CN108854446A - 沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沸石转轮吸附‑催化燃烧处理有机废气的系统，包括送风机、废气预处理过滤器、具有吸附区、冷却区和再生区的沸石转轮吸附床、再生气预热单元、再生气流量控制单元、PLC控制单元、催化燃烧床和排气装置；所述送风机进气管道上设有流量检测装置和浓度检测装置，所述再生气预热单元包括第一换热器、炉膛气加热管道和第一加热器，所述再生气流量控制单元包括至少两台不同风量并联的再生风机。本发明有益效果在于再生气预热单元在燃烧余热换热后设有炉膛气混合直接加热，大大提高了燃烧热能的利用率，节约了能源；再生气流量控制单元采用多台不同风量并联的再生风机组，合理控制浓缩比，有效应对不同进气浓度的废气。
Description
技术领域
本发明涉及有机废气的净化处理领域，特别涉及一种沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统。
背景技术
随着我国经济、工业化的快速发展，大气污染问题日渐突出，有机废气的大量排放，危害了大气环境，制约了经济的可持续发展。有机废气主要来源于石化、制药、印刷、涂装、喷漆、皮革加工、化纤生产、塑料加工等涉及使用大量有机溶剂的行业的生产过程，其成分复杂、易燃、易爆且带有一定毒性，不仅会污染大气环境，生成光化学烟雾，破坏臭氧层，还会对人的呼吸系统造成刺激，影响人的神经系统和造血系统，损害肝、脾等器官，引起中毒、致癌甚至死亡。在此背景下，有机废气的污染防治得到社会的普遍重视。2016年，新《大气污染防治法》首次将挥发性有机化合物(VOCs)纳入监管范围，体现了国家对有机废气治理的决心和力度。
目前针对有机废气的处理已发展出多项技术，根据原理不同可分为回收类技术和消除类技术，回收类技术主要包括吸附、吸收、冷凝、膜分离等，消除类技术主要包括燃烧、脉冲电晕、低温等离子、光催化氧化、臭氧氧化、生物处理等。随着有机废气净化标准的愈发严格，单一的技术已较难达到预期的要求，为降低处理成本，提高处理效率，更多的组合工艺已逐渐应用到实际当中。因此，在开发工艺的同时，对不同风量和浓度有机废气具有较强适用性、符合清洁生产要求、能源节约型的净化技术越来越得到有机废气治理行业的推崇。
CN 103394270B公开了一种可移动一体式有机废气处理装置，该装置被集成设计在可移动的行走支架上，吸附单元为连续旋转转轮式结构，有机废气经过转轮吸附床，被活性炭或分子筛吸附后由高空排放管路达标排放，装置利用加热的新鲜风对转轮吸附床进行脱附，脱附后的废气经加热和换热后进入催化燃烧床反应生成二氧化碳和水，产生的中温烟气利用换热器预热脱附后的有机废气。装置具有可移动性、处理效率高，可用于环境污染突发事故的应急处理。但是，该装置被设计为可移动一体式，对大风量有机废气的处理具有局限性；此外装置直接利用环境空气加热后作为脱附风，易受周围环境因素影响且加热能耗较高。
CN 106039995A公开了一种一体式VOCs吸附浓缩-催化氧化降解转轮装置及其工艺，转轮被分为吸附区和催化氧化区，转轮上均匀附着有双功能吸附催化剂，催化氧化区入口与加热器相连，装置在吸附-再生循环操作下，可实现工业尾气中VOCs的连续性净化。但是，装置的转轮的催化氧化区温度可达150～300℃，进入吸附区后，容易对吸附效果造成影响；同时，催化氧化区有高温空气气流持续经过，易造成有机污染物未经催化氧化便被脱附带走，可能会导致出口排放不达标。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高适用性、高净化效率且能源节约型的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
