CN104971584A - 用于异味化合物和挥发性有机化合物的吸附式浓缩器 - Google Patents

用于异味化合物和挥发性有机化合物的吸附式浓缩器 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于异味化合物和挥发性有机化合物的吸附式浓缩器，其适用于吸附含有低浓度的硫类异味化合物、氮类异味化合物和挥发性有机化合物的废气。该吸附式浓缩器包括：第一吸附部件，包括选自由多孔氧化硅、氧化铝、氧化硅氧化铝和碳类吸附剂组成的组中的至少一种吸附材料；以及第二吸附部件，安装在所附第一吸附部件的背面，并且包括合成沸石作为吸附材料，因此在处理包括氨、硫化氢和乙醛的气体时，不会引起吸附性能或者使用寿命方面的问题。

Description

用于异味化合物和挥发性有机化合物的吸附式浓缩器
技术领域
本发明涉及一种用于异味和挥发性有机化合物(VOC)的吸附式浓缩器(absorptive concentrator)，并且更特别地，涉及用于异味化合物和VOC的吸附式浓缩器，其适用于有效地净化含有诸如异味化合物和VOC的污染成分的废气。
背景技术
随着近期关于空气质量的法律法规的实施，已经积极地开发出了用于处理诸如氨、硫化氢等的异味化合物和诸如甲苯、二甲苯等的VOC的技术。
特别是，非常难以处理含有低浓度的诸如硫化氢、甲硫醇和二甲基硫醚的硫类异味化合物；诸如氨和胺的氮类异味化合物以及诸如乙醛和芳香族化合物的VOC(所有的这些共同存在)的废气。
虽然这种废气含有少量的热可氧化成分，但是要通过使用300℃以上的催化剂或者800℃以上的高温的氧化系统来处理，这种系统需要额外的能量消耗，因此是不盈利的。因此，最近的技术采用通过使用储热材料确保90％以上的热回收率(heat recovery rate)的用于处理低浓度的VOC的蓄热式(regenerative)热氧化法。
蓄热式热氧化法是在将氧化温度保持在800℃以上的情况下用于以高温对VOC进行氧化的氧化处理。通常，当由于废气中的VOC氧化所生成的热而升高的温度是每立方米气体(per cubic meter on a gas basis)40℃至80℃时，不需要追加燃料供给的情况下的处理操作变得可能。
然而，如果升高的温度低于每立方米气体40℃时，则消耗额外的燃料。使用催化剂的蓄热式热氧化法被称为蓄热式催化氧化法，由于热氧化温度可以降低到300℃至450℃，因此是利润更高。
然而，还是在这种情况下，如果废气中的VOC生成的热低于每立方米气体15℃至30℃，则会额外消耗大量能量。由于法律法规如今得到了进一步加强，因此，对于低温处理含有异味成分或VOC的废气的需求正在增加。
一般地，当废气仅含有VOC时没有显著的处理问题。然而，实际上，非常难以处理含有异味成分和VOC这两者的废气。此外，不可能使用活性碳或氧化硅作为典型吸附剂来浓缩和处理硫类异味化合物(诸如硫化氢、甲硫醇和二甲基硫醚)和氮类异味化合物(诸如氨和胺)。特别地，活性炭类吸附剂难以吸附和浓缩硫类和氮类异味化合物，使得不可能在实际中应用。
因此，需要氧化不仅含有硫类和氮类异味化合物而且还含有VOC的低浓度废气的新颖方法。
韩国专利申请第2007-42401号公开了一种系统，用于处理含有低浓度的诸如硫化氢、甲硫醇和二甲基硫醚的硫类异味化合物、诸如氨和胺的氮类异味化合物以及诸如乙醛和芳香族化合物的VOC(这些可以单独存在或以组合的形式存在)的废气。
传统系统被配置为使得来自发射源的气体通过预处理单元、吸附式浓缩单元以及最终的氧化单元被排出到出口。这样，吸附式浓缩单元用于使用主要由孔径为至的至少一种沸石与活性炭、活性碳纤维、氧化铝和氧化硅中的至少一个所组成的吸附剂来吸附异味化合物和VOC。此外，吸附式浓缩单元负责分离一些废气或者使用外部解吸空气(desorptionair)(用于解吸的空气)解吸被吸附的气体成分。因此，气体成分被浓缩成原始浓度的3倍至30倍，然后通过诸如热氧化系统、锅炉、焚烧炉、催化氧化系统、蓄热式催化氧化系统或者蓄热式热氧化系统的最终氧化系统处理。因此，在处理低浓度的异味化合物和VOC的同时尽量减少燃料的追加供给方面，传统系统是非常有效的。
