烧净化，可以有效的利用有机物的燃烧热，适合于大风量、低浓度或浓度不稳定的废气治理。吸附浓缩催化燃烧技术工艺比较复杂，设备投资大，比较适合大型连续化工过程的尾气处理。

对于中小规模的工业废气，广泛使用的是液体吸收与活性炭吸附相结合的技术方案，由于这两种方法都不能降解有机污染物，因此在吸附饱和后净化效率就急剧降低，需要定期再生或更换，而且容易带来新的固废或废水需要进一步处理。

如何将过滤吸附等阻截方法与降解技术相结合，既充分利用过滤吸附方法高效阻截和富集污染物，又高效利用降解方法将污染物彻底分解消除，使吸附模块能长效运行，是废气处理技术需要不断研究的课题。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术中吸附方法饱和失效、反应降解方法消除率低的问题，提供一种在线脱附降解的废气处理装置及其控制方法，将吸附技术与降解技术有效结合起来，提高废气处理装置的净化能力和使用寿命。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：一种用于处理生产过程所产生废气的在线脱附降解的废气处理装置，包括设有进风口和出风口的壳体、设置于壳体内的吸附单元、脱附单元、降解单元，其特征在于：

(1)进风口和出风口带有可以开关的风门，

(2)按吸附模式运行时，进风口和出风口的风门打开，被处理的废气从进风口进入废气处理装置，通过吸附单元以吸附废气中的污染物，净化后的废气从出风口排出；

(3)按脱附模式运行时，进风口和出风口的风门关闭，所述废气处理装置成为一个密闭的箱体，脱附单元通过加热使吸附单元所吸附的污染物脱附，降解单元使脱附的污染物被降解。

所述的废气处理装置设有内置或外置的风机，驱动被处理的废气从进风口进入和排出废气处理装置。所述的风机在吸附模式时开启，在脱附模式时停止。

所述的废气处理装置设有辅助风扇或搅拌器，在风门关闭时使所述的废气处理装置内部产生空气流动。进一步地，所述的废气处理装置设有循环风道，所述辅助风扇安装在循环风道内，在风门关闭时使空气形成内循环流动。所述辅助风扇或搅拌器在吸附模式时停止；在脱附模式时开启或间歇开停。

所述吸附单元，使用活性炭、分子筛、氧化铝、气凝胶或凹凸棒石粘土作为吸附剂。

所述脱附单元设有加热脱附单元和温度控制装置，能将吸附单元内的吸附剂加热至所需的脱附温度。

所述降解单元，是以下的一种气体污染物降解单元或多种装置的组合：催化分解装置(包括催化燃烧、光催化或电催化分解装置)、等离子体分解装置、紫外光分解装置和臭氧分解装置。所述降解单元可以仅在脱附模式时开启运行，也可以在吸附模式和脱附模式时都开启运行。

进一步地，所述废气处理装置设有保温层，以减少加热脱附时的热量散失。

进一步地，所述废气处理装置的出风口设有污染物浓度检测器，可以检测污染物浓度，以判断是否需要进行脱附再生，和/或判断脱附再生是否结束。

进一步地，所述吸附单元和脱附单元一体化设计。所述脱附单元是带有温控器的电加热装置，安装在所述吸附单元的内部或外侧，可以更高效地加热吸附剂和控制温度。

进一步地，所述降解单元与吸附单元都设置在废气所流经的通道内。所述的废气处理装置按吸附模式运行时，所述降解单元开启运行，被处理的废气从进风口进入废气处理装置，通过降解单元以分解废气中的污染物，通过吸附单元以吸附废气中的污染物，净化后的废气从出风口排出。

特殊地，所述的废气处理装置特别适用于非连续生产工业过程的废气处理，例如间歇反应过程的废气处理，轻纺、印染、电子等行业的废气处理，也适用于定期停车的连续过程的废气处理，如每天或每周定期停车。所述吸附单元内吸附剂的装填量，使吸附单元达到吸附饱和的周期大于产生废气过程的连续工作时间，通常可以连续使用几天至几十天才需要再生处理。

现有的连续过程废气处理的吸附/脱附技术，吸附/脱附循环的周期通常只有几十分钟至几个小时，因此需要设有多个吸附单元轮流工作，在吸附饱和后切换为脱附运行。本发明针对间歇生产的特点，利用废气产生系统的停产时段对吸附单元进行在线脱附再生，降低了设备投资和简化了工艺过程。现有的吸收-吸附处理技术，通常至少按几个月更换一次的周期设计吸附剂的装填量，因此装填量远远高于本发明，设备体积和投资大，更换或再生操作困难且成本很高。

