CN108607321A - 一种voc气体处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种VOC气体处理系统，低温的脱附气体经过脱附气体管道中的加热装置加热并达到脱附温度,随后流入吸附有大量VOC的吸附装置。其中加热装置包括连接到一个太阳能加热组件的热交换器和一个电加热装置，太阳能加热组件包括多个串联的真空集热管，多个串联的真空集热管逐级加热载热液，使得载热液的温度高于脱附温度。一个控制器根据所述流入热交换器的载热液的温度和流量选择电加热装置的加热功率。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理领域，具体涉及一种利用太阳能加热脱附气体的VOC气体吸附和浓缩装置。
背景技术
在半导体领域和化工领域存在许多会产生挥发性有机气体(VOC)的生产工艺，如半导体领域中需要涂覆的光刻胶，化工领域中油漆的制造和喷涂中均会产生大量的VOC。这些气体气味难闻，而且大量吸入人体危害身体健康，所以需要及时的处理。但是由于这些气体在空气中浓度很低，部分领域只有约15ppm，甚至更低，必须浓缩后才能进一步的处理。现有技术中最常见的是采用如图1所示的VOC气体处理系统，该处理系统包括一个由多孔材料制成的吸附滚轮20，其中多孔材料可以是有陶瓷材料或者活性炭等制成。一个处理气体管道一端通过一个风阀12连接到会产生VOC气体的施工空间，处理气体管道内设置有一个处理风机10，推动大量待处理气体F1快速流入吸附滚轮的第一端的吸附区域，随后VOC成分被吸附滚轮中的多孔材料表面吸附固定在吸附滚轮中，处理后的清洁气体通过吸附滚轮的第二端流出处理气体管道，被送回原有施工空间，使得施工空间内的空气质量满足工作人员需求。其中处理风机还将小部分处理气体F2分流送入一个冷却管道作为冷却气体，冷却气体管道通过一个第一密封端口将冷却气体送入吸附滚轮，吸附滚轮上被第一密封端口所围绕而构成滚轮上的冷却区域26，其中第一密封端口包括两个放射状的密封板27、25以及位于滚轮外缘的圆弧形密封板28，这几个密封板围绕构成一个扇形的密封开口。冷却气体管道还包括一个与第一密封端口相同的第二密封端口位于吸附滚轮的第二端。具有室温的冷却气体F2穿过冷却区域26后被加热到一定温度形成预热后的冷却气体F3，其中预热后的冷却气体F3具有100-120度的温度。冷却气体F3随后流入再生(regeneration)气体管道。再生气体管道内设有一个再生风机50用于驱动用于脱附的再生气体流入吸附满VOC气体成分的吸附滚轮20上的脱附再生区域24。再生气体管道内还设置有一个加热装置30用于加热来自冷却气体管道的经过预加热的冷却气体F3，使得再生气体的温度达到200-220度。加热后的再生气体F4加热扇形密封端口围绕而成的再生区域24，加热再生区域中的多孔材料同时使得吸附在多孔材料表面的VOC成分吸热挥发，被再生气体带走，吸附滚轮也得到再生可以在旋转到吸附区域时再次进行吸附。其中放射状密封板23、25、27和圆弧状密封板28共同围绕构成多个扇形的密封端口，实现滚轮上不同区域之间的气体密封。
最终含有高浓度VOC成分的废气被一个排气装置40排出到外部或其它废气处理装置进行进一步处理。一个驱动装置驱动吸附滚轮20慢慢旋转，多个扇形密封端口扫过吸附滚轮20两端所有表面，使得吸附滚轮20上所有区域轮流实现气体吸附-脱附再生-滚轮冷却这样的循环，由于待处理气体F1的流量远大于冷却气体F3/再生气体F4的流量，所以最后排出的废气中VOC浓度也相对待处理气体的增大到原来的F1/F2倍，典型的为20倍，最终实现对VOC气体的浓缩。
上述VOC气体处理系统能够很好的完成对施工空间的空气净化，但是还是存在严重的缺陷，即能源消耗过大，其中大量的能量被用来加热再生气体，所以运行成本高昂。其中加热器30上的电加热功率是主要的消耗部分，所以业内需要寻求一种新的VOC气体处理系统结构或者控制方法来大幅度减少电力消耗，降低运行成本。
发明内容
本发明公开一种VOC气体处理系统，包括：VOC气体吸附装置用于吸附VOC成分气体，一个脱附气体供应管道用于供应达到预设脱附温度的脱附气体，其中脱附气体供应管道中包括一个热交换器和一个电加热装置，脱附气体供应管道入口端流入的具有第一温度的脱附气体经过热交换器和/或电加热装置加热后达到所述预设脱附温度，其中所述脱附温度高于第一温度；所述热交换器通过一个第一管道连接到一个太阳能加热系统，所述太阳能加热系统包括多根真空集热管组成的太阳能加热组件，所述每根真空集热管包括一个输入端和一个输出端，其中输出端流出的载热液的温度高于输入端流入的载热液温度，至少一根真空集热管的输出端连接到相邻集热管的输入端，使得相邻几根真空集热管的输出端流出的载热液的温度逐级增高，从太阳能加热组件输出的流入所述第一管道的载热液温度高于所述预设脱附温度。
