CN109381964A - 有机废气回收处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种有机废气回收处理系统，包括过滤箱，吸附装置，催化氧化装置以及制氮机组，有机废气经过过滤箱后去除颗粒和粉尘，之后废气进入吸附装置由装填在两侧活性炭吸附净化，吸附后的气体可直接达标排放，活性炭吸附饱和后采用热空气脱附再生，脱附出来的高浓度有机废气进入催化氧化装置进行催化氧化处理。通过采用“过滤+活性炭吸附+催化氧化装置”，可使废气处理安全、可靠、处理效率高，不会产生二次污染，同时由于采取了氮气保护也不会像其它处理方式如活性炭吸附装置易发生自燃现象等，做到真正的节能、安全、环保。

Description

有机废气回收处理系统及方法
技术领域
本发明属于废气处理领域，具体涉及一种喷漆废气回收处理系统及方法。
背景技术
在喷漆时产生一定量的有机废气。这些有机废气如不处理直接排放会对环境造成污染，污染室外大气，影响人们的身体健康，因此，必须对散发的废气进行收集和妥善处理，无害化后高空排放。
有机废气污染物种类繁多，特性各异，因此相应采用的治理方法也各不相同，常用的有：冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、催化氧化法等；近年来由国外也发展出一些新的工艺技术：生物法、低温等离子法等，以上方法单独使用时均有一定的局限性。各种处理方法的合理化结合，能够弥补单一处理方法存在的不足，更好地满足有机废气的处理要求。
发明内容
本发明的目的在于针对喷漆时产生的废气的特点设计相应的废气处理系统及方法，喷漆废气属于大风量、低浓度、低温度的有机混合气体，本发明弥补单独使用现有处理技术的不足，具体技术方案如下：
一种有机废气回收处理系统，包括过滤箱，吸附装置，催化氧化装置以及制氮机组，有机废气经过过滤箱后去除颗粒和粉尘，之后废气进入吸附装置由装填在两侧活性炭吸附净化，吸附后的气体可直接达标排放，活性炭吸附饱和后采用热空气脱附再生，脱附出来的高浓度有机废气进入催化氧化装置进行催化氧化处理；所述催化氧化装置由净化装置主体3、阻火除尘器1、引风机7、控制系统8四大部分组成；其中净化装置主体3包括：换热器2、预热器4、预催化燃烧室5和主催化燃烧室6；活性炭脱附出来的高浓度、小风量、高温度的有机废气经阻火除尘器1过滤后，进入换热器2，和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气源的温度得到第一次提升；具有一定温度的气体进入预热器4，进行第二次的温度提升；之后进入预催化燃烧室5，进行第一级催化反应，此时有机废气在低温下部份分解，并释放出能量，对废气源进行直接加热，将气体温度提高到催化反应的最佳温度；经温度检测系统检测，温度符合催化反应的温度要求，进入主催化燃烧室6，有机气体提到彻底分解，同时释放出大量的热量；净化后的气体通过换热器2将热能转换给出冷气流，降温后气体由引风机7排空，所述制氮机组以碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附技术，在常温、低压下，直接以空气为原料制取氮气。
进一步，其中所述过滤箱采用自动卷绕式过滤器，它通过过滤器前后压差转换为传感信号，实现了滤料更换的自动化，所述过滤箱用来去除颗粒和粉尘，主要是由滤料、传动系统及自动控制系统组成。
进一步，采用8台活性炭吸附床对废气进行吸附脱附处理，吸附去除效率90％以上。
进一步，所述预催化燃烧室5采用抽屉式，内装蜂窝状催化剂，中间分插电加热组件，利用红外线辐射原理，使蜂窝状催化剂温度达到反应温度，使部分有机物进行分解，释放出能量，直接使废气温度提升。