然而，当待处理的气体中含有氨、硫化氢和乙醛时，主要用于这种系统的沸石在吸附性能和使用寿命方面是有问题的。特别是在处理pH在分解时降低的气体的情况下，沸石在结构上被破坏，因此不能使用。
发明内容
因此，考虑到现有技术中遇到的上述问题而创作本发明，本发明的目标在于提供一种用于异味化合物和VOC的吸附式浓缩器，即使在处理包括氨、硫化氢和乙醛的气体时，该吸附式浓缩器也不会在吸附性能和使用寿命方面出现问题。
为了实现上述目标，本发明提供了一种用于低浓度的异味化合物和挥发性有机化合物的吸附式浓缩器，其适用于在吸附含有低浓度的硫类异味化合物、氮类异味化合物和挥发性有机化合物的废气时使用，该吸附式浓缩器包括：第一吸附部件，包括选自由多孔氧化硅、氧化铝、氧化硅氧化铝和碳类吸附剂组成的组中的至少一种吸附材料；以及第二吸附部件，安装在第一吸附部件的背面(rear side)，并且包括合成沸石作为吸附材料。
此外，碳类吸附剂可以包括碳纳米管、活性炭、活性碳纤维或碳纳米纤维。
此外，第一吸附部件可以通过一支撑体被涂覆有选自由多孔氧化硅、氧化铝、氧化硅氧化铝和碳类吸附剂组成的组中的至少一种材料而构成。
此外，第二吸附部件可以通过一支撑体被涂覆有合成沸石而构成。
此外，第一吸附部件的厚度可以是20mm至200mm，第二吸附部件的厚度可以是150mm至500mm。在本发明中，第一吸附部件和第二吸附部件的厚度不限于以上描述的范围。
根据本发明，可以提供一种用于异味化合物和VOC的吸附式浓缩器，其在处理包括氨、硫化氢和乙醛的气体时，不会有吸附性能或使用寿命方面的问题。
附图说明
从下面结合附图进行的详细描述中，本发明的以上和其他目标、特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：
图1是示出根据本发明实施例的用于低浓度的异味化合物和VOC的吸附式浓缩器的透视图；
图2是示出根据本发明实施例的用于低浓度的异味化合物和VOC的吸附式浓缩器的侧视图；
图3是示出用于处理异味化合物和VOC这两者且包括根据本发明的吸附式浓缩器作为吸附浓缩单元的系统的示意图；以及
图4是示出图3的吸附式浓缩单元的截面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图给出本发明的优选实施例的详细描述。贯穿整个附图，相同的参考标号表示相同或相似的部分，并且可以参考在其他附图中描述的内容进行描述。在本发明的以下描述中，在对引入本文的已知结构和功能进行详细描述会使本发明的主旨不清楚时，将省略该详细描述。此外，以下描述了本发明的优选实施例，但是其不局限于本发明的技术思想或者可以由本领域的技术人员实施。
图1和图2分别是示出根据本发明实施例的用于低浓度的异味化合物和VOC的吸附式浓缩器的透视图和侧视图。
如图1和图2中所示，根据本发明的用于低浓度的异味化合物和VOC的吸附式浓缩器1包括第一吸附部件2和第二吸附部件3。第一吸附部件和第二吸附部件适当地安装或固定到彼此，并且可以为此包括预定支撑结构。此外，第一吸附部件和第二吸附部件可以是可旋转设计。
第一吸附部件2包括选自由多孔氧化硅、氧化铝、氧化硅氧化铝和碳类吸附剂组成的组中的至少一种吸附材料。
这样，第一吸附部件2可以被配置为使得其可以利用吸附材料模制而成，或者可以使支撑体涂覆或浸渍有该吸附材料。在本发明中，支撑体可以由金属泡沫或陶瓷泡沫、或者蜂窝状陶瓷或金属模制体构成。此外，支撑体可以经由金属或陶瓷材料的弯曲或挤压模制而成。
除了上述吸附材料，第一吸附部件2可以进一步包括合成沸石。此外，在如上所述的吸附材料的实例中，碳类吸附剂可以包括碳纳米管、活性炭、活性碳纤维或碳纳米纤维。
第一吸附部件2的厚度(图2的d1)优选是20mm至200mm，更优选地是100mm至150mm。
第二吸附部件3安装在第一吸附部件2的背面，并且包括合成沸石作为吸附材料。这样，第二吸附部件3可以被配置为使得其可以利用吸附材料模制而成，或者可以使支撑体涂覆或浸渍有该吸附材料。支撑体可以由金属泡沫或陶瓷泡沫、或者蜂窝状陶瓷或金属模制体构成。此外，支撑体可以经由金属或陶瓷材料的弯曲或挤压模制而成。
第二吸附部件3的厚度优选是150mm至500mm，更优选地是200mm至350mm。
这样配置的用于低浓度的异味化合物和VOC的吸附式浓缩器可以用作用于处理异味化合物和VOC这两者的系统的吸附式浓缩单元，参照下面的附图详细说明该系统。