其中所述太阳能加热系统还包括一个高温载热液存储罐，所述太阳能加热组件输出的载热液通过第二管道流入所述高温载热液存储罐，所述高温载热液存储罐通过所述第一管道输出高温载热液到热交换器。进一步地，所述太阳能加热系统还包括一个低温载热液存储罐，所述经过热交换器进行热交换后输出的低温载热液经过一个第三管道流入一个低温载热液存储罐，所述低温载热液存储罐还包括一个输出管道输出低温载热液到所述太阳能加热组件。所述输出管道上还包括一个驱动泵，以驱动所述载热液回流到太阳能加热组件中。所述高温载热液存储罐中的载热液温度大于200℃，低温载热液存储罐中的载热液温度小于等于190℃。所述第一管道上还可以设置一个可切换阀门，一旁路管道连接在所述可切换阀门和第三管道之间，当高温载热液存储罐中的载热液温度低于第一温度时，关闭第一管道流向所述热交换器的可切换阀门，使得载热液经过旁路管道流向低温载热液存储罐。
本发明所述预设脱附温度大于等于120℃。
所述太阳能加热组件包括至少三根真空集热管。
所述载热液在大气压下的沸点大于250℃，在太阳能加热系统内不会气化形成高压气体。
本发明还包括一个控制器，根据检测到的流出热交换器的脱附气体的温度或者流入热交换器的载热液的温度和流量数据，控制所述电加热装置的加热功率，使得从电加热装置输出的脱附气体高于所述脱附温度。
附图说明
图1为现有技术VOC气体处理系统结构示意图；
图2为本发明VOC气体处理系统中加热器与太阳能加热系统的连接结构图；
图3为本发明另一实施例的VOC气体处理系统中加热器与太阳能加热系统的连接结构图。
具体实施方式
以下以附图2和图3进一步说明本发明的具体实施例。
为了减少VOC气体处理系统的功率消耗，本发明提出了一个太阳能加热系统100，传统的太阳能加热器包括多个真空管和水箱、冷热水管道等附属装置，但是传统的民用太阳能加热器只作为生活用水，所以输出的热水最高温只有70度左右，再高就容易造成对人身的伤害。所以多根真空集热管都是并联的，不同真空集热管中吸收太阳光能量加热后的水一起导入储水箱就可以作为生活用的热水源。本发明中需要对VOC气体进行脱附，为了保证脱附效率，必须保证在大气压下脱附气体的温度达到200℃以上，这与传统太阳能热水器的适用范围差距巨大。
本发明提出的串联式高温太阳能加热系统100包括多根真空集热管101、103、105，真空集热管与传统太阳能热水器所用集热管类似，包括外层玻璃管，外层玻璃管内部的真空空间内包括用于吸收太阳能的内层玻璃管，内层玻璃管上镀有太阳光能量吸收材料以及减少红外线向外辐射的镀层。内层玻璃管内的空腔用于使得待载热液体流过，其中载热液体可以是沸点高于200℃的各种油或者其它液体。真空集热管101包括一个输入端连接到低温载热液存储罐130，还包括一个输出端经过管道102连接到真空集热管103的输入端。一个驱动泵140连接在低温载热液存储罐130与真空集热管101之间，以驱动载热液在不同管道之间流动，所述驱动泵可以连接在106a/106b/108a/108b等任何位置，只要能驱动载热液在不同真空集热管和各种管道中流动就能达到发明目的。
同样的，真空集热管103的输出端通过管道104连接到真空集热管105的输入端。流入真空集热管101的载热液具有较低的初始温度，比如180度，经过真空集热管101的加热后经过管道102输出时具有了约200度的温度，随后经过真空集热管103、105的逐级加热在集热管105输出的温度可以达到250度左右。除了图2所示的利用3根串联连接的真空集热管来实现逐级加热，在初始温度更低时也可以采用更多根串联的真空集热管以使载热液达到更高的温升。
经过加热后的载热液从集热管105的输出端输出，经过管道106b流入一个高温载热液存储罐120，高温载热液存储罐120包括一个输出管道108b将高温载热液导入加热器30’中的热量交换器301。热量交换器301内包括多条热量交换管道，高温的载热液流过热量交换器中的热交换管道，冷却气体F3流过所述热交换管道并交换热量，使得冷却气体F3温度上升一定幅度达到Tx。流出多条热交换管道的载热液由于热量被冷却气体F3带走，所以载热液温度大幅降低到约180度左右，经过管道108a流入低温载热液存储罐130。本发明所述高温载热液和低温载热液的温度可以根据实际的应用需求选择不同的温度，其中高温载热液必须大于VOC成份的脱附温度，VOC成分包括大量具有不同脱附温度的分子，所以本发明的脱附温度需要大于至少一种VOC气体分子的脱附温度，比如大于120度才能保证至少一种主要VOC成份能够气化脱附。