进一步，所述电加热组件可以根据废气的温度起伏，自动控制补偿和停止；当反应温度出现高温时，自动停止电加热的电源，温度降低后会自动起动，恢复正常工作。
进一步，所述制氮机组包括空压机11、过滤器12、冷干机13、截止阀14、空气储罐15、左吸附塔16、右吸附塔17、氮气储罐18、流量计19和分析仪20。
进一步，所述分析仪20可连续显示制氮机的氮气纯度，并可对纯度的上下限信号输出报警。
进一步，所述控制系统8监控所有动力点起动、停止、故障，反映整个运转过程中气体的升温、气体分解状况，对设备整个过程进行全方位安全动力保护，可根据废气源性质及生产线状态进行设定。
本发明还提供一种有机废气回收处理方法，采用如上的有机废气回收处理系统，有机废气经过过滤箱后去除颗粒和粉尘，之后废气进入吸附装置由装填在两侧活性炭吸附净化，吸附后的气体可直接达标排放，活性炭吸附饱和后采用热空气脱附再生，脱附出来的高浓度有机废气进入催化氧化装置进行催化氧化处理。
进一步，根据所述吸附装置的体积配置一台制氮机组，制氮机组在系统执行脱附程序完毕后97％氮气注入活性炭吸附床，或在设备运行中活性炭吸附床温度检测单元检测到异常时将氮气间断注入，注入氮气可以达到阻燃的作用，保证设备的安全运行。
本申请的有益效果：
本申请针对喷漆时产生的废气的特点设计相应的废气处理系统，喷漆废气属于大风量、低浓度、低温度的有机混合气体，此类废气过滤后采用蜂窝活性炭吸附浓缩净化处理，处理后的废气直接达标排放，同时，活性炭吸附饱和后采用热空气脱附再生，脱附出来的高浓度有机废气进入催化氧化装置(RCO)进行催化氧化处理，此废气处理方式吸附净化效率相对较高。通过采用“过滤+活性炭吸附+RCO催化氧化装置”，可使废气处理安全、可靠、处理效率高，不会产生二次污染，同时由于采取了氮气保护也不会像其它处理方式如活性炭吸附装置易发生自燃现象等，做到真正的节能、安全、环保。另外，蜂窝活性炭通常情况下8000h 才需要更换，使用成本低，维护成本低。
附图说明
1.图1是有机废气回收处理系统结构框图。
2.图2是催化氧化装置的结构示意图。
图中：阻火除尘器1；换热器2；净化装置主体3；预热器4；预催化燃烧室5；主催化燃烧室6；引风机7；控制系统8。
3.图3是制氮机组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明本发明的有机废气回收处理系统及其工艺流程。
喷漆时产生的废气主要污染物是苯、甲苯、二甲苯及非甲烷总烃，浓度一般在250mg/m3以内，温度为常温，本发明设计一种有机废气回收处理系统，参见图1，包括过滤箱，吸附装置，催化氧化装置以及制氮机组，有机废气经过过滤箱后去除颗粒和粉尘，之后废气进入吸附装置由装填在两侧活性炭吸附净化，吸附后的气体可直接达标排放，活性炭吸附饱和后采用热空气脱附再生，脱附出来的高浓度有机废气进入催化氧化装置进行催化氧化处理。
一、过滤箱
其中所述过滤箱采用自动卷绕式过滤器，它通过过滤器前后压差转换为传感信号，实现了滤料更换的自动化，所述过滤箱用来去除颗粒和粉尘，主要是由滤料、传动系统及自动控制系统组成。过滤材料装在上料箱，当进风带有高浓度含尘空气通过自动卷绕式过滤器后，过滤器前后压差随滤尘增加而逐步上升；当过滤器阻力上升到设定的终阻力值时，压差开关开始动作，卷绕系统更新滤料；当达到卷帘时间，停止传动，更新滤料工作完毕，重新进行过滤。所述过滤箱结构坚固，可以满足最恶劣的工作环境，模块化的设计能够满足任意类型的系统设计和安装要求，经过滤后颗粒粉尘去除效率达95％以上。
二、吸附装置
含有机物的废气经风机的作用，经活性炭吸附层，利用活性炭多微孔比表面积大的吸附能力强将有机物质吸附在活性炭微孔内，洁净气被排出；经一段时间后，活性炭达到饱和状态时，停止吸附，此时有机物已经被浓缩在活性炭内。再利用催化燃烧对饱和活性炭进行脱附再生，重新投入使用。
