CN105944503B - 一种在线循环再生有机废气处理方法与装置 - Google Patents

一种在线循环再生有机废气处理方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在线循环再生有机废气处理方法与装置；包括旋流塔、储液池、沉淀池、生物脱附室、设在生物脱附室一侧的储料室；旋流塔底部通过管路连接沉淀池；沉淀池的底部设有离心泵，通过离心泵将其内具有微孔结构的吸附剂颗粒球输送至生物脱附室；旋流塔的下侧周壁间隔分布有多个切圆布置的旋流雾化喷嘴；有机吸收剂溶液、脱附后的吸附剂颗粒球和有机废气，由旋流雾化喷嘴以切圆的方式喷射至旋流塔内充分混合，并沿着旋流塔内壁周向流动、螺旋上升。本装置将吸附‑回收法、吸收法和生物法集成到一套新装置中，克服了传统净化的不足，实现了吸附剂的在线循环再生，提高了净化效率、降低了运行成本，解决了吸附剂再生效率低的问题。

Description

一种在线循环再生有机废气处理方法与装置
技术领域
本发明涉及循环再生有机废气处理，尤其涉及一种在线循环再生有机废气处理方法与装置。
背景技术
城市大气雾霾和臭氧超标是我省面临的重大环境污染问题，而VOCs是其形成重要前体物，VOCs不仅种类繁多，而且多数有毒，部分致癌，严重地污染环境和危害人类健康。随着经济的快速发展，有机废气(VOCs)污染日益严重，并且潜排潜力巨大，推进其治理被列入国家大气污染防治重点工作。
目前治理工业有机废气的方法主要有吸收法、冷凝法、催化燃烧、吸附-回收法、生物法和等离子体法等。其中吸附-吸收法具有较好的处理效果，并且在吸附后可将高附加值的有机物分离回收，因此受到人们的广泛关注。
传统的吸附-回收工艺采用将活性炭等多空材料作为吸附剂，将吸附剂放入固定床中，将有机废气通过床层使有机物得到吸附，后利用热空气或高温水蒸汽等作为脱附介质通过吸附剂床层，使吸附后的高浓度有机物在高温作用下脱附下来，再经过冷凝、分离等方式使有机物得到回收。吸附剂对有机气体的吸附具有“选择性”，选择大分子的被吸附，小分子的被遗漏。采用固定床进行有机废气的吸附分离，具有吸附剂机械磨损小、结构相对简单等优点。但有以下缺点：
(1)固定床局部“过热”吸附过程是一个放热过程，可能会由于吸附热的过度释放或固定床传热效果不佳，造成固定床局部“过热”，甚至造成活性炭类吸附剂起火燃烧。
(2)压降过大固定床中吸附剂颗粒排列紧密，造成有机废气压降过大，从而限制了流速，使大风量的有机废气处理量降低。
(3)易出现“沟流”对于吸附床中堆积较为松散的区域，气流会优先通过而形成“沟流”，使吸附床过早穿透，部分吸附剂不能和有机废气充分接触，造成吸附效率的降低。
传统的脱附方法是利用热空气吹风脱附等方法，具有简单易行等优点，但同时有以下缺点：富集的有机废气又被混入空气；后续处理繁琐；能耗高等。
发明内容
本发明的目的在于克服上述固定床“过热”且易出现“沟流”现象的缺点，提供一种集吸收、悬浮式吸附和脱附于一体的在线循环再生有机废气处理方法与装置，以达到有效除去有机废气，无二次污染，低能耗，以及避免环境受到污染的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种在线循环再生有机废气处理装置，包括旋流塔8、盛装有机吸收剂溶液的储液池4、设置在储液池4内的沉淀池10、生物脱附室5、设置在生物脱附室5一侧的储料室9；所述旋流塔8的底部通过管路连接沉淀池10；
沉淀池10的底部设有离心泵，通过离心泵将其内具有微孔结构的吸附剂颗粒球5-1输送至生物脱附室5；所述旋流塔8的下侧周壁间隔分布有多个切圆布置的旋流雾化喷嘴7；
所述生物脱附室5与储料室9为互通结构，并在它们之间设置阀板6；生物脱附室5用于盛装由沉淀池10输送来的吸附剂颗粒球5-1；通过调节阀板6的高度，控制脱附后的吸附剂颗粒球5-1流入储料室9的量；
所述储液池4和储料室9分别通过输送系统，连接旋流雾化喷嘴7的直入口，通过输送系统分别将储液池4内的有机吸收剂溶液及脱附后的吸附剂颗粒球5-1输送至旋流雾化喷嘴7的直入口；所述旋流雾化喷嘴7的一侧设有侧入口7-1，侧入口7-1用于通入有机废气；