加热器30’还包括一个传统的电加热装置302，电加热装置内包括至少一根电阻丝用于加热从热交换器301流出的气体，使得最终输出的再生气体的温度从Tx上升到脱附再生工艺所需的200度以上形成脱附气体F4。当热交换器301交换的热量足够大，使得冷却气体F3被加热到200℃以上时，也可以停止向电加热装置302中输入加热功率以节约能源。一个控制器可以检测上述温度Tx的具体数值，根据Tx与所需脱附温度的差值计算出电加热装置302需要输出的功率，使得热交换器301和电加热装置302两者的加热功率之和能够满足脱附温度的需求。当然，如果载热液温度过低无法加热也可以完全由传统的电加热装置加热，两者对冷却气体F3的加热功率是互补的，最终获得具有足够温度的脱附气体F4。
本发明采用太阳能加热实现大幅降低了电加热装置的能耗，而且阳光强烈的时间段在白天工作时间，此时的工业电价也是最高的，当没有阳光照射的夜间，有很长一段时间电价是远低于工作时段的，所以本发明是大幅减少了高价电的使用，降低成本效果显著。
本发明除了可以用于如图1所示的VOC处理系统也可以用于其它结构的VOC处理系统，比如流化床结构的VOC吸附系统，只要是需要高温气体脱附VOC成分的场合都可以应用本发明提出的太阳能加热系统，提供辅助加热减少电能消耗。
本发明中太阳能加热系统还可以包括温度检测装置、流量控制阀门、旁路阀门等使得太阳能加热系统能够稳定可靠运行。由于太阳照射功率不稳定，在冬季或者阴雨天和夜间时段阳光照射很弱或者没有阳光照射，所以管道108b输出的载热液经常会无法达到脱附所需的温度，此时可以将108b关闭或者经旁路回到低温载热液存储罐130。如图3所示在管道108b上设置有一个可切换阀门110，载热液通过可切换阀门110流入热交换器301，一个旁路管道109连接在管道108a和可切换阀门110之间。当检测到载热液的温度相对流入的冷却气体F3的温度不够高时，比如载热液温度小于120度时，无法对冷却气体F3进行加热，通过热交换只会将冷却气体F3中的热量带走，进一步加大下游电加热器302的功率负担。此时可以控制可切换阀门110，使得流过管道108b的载热液经过旁路管道109流回管道108a。这样的结构可以避免温度过低的载热液带走从吸附滚轮20上回收的热量，造成浪费。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种VOC气体处理系统，包括：
VOC气体吸附装置用于吸附VOC成分气体，一个脱附气体供应管道用于供应达到预设脱附温度的脱附气体，其中脱附气体供应管道中包括一个热交换器和一个电加热装置，脱附气体供应管道入口端流入的具有第一温度的脱附气体经过热交换器和/或电加热装置加热后达到所述预设脱附温度，其中所述脱附温度高于第一温度；
所述热交换器通过一个第一管道连接到一个太阳能加热系统，所述太阳能加热系统包括多根真空集热管组成的太阳能加热组件，
所述每根真空集热管包括一个输入端和一个输出端，其中输出端流出的载热液的温度高于输入端流入的载热液温度，至少一根真空集热管的输出端连接到相邻集热管的输入端，使得相邻几根真空集热管的输出端流出的载热液的温度逐级增高。
2.如权利要求1所述的VOC气体处理系统，其特征在于，所述太阳能加热系统还包括一个高温载热液存储罐，所述太阳能加热组件输出的载热液通过第二管道流入所述高温载热液存储罐，所述高温载热液存储罐通过所述第一管道输出高温载热液到热交换器。
3.如权利要求2所述的VOC气体处理系统，其特征在于，所述太阳能加热系统还包括一个低温载热液存储罐，所述经过热交换器进行热交换后输出的低温载热液经过一个第三管道流入一个低温载热液存储罐，所述低温载热液存储罐还包括一个输出管道输出低温载热液到所述太阳能加热组件。
4.如权利要求3所述的VOC气体处理系统，其特征在于，所述输出管道上还包括一个驱动泵，以驱动所述载热液回流到太阳能加热组件中。
5.如权利要求1所述的VOC气体处理系统，其特征在于，所述预设脱附温度大于等于120℃。
6.如权利要求3所述的VOC气体处理系统，其特征在于，所述高温载热液存储罐中的载热液温度大于200℃，低温载热液存储罐中的载热液温度小于等于190℃。
7.如权利要求1所述的VOC气体处理系统，其特征在于，所述太阳能加热组件包括至少三根真空集热管。
8.如权利要求1所述的VOC气体处理系统，其特征在于，还包括一个控制器，根据检测到的流出热交换器的脱附气体的温度或者流入热交换器的载热液的温度和流量数据，控制所述电加热装置的加热功率，使得从电加热装置输出的脱附气体高于所述脱附温度。
9.如权利要求3所述的VOC气体处理系统，其特征在于，所述第一管道上设置有一个可切换阀门，一旁路管道连接在所述可切换阀门和第三管道之间，当高温载热液存储罐中的载热液温度低于第一温度时，关闭第一管道流向所述热交换器的可切换阀门，使得载热液经过旁路管道流向低温载热液存储罐。
10.如权利要求1所述的VOC气体处理系统，其特征在于，所述载热液在大气压下的沸点大于250℃。
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