CN104958992B - 延长活性炭使用寿命的装置、其使用方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了延长活性炭使用寿命的装置、其使用方法及应用，该装置包括炭罐以及交替设置在所述炭罐内的多个炭饼和多个支撑部件，该装置的使用方法包括由下至上分层组装和由上至下分层拆卸，该装置作为吸附罐和/或脱附罐应用于含VOCs废气的处理系统；本发明提供的延长活性炭使用寿命的装置分解了整罐活性炭的重量，大大减少了因为活性炭自重原因造成的活性炭粉末化，延长了活性炭的使用寿命，且使用方法简单，可随时对炭罐内的活性炭进行更换，以保障整个炭罐具有良好的吸附能力。
Description
技术领域
本发明涉及活性炭吸附技术，具体涉及延长活性炭使用寿命的装置、其使用方法及应用。
背景技术
采用活性炭对挥发性有机化合物(VOCs)进行吸附、回收是一种工业上常用的手段。
一般采用将活性炭直接装入炭罐的形式，这种填装方式存在以下缺点：活性炭颗粒不规则接触，点接触居多，接触面积小，由于炭罐的储存量较大(约为3～5m3)，运行过程中活性炭在自重、风压的作用下在炭层中下部尤其是底部活性炭容易粉末化，从而降低吸附效率和使用寿命，一年使用期内活性炭粉末化程度约20％。
由于现有技术中上述问题的存在，本发明人对现有的活性炭吸附装置进行研究，以便开发出一种延长活性炭使用寿命的装置、其使用方法及应用。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：可以分层填充活性炭，在每层之间设置支撑结构，以分解整罐活性炭的重量，减少因为活性炭自重原因造成的活性炭粉末化，从而延长活性炭的使用寿命。
本发明的目的在于提供以下方面：
(1)延长活性炭使用寿命的装置，该装置包括炭罐以及交 替设置在所述炭罐内的多个炭饼1和多个支撑部件2；
(2)根据上述(1)所述的装置的使用方法，该方法包括：
组装：打开罐盖32，将一个炭饼1放入罐体31内支撑栅板33之上，在所述炭饼1上加盖一层支撑板，并在所述支撑板上铺撒一层活性炭，加盖另一层支撑板，使其卡设并固定于罐体31内壁上的凸起处，重复上述步骤，由下向上继续交替放入多个炭饼1和支撑部件2，直至接近罐体31顶端；
拆卸：打开罐盖32，由上向下依次取出交替排列的多个炭饼1和支撑部件2，直至全部取出。
(3)根据上述(1)所述的装置的应用，该装置作为吸附罐和/或脱附罐应用于含VOCs废气的处理系统。
附图说明
图1示出根据本发明一种优选实施方式的延长活性炭使用寿命的装置的结构示意图；
图2示出根据本发明一种优选实施方式的含VOCs废气的处理系统整体结构示意图。
附图标号说明：
1-炭饼
2-支撑部件
31-罐体
32-罐盖
33-支撑栅板
41-一级吸附罐
42-一级脱附罐
51-二级吸附罐
52-二级脱附罐
61-一级废气输送管道
62-二级废气输送管道
71-一级回收管道
72-二级回收管道
8-后处理系统
91-一级蒸汽输送管道
92-二级蒸汽输送管道
10-净气排放管道
具体实施方式
下面通过附图对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
根据本发明的第一方面，提供延长活性炭使用寿命的装置，如图1所示，该装置包括炭罐以及交替设置在所述炭罐内的多个炭饼1和多个支撑部件2。
所述炭罐包括上端敞口的罐体31和罐盖32，便于放入和取出内部的炭饼1及支撑装置2。
所述炭饼1和支撑部件2设置于所述罐体31内并与罐体31的底面相平行，所述炭饼1和支撑部件2充满罐体31内各自所在平面。
所述炭饼1包括网笼和填充于所述网笼内的活性炭，将活性炭装入网笼内，既不影响活性炭的吸附作用，又便于组装和拆卸，优选每个炭饼的厚度为300～500mm，优选每个炭罐内设置有5～10个所述炭饼。