一种如所述的在线脱附降解的废气处理装置的控制方法，包括以下一项或多项控制规则的组合：

(1)在生产过程产生废气时，所述的废气处理装置按吸附模式运行；在生产过程结束不排放废气时，所述的废气处理装置停止按吸附模式运行；

(2)在生产过程结束不排放废气时，手动或自动设置是否按脱附模式运行；

(3)按脱附模式运行时，当脱附降解完成后，停止按脱附模式运行。

一种如所述的在线脱附降解的废气处理装置的控制方法，按脱附模式运行时，包括以下一项或多项控制规则的组合：

(1)所述脱附单元将吸附单元加热至设定的脱附温度；

(2)所述脱附单元按照设定的程序升温速率和保持时间，将吸附单元加热至设定的脱附温度；

(3)所述脱附单元将吸附单元加热至第一脱附温度Td1并在该温度下保持时间t1，再升温至第二脱附温度Td2并在该温度下保持时间t2，如此逐步升温直至达到最终脱附温度Tdn并在该温度下保持一定时间tn。

所述脱附过程的设定温度、升温速率和保持时间，根据吸附剂所吸附污染物和/或水分的含量来确定。进一步地，通过热重方法对完成第一个吸附运行周期的吸附剂样本进行分析，来确定所述升温脱附的温度和保持时间：

(1)确定所述的废气处理装置按吸附模式、脱附模式运行的周期；

(2)在完成第一个吸附运行周期后，从所述吸附单元获得吸附剂样本，或者取出预先设置在废气处理装置内的吸附剂样本；

(3)通过热失重分析仪获得所述吸附剂样本的热重曲线和微分热重曲线，根据微分热重曲线中尖峰的位置确定升温脱附的脱附温度，根据尖峰的面积确定在脱附温度下的保持时间。

附图说明

图1所示为实施例1的在线脱附降解的废气处理装置的示意图。

图2所示为实施例1的吸附剂样本的热重曲线和微分热重曲线。

具体实施方式

实施例1：

一种用于处理生产过程所产生废气的在线脱附降解的废气处理装置，包括设有进风口5和出风口6的壳体1、设置于壳体1内的吸附单元2、脱附单元3、降解单元4，其特征在于：

(1)进风口5和出风口6带有可以开关的进风门7、出风门8；

(2)所述废气处理装置设有保温层10，以减少脱附时的热量散失；

(3)按吸附模式运行时，进风门7和出风门8打开，被处理的废气从进风口5进入废气处理装置，通过吸附单元2以吸附废气中的污染物，净化后的废气从出风口6排出；

(4)按脱附模式运行时，进风门7和出风门8关闭，所述废气处理装置成为一个密闭的箱体，脱附单元3通过加热使吸附单元2所吸附的污染物脱附，降解单元4使脱附的污染物被降解。

所述的废气处理装置，设有内循环风道9和循环风扇11。所述循环风扇11在吸附模式时停止；在脱附模式时开启或间歇开停。此时进风门7和出风门8关闭，通过吸附单元2和降解单元4的空气在循环风扇11的作用下进入内循环风道9的入口，并从内循环风道9的出口回到吸附单元，在壳体内部形成空气循环。由于壳体内部体积较小，因此内循环的风量也较低，通常为每小时十几至几十立方米。

在本实施例中，所述降解单元4与吸附单元2都设置在废气所流经的通道内。所述的废气处理装置按吸附模式运行时，所述降解单元2开启运行，被处理的废气从进风口5进入废气处理装置，通过降解单元4以分解废气中的污染物，通过吸附单元2以吸附废气中的污染物，净化后的废气从出风口6排出。

所述吸附单元2，使用活性炭、分子筛、氧化铝、气凝胶或凹凸棒石粘土材料作为吸附剂。

所述脱附单元3，设有加热脱附单元和温度控制装置。本实施例中，吸附单元2和脱附单元3一体化设计，脱附单元3是安装在吸附单元2的一侧或两侧的电加热装置，可以将吸附单元的吸附剂加热。所述脱附单元3带有温度控制器(附图中未标出)，可以根据温度设定值或设定的升温程序控制脱附温度。

所述降解单元4，是以下一种气体污染物降解单元或多种装置的组合：催化分解装置(包括催化燃烧、光催化或电催化分解装置)、等离子体分解装置、紫外光分解装置和臭氧分解装置。所述降解单元可以仅在脱附模式时开启运行，也可以在吸附模式和脱附模式时都开启运行。