待处理的有机混合废气经经过预处理过滤箱去除废气中的粉尘及杂质部分，否则直接吸附会堵塞活性炭的微缩孔，从而影响吸附效果甚至失效，经过初步过滤后“相对纯净的有机废气”进入吸附装置进行吸附净化处理，有机物质被活性炭特有的作用力截留在其内部，洁净气体通过烟囱排放到大气中，经过一段时间吸附后，活性炭达到饱和状态，按照PLC自动控制程序将饱和的活性炭床与脱附后待用的活性炭床进行交替切换。催化氧化装置(RCO)自动升温将热空气通过风机送入活性炭床使碳层升温将有机物从活性炭中“蒸”出，脱附出来的废气属于高浓度、小风量、高温度的有机废气。
本项目处理废气量大(处理废气量最大为142000m3/h)，浓度不高(250mg/m3)，设计采用8台活性炭吸附床对废气进行吸附脱附处理(工作方式为7吸1脱)，吸附去除效率90％以上，吸附后的气体可直接达标排放。脱附后的高浓度气体采用RCO(处理废气量3000m3/h)工艺进一步处理达标排放，利用RCO炉高温烟气加热脱附气体至脱附温度，用于活性炭脱附，以节省能耗。
所述吸附装置采用活性炭吸附层，内装活性炭层及气流分布器，以浓缩净化有机气体，是整个系统第一个主循环的主要部件及核心工序，活性炭砖砌式装填。废气进入吸附装置由装填在两侧活性炭吸附净化，以将低吸附箱吸附流速提高净化效率。
活性炭选用以优质无烟煤作为原料、外形蜂窝状，其主要特点为：具有强度高、比表面积较大、吸附容量高、吸附速度快、孔隙结构发达、孔隙大小介于椰壳活性炭和木质活性炭之间。蜂窝活性炭规格参数见表1
表1蜂窝活性炭规格参数
VOCs初始浓度约为250mg/m3，按照中华人民共和国大气污染区排放标准《大气污染物排放标准》(GB16297-1996)二级排放标准，要求处理后VOCs浓度约为120mg/m3，要求去除效率＞90％。活性炭床单床处理风量为20000m3/h，按照连续式运行方式设计则活性炭床数量为8台，活性炭床在吸附结束后进行脱附。活性炭床设计空塔气速1.0m/s，驻留时间为0.5s。
三、催化氧化装置
脱附后的高浓度气体采用催化氧化(RCO)(处理废气量3000m3/h)工艺进一步处理达标排放，利用RCO炉高温烟气加热脱附气体至脱附温度，用于活性炭脱附，以节省能耗。
催化氧化装置，是利用催化剂使有害气体中的可燃组分在较低的温度下氧化分解的净化方法。以活性炭脱附出的高浓度废气进入温度为250-300℃的RCO炉中，在贵金属催化剂的作用下，对于CnHm和有机溶济蒸汽氧化分解生成RCO2和H2O并释放出大量热量，从而剖坏分解VOCs分子，VOCs在RCO炉中的反应式如下：
参见图2，所述电加热催化氧化装置由净化装置主体3、阻火除尘器1、引风机7、控制系统8四大部分组成。其中净化装置主体3包括：换热器2、预热器4、预催化燃烧室5和主催化燃烧室6。
活性炭脱附出来的高浓度、小风量、高温度的有机废气经阻火除尘器1过滤后，进入板式换热器2，和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气源的温度得到第一次提升；具有一定温度的气体进入预热器4，进行第二次的温度提升；之后进入预催化燃烧室5，进行第一级催化反应，此时有机废气在低温下部份分解，并释放出能量，对废气源进行直接加热，将气体温度提高到催化反应的最佳温度；经温度检测系统检测，温度符合催化反应的温度要求，进入主催化燃烧室6，有机气体提到彻底分解，同时释放出大量的热量；净化后的气体通过换热器2将热能转换给出冷气流，降温后气体由引风机7排空。有机物利用自身氧化燃烧释放出的热量维持自燃，如果脱附废气浓度足够高，电加热催化氧化装置正常使用需要很少的电功率甚至不需要电功率加热，做到真正的节能、环保，同时，整套装置安全、可靠、无任何二次污染。