本发明涉及一种沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，包括送风机(专属拉引废气)、废气预处理过滤器(专属冷却废气、脱废气粉尘)、具有吸附区、冷却区和再生区的沸石转轮吸附床(专属集吸附脱附于一体实现废气浓缩)、再生气预热单元(专属预热再生气)、再生气流量控制单元(专属调节废气浓缩比)、PLC控制单元(专属自动控制整个系统运行)、催化燃烧床(专属对废气进行催化燃烧反应)和排气装置(专属废气高空排放)；所述再生气预热单元包括第一换热器、炉膛气加热管道和第一加热器，所述炉膛气加热管道一端连接催化燃烧床，另一端连接于第一换热器和第一加热器之间的管道；所述送风机、废气预处理过滤器依次相连，所述废气预处理过滤器的出气管路分为两路，一路与沸石转轮吸附床的吸附区、排气装置依次相连，另一路与沸石转轮吸附床的冷却区、第一换热器、第一加热器、再生区、再生气流量控制单元、催化燃烧床、第一换热器和排气装置依次相连；所述PLC控制单元分别与送风机、废气预处理过滤器、再生气预热单元、再生气流量控制单元、催化燃烧床连接。
废气由进气管道进入，通过送风机经过废气预处理过滤器后分为两股，第一股废气由再生气流量控制单元调节流量，进入所述冷却区进行吹冷后，经过再生气预热单元加热后形成脱附气，对所述再生区进行脱附，形成的脱附浓缩废气通过再生风机组进入催化燃烧床，完成催化燃烧反应形成CO2和270，形成的高温气体经过第一换热器后由排气装置达标排放；第二股废气直接进入所述吸附区，由沸石进行吸附后直接经排气装置达标排放。
进一步地，所述再生气流量控制单元包括至少两台不同风量并联的再生风机，所述再生风机与所述PLC控制单元相连，每台再生风机进气口管路上沿进气方向依次设有流量检测装置和与所述PLC控制单元相连的电磁阀，每台再生风机出气口管路上也设有与所述PLC控制单元相连的电磁阀；所述送风机进气管道上设有流量检测装置和与所述PLC控制单元相连的浓度检测装置；所述PLC控制单元根据所述浓度检测装置检测到的进气浓度的不同，控制再生气流量控制单元的电磁阀和再生风机以调节气流大小。
进一步地，所述废气预处理过滤器包括沿进气方向依次设置的气体冷却装置和纤维过滤装置；在纤维过滤装置的进气口与出气口处分别设有湿度计，在纤维过滤装置的出气口处还设有热电偶，所述纤维过滤装置上还设有压差表，用于反馈纤维过滤装置的堵塞情况。
进一步地，所述沸石转轮吸附床由可控制转速的驱动器变频控制；所述沸石转轮吸附床的吸附区最佳吸附温度为20～40℃；所述沸石转轮吸附床的再生区最佳脱附温度为150～200℃。
进一步地，所述沸石转轮吸附床的冷却区采用的冷却气流直接引自废气预处理过滤器与沸石转轮吸附床相连的废气管道，所述冷却气气流由PLC控制单元控制再生气流量控制单元进行调节。
进一步地，所述再生气预热单元的炉膛气加热管道上设有第五电磁阀，所述炉膛气加热管道出气口与第一加热器进气口相连的管道上设有第二热电偶，所述第一加热器出气口管道上设有第三热电偶，所述第五电磁阀、第二热电偶、第三热电偶和第一加热器均分别与PLC控制单元相连；PLC控制单元根据第二热电偶、第三热电偶检测到的炉膛气混合加热后的气流温度控制第五电磁阀的开合度，调节炉膛气流量大小，进而调节第一加热器的使用功率。
进一步地，所述废气预处理过滤器的出气管路中，与沸石转轮吸附床的冷却区相连的一路内的废气经过再生气预热单元后，形成脱附气，对所述沸石转轮吸附床的再生区进行脱附，脱附后废气浓度与进气浓度的浓缩比为10～20倍；所述沸石转轮吸附床的再生区出气口管道上设有第四热电偶。
进一步地，所述再生气流量控制单元出气口与催化燃烧床进气口相连的管道上设有阻火器；所述催化燃烧床包括依次相连的第二换热器、催化燃烧炉和第二加热器；所述第二换热器、催化燃烧炉和第二加热器均包裹于碳钢外壳内部。
进一步地，所述催化燃烧床包括依次相连的第二换热器、催化燃烧炉和第二加热器；所述第二加热器与催化燃烧炉相连通的管道上设有第五热电偶，所述第二加热器和第五热电偶与PLC控制单元相连；所述PLC控制单元根据第五热电偶检测到的加热后气流温度调节第二加热器使用功率；所述催化燃烧炉上设有第六热电偶，所述第六热电偶与PLC控制单元相连，随时反馈炉膛内温度。
进一步地，所述催化燃烧床包括依次相连的第二换热器、催化燃烧炉和第二加热器；所述第一换热器、炉膛气加热管道、第一加热器、第二换热器、第二加热器以及所述催化燃烧床与第一换热器相连的气体管道均采用玻璃纤维包裹保温。