所述有机吸收剂溶液、脱附后的吸附剂颗粒球5-1和有机废气，由旋流雾化喷嘴7以切圆的方式喷射至旋流塔8内充分混合，并沿着旋流塔8内壁周向流动、螺旋上升。
所述旋流塔8的上部设有除雾器1；有机废气在螺旋上升时，有机废气中的大分子气体在上升过程中被悬浮的吸附剂颗粒球5-1吸附，有机废气中的小分子气体在上升过程中被有机吸收剂液滴吸收；逐渐被有机吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1净化的有机气体经过除雾器1，除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1后由旋流塔8的顶部出口排放至大气；与此同时，被有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球5-1在重力作用下，返回沉淀池10，沉淀池10上部澄清后的吸收剂溢出，流入储液池4。
所述生物脱附室5内装有微生物菌种，用于二次分解吸附剂颗粒球5-1表面的有机废气。
在旋流塔8的顶部出口设有可更换的超滤排放器11；除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1后，再经过超滤排放器11排放至大气。
所述除雾器1的上方设有用于定期冲洗除雾器1的喷淋层12，用于防止除雾器1结垢、堵塞。
所述除雾器1采用丝网除雾器、折流板除雾器或离心式除雾器中的任意一种。
一种在线循环再生有机废气处理方法如下：
步骤1；有机吸收剂溶液、吸附剂颗粒球5-1和有机废气的喷射步骤：有机吸收剂溶液、吸附剂颗粒球5-1和有机废气由旋流雾化喷嘴7以切圆的方式喷射至旋流塔8内充分混合，并沿着旋流塔8内壁周向流动、螺旋上升；
步骤2；有机废气的净化步骤：有机废气在螺旋上升时，其中的大分子气体在上升过程中被悬浮的吸附剂颗粒球5-1吸附，有机废气中的小分子气体在上升过程中被有机吸收剂液滴吸收；逐渐被有机吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1净化的有机气体经过除雾器1，除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1后由旋流塔8的顶部出口排放至大气；
步骤3；有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球5-1的回收步骤：
被有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球5-1在重力作用下，返回沉淀池10，沉淀池10上部澄清后的吸收剂溢出，流入储液池4；
此时，通过调节阀板6的高度，使生物脱附室5经过二次生物脱附后的上层的吸附剂颗粒球5-1流入储料室9内；输送系统再次将储液池4内的有机吸收剂溶液及经过二次生物脱附后的吸附剂颗粒球5-1输送至旋流雾化喷嘴7的直入口，并与来自旋流雾化喷嘴7侧入口7-1的有机废气一起，以切圆的方式喷射至旋流塔8内充分混合，并沿着旋流塔8内壁周向流动、螺旋上升；
以此循环，完成有机废气的净化与机吸收剂溶液及吸附剂颗粒球5-1的回收。
所述有机吸收剂为通常二乙基羟胺、聚乙二醇400、硅油、废机油或柴油中的任意一种。
所述吸附剂颗粒球5-1为活性炭微粒或分子筛微粒。
所述活性炭微粒或分子筛微粒的粒径为4mm～0.25mm。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
有机吸收剂溶液、脱附后的吸附剂颗粒球和有机废气，由旋流雾化喷嘴以切圆的方式喷射至旋流塔内充分混合，并沿着旋流塔内壁周向流动、螺旋上升。采用这种喷射方式，吸收剂(吸收剂溶液液滴)和吸附剂(吸附剂颗粒球)从切圆布置的旋流雾化喷嘴喷射到旋流塔内，带动有机废气形成周向流动趋势，使有机废气与二者充分均匀的混合，有机废气在旋流塔内螺旋爬升，增加有机废气在旋流塔内的运动行程，延长有机废气在塔内停留时间，进一步提高吸收和吸附效率。由于有机废气旋流运动，消除了有机废气贴壁直线上升流动现象。有机废气中的大分子被吸附，在上升过程中被吸收剂吸收。吸收与吸附同时进行，小分子不易被吸附剂吸附，但能够较好的被吸收剂吸收。因此，有机废气同时进行二次复合净化大大提高了净化效率。
