CN108465342A - 一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型活性碳纤维吸附‑解吸有机废气装置及处理方法，其装置包括壳体、活性碳纤维芯体及与之相连的废气管路、排气管路、蒸汽管路、解吸物管路和冷凝液管路，所述的活性碳纤维芯体包含笼状支架和包裹在外围的活性碳纤维，且在活性碳纤维层间设置有换热器，所述方法为在吸附阶段换热器中通入低温介质，在解吸和干燥阶段换热器中通入高温介质。本技术方案能够在吸附过程中同步实现了有机废气的温降和吸附，解吸附过程中能进行快速解吸附，在解吸附之后能实现活性碳纤维的快速干燥，减少热风的使用量或无需使用热风，节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种含有有机溶剂的废气处理装置及方法，尤其是涉及一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置及处理方法。
背景技术
在涂布、石化、医药等领域，其生产过程中会产生大量的有机废气，其直接排放会对环境造成严重的污染。
现有技术中对有机废气的处理方法主要包括：光催化氧化法、低温等离子处理法、废气洗涤塔处理法、热力焚烧法、吸附回收法和冷凝回收法等。其中吸附回收法因采用具有比表面积大、微孔含量大、表面官能团丰富的活性碳纤维作为吸附介质，尤其适用于风量大的有机废气，相对处理费用也较低。
国内的众多学者也对活性碳纤维的有机废气吸附性能进行了相关的研究，其研究结果表明：活性碳纤维的吸附效率受吸附温度影响较大，吸附性能随着吸附温度的升高而逐渐降低，且当吸附温度大于40℃时，活性碳纤维对某些有机废气的平衡吸附量降低的较为明显。因此在现有的吸附回收法技术中，需预先对从设备排放出来的含有有机溶剂的高温废气进行换热降温处理，才能达到预先的吸附效果。
在对含有有机溶剂的高温废气进行换热降温处理过程中，不可避免的会有部分有机溶剂冷凝在换热设备内部，导致其回收困难；另外换热设备还会占据一定的占地面积。
现有技术中是通过高温蒸汽来对活性碳纤维进行解吸，为了实现最大程度的解吸，需要消耗大量的高温蒸汽、及产生过多的冷凝废水，能耗大、废水处理费用也高。
此外，由于空气的比热较低，在对解吸后的活性碳纤维进行干燥时需要大量的热风来进行吹扫，干燥效率偏低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置及处理方法。
本发明公开的技术方案为：一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，包括壳体、活性碳纤维芯体及通过阀门与之相连的废气管路、排气管路、蒸汽管路、洁净气管路、解吸物管路和冷凝液管路，其特征在于：所述的活性碳纤维芯体包含笼状支架和包裹在外围的两层或两层以上活性碳纤维，且在活性碳纤维层间设置有换热器。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，笼状支架为至少存在一个平面开口，和与之相应的密封盖板，该开口处未包裹活性碳纤维。
当密封盖板盖上时，其与包裹在笼状支架外围的活性碳纤维形成一个相对密封的空间，蒸汽管路通入此空间。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，所述的换热器包含1组或多组，多组换热器协同使用，会增强换热效果。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，所述多组换热器之间为相互连通或相互独立。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，所述的换热器为经防腐处理的管式或板式换热器。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，所述的换热器优选为经防腐处理的翅片管式换热器，管排数为1排或多排，连续U形或螺旋形分布于活性碳纤维层间。更进一步地，当有机废气的温度较高时，优选地采用多排翅片管式换热器。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，所述的换热器为连续U形或螺旋形分布于活性碳纤维层间。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，所述的活性碳纤维比表面积不低于800m2/g。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，所述的换热器风阻低于活性碳纤维的风阻。