进一步地，所述催化燃烧床选用蜂窝状贵金属催化剂，所述催化剂活性成分为Pd、Pt或Co。
进一步地，所述PLC控制单元包括PLC控制器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明的系统采用的各单元按特定的顺序互相配合，协同作用，最终实现高适用性、高净化效率。就各具体单元而言，经过再生区的脱附气直接引自废气预处理过滤器出气口的管道，相比直接引空气进行脱附的技术，降低了整个系统的进气负荷且不会影响脱附效果。
2.本发明在再生气预热系统的换热器与加热器之间增设了炉膛气加热管道，在换热后增加了一道炉膛气混合直接加热的工序，不仅使催化燃烧热能的利用率大大提高，也降低了加热器所需要的使用功率，实现了节约能源的目的。
3.再生气流量控制系统由多台不同风量的再生风机并联构成，再生风机及其前后设有的电磁阀和送风机进气管道上设有的浓度检测装置均与PLC控制器相连，根据不同的进气浓度可开启合适的再生风机以调节再生气的流量，从而控制脱附后废气的浓缩比，在本发明的体系中，合适的浓缩比为10～20倍，多台再生风机并联的设计最大程度地提高了系统对不同进气风量和浓度的有机废气的适用性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统流程及结构示意图；
其中，1 为送风机进气管道，2 为浓度检测装置，3 为送风机，4 为气体冷却装置，5 为纤维过滤装置，6 为压差表，7 为废气预处理过滤器，8 为沸石转轮吸附床，8a 为吸附区，8b 为再生区，8c 为冷却区，9 为驱动器，10 为第一换热器，11 为炉膛气加热管道，12为第一加热器，13 为再生气预热单元，14 为再生风机，15 为再生气流量控制单元，16 为阻火器，17 为PLC控制单元，18 为第二换热器，19 为第二加热器、20 为催化燃烧炉，21 为催化燃烧床，22 为排气装置，23 为第一流量检测装置，24 为第二流量检测装置，25 为第三流量检测装置，26 为第一湿度计，27 为第二湿度计，28 为第一热电偶，29 为第二热电偶，30 为第三热电偶，31 为第四热电偶，32 为第五热电偶，33 为第六热电偶，34 为第一电磁阀，35 为第二电磁阀，36 为第三电磁阀，37 为第四电磁阀，38 为第五电磁阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
如图1所示，本发明的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统包括专属拉引废气的送风机3，专属冷却废气、脱废气粉尘的废气预处理过滤器7、专属集吸附脱附于一体实现废气浓缩的具有吸附区、冷却区和再生区的沸石转轮吸附床8、专属预热再生气的再生气预热单元13、专属调节废气浓缩比的再生气流量控制单元15、专属自动控制整个系统运行的PLC控制单元17、专属对废气进行催化燃烧反应的催化燃烧床21和专属废气高空排放的排气装置22。所述送风机进气管道1上设有第一流量检测装置23和浓度检测装置2，所述再生气预热单元13包括第一换热器10、炉膛气加热管道11和第一加热器12，所述炉膛气加热管道11一端连接催化燃烧床21，另一端连接于第一换热器10和第一加热器12之间的管道；所述送风机3、废气预处理过滤器7依次相连，所述废气预处理过滤器7的出气管路分为两路，一路与沸石转轮吸附床8的吸附区8a、排气装置22依次相连，另一路与沸石转轮吸附床8的冷却区8c、第一换热器10、第一加热器12、再生区8b、再生气流量控制单元15、催化燃烧床21、第一换热器10和排气装置22依次相连；所述PLC控制单元17分别与送风机3、废气预处理过滤器7、再生气预热单元13、再生气流量控制单元15、催化燃烧床21连接。
所述再生气流量控制单元15包括至少两台不同风量并联的再生风机组14，所述PLC控制单元17包括PLC控制器，与各管道上的控制阀相连。