图3示意性使出了用于处理异味化合物和VOC的系统，该系统包括根据本发明的吸附式浓缩器。
如图3中所示，当将废气从发射源10送入预处理单元20时，从中去除了可能会在后续的吸附式浓缩单元40和最终氧化单元60中引起问题的诸如颗粒物的任何成分。通常，该预处理单元20可以包括用于去除粗颗粒、细颗粒和化学物质的部件。
在本发明中，当废气中存在大量的高沸点化合物或诸如油或油雾的液体油时，预处理单元20可以以回过滤系统(back filter system)的形式设置。该回过滤系统优选地包括熟石灰、活性炭、碳灰或碳化物作为吸附剂或吸收剂，其可以吸附或吸收高沸点化合物或诸如油或油雾的液体油。
在本发明中，预处理单元的替代方式可以包括平面、弯曲或口袋式过滤器单元。
从发射源穿过预处理单元20的废气中所含有的异味化合物和VOC在穿过吸附式浓缩单元40时被吸附到吸附剂。吸附式浓缩单元40优选地通过旋转式流动相吸附式浓缩单元来例示，其中，根据送入的异味化合物和VOC的浓度，旋转速度可以被调节至2RPH至20RPH(每小时的转数)。
在一些情况下，可替换的有用的实施例使用两个以上的吸附床(adsorption bed)以便重复吸附和解吸的固定相吸附浓缩单元，或者使用适合流态化的球形吸附剂的流动相吸附浓缩单元。
在本发明中，吸附式浓缩单元具有的浓缩数(concentration number)大约是4至15。例如，当在浓缩数是12的条件下发射源的气体体积是1200cmm时，吸附式浓缩单元40的容量可以是1200cmm。此外，用于处理从吸附式浓缩单元解吸的气体的热氧化剂可以被设计成容量为100cmm。
图4示意性示出了根据本发明的吸附式浓缩单元40的截面图。
吸附式浓缩单元40包括至少两个部分。如图4中所示，吸附式浓缩单元40包括吸附部分42和解吸部分44，并且在上述两个部分之间可以进一步插有冷却部分46。虽然未示出，吸附式浓缩单元40包括上述吸附式浓缩器1。吸附式浓缩单元40通过吸附单元42、解吸单元44以及冷却单元46进行操作。吸附式浓缩器1提供了用于吸附、解吸和冷却送入的气体的流路，并且可以包括适用于此的工具，该工具在现有技术中是公知的，因此省略了其详细描述。
吸附部分42在吸附送入的异味化合物和VOC方面发挥作用，而解吸部分44用于解吸所吸附的化合物。冷却部分46用于冷却在解吸时升高的温度。图3中示出的吸附浓缩单元40被设计为通过旋转转子逆时针旋转。
从废气分离出的空气可以被送入到冷却部分46和解吸部分44。特别地，从废气分离出的空气被送入冷却部分46，由此冷却吸附剂层，然后由冷却部分46之后的加热单元50加热到解吸所需的温度。后续，被加热的空气被送入解吸单元44，使得被吸附到吸附剂的异味化合物和VOC被解吸，然后被送往最终氧化单元60并进行最终处理。
如上所述，根据本发明的吸附式浓缩单元利用对应于从发射源排出的废气量的1/4至1/15的量的解吸空气执行解吸处理。此外，解吸空气可以通过加热单元50加热到50℃至350℃。由解吸空气解吸然后被送入最终氧化单元60的气体成分，使用加热源70以400℃至1000℃的高温被完全氧化，然后被排出到外部。
在本发明中，最终氧化单元60可以通过热氧化器(TO)、催化氧化器(CO)、蓄热式热氧化器(RTO)以及蓄热式催化氧化器(RCO)来例示。为了达到节能的效果，通常有用的是RTO或RCO，其可以具有加热源70。
<实例1>
通过使用包括根据本发明的吸附式浓缩器的吸附式浓缩单元以及借助于使用铂催化剂的RCO来处理含有低浓度的异味化合物和VOC(诸如氨、硫化氢、CH3CHO和甲苯等)的废气。
这样，吸附式浓缩单元的正面(图1和图2的第一吸附部件)和背面(图1和图2的第二吸附部件)中的每一个都涂覆有基于支撑体的量的约30wt％的量的吸附材料。特别地，正面在380m2/g的特定表面积分别涂覆有40％、10％、50％的量的氧化硅、活性碳粉以及合成沸石，来作为吸附材料。背面涂覆有100％的量的合成沸石。第一吸附部件和第二吸附部件的厚度分别被设定为100mm和200mm。
处理条件如下：废气穿过吸附式浓缩单元的速率是2m/s；来自吸附式浓缩单元的异味化合物和VOC的解吸温度是200℃；解吸空气的量是吸附空气的量的1/8；吸附式浓缩单元的转速是10RPH；处理流速在20℃时是20cmm；并且使用加湿器将相对湿度调节到约55％。