进一步地，本实施例中吸附单元2使用活性炭作为吸附剂，脱附单元3使用PTC电加热器，降解单元4使用等离子体分解装置作为降解单元。

进一步地，所述废气处理装置的出风口设有污染物浓度检测器，可以检测污染物浓度，以判断是否需要进行脱附再生，和/或判断脱附再生是否结束。

进一步地，所述废气处理装置的出风口设有燃爆报警器，当检测到燃爆信号时打开进风门7和出风门8。

实施例2：

如实施例1所述的在线脱附降解的废气处理装置的控制方法，包括以下一项或多项控制规则的组合：

一种如实施例1所述的废气处理装置的控制方法，其特征在于，包括以下一项或多项控制规则的组合：

(1)在生产过程产生废气时，所述的废气处理装置按吸附模式运行；在生产过程结束不排放废气时，所述的废气处理装置停止按吸附模式运行；

(2)在生产过程结束不排放废气时，手动或自动设置所述的废气处理装置是否按脱附模式运行；

(3)按脱附模式运行时，当脱附降解完成后，停止按脱附模式运行；

进一步地，如规则(1)所述的启动与停止按吸附模式运行，由操作员手动控制，或由与生产过程运行相联锁的信号来控制。如规则(2)所述的自动设置是否按脱附模式运行的判断条件为以下一项或多项条件的组合：①当生产过程结束不排放废气、且所述的废气处理装置按吸附模式运行累计已达到设定的时间，则自动进入脱附模式运行；②当生产过程结束不排放废气、且在吸附模式运行时所述出风口污染物浓度检测器所检测的污染物浓度超出设定的上限值。如规则(3)所述的脱附降解完成的判断条件为以下一项或多项条件的组合：①按脱附模式运行，达到设定的脱附降解时间后，停止按脱附模式运行；②所述出风口污染物浓度检测器所检测的污染物浓度低于设定的下限值。

本实施例特别适用于非连续生产工业过程的废气处理，吸附单元2内吸附剂的装填量，使吸附单元达到吸附饱和的周期大于产生废气过程的连续工作时间，通常可以连续使用几天至几十天才需要再生处理。在生产过程产生废气时，废气处理装置的的降解单元4和吸附单元2工作，去除废气中所含的污染物。在生产过程结束时，并不一定立即进行脱附再生处理，而是由操作人员根据需要手动或设定程序自动进行脱附再生，如每周在生产间歇时启动一次。

具体地，某生产装置每周运行6天，每天运行16小时。吸附单元装填的吸附剂是活性炭吸附剂，满足持续运行10天，使经本装置处理后的废气达到设计要求；10天后如不对吸附剂进行更换或再生，处理后的废气可能达不到设计要求。所述的废气处理装置与生产过程运行信号相联锁，生产装置运行时启动废气处理装置按吸附模式运行，生产装置停车时废气处理装置停止或延时停止按吸附模式运行。该装置设定为每周脱附再生一次，在生产装置停车时手动启动脱附运行，脱附降解完成后停止。

按脱附模式运行时，包括以下一项或多项控制规则的组合：

①所述脱附单元将吸附单元加热至设定的最终脱附温度Tdn；

②所述脱附单元按照设定的程序升温速率和保持时间，将吸附单元加热至设定的脱附温度；

③所述脱附单元将吸附单元加热至第一脱附温度Td1并在该温度下保持时间t1，再升温至第二脱附温度Td2并在该温度下保持时间t2，如此逐步升温直至达到最终脱附温度Tdn并在该温度下保持一定时间tn。

进一步地，确定所述升温脱附的温度和保持时间的方法为：

(1)确定所述的废气处理装置按吸附模式、脱附模式运行的周期。本实施例中按吸附模式运行与生产过程运行信号相联锁，按脱附模式运行周期为每周一次。

(2)在完成第一个吸附运行周期后，从所述吸附单元获得吸附剂样本，或者取出预先设置在废气处理装置内的吸附剂样本；

(3)通过热失重分析仪获得所述吸附剂样本的热重曲线和微分热重曲线，根据微分热重曲线中尖峰的位置确定升温脱附的脱附温度，根据尖峰的面积确定在脱附温度下的保持时间。

图2所示为实施例1的吸附剂样本的热重曲线和微分热重曲线。该样本在80～90℃之间出现第一失重峰，在100～115℃之间出现第二失重峰，在140～160℃之间出现第三失重峰，其中第二失重峰可能存在水分的蒸发，最后一个脱附物尖峰对应的温度为160℃。由此确定最终脱附温度Tdn为165℃，升温脱附的温度和保持时间为：升温至90℃并保持30min，再升温至110℃并保持30min，最后升温至165℃并保持90min。

需要指出的是，本发明提出的技术方案，是通过对吸附剂进行热失重分析，据此确定升温温度和保持时间。上述按脱附模式运行时的温度和保持时间只是针对本实施例的实验结果进行举例说明，而且对于该实验结果也可以设定不同的升温曲线，甚至直接将脱附温度设定为热重曲线中最后的峰值，都并不影响本发明的实施。一般地，所述第一脱附温度Td1为60～90℃，t1为15～60min；所述第二脱附温度Td2为90～110℃，t2为15～90min；所述最终脱附温度Tdn为110～180℃，tn为30～120min。