所述支撑部件2包括两层平行设置的支撑板和填充于所述两层支撑板内的活性炭，所述两层支撑板通过设置在罐体31内 壁上的凸起可拆卸地卡设于罐体31内相邻两个炭饼1之间，所述支撑板用于承载设置于其上的炭饼，以分解整罐活性炭的重量，大大减少了因为活性炭自重原因造成的活性炭粉末化，从而延长活性炭的使用寿命，使用一年内，仅有3～5％的活性炭发生粉末化，活性炭的整体使用寿命提高了15～17％，同时，在两层支撑板间填充活性炭，以弥补相邻两个炭饼之间的孔隙，使得活性炭吸附更充分。
所述支撑板为栅板、栅格板或网眼板，以允许流体通过，不影响活性炭发挥吸附作用。
在所述罐体31内的下部设置有支撑栅板33，用于承载设置在其上的多个炭饼1和支撑部件2，多个所述炭饼1和支撑部件2交替设置于所述支撑栅板33之上。
所述网笼、支撑板和支撑栅板33均为金属材料制成，优选为不锈钢材料制成，刚性好，承重能力强，且耐高温、耐腐蚀效果好。
根据本发明的第二方面，提供如上所述的延长活性炭使用寿命的装置的使用方法，该方法包括：
组装：打开罐盖32，将一个炭饼1放入罐体31内支撑栅板33之上，在所述炭饼1上加盖一层支撑板，并在所述支撑板上铺撒一层活性炭，加盖另一层支撑板，使其卡设并固定于罐体31内壁上的凸起处，重复上述步骤，由下向上继续交替放入多个炭饼1和支撑部件2，直至接近罐体31顶端；
拆卸：打开罐盖32，由上向下依次取出交替排列的多个炭饼1和支撑部件2，直至全部取出。
采用上述方法可随时对炭罐内的活性炭进行更换，以保障整个炭罐具有良好的吸附能力。
根据本发明的第三方面，提供如上所述的延长活性炭使用寿命的装置的应用，该装置作为吸附罐和/或脱附罐应用于含VOCs废气的处理系统。
在根据本发明的优选实施方式中，如图2所示，所述含VOCs废气的处理系统包括多级串联的吸附-脱附装置，所述吸附-脱附装置包括并联的吸附罐和脱附罐。
优选所述处理系统包括两级或更多级串连的吸附-脱附装置，优选所述吸附-脱附装置包括并联的一个吸附罐和一个脱附罐，所述处理系统包括一级吸附罐41、一级脱附罐42、二级吸附罐51和二级脱附罐52。
与传统的单级吸附-脱附装置相比，所述两级串连的吸附-脱附装置可对废气中的VOCs进行两次吸附，吸附更完全，降低了排入大气中的VOCs含量，降低环境污染，且提高了对VOCs的回收率。
所述吸附罐和脱附罐均为填充有活性炭的炭罐，通过活性炭吸附-脱附VOCs来进行废气的净化和VOCs的回收，所述吸附罐和脱附罐结构相同，仅根据其所进行的工作过程而命名，所述吸附罐和脱附罐均可完成活性炭吸附和脱附过程，在实际使用过程中，吸附罐和脱附罐交替互换使用。
所述各级吸附罐和脱附罐之间的连通关系如下：
所述一级吸附罐41和一级脱附罐42的下部分别与一级废气输送管道61相连通；
所述一级吸附罐41和一级脱附罐42的底部分别通过一级回收管道71与后处理系统8相连通；
所述一级吸附罐41和一级脱附罐42的上部分别与一级蒸汽输送管道91相连通；
所述一级吸附罐41和一级脱附罐42的上部分别通过二级废气输送管道62与二级吸附罐51和二级脱附罐52的下部相连通；
所述二级吸附罐51和二级脱附罐52的底部分别通过二级回收管道72与后处理系统8相连通；
所述二级吸附罐51和二级脱附罐52的上部分别与二级蒸汽输送管道91相连通；
所述二级吸附罐51和二级脱附罐52的上部分别与净气排放管道10相连通。
所述一级废气输送管道61、一级吸附罐41、二级废气输送管道62、二级吸附罐51、净气排放管道10构成废气流通和VOCs吸附通路。
所述一级蒸汽输送管道91、一级脱附罐42、二级蒸汽输送管道92、二级脱附罐52、后处理系统8构成高压水蒸气流通和VOCs脱附通路。
在所述处理系统中所有管道上均设置有阀门，用于控制管道的开启和关闭，从而实现整个废气处理过程的调控和吸附-脱附过程的交替转换。