下面的表1示出了VOC的浓度的测量结果。在下表中，入口表示从图3的发射源流入的位置，并且出口表示在图3的排出端口处测量的值。
[表1]
污染物 氨 硫化氢 CH3CHO 甲苯
入口(ppm) 50 20 50 100
出口(ppm) 1 0.05 2 1
吸附率(％) 98 99.75 96 99
<比较例1>
除了用于吸附式浓缩单元的支撑体仅涂覆了合成沸石作为吸附材料之外，在与实例1相同的处理条件下执行处理。吸附部件的总厚度是300mm。
下面的表2示出了在入口和出口处的VOC的浓度的测量结果。
[表2]
污染物 氨 硫化氢 CH3CHO 甲苯
入口(ppm) 50 20 50 100
出口(ppm) 5 6 20 1
吸附率(％) 90 70 60 99
从表1和表2可以明显看出，相比于仅使用合成沸石作为吸附材料的比较例1，在实例1中显著提高了包括氨、硫化氢、CH3CHO、甲苯等的VOC的吸附率。
<实例2>
通过使用包括根据本发明的吸附式浓缩器的吸附式浓缩单元以及借助于使用铂催化剂的RCO来处理含有低浓度的异味化合物和VOC(诸如氨、硫化氢、CH3CHO、甲苯等)的废气。
这样，吸附式浓缩单元的正面(图1和图2的第一吸附部件)和背面(图1和图2的第二吸附部件)中的每一个都涂覆有基于支撑体的量的大约30wt％的量的吸附材料。特别地，正面在380m2/g的特定表面积分别涂覆有50％和50％的量的氧化硅和合成沸石的混合物作为吸附材料。背面涂覆有100％的量的合成沸石。第一吸附部件和第二吸附部件的厚度分别被设定为100mm和200mm。
处理条件如下：废气穿过吸附式浓缩单元的速率是2m/s；来自吸附式浓缩单元的异味化合物和VOC的解吸温度是200℃；解吸空气的量是吸附空气的量的1/8；吸附式浓缩单元的转速是10RPH；在20℃时，处理流速是20cmm；并且使用加湿器将相对湿度调节至约85％。
<比较例2>
除了吸附式浓缩单元的支撑体仅涂覆了合成沸石作为吸附材料之外，在与实例2相同的处理条件下执行处理。吸附部件的总厚度是300mm。
下面的表3示出了实例2和比较例2中的入口和出口处的VOC浓度的测量结果。
[表3]
实例2 比较例2
污染物 甲苯 甲苯
入口(ppm) 100 100
出口(ppm) 3 15
吸附率(％) 97 85
从表3显然可以看出，相比于仅使用合成沸石作为吸附材料的比较例2，在实例2中，即使在高湿度下仍能够显著提高诸如甲苯的VOC的吸附率。
如上所述，本领域普通技术人员将会理解，在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下，可以以其他具体方式来实施本发明。因此，本文中公开的实施例仅仅是说明性的，而不应被理解为限制本发明的技术思想。本发明的范围由权利要求来表示，并且应当理解，权利要求的含义和范围以及从其等同概念衍生的所有变型或修改均被包括在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种用于低浓度的异味化合物和挥发性有机化合物的吸附式浓缩器，适用于在吸附含有低浓度的硫类异味化合物、氮类异味化合物和挥发性有机化合物的废气时使用，包括：
第一吸附部件，包括选自由多孔氧化硅、氧化铝、氧化硅氧化铝和碳类吸附剂组成的组中的至少一种吸附材料；以及
第二吸附部件，安装在所附第一吸附部件的背面，并且包括合成沸石作为吸附材料。
2.根据权利要求1所述的吸附式浓缩器，其中，所述第一吸附部件通过一支撑体被涂覆有选自由多孔氧化硅、氧化铝、氧化硅氧化铝和碳类吸附剂组成的组中的至少一种材料而构成。
3.根据权利要求1所述的吸附式浓缩器，其中，所述碳类吸附剂包括碳纳米管、活性炭、活性碳纤维或碳纳米纤维。
4.根据权利要求1所述的吸附式浓缩器，其中，所述第二吸附部件通过一支撑体被涂覆有合成沸石而构成。
5.根据权利要求1所述的吸附式浓缩器，其中，所述第一吸附部件具有20mm至200mm的厚度，以及所述第二吸附部件具有150mm至500mm的厚度。
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