CN104958994A - 含VOCs废气的处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含VOCs废气的处理系统及处理方法，该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，该方法包括同步进行的吸附和脱附、干燥过程，干燥过程中使用含VOCs废气对脱附后的活性炭进行干燥；本发明提供的含VOCs废气的处理系统及处理方法显著提高了VOCs的回收率，降低了VOCs的大气排放量，减少了环境污染，延长了活性炭使用寿命，降低了生产成本。

Description

含VOCs废气的处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及废气处理技术，具体涉及含VOCs废气的处理系统及处理方法。

背景技术

VOCs是挥发性有机化合物的简称，主要包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、胺类、有机酸等，多为易燃、易爆、易挥发、高毒性的物质，其直接排入大气会对环境和人体健康造成严重危害。

工业排放是VOCs的主要来源，将VOCs进行处理从而减少和消除VOCs工业排放是控制VOCs污染的有效手段。目前，采用活性炭对VOCs进行吸附回收是一种常用的手段，可用高压水蒸气进行脱附，从而回收VOCs并再生活性炭，实现循环使用。

现有技术中常采用单级并联的吸附-脱附装置处理含VOCs废气，VOCs经一次吸附即排往大气，VOCs吸附不完全，大气排放量大，对VOCs的回收率仅为80～90％；高压水蒸气脱附活性炭的过程时间长、能耗高，为了协调吸附-脱附过程的交替互换，通常会降低脱附时间，导致活性炭上的VOCs脱附不完全，一般VOCs脱附率仅为80％左右；另外，在活性炭脱附后干燥过程中，常从脱附罐下部通入高温氮气或空气并直接排往大气，成本高，同时，高压水蒸气脱附活性炭后，仍有部分气态VOCs存在于脱附罐中，所述活性炭上未脱附的VOCs和残余的气态VOCs将随高温氮气或空气直接排往大气，浓度可达200～500ppm，对大气污染严重。

由于现有技术中上述问题的存在，本发明人对现有的VOCs废气处理装置进行改造，以便制作出对VOCs回收率更高、VOCs大气排放量更低且成本更低的含VOCs废气的处理系统及处理方法。

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：可以采用多级串联的吸附-脱附装置，对废气中的VOCs进行多次吸附，以提高VOCs回收率；可以从脱附罐的上部通入含VOCs废气对脱附后的活性炭进行干燥，以降低成本，同时避免活性炭上未脱附的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VOCs排放量。

本发明的目的在于提供以下方面：

(1)含VOCs废气的处理系统，该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。

(2)含VOCs废气的处理方法，该方法采用如上述(1)所述的处理系统。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的含VOCs废气的处理系统整体结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的吸附罐和/或脱附罐结构示意图。

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

下面通过附图和实施例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，提供含VOCs废气的处理系统，该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。

在根据本发明的优选实施方式中，如图1所示，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。

在根据本发明的优选实施方式中，如图2所示，所述吸附罐和脱附罐具有以下结构，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，提供含VOCs废气的处理方法，该方法采用如上所述的处理系统。

该方法包括吸附、脱附和干燥过程，具体如下：

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，本发明提供的处理方法在干燥过程中，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。

实施例

采用本发明提供的含VOCs废气的处理系统及处理方法对电池生产企业废气进行处理，具体如下：

吸附：含VOCs废气(VOCs浓度大于6500ppm)通过一级废气输送管道进入一级吸附罐，经活性炭吸附脱除废气中的VOCs后通过二级废气输送管道进入二级吸附罐，经活性炭再次吸附脱除废气中的VOCs后通过净气排放管道排往大气，VOCs的排放浓度小于45.5ppm；

脱附：高压水蒸气通过一级蒸汽输送管道和二级蒸汽输送管道分别进入一级脱附罐和二级脱附罐，将吸附在活性炭上的VOCs脱附，降压，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和二级回收管道排入后处理系统，进行冷凝、脱水、提纯后回收再利用，VOCs的回收率为99％～99.5％；

干燥：通过净气排放管道向二级脱附罐内通入含VOCs废气，所述含VOCs废气通过二级废气输送管道进入一级脱附罐，一级脱附罐和二级脱附罐中的残余VOCs及活性炭中的水分以含VOCs废水形式经一级回收管道和二级回收管道排入后处理系统。

所述吸附和脱附、干燥过程同步进行。

对比例

采用传统的含VOCs废气的处理系统及处理方法，对与实施例中相同的电池生产企业废气进行处理，区别在于：

(1)采用单级并联的吸附-脱附装置，包括一个吸附罐和一个脱附罐；

(2)从脱附罐下部通入高温空气对活性炭进行干燥，气体直接排往大气。

VOCs的排放浓度为200～500ppm，VOCs的回收率为80％～90％。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明提供的含VOCs废气的处理系统采用多级串联的吸附-脱附装置，对废气中的VOCs进行多次吸附，吸附更完全，降低了排入大气中的VOCs含量，降低环境污染，且显著提高了VOCs的回收率，回收率可达99.0～99.5％，回收的VOCs可再次利用，降低了生产成本；

(2)本发明提供的含VOCs废气的处理系统的吸附罐和脱附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；

(3)本发明提供的含VOCs废气的处理方法从脱附罐上部通入含VOCs废气对脱附后的活性炭进行干燥，取代了现有技术中从脱附罐下部通入高温氮气或空气进行干燥并直接排往大气的过程，用时更短、效率更高且成本更低，同时避免了脱附罐中残余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；

(4)本发明提供的含VOCs废气的处理方法简单，实用性强，适用范围广，且对废气中VOCs的清除效果好，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；

(5)本发明提供的含VOCs废气的处理方法同时进行吸附和脱附及干燥过程，通过吸附罐与脱附罐的交替互换使用来实现连续废气处理，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。

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”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 (10)

1.含VOCs废气的处理系统，包括多级串联的吸附-脱附装置，其特征在于，所述吸附-脱附装置包括并联的吸附罐和脱附罐。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，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)。

3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述吸附罐和脱附罐均为填充有活性炭的炭罐，在炭罐内交替设置有多个炭饼(1)和多个支撑部件(2)。

4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，

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。

5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，

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。

6.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，

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。

7.含VOCs废气的处理方法，其特征在于，该方法采用根据权利要求1～6之一所述的处理系统。

8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，该方法包括吸附、脱附和干燥过程，其特征在于，

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；

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；

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)。

9.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述吸附和脱附及干燥过程同步进行。

10.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，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。