其中，阻火除尘器1：将设备和废气源之间的危险阻隔开来，保证处理设备和生产设备之间的安全，同时除去废气源中的粉尘。结构为波纹网型及过来棉，参照国家标准制造，更换快捷，清理方便。是本设备中安全设施之一。
换热器2将有机气体分解后的热能和废气源冷气流进行冷热交换，置换热能，提高废气源的温度。当废气浓度达到一定值时，通过换热器的作用，可以保证设备在无运行功率(或低功率)的状态下正常运转，是催化净化装置中对废气源进行第一次温度提升装置，也是设备中节能设施之一；通过热交换器内部对气流的合理控制，使换热器的效率保证在50％以上。所述换热器2采用板式换热器，结构采用Q235冷轧钢钢板制，合理的布置，使冷热气流全面接触，能量进行全面置换。
预热器4：废气源在进入预催化燃烧室5之前，经温度检测仪检测，温度达不到催化反应的条件，由布置在预热器4内的电加热系统进行温度的第二次提升；Q235电加热组件为红外线加热管，由固定绝缘板固定，维护更换十分方便。
催化反应室：催化反应室包括预催化燃烧室5和主催化燃烧室6二级反应区。达到温度条件的有机废气进入预催化燃烧室5；预催化燃烧室5采用抽屉式，内装蜂窝状催化剂，中间分插电加热组件，利用红外线辐射原理，使蜂窝状催化剂温度达到反应温度，使部分有机物进行分解，释放出能量，直接使废气温度提升，也叫催化升温；温度提升后的有机气体进入主催化燃烧室，内置蜂窝状催化剂，满足反应条件的有机气体在此完全分解，废气变成洁净气体。
引风机7耐高温低转速，保证工作效果同时保证风机噪声不超过85dB，没有二次污染，是整个装置气流运转的动力源。配置减振台座及减振器。
控制系统8监控所有动力点起动、停止、故障，反映整个运转过程中气体的升温、气体分解状况，对设备整个过程进行全方位安全动力保护，可以根据废气源性质及生产线状态进行设定。控制系统8上显示废气预热温和气体反应温度，可以清楚了解气体氧化分解效果。可以从控制系统8中了解电加热组件工作状态及电加热组件的完好状态，电源均有良好地接地和保护措施。整个系统为负压工作方式，废气不存在外溢现象。
电加热组件为红外线电热管，利用电加热的辐射原理。电加热管由高温薄管内衬高温氧化镁及电加热丝组成，具有效率高、散热快、寿命长等特点。电加热组件可以根据废气的温度起伏，自动控制补偿和停止；当反应温度出现高温时，自动停止电加热的电源，温度降低后会自动起动，恢复正常工作。
其性能参数见表6：
表6电加热组件参数
电功率 NkW 功率偏差 ±10％
冷态绝缘电阻 200MΩ 老化时间 3000h
热态绝缘电阻 ≥5MΩ 拉力 ≥998N
催化剂是在化学反应中能改变反应温度而本身的组成和重量在反应后保持不变的物质。本装置中选用的催化剂型号为TFJF/工业废气VOC净化催化剂，具有高活性、耐高温及使用寿命长等特点。
装置的进口设置了阻火除尘器1，将生产线和处理设备之间的任何危险断开，同时处理废气源中的灰尘，保证废气的洁净度。装置正常运转。阻火器应能有效地防止火焰通过。在催化反应室内设置了泄压口，当设备内部的压力30-80Kpa之间时，自动泄压，使设备始终在安全状态下运行。
催化氧化装置外表面用绝缘保温材料进行保温，使表面的外壳温升为46-50℃，整个设备的绝缘电阻小于2MΩ。
四、制氮机组
活性炭具有一定的吸热功能，且自身蓄热产生自然可能性。系统配置时考虑设备的安全、稳定运行，根据吸附装置的体积配置一台制氮机组，制氮机组在系统执行脱附程序完毕后97％氮气注入活性炭吸附床，或在设备运行中活性炭吸附床温度检测单元检测到异常时将氮气间断注入，注入氮气可以达到阻燃的作用，保证设备的安全运行。