如上所述。本发明吸附剂颗粒球像流体一样在旋流塔内悬浮运动。这种流态化的特殊运动形式，使吸附剂颗粒球在塔内以悬浮态与流体接触，气体和固体相接触面积较大，提高了净化效率；且吸附剂颗粒球在旋流塔内激烈混合，使旋流塔内温度和反应物的浓度均匀一致，可有效避免局部温度过热和浓度过高现象的发生。
吸附剂颗粒球进行二次生物法脱附，具有处理效果好、工艺简单、能耗低、投资少、无二次污染等优点。
本发明将吸附-回收法、吸收法和生物法集成到一套新装置中，能够克服传统净化方法和装置的不足，实现良好的净化效果。
本发明吸附达饱和的吸附剂颗粒球和吸收剂在沉淀池分离后，分离出的吸收剂入塔循环使用，分离出的固体微粒(吸附剂颗粒球)排入生物脱附室，经生物脱附后，该固体微粒与吸收剂混合由旋流雾化器再次入旋流塔继续循环使用。本发明实现了吸附剂的在线循环再生，提高了净化效率、降低了运行成本，简化了系统清洗及维护，解决了吸附剂再生效率低的问题。
附图说明
图1为本发明在线循环再生有机废气处理结构示意图；图中A表示有机吸收剂液滴、饱和的吸附剂颗粒球。
图2为有机吸收剂溶液、脱附后的吸附剂颗粒球和有机废气，由旋流雾化喷嘴以切圆的方式喷射至旋流塔内，并沿着旋流塔内壁周向流动、螺旋上升的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、2所示。本发明公开了一种在线循环再生有机废气处理装置，包括旋流塔8、盛装有机吸收剂溶液的储液池4、设置在储液池4内的沉淀池10、生物脱附室5、设置在生物脱附室5一侧的储料室9；所述旋流塔8的底部通过管路连接沉淀池10；沉淀池10的高度高于储液池4。
沉淀池10的底部设有离心泵，通过离心泵将其内具有微孔结构的吸附剂颗粒球5-1输送至生物脱附室5；所述旋流塔8的下侧周壁间隔分布有多个切圆布置的旋流雾化喷嘴7；本实施例旋流雾化喷嘴7的数量为4个，均对称分布，具体数量可根据具体应用要求增减。
所述生物脱附室5与储料室9为互通结构，并在它们之间设置阀板6(可定期开放)，该阀板6实际上是一块挡板，该生物脱附室5与储料室9实际上是一个整体，通过挡板将其隔开两个腔室。生物脱附室5用于盛装由沉淀池10输送来的吸附剂颗粒球5-1；通过调节阀板6的高度，控制脱附后的吸附剂颗粒球5-1流入储料室9的量；
所述储液池4和储料室9分别通过输送系统(离心泵)，连接旋流雾化喷嘴7的直入口，通过输送系统分别将储液池4内的有机吸收剂溶液及脱附后的吸附剂颗粒球5-1输送至旋流雾化喷嘴7的直入口；所述旋流雾化喷嘴7的一侧设有侧入口7-1，侧入口7-1用于通入有机废气；
所述有机吸收剂溶液、脱附后的吸附剂颗粒球5-1和有机废气，由旋流雾化喷嘴7以切圆的方式喷射至旋流塔8内充分混合，并沿着旋流塔8内壁周向流动、螺旋上升。
所述旋流塔8的上部设有除雾器1(除雾器1的层数根据具体应用要求而定，本实施例采用2-3层)；有机废气在螺旋上升时，有机废气中的大分子气体在上升过程中被悬浮的吸附剂颗粒球5-1吸附，有机废气中的小分子气体在上升过程中被有机吸收剂液滴吸收；逐渐被有机吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1净化的有机气体经过除雾器1，除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1后由旋流塔8的顶部出口排放至大气；与此同时，被有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球5-1在重力作用下，返回沉淀池10，沉淀池10上部澄清后的吸收剂溢出，流入储液池4。
所述生物脱附室5内装有微生物菌种，用于二次分解吸附剂颗粒球5-1表面的有机废气。