本技术方案还公开了一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置处理废气的方法，具体为：（1）吸附：关闭蒸汽管路/洁净气管路三通阀门及冷凝液管路阀门，打开密封盖板和排气管路阀门，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至废气管路通路状态。在换热器中通入低温介质，将高温有机废气从废气管路中通入，由外向内吹扫活性碳纤维芯体，同步进行温降和吸附，吸附后的气体经排气管路排出；（2）解吸：废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态，蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至蒸汽管路通路状态，盖上密封盖板，关闭排气管路阀门，打开冷凝液管路阀门。在换热器中通入高温介质，将高温蒸汽从蒸汽管路中通入，由内向外吹扫活性碳纤维芯体，产生的冷凝液和不凝气分别从冷凝液管路和解吸物管路排出进入下步处理；（3）干燥：蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至洁净气管路通路状态，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态， 盖上密封盖板，关闭排气管路阀门和冷凝液管路阀门。继续在换热器中通入高温介质，将洁净的空气或热风从洁净气管路中通入，从解吸物管路排出；（4）下一个吸附-解吸-干燥循环。
在吸附过程中，有机废气经过活性碳纤维-换热器-(活性碳纤维-换热器)n-活性碳纤维（n为自然数），同步实现了废气温度的降低和活性碳纤维饱和吸附量的提升。
在解析过程中，高温介质通过换热器将热量传递给活性碳纤维对其进行加热，降低了活性碳纤维的饱和吸附量，再辅以高温蒸汽的吹扫，能够实现有机物的快速解吸，节省高温蒸汽用量；即使有部分有机物在吸附阶段冷凝在换热器表面，也能通过高温介质对其加热来顺利回收，避免二次污染。
在干燥过程中，高温介质通过换热器将热量传递给活性碳纤维对其进行加热，辅以洁净的空气或热风，实现快速干燥。
进一步地，作为本技术方案的优选方案，在相互独立的换热器组通入不同温度的介质，在活性碳纤维的不同层之间形成温度梯度，实现增强其吸附或解吸性能。
本技术方案的优点：1、在吸附过程中同步实现了有机废气的温降和吸附，无需额外增加换热设备，缩小设备占地面积；2、有效地提高了活性碳纤维的平衡吸附量，延长吸附-解吸附交替周期；3、在解吸附过程中能进行快速解吸附，减少高温蒸汽的使用量，节约能源；4、在解吸附之后能实现活性碳纤维的快速干燥，减少热风的使用量或无需使用热风，节约能源；5、即使在吸附过程中有机废气经过换热器时有机溶剂在其表面结露，在后续的解吸附过程中也能顺利回收，避免二次污染。
附图说明
图1为本发明技术方案中具有2组单排换热器且之间为相互连通的增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置垂直剖面示意图。
图2为本发明技术方案中具有2组单排换热器且之间为相互独立的增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置垂直剖面示意图。
图3为本发明技术方案中具有2组单、双排换热器且之间为相互独立的增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置垂直剖面示意图。
图4为本发明技术方案中具有1组单排换热器的增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置垂直剖面示意图。
图5为本发明技术方案中换热器为连续U形或螺旋形分布于活性碳纤维层间的增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置水平剖面示意图。
附图标记：1-壳体，2-活性碳纤维芯体，3-活性碳纤维，4-换热器，41-换热器介质出入口，5-废气管路，6-解吸物管路，7-废气管路/解吸物管路三通阀门，8-排气管路，9-排气管路阀门，10-蒸汽管路，11-洁净气管路，12-蒸汽管路/洁净气管路三通阀门，13-冷凝液管路，14-冷凝液管路阀门，15-密封盖板，16-笼状支架的平面开口，17-笼状支架。
具体实施例
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1。
如图1所示，本发明公开的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，包括壳体、活性碳纤维芯体及通过阀门与之相连的废气管路、排气管路、蒸汽管路、洁净气管路、解吸物管路和冷凝液管路。
活性碳纤维芯体为柱形笼状支架和包裹在外围9层活性碳纤维，活性碳纤维的比表面积为800m2/g。每隔3层活性碳纤维之间设置有内、外侧2组单排式换热器，这2组换热器之间为相互联通的，换热器为垂直方向连续U形排布。换热器可选用经防腐处理的管式、板面式等形式的换热器，优选地，选用翅片管式换热器。
该装置处理废气的方法：（1）吸附：关闭蒸汽管路/洁净气管路三通阀门及冷凝液管路阀门，打开密封盖板和排气管路阀门，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至废气管路通路状态。在换热器中通入低于40℃的低温介质，将高温有机废气从废气管路中通入，由外向内吹扫活性碳纤维芯体，同步进行温降和吸附，吸附后的气体经排气管路排出；（2）解吸：废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态，蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至蒸汽管路通路状态，盖上密封盖板，关闭排气管路阀门，打开冷凝液管路阀门。在换热器中通入高于100℃的高温介质，将高温蒸汽从蒸汽管路中通入，由内向外吹扫活性碳纤维芯体，产生的冷凝液和不凝气分别从冷凝液管路和解吸物管路排出进入下步处理；（3）干燥：蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至洁净气管路通路状态，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态， 盖上密封盖板，关闭排气管路阀门和冷凝液管路阀门。继续在换热器中通入高于100℃的高温介质，将洁净的空气或热风从洁净气管路中通入，从解吸物管路排出。