如本实施例所述的在线脱附降解的废气处理装置，在生产装置运行排出废气时按吸附模式运行，降解单元4和吸附单元2共同作用。与通常的活性炭吸附装置相比，本实施例可以提高所述废气处理装置对于废气中污染物的去除率，并降低吸附单元的去污负荷。

在对吸附单元进行在线脱附再生时，关闭进风门7和出风门8，将废气处理装置封闭成为一个保温的箱体，加热后对吸附单元2进行在线脱附。在循环风扇11的作用下，脱附出来的有机物循环反复地流经降解单元4被分解消除。即使降解单元4的一次分解率不高，由于污染物可以通过内循环多次通过降解单元4，也能很快被完全分解，从而可以有效地解决现有降解方法的处理效率和应用条件的限制。例如，本实施例应用的等离子体分解装置对流经的废气中的有机物的去除率通常只有10～20％，因此在应用中通常需要增大等离子装置的功率，并通过多级串联的方式来提高去除率，使设备成本、体积和能耗都大幅上升，在负荷变化时还容易出现尾气排放超标。本实施例中，只要使用小功率的等离子装置，对污染物的一次去除率约10％，但在150min的脱附周期内循环超过100次，对于脱附的污染物的去除率可达99.99％，显著提高了废气处理装置的净化能力和使用寿命。

Claims (7)

1.一种在线脱附降解的废气处理装置，包括设有进风口和出风口的壳体、保温层、设置于壳体内的吸附单元、脱附单元、降解单元，还设有内循环风道和循环风扇，所述降解单元与吸附单元都设置在废气所流经的通道内，其特征在于：

(1)进风口和出风口带有可以开关的风门；

(2)按吸附模式运行时，进风口和出风口的风门打开，循环风扇停止运行，所述降解单元开启运行，被处理的废气从进风口进入废气处理装置，通过降解单元以分解废气中的污染物，通过吸附单元以吸附废气中的污染物，净化后的废气从出风口排出；

(3)按脱附模式运行时，进风口和出风口的风门关闭，循环风扇开启或间歇开停，所述废气处理装置成为一个密闭的箱体，脱附单元加热使吸附单元所吸附的污染物脱附，降解单元使脱附的污染物被降解。

2.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述吸附单元使用活性炭、分子筛、氧化铝、气凝胶或凹凸棒石粘土材料作为吸附剂。

3.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述脱附单元设有加热脱附单元和温度控制装置。

4.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述降解单元是以下一种气体污染物降解单元或多种装置的组合：催化分解装置、等离子体分解装置、紫外光分解装置和臭氧分解装置。

5.一种如权利要求1所述的废气处理装置的控制方法，其特征在于，包括以下一项或多项控制规则的组合：

(1)在生产过程产生废气时，所述的废气处理装置按吸附模式运行；在生产过程结束不排放废气时，所述的废气处理装置停止按吸附模式运行；

(2)在生产过程结束不排放废气时，手动或自动设置所述的废气处理装置是否按脱附模式运行；

(3)按脱附模式运行时，当脱附降解完成后，停止按脱附模式运行；

(4)按脱附模式运行时，包括以下一项或多项控制规则的组合：

①所述脱附单元将吸附单元加热至设定的最终脱附温度Tdn；

②所述脱附单元按照设定的程序升温速率和保持时间，将吸附单元加热至设定的脱附温度；

③所述脱附单元将吸附单元加热至第一脱附温度Td1并在该温度下保持时间t1，再升温至第二脱附温度Td2并在该温度下保持时间t2，如此逐步升温直至达到最终脱附温度Tdn并在该温度下保持一定时间tn。

6.一种如权利要求5所述的废气处理装置的控制方法，其特征在于，确定所述升温脱附的温度和保持时间的方法为：

(1)确定所述的废气处理装置按吸附模式、脱附模式运行的周期；

(2)在完成第一个吸附运行周期后，从所述吸附单元获得吸附剂样本，或者取出预先设置在废气处理装置内的吸附剂样本；

(3)通过热失重分析仪获得所述吸附剂样本的热重曲线和微分热重曲线，根据微分热重曲线中尖峰的位置确定升温脱附的脱附温度，根据尖峰的面积确定在脱附温度下的保持时间。

7.一种如权利要求6所述的废气处理装置的控制方法，其特征在于：所述第一脱附温度Td1为60～90℃，t1为15～60min；所述第二脱附温度Td2为90～110℃，t2为15～90min；所述最终脱附温度Tdn为110～180℃，tn为30～120min。