在旋流塔8的顶部出口设有可更换的超滤排放器11；除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1后，再经过超滤排放器11排放至大气。
所述除雾器1的上方设有用于定期冲洗除雾器1的喷淋层12，用于防止除雾器1结垢、堵塞。
所述除雾器1采用丝网除雾器、折流板除雾器或离心式除雾器中的任意一种。
有机吸收剂循环路径：自旋流塔、沉淀池、储液池。
吸附剂颗粒球5-1循环路径：旋流塔、沉淀池、生物脱附室5和储料室9。
本发明在线循环再生有机废气处理方法可通过如下步骤实现：
步骤1；有机吸收剂溶液、吸附剂颗粒球5-1和有机废气的喷射步骤：有机吸收剂溶液、吸附剂颗粒球5-1和有机废气由旋流雾化喷嘴7以切圆的方式喷射至旋流塔8内充分混合，并沿着旋流塔8内壁周向流动、螺旋上升；
步骤2；有机废气的净化步骤：有机废气在螺旋上升时，其中的大分子气体在上升过程中被悬浮的吸附剂颗粒球5-1吸附，有机废气中的小分子气体在上升过程中被有机吸收剂液滴吸收；逐渐被有机吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1净化的有机气体经过除雾器1，除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球5-1后由旋流塔8的顶部出口排放至大气；
步骤3；有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球5-1的回收步骤：
被有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球5-1在重力作用下，返回沉淀池10，沉淀池10上部澄清后的吸收剂溢出，流入储液池4；
此时，通过调节阀板6的高度，使生物脱附室5经过二次生物脱附后的上层的吸附剂颗粒球5-1流入储料室9内；输送系统(采用离心泵)再次将储液池4内的有机吸收剂溶液及经过二次生物脱附后的吸附剂颗粒球5-1输送至旋流雾化喷嘴7的直入口，并与来自旋流雾化喷嘴7侧入口7-1的有机废气一起，以切圆的方式喷射至旋流塔8内充分混合，并沿着旋流塔8内壁周向流动、螺旋上升；
以此循环，完成有机废气的净化与机吸收剂溶液及吸附剂颗粒球5-1的回收。
苯、甲苯、二甲苯等有机蒸气在有机溶剂中的溶解度很大，这是由“相似相溶”原理所决定的，也是物质溶解性能中的一个经验规律,其本质是结构相似的粒子之间的作用力比结构完全不同的粒子之间的作用力强。有机溶剂是极性较弱甚至没有极性、介电常数很小的液体，因此有机废气易溶于有机溶剂。因此本发明有机吸收剂采用二乙基羟胺、聚乙二醇400、硅油、废机油或(0#)柴油。吸附剂颗粒球5-1为活性炭粒径为4mm～0.25mm的微粒或分子筛微粒。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在线循环再生有机废气处理装置，其特征在于：包括旋流塔(8)、盛装有机吸收剂溶液的储液池(4)、设置在储液池(4)内的沉淀池(10)、生物脱附室(5)、设置在生物脱附室(5)一侧的储料室(9)；所述旋流塔(8)的底部通过管路连接沉淀池(10)；
沉淀池(10)的底部设有离心泵，通过离心泵将其内具有微孔结构的吸附剂颗粒球(5-1)输送至生物脱附室(5)；所述旋流塔(8)的下侧周壁间隔分布有多个切圆布置的旋流雾化喷嘴(7)；
所述生物脱附室(5)与储料室(9)为互通结构，并在它们之间设置阀板(6)；生物脱附室(5)用于盛装由沉淀池(10)输送来的吸附剂颗粒球(5-1)；通过调节阀板(6)的高度，控制脱附后的吸附剂颗粒球(5-1)流入储料室(9)的量；
所述储液池(4)和储料室(9)分别通过输送系统，连接旋流雾化喷嘴(7)的直入口，通过输送系统分别将储液池(4)内的有机吸收剂溶液及脱附后的吸附剂颗粒球(5-1)输送至旋流雾化喷嘴(7)的直入口；所述旋流雾化喷嘴(7)的一侧设有侧入口(7-1)，侧入口(7-1)用于通入有机废气；