实施例2。
如图2所示，本发明公开的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，包括壳体、活性碳纤维芯体及通过阀门与之相连的废气管路、排气管路、蒸汽管路、洁净气管路、解吸物管路和冷凝液管路。
活性碳纤维芯体为柱形笼状支架和包裹在外围9层活性碳纤维，活性碳纤维的比表面积为1000m2/g。每隔3层活性碳纤维之间设置有内、外侧2组单排式换热器，这2组换热器之间为相互独立的，换热器为垂直方向连续U形排布。换热器可选用经防腐处理的管式、板面式等形式的换热器，优选地，选用翅片管式换热器。
该装置处理废气的方法：（1）吸附：关闭蒸汽管路/洁净气管路三通阀门及冷凝液管路阀门，打开密封盖板和排气管路阀门，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至废气管路通路状态。在外侧换热器中通入60-80℃的低温介质，在内侧换热器中通入低于40℃的低温介质，将高温有机废气从废气管路中通入，由外向内吹扫活性碳纤维芯体，同步进行温降和吸附，吸附后的气体经排气管路排出；（2）解吸：废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态，蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至蒸汽管路通路状态，盖上密封盖板，关闭排气管路阀门，打开冷凝液管路阀门。在内、外侧换热器中均通入高于100℃的高温介质，将高温蒸汽从蒸汽管路中通入，由内向外吹扫活性碳纤维芯体，产生的冷凝液和不凝气分别从冷凝液管路和解吸物管路排出进入下步处理；（3）干燥：蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至洁净气管路通路状态，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态， 盖上密封盖板，关闭排气管路阀门和冷凝液管路阀门。继续在内、外侧换热器中均通入高于100℃的高温介质，将洁净的空气或热风从洁净气管路中通入，从解吸物管路排出。
实施例3。
如图3所示，本发明公开的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，包括壳体、活性碳纤维芯体及通过阀门与之相连的废气管路、排气管路、蒸汽管路、洁净气管路、解吸物管路和冷凝液管路。
活性碳纤维芯体为柱形笼状支架和包裹在外围9层活性碳纤维，活性碳纤维的比表面积为1300m2/g。每隔3层活性碳纤维之间设置有内侧单排、外侧双排2组换热器，这2组换热器之间为相互独立的，换热器为垂直方向连续U形排布。换热器可选用经防腐处理的管式、板面式等形式的换热器，优选地，选用翅片管式换热器。
该装置处理废气的方法：（1）吸附：关闭蒸汽管路/洁净气管路三通阀门及冷凝液管路阀门，打开密封盖板和排气管路阀门，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至废气管路通路状态。在外侧双排换热器中通入40-80℃的低温介质，在内侧单排换热器中通入低于40℃的低温介质，将高温有机废气从废气管路中通入，由外向内吹扫活性碳纤维芯体，同步进行温降和吸附，吸附后的气体经排气管路排出；（2）解吸：废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态，蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至蒸汽管路通路状态，盖上密封盖板，关闭排气管路阀门，打开冷凝液管路阀门。在内、外侧换热器中均通入高于100℃的高温介质，将高温蒸汽从蒸汽管路中通入，由内向外吹扫活性碳纤维芯体，产生的冷凝液和不凝气分别从冷凝液管路和解吸物管路排出进入下步处理；（3）干燥：蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至洁净气管路通路状态，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态， 盖上密封盖板，关闭排气管路阀门和冷凝液管路阀门。继续在内、外侧换热器中均通入高于100℃的高温介质，将洁净的空气或热风从洁净气管路中通入，从解吸物管路排出。
实施例4。
如图4所示，本发明公开的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，包括壳体、活性碳纤维芯体及通过阀门与之相连的废气管路、排气管路、蒸汽管路、洁净气管路、解吸物管路和冷凝液管路。
活性碳纤维芯体为柱形笼状支架和包裹在外围5层活性碳纤维，活性碳纤维的比表面积为1500m2/g。单排、单组换热器设置在3层和2层活性碳纤维之间，换热器为垂直方向连续U形排布。换热器可选用经防腐处理的管式、板面式等形式的换热器，优选地，选用翅片管式换热器。