为确保沸石转轮吸附床8的吸附效果，所述废气预处理过滤器7沿进气方向依次设有气体冷却装置4和纤维过滤装置5，在靠近进气口与出气口处分别设有第一湿度计26、第二湿度计27，出气口设有第一热电偶28；所述纤维过滤装置5上还设有压差表6，用于反馈纤维过滤装置的堵塞情况。
为确保沸石转轮吸附床8的吸附、再生和冷却过程达到预期的要求，其驱动器9可变频控制转速；同时，吸附区8a最佳吸附温度为20～40℃，再生区8b最佳脱附温度为150～200℃。
废气由送风机进气管道1进入，通过送风机3经过废气预处理过滤器7后分为两股，第一股废气由再生气流量控制单元15调节流量，进入沸石转轮吸附床8的冷却区8c进行吹冷后，经过再生气预热单元13加热后形成脱附气，对沸石转轮吸附床8的再生区8b进行脱附，形成的脱附浓缩废气通过再生风机14进入催化燃烧床21，完成催化燃烧反应形成CO2和270，形成的高温气体经过再生气预热单元13的第一换热器10后由排气装置22达标排放；第二股废气直接进入沸石转轮吸附床8的吸附区8a，由沸石进行吸附后直接经排气装置22达标排放。
所述再生气流量控制单元15内并联的每台再生风机进气口和出气口管道上均设有电磁阀，分别为第一电磁阀34、第二电磁阀35、第三电磁阀36、第四电磁阀37，所述再生风机进气口管道设有的第一、第二电磁阀34、35前均设有流量检测装置，分别为第二流量检测装置24、第三流量检测装置25，所述第一、二、三、四电磁阀34、35、36、37和再生风机14均与PLC控制器相连；所述送风机进气管道1上设有的第一流量检测装置23、浓度检测装置2分别与PLC控制器相连，根据进气浓度的不同，由PLC控制器控制再生气控制单元15的第一、二、三、四电磁阀34、35、36、37和再生风机14以调节气流大小，使脱附后废气达到合适的浓缩比，合理的浓缩比为10～20倍。实现系统对不同风量浓度的废气的适用性。
所述再生气预热单元13的炉膛气加热管道11上设有第五电磁阀38，所述炉膛气加热管道11出气口与第一加热器12进气口相连的管道上设有第二热电偶29，所述第一加热器12出气口管道上设有第三热电偶30，所述第五电磁阀38、第二热电偶29、第三热电偶30和第一加热器12均分别与PLC控制器相连，根据炉膛气混合加热后的气流温度控制第五电磁阀38的开合度，调节炉膛气流量大小，进而调节第一加热器12的使用功率，实现了充分利用催化燃烧热能的目的并节约了能源。
为确保安全，所述催化燃烧床21的进气管道上设有阻火器16。
所述催化燃烧床由第二换热器18、催化燃烧炉20和第二加热器19组成，所述第二换热器18、第二加热器19和催化燃烧炉20均包裹于碳钢外壳内部。
为确保废气进入催化燃烧炉20前具有一定的温度，第二加热器19与催化燃烧炉20相连的管道上设有第五热电偶32，所述第二加热器19和第五热电偶32与PLC控制器相连，根据加热后气流温度调节第二加热器19使用功率；为确保催化燃烧炉20的运行安全，炉内设有第六热电偶33，所述第六热电偶33与PLC控制器相连，随时反馈炉膛内温度。
为确保废气在所述催化燃烧炉20内转化完全，炉内催化剂采用蜂窝状贵金属催化剂，所述催化剂活性成分为Pd、Pt或Co等。
为确保废气在经过整个系统中的加热管道及设备时尽量减少热能的流失，所述第一换热器10、炉膛气加热管道11、第一加热器12、第二换热器18、第二加热器19，以及催化燃烧床21与第一换热器10相连的气体管道均采用玻璃纤维包裹保温。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，包括送风机、废气预处理过滤器、具有吸附区、冷却区和再生区的沸石转轮吸附床、再生气预热单元、再生气流量控制单元、PLC控制单元、催化燃烧床和排气装置；所述再生气预热单元包括第一换热器、炉膛气加热管道和第一加热器，所述炉膛气加热管道一端连接催化燃烧床，另一端连接于第一换热器和第一加热器之间的管道；所述送风机、废气预处理过滤器依次相连，所述废气预处理过滤器的出气管路分为两路，一路与沸石转轮吸附床的吸附区、排气装置依次相连，另一路与沸石转轮吸附床的冷却区、第一换热器、第一加热器、再生区、再生气流量控制单元、催化燃烧床、第一换热器和排气装置依次相连；所述PLC控制单元分别与送风机、废气预处理过滤器、再生气预热单元、再生气流量控制单元、催化燃烧床连接。