制氮设备以碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附(PSA)技术，在常温、低压下，直接以空气为原料制取氮气。制氮机组包括空压机11、过滤器12、冷干机13、截止阀14、空气储罐15、左吸附塔16、右吸附塔17、氮气储罐18、流量计19和分析仪20。
变压吸附(PSA)制氮基本原理为如下：以压缩空气为原料，利用一种叫做碳分子筛的吸附剂对氮、氧的选择性吸附，把空气中的氮分离出来。碳分子筛对氮、氧的分离作用主要是基于氮、氧分子在分子筛表面的扩散速率不同。较小直径的氧分子扩散较快，较多地进入分子筛进入分子筛固相；较大直径的氮分子扩散较慢，较少进入分子筛固相。这样，氮在气相中得到富集。一段时间后，分子筛对氧的吸附达到一定程度，通过减压，被碳分子筛吸附的气体释放出来，分子筛也就完成了再生。这是基于分子筛在不同压力下吸附气体的吸附量不同的特点。变压吸附制氮设备通常使用二个并联的吸附器，交替进行加压吸附和减压再生，操作循环周期约2分钟。
参见图3，空气经空压机11压缩，过滤器12除尘，冷干机13冷却后，进入空气储罐15，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔16，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐18，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。左吸过程结束后，左吸附塔16与右吸附17塔通过上、下均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2～3秒。均压结束后，压缩空气经过空气进气阀、右吸进气阀进入右吸附塔17，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气经过右吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐18，这个过程称之为右吸，持续时间为几十秒。同时左吸附塔16中碳分子筛吸附的氧气通过左排气阀降压释放回大气当中，此过程称之为解吸。为使分子筛中降压释放出的氧气完全排放到大气中，氮气通过一个常开的反吹阀吹扫正在解吸的吸附塔，把塔内的氧气吹出吸附塔。它与解吸是同时进行的。右吸结束后，进入均压过程，再切换到左吸过程，一直循环进行下去。
下组进排气阀组由五个气动阀门组成，分别控制进气，排气。工作壮态由电磁阀自动控制。上组由三个气动阀门及成品气调节阀组组成，分别控制成品气出口和均压及再生气量的调节，工作壮态由电磁阀自动控制。
分析仪20可连续显示制氮机的氮气纯度，并可对纯度的上下限信号输出报警，氮气分析仪含氧测量范围：70-99.9％。
本申请针对喷漆时产生的废气的特点设计相应的废气处理系统，喷漆废气属于大风量、低浓度、低温度的有机混合气体，此类废气过滤后采用蜂窝活性炭吸附浓缩净化处理，处理后的废气直接达标排放，同时，活性炭吸附饱和后采用热空气脱附再生，脱附出来的高浓度有机废气进入催化氧化装置(RCO)进行催化氧化处理，此废气处理方式吸附净化效率相对较高。通过采用“过滤+活性炭吸附+RCO催化氧化装置”，可使废气处理安全、可靠、处理效率高，不会产生二次污染，同时由于采取了氮气保护也不会像其它处理方式如活性炭吸附装置易发生自燃现象等，做到真正的节能、安全、环保。另外，蜂窝活性炭通常情况下8000h 才需要更换，使用成本低，维护成本低。