所述有机吸收剂溶液、脱附后的吸附剂颗粒球(5-1)和有机废气，由旋流雾化喷嘴(7)以切圆的方式喷射至旋流塔(8)内充分混合，并沿着旋流塔(8)内壁周向流动、螺旋上升。
2.根据权利要求1所述在线循环再生有机废气处理装置，其特征在于：所述旋流塔(8)的上部设有除雾器(1)；有机废气在螺旋上升时，有机废气中的大分子气体在上升过程中被悬浮的吸附剂颗粒球(5-1)吸附，有机废气中的小分子气体在上升过程中被有机吸收剂液滴吸收；逐渐被有机吸收剂液滴和吸附剂颗粒球(5-1)净化的有机气体经过除雾器(1)，除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球(5-1)后由旋流塔(8)的顶部出口排放至大气；
与此同时，被有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球(5-1)在重力作用下，返回沉淀池(10)，沉淀池(10)上部澄清后的吸收剂溢出，流入储液池(4)。
3.根据权利要求1所述在线循环再生有机废气处理装置，其特征在于：所述生物脱附室(5)内装有微生物菌种，用于二次分解吸附剂颗粒球(5-1)表面的有机废气。
4.根据权利要求2所述在线循环再生有机废气处理装置，其特征在于：在旋流塔(8)的顶部出口设有可更换的超滤排放器(11)；除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球(5-1)后，再经过超滤排放器(11)排放至大气。
5.根据权利要求2所述在线循环再生有机废气处理装置，其特征在于：所述除雾器(1)的上方设有用于定期冲洗除雾器(1)的喷淋层(12)，用于防止除雾器(1)结垢、堵塞。
6.根据权利要求5所述在线循环再生有机废气处理装置，其特征在于：所述除雾器(1)采用丝网除雾器、折流板除雾器或离心式除雾器中的任意一种。
7.一种在线循环再生有机废气处理方法，其特征在于采用权利要求1至6中任一项所述在线循环再生有机废气处理装置实现，其实现步骤如下：
步骤(1)；有机吸收剂溶液、吸附剂颗粒球(5-1)和有机废气的喷射步骤：有机吸收剂溶液、吸附剂颗粒球(5-1)和有机废气由旋流雾化喷嘴(7)以切圆的方式喷射至旋流塔(8)内充分混合，并沿着旋流塔(8)内壁周向流动、螺旋上升；
步骤(2)；有机废气的净化步骤：有机废气在螺旋上升时，其中的大分子气体在上升过程中被悬浮的吸附剂颗粒球(5-1)吸附，有机废气中的小分子气体在上升过程中被有机吸收剂液滴吸收；逐渐被有机吸收剂液滴和吸附剂颗粒球(5-1)净化的有机气体经过除雾器(1)，除去气体中携带的吸收剂液滴和吸附剂颗粒球(5-1)后由旋流塔(8)的顶部出口排放至大气；
步骤(3)；有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球(5-1)的回收步骤：
被有机吸收剂液滴以及饱和的吸附剂颗粒球(5-1)在重力作用下，返回沉淀池(10)，沉淀池(10)上部澄清后的吸收剂溢出，流入储液池(4)；
此时，通过调节阀板(6)的高度，使生物脱附室(5)经过二次生物脱附后的上层的吸附剂颗粒球(5-1)流入储料室(9)内；输送系统再次将储液池(4)内的有机吸收剂溶液及经过二次生物脱附后的吸附剂颗粒球(5-1)输送至旋流雾化喷嘴(7)的直入口，并与来自旋流雾化喷嘴(7)侧入口(7-1)的有机废气一起，以切圆的方式喷射至旋流塔(8)内充分混合，并沿着旋流塔(8)内壁周向流动、螺旋上升；
以此循环，完成有机废气的净化与有 机吸收剂溶液及吸附剂颗粒球(5-1)的回收。
8.根据权利要求7所述在线循环再生有机废气处理方法，其特征在于：所述有机吸收剂为二乙基羟胺、聚乙二醇400、硅油、废机油或柴油中的任意一种。
9.根据权利要求7所述在线循环再生有机废气处理方法，其特征在于：所述吸附剂颗粒球(5-1)为活性炭微粒或分子筛微粒。
10.根据权利要求9所述在线循环再生有机废气处理方法，其特征在于：所述活性炭微粒或分子筛微粒的粒径为4mm～0.25mm。
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