2.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述再生气流量控制单元包括至少两台不同风量并联的再生风机，所述再生风机与所述PLC控制单元相连，每台再生风机进气口管路上沿进气方向依次设有流量检测装置和与所述PLC控制单元相连的电磁阀，每台再生风机出气口管路上也设有与所述PLC控制单元相连的电磁阀；所述送风机进气管道上设有流量检测装置和与所述PLC控制单元相连的浓度检测装置；所述PLC控制单元根据所述浓度检测装置检测到的进气浓度的不同，控制再生气流量控制单元的电磁阀和再生风机以调节气流大小。
3.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述废气预处理过滤器包括沿进气方向依次设置的气体冷却装置和纤维过滤装置；在纤维过滤装置的进气口与出气口处分别设有湿度计，在纤维过滤装置的出气口处还设有热电偶，所述纤维过滤装置上还设有压差表。
4.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述沸石转轮吸附床由可控制转速的驱动器变频控制；所述沸石转轮吸附床的吸附区最佳吸附温度为20～40℃；所述沸石转轮吸附床的再生区最佳脱附温度为150～200℃。
5.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述沸石转轮吸附床的冷却区采用的冷却气流直接引自废气预处理过滤器与沸石转轮吸附床相连的废气管道，所述冷却气气流由PLC控制单元控制再生气流量控制单元进行调节。
6.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述再生气预热单元的炉膛气加热管道上设有第五电磁阀，所述炉膛气加热管道出气口与第一加热器进气口相连的管道上设有第二热电偶，所述第一加热器出气口管道上设有第三热电偶，所述第五电磁阀、第二热电偶、第三热电偶和第一加热器均分别与PLC控制单元相连；PLC控制单元根据第二热电偶、第三热电偶检测到的炉膛气混合加热后的气流温度控制第五电磁阀的开合度，调节炉膛气流量大小，进而调节第一加热器的使用功率。
7.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述废气预处理过滤器的出气管路中，与沸石转轮吸附床的冷却区相连的一路内的废气经过再生气预热单元后，形成脱附气，对所述沸石转轮吸附床的再生区进行脱附，脱附后废气浓度与进气浓度的浓缩比为10～20倍；所述沸石转轮吸附床的再生区出气口管道上设有第四热电偶。
8.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述再生气流量控制单元出气口与催化燃烧床进气口相连的管道上设有阻火器；所述催化燃烧床包括依次相连的第二换热器、催化燃烧炉和第二加热器；所述第二换热器、催化燃烧炉和第二加热器包裹于碳钢外壳内部。
9.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述催化燃烧床包括依次相连的第二换热器、催化燃烧炉和第二加热器；所述第二加热器与催化燃烧炉相连通的管道上设有第五热电偶，所述第二加热器和第五热电偶与PLC控制单元相连；所述PLC控制单元根据第五热电偶检测到的加热后气流温度调节第二加热器使用功率；所述催化燃烧炉上设有第六热电偶，所述第六热电偶与PLC控制单元相连，随时反馈炉膛内温度。
10.如权利要求1所述的沸石转轮吸附-催化燃烧处理有机废气的系统，其特征在于，所述催化燃烧床包括依次相连的第二换热器、催化燃烧炉和第二加热器；所述第一换热器、炉膛气加热管道、第一加热器、第二换热器、第二加热器以及所述催化燃烧床与第一换热器相连的气体管道均采用玻璃纤维包裹保温。
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