在根据本发明的优选实施方式中，所述一级废气输送管道61与废气产生系统、废气存储系统或废气排放系统相连通，用于将含VOCs废气输送入上述处理系统内；所述一级蒸汽输送管道91和二级蒸汽输送管道92分别与用于产生高压水蒸气的蒸汽发生装置相连通，将高压水蒸气输送入脱附罐，从而脱附活性炭上吸附的VOCs；所述后处理系统8包括VOCs回收装置和含VOCs废水的处理装置，其中，所述VOCs回收装置用于对脱附的气态VOCs进行冷凝、脱水、提纯，以备再次使用，可以是本领域中常用的有机试剂冷凝、脱水、提纯装置，所述含VOCs废水的处理装置用于处理干燥过程中产生的含少量VOCs的废 水，以除去废水中的少量VOCs，减少水污染，优选为曝气吹脱装置。
所述含VOCs废气的处理装置对废气的处理方法包括以下步骤：
吸附：含VOCs废气通过一级废气输送管道61进入一级吸附罐41，经活性炭吸附脱除废气中的VOCs后通过二级废气输送管道62进入二级吸附罐51，经活性炭再次吸附脱除废气中的VOCs后通过净气排放管道10排往大气。
在根据本发明的优选实施方式中，经过两次活性炭吸附后，VOCs吸附更完全，排入大气的废气中VOCs的含量降低至小于50ppm，减少了环境污染。
脱附：高压水蒸气通过一级蒸汽输送管道91和二级蒸汽输送管道92分别进入一级脱附罐42和二级脱附罐52，将吸附在活性炭上的VOCs脱附，降压，脱附的VOCs分别经一级回收管道71和二级回收管道72进入后处理系统8，进行回收再利用。
活性炭的吸附能力随温度升高而降低，在高温、高压水蒸气流的冲击下，吸附在活性炭上的VOCs被脱附下来，以气态形式存在于脱附罐内，停止通入高压水蒸气并降压后，在引风机的作用下，气态的VOCs和水蒸气分别经一级回收管道71和二级回收管道72被抽入后处理系统8，进行冷凝、脱水、提纯后回收再利用。
本发明提供的含VOCs废气的处理装置对废气中VOCs的回收率可达99.0～99.5％，显著降低了VOCs大气排放及生产成本。
干燥：通过净气排放管道10向二级脱附罐52内通入含VOCs废气，所述含VOCs废气通过二级废气输送管道62进入一级脱附罐42，一级脱附罐42和二级脱附罐52中的残余VOCs及活性炭中 的水分以含VOCs废水形式经一级回收管道71和二级回收管道72排入后处理系统8。
经脱附过程后，活性炭的微孔被残留水分占据，严重影响活性炭对VOCs的吸附，因此需对活性炭进行干燥除去水分，另外，脱附过程难以进行完全，活性炭上仍有部分VOCs未脱附，且脱附过程中产生的气态VOCs难以完全液化，仍有一部分存在于脱附罐中，需进一步除去。
与传统方法不同，采用本发明提供的处理装置在干燥过程中，从脱附罐上部通入含VOCs废气，脱附罐内压力逐渐升高，在高压废气流和重力作用下，残余的VOCs随活性炭中的水分以含VOCs废水的形式经脱附罐底部的一级回收管道71和二级回收管道72排入后处理系统8，从而完成活性炭的干燥和残余VOCs的清除，所述干燥过程与传统方法中从脱附罐下部通入高温氮气或空气进行干燥的过程相比，用时更短、效率更高且成本更低，同时避免了活性炭上未脱附的VOCs和脱附罐中残余VOCs气体在干燥过程中直接排入大气，进一步降低了VOCs排放量，减少环境污染。
在根据本发明的优选实施方式中，所述吸附罐和脱附罐交替互换使用，当吸附罐中的活性炭达到吸附饱和时，所述吸附罐停止吸附，进入脱附、干燥过程，当脱附罐中的活性炭完成脱附、干燥过程时，所述脱附罐进入吸附过程。
所述吸附和脱附及干燥过程同步进行，当所述一级吸附罐和二级吸附罐中进行吸附过程时，在所述一级脱附罐和二级脱附罐中同时进行脱附和干燥过程，脱附和干燥过程所需总时间与吸附饱和时间大致相当，当吸附罐中活性炭吸附达到饱和需进行脱附再生时，脱附罐中活性炭恰好完成了脱附和干燥过程，可以再次使用，此时通过处理系统中管道上的阀门将吸附罐与 脱附罐交换，即，原吸附罐用作脱附罐，原脱附罐用作吸附罐，重复上述过程，使得所述处理系统可连续进行废气处理，吸附罐和脱附罐的交替互换更加协调，提高了系统运行效率。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明提供的延长活性炭使用寿命的装置将炭罐内的活性炭分成若干个独立包装的炭饼，并在相邻炭饼之间设置支撑部件，分解了整罐活性炭的重量，大大减少了因为活性炭自重原因造成的活性炭粉末化，延长了活性炭的使用寿命；