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种有机废气回收处理系统，其特征在于：包括过滤箱，吸附装置，催化氧化装置以及制氮机组，有机废气经过过滤箱后去除颗粒和粉尘，之后废气进入吸附装置由装填在两侧活性炭吸附净化，吸附后的气体可直接达标排放，活性炭吸附饱和后采用热空气脱附再生，脱附出来的高浓度有机废气进入催化氧化装置进行催化氧化处理；所述催化氧化装置由净化装置主体（3）、阻火除尘器（1）、引风机（7）、控制系统（8）四大部分组成；其中净化装置主体（3）包括：换热器（2）、预热器（4）、预催化燃烧室（5）和主催化燃烧室（6）；活性炭脱附出来的高浓度、小风量、高温度的有机废气经阻火除尘器（1）过滤后，进入换热器（2），和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气源的温度得到第一次提升；具有一定温度的气体进入预热器（4），进行第二次的温度提升；之后进入预催化燃烧室（5），进行第一级催化反应，此时有机废气在低温下部份分解，并释放出能量，对废气源进行直接加热，将气体温度提高到催化反应的最佳温度；经温度检测系统检测，温度符合催化反应的温度要求，进入主催化燃烧室（6），有机气体提到彻底分解，同时释放出大量的热量；净化后的气体通过换热器（2）将热能转换给出冷气流，降温后气体由引风机（7）排空；所述制氮机组以碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附技术，在常温、低压下，直接以空气为原料制取氮气。
2.根据权利要求1所述的有机废气回收处理系统，其特征在于：其中所述过滤箱采用自动卷绕式过滤器，它通过过滤器前后压差转换为传感信号，实现了滤料更换的自动化，所述过滤箱用来去除颗粒和粉尘，主要是由滤料、传动系统及自动控制系统组成。
3.根据权利要求1所述的有机废气回收处理系统，其特征在于：采用8台活性炭吸附床对废气进行吸附脱附处理，吸附去除效率90%以上。
4.根据权利要求1所述的有机废气回收处理系统，其特征在于：所述预催化燃烧室（5）采用抽屉式，内装蜂窝状催化剂，中间分插电加热组件，利用红外线辐射原理，使蜂窝状催化剂温度达到反应温度，使部分有机物进行分解，释放出能量，直接使废气温度提升。
5.根据权利要求4所述的有机废气回收处理系统，其特征在于：所述电加热组件可以根据废气的温度起伏，自动控制补偿和停止；当反应温度出现高温时，自动停止电加热的电源，温度降低后会自动起动，恢复正常工作。
6.根据权利要求1所述的有机废气回收处理系统，其特征在于：所述制氮机组包括空压机（11）、过滤器（12）、冷干机（13）、截止阀（14）、空气储罐（15）、左吸附塔（16）、右吸附塔（17）、氮气储罐（18）、流量计（19）和分析仪（20）。
7.根据权利要求6所述的有机废气回收处理系统，其特征在于：所述分析仪（20）可连续显示制氮机的氮气纯度，并可对纯度的上下限信号输出报警。
8.根据权利要求1所述的有机废气回收处理系统，其特征在于：所述控制系统（8）监控所有动力点起动、停止、故障，反映整个运转过程中气体的升温、气体分解状况，对设备整个过程进行全方位安全动力保护，可根据废气源性质及生产线状态进行设定。
9.一种有机废气回收处理方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一所述的有机废气回收处理系统，有机废气经过过滤箱后去除颗粒和粉尘，之后废气进入吸附装置由装填在两侧活性炭吸附净化，吸附后的气体可直接达标排放，活性炭吸附饱和后采用热空气脱附再生，脱附出来的高浓度有机废气进入催化氧化装置进行催化氧化处理。
10.根据权利要求9所述的有机废气回收处理方法，其特征在于：根据所述吸附装置的体积配置一台制氮机组，制氮机组在系统执行脱附程序完毕后97%氮气注入活性炭吸附床，或在设备运行中活性炭吸附床温度检测单元检测到异常时将氮气间断注入，注入氮气可以达到阻燃的作用，保证设备的安全运行。
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