该装置处理废气的方法：（1）吸附：关闭蒸汽管路/洁净气管路三通阀门及冷凝液管路阀门，打开密封盖板和排气管路阀门，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至废气管路通路状态。在换热器中通入低于40℃的低温介质，将高温有机废气从废气管路中通入，由外向内吹扫活性碳纤维芯体，同步进行温降和吸附，吸附后的气体经排气管路排出；（2）解吸：废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态，蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至蒸汽管路通路状态，盖上密封盖板，关闭排气管路阀门，打开冷凝液管路阀门。在换热器中通入高于100℃的高温介质，将高温蒸汽从蒸汽管路中通入，由内向外吹扫活性碳纤维芯体，产生的冷凝液和不凝气分别从冷凝液管路和解吸物管路排出进入下步处理；（3）干燥：蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至洁净气管路通路状态，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态， 盖上密封盖板，关闭排气管路阀门和冷凝液管路阀门。继续在换热器中均通入高于100℃的高温介质，将洁净的空气或热风从洁净气管路中通入，从解吸物管路排出。
以上所述仅为本发明较优的实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，包括壳体、活性碳纤维芯体及通过阀门与之相连的废气管路、排气管路、蒸汽管路、洁净气管路、解吸物管路和冷凝液管路，其特征在于：所述的活性碳纤维芯体包含笼状支架和包裹在外围的两层或两层以上活性碳纤维，且在活性碳纤维层间设置有换热器。
2.根据权利要求1所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，其特征在于：所述的笼状支架为至少存在一个平面开口，和与之相应的密封盖板，该开口处未包裹活性碳纤维。
3.根据权利要求1所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，其特征在于：所述的换热器包含1组或多组。
4.根据权利要求1或3所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，其特征在于：所述多组换热器之间为相互连通或相互独立。
5.根据权利要求1所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，其特征在于：所述的换热器优选为经防腐处理的管式或板式换热器。
6.根据权利要求1或5所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，其特征在于：所述的换热器优选为经防腐处理的翅片管式换热器，管排数为1排或多排，连续U形或螺旋形分布于活性碳纤维层间。
7.根据权利要求1所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，其特征在于：所述的活性碳纤维比表面积不低于800m2/g。
8.根据权利要求1所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置，其特征在于：所述的换热器风阻低于活性碳纤维的风阻。
9.一种利用权利要求1-8之一所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置处理废气的方法，其特征在于所述方法为：（a）吸附：关闭蒸汽管路/洁净气管路三通阀门及冷凝液管路阀门，打开密封盖板和排气管路阀门，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至废气管路通路状态；在换热器中通入低温介质，将高温有机废气从废气管路中通入，由外向内吹扫活性碳纤维芯体，同步进行温降和吸附，吸附后的气体经排气管路排出；（b）解吸：废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态，蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至蒸汽管路通路状态，盖上密封盖板，关闭排气管路阀门，打开冷凝液管路阀门；在换热器中通入高温介质，将高温蒸汽从蒸汽管路中通入，由内向外吹扫活性碳纤维芯体，产生的冷凝液和不凝气分别从冷凝液管路和解吸物管路排出进入下步处理；（c）干燥：蒸汽管路/洁净气管路三通阀门切换至洁净气管路通路状态，废气管路/解吸物管路三通阀门切换至解吸物管路通路状态， 盖上密封盖板，关闭排气管路阀门和冷凝液管路阀门；继续在换热器中通入高温介质，将洁净的空气或热风从洁净气管路中通入，从解吸物管路排出；（d）下一个吸附-解吸-干燥循环。
10.根据权利要求9所述的一种增强型活性碳纤维吸附-解吸有机废气装置处理废气的方法，其特征在于：相互独立的换热器组通入不同温度的介质。
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