(2)本发明提供的延长活性炭使用寿命的装置的组装和拆卸方法简单，可随时对炭罐内的活性炭进行更换，以保障整个炭罐具有良好的吸附能力。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上结合优选实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本发明的阐述性解释，并不对本发明的保护范围构成任何限制。在不超出本发明精神和保护范围的情况下，可以对本发明技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.延长活性炭使用寿命的装置作为吸附罐和/或脱附罐应用于含VOCs废气的处理系统的应用，其特征在于，
所述处理系统包括一级吸附罐(41)、一级脱附罐(42)、二级吸附罐(51)和二级脱附罐(52)；
所述一级吸附罐(41)和一级脱附罐(42)的下部分别与一级废气输送管道(61)相连通，
所述一级吸附罐(41)和一级脱附罐(42)的底部分别通过一级回收管道(71)与后处理系统(8)相连通，
所述一级吸附罐(41)和一级脱附罐(42)的上部分别与一级蒸汽输送管道(91)相连通，
所述一级吸附罐(41)和一级脱附罐(42)的上部分别通过二级废气输送管道(62)与二级吸附罐(51)和二级脱附罐(52)的下部相连通，
所述二级吸附罐(51)和二级脱附罐(52)的底部分别通过二级回收管道(72)与后处理系统(8)相连通，
所述二级吸附罐(51)和二级脱附罐(52)的上部分别与二级蒸汽输送管道(92)相连通，
所述二级吸附罐(51)和二级脱附罐(52)的上部分别与净气排放管道(10)相连通；所述一级废气输送管道(61)、一级吸附罐(41)、二级废气输送管道(62)、二级吸附罐(51)、净气排放管道(10)构成废气流通和VOCs吸附通路；
所述一级蒸汽输送管道(91)、一级脱附罐(42)、二级蒸汽输送管道(92)、二级脱附罐(52)、后处理系统(8)构成高压水蒸气流通和VOCs脱附通路；
在所述处理系统中所有管道上均设置有阀门，用于控制管道的开启和关闭；
所述含VOCs废气的处理装置对废气的处理方法包括吸附、脱附和干燥过程，其中，干燥过程中通过净气排放管道(10)向二级脱附罐(52)内通入含VOCs废气，所述含VOCs废气通过二级废气输送管道(62)进入一级脱附罐(42)，一级脱附罐(42)和二级脱附罐(52)中的残余VOCs及活性炭中的水分以含VOCs废水形式经一级回收管道(71)和二级回收管道(72)排入后处理系统(8)；
该延长活性炭使用寿命的装置包括炭罐以及交替设置在所述炭罐内的多个炭饼(1)和多个支撑部件(2)，
所述炭罐包括上端敞口的罐体(31)和罐盖(32)，
所述炭饼(1)和支撑部件(2)设置于所述罐体(31)内并与罐体(31)的底面相平行，所述炭饼(1)和支撑部件(2)充满罐体(31)内各自所在平面，
所述炭饼(1)包括网笼和填充于所述网笼内的活性炭，
所述支撑部件(2)包括两层平行设置的支撑板和填充于所述两层支撑板内的活性炭，
所述两层支撑板通过设置在罐体(31)内壁上的凸起可拆卸地卡设于罐体(31)内相邻两个炭饼(1)之间，
所述支撑板为栅板、栅格板或网眼板。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在所述罐体(31)内的下部设置有支撑栅板(33)，多个所述炭饼(1)和支撑部件(2)交替设置于所述支撑栅板(33)之上。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述网笼、支撑板和支撑栅板均为金属材料制成。
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