CN109513311B - 一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，涉及废气净化领域，酸性气体、挥发性有机气体和特定种类挥发性有机气体混合后形成混合废气，所述混合气体依次进入第一吸附床系统、第二吸附床系统和第三吸附床系统等多级吸附反应系统分别净化后，然后经过排风机和排气筒排出。本发明，上述组件相互配合实现针对含酸性气体、不同挥发性有机物(VOCs)混合废气的净化处理，具备有效延长高效吸附剂使用寿命、自动化程度高、节约系统运行能耗、大大减少危废产生量等特点，同时，本发明中涉及的方法及装置结构合理、使用寿命长、高效节能、安全环保。

Description

一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法
技术领域
本发明涉及废气净化领域，具体是一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法。
背景技术
挥发性有机废气(VOCs)的治理方法有多种，吸附法具有效率高、能耗低、操作简单、可回收等优点，因而成为处理VOCs常见的方式之一。此外，在大风量低浓度的有机废气治理中，也充当富集的预处理功能作用。
对于含有酸性气体的有机废气去除多采用碱洗喷淋的预处理形式，导致预处理除酸以后的有机废气湿度大，水汽含量高，不利于吸附，导致有机废气的处理效率低，且方法将产生二次污染物——废水。而且，目前的吸附法吸附剂单一，单一地采用活性炭、沸石、树脂、硅胶等材料进行吸附，有机吸附剂如活性炭的吸附效果好，具有广谱吸附性。但是由于其本质为有机物，导致热脱附再生过程容易发生安全事故，蒸汽脱附或者氮气脱附的运行成本高，且有危废产生。分子筛或者树脂的吸附容量低，吸附剂容易饱和，导致脱附周期快，且这两种吸附剂对于特定的有机物具备较高的吸附性能，不具备广谱吸附性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，针对现有国内市场上含酸性气体的VOCs废气治理方法存在的不足，发明了一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，通过各个组件相互配合实现针对含酸性气体、不同挥发性有机物(VOCs)混合废气的净化处理，具备有效延长高效吸附剂使用寿命、自动化程度高、节约系统运行能耗、大大减少危废产生量等特点，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，酸性气体、挥发性有机气体和特定种类挥发性有机气体混合后形成混合废气，所述混合气体依次进入多级串联的第一吸附床系统、第二吸附床系统和第三吸附床系统分别净化后，然后经过排风机和排气筒排出。
作为本发明进一步的方案：本方法系统内包括多级吸附反应系统，所述第一吸附床系统包括第一吸附器、第一吸附床、第一底部输料机、第一表面研磨器、第一储料仓和第一螺旋给料机；所述第二吸附床系统包括第二吸附器，第二吸附床、第二底部输料机第二脱附床、第二储料仓、第二螺旋给料机，第二脱附风机和燃烧系统；所述第三吸附床系统包括第三吸附器，第三吸附床、第三底部输料机、第三脱附床、第三储料仓第三螺旋给料机，第三脱附风机和冷凝回收系统。
作为本发明进一步的方案：本方法可以实现酸性气体、多种挥发性有机混合废气的分级吸附功能，首先废气进入第一吸附床系统，所述第一吸附床内填充碱性颗粒反应剂A，废气经第一吸附床反应后，酸性气体被去除，碱性颗粒反应剂A表面与酸性气体发生中和反应，第一吸附床底部反应后的碱性颗粒反应剂A经第一底部输料机输送到第一表面研磨器，第一表面研磨器将表面的反应后失效碱性反应剂从颗粒表面剥离，恢复吸收酸性气体的能力后，经第一螺旋给料机输送到一级吸附床，第一储料仓用于存储被剥离的碱性颗粒反应剂A的粉料，废气经过第一吸附床系统后，进入第二吸附床系统，第二吸附床内装填有吸附剂B，吸附剂B能够有效吸附某些特定组分的有机废气，吸附饱和的吸附剂B被第二底部输料机输送到第二脱附床，采用一定方式在第二脱附床对吸附剂B脱附后，吸附到吸附剂B内的挥发性有机物挥发出来，经燃烧系统燃烧后转化成二氧化碳和水，恢复了吸附能力的吸附剂B经第二螺旋给料机输送到第二吸附床上部，重新吸附废气，第二吸附床中的吸附剂由下至上依次脱附，保持废气不间断净化，废气经过第一吸附床、第二吸附床后，进入第三吸附床，第三吸附床内装填有吸附剂C，吸附剂C能够有效吸附某些特定组分的有机废气，吸附饱和的吸附剂C被第三底部输料机输送到第三脱附床，采用一定方式对吸附剂C脱附后，吸附到吸附剂C内的挥发性有机物挥发出来，经冷凝回收系统，将气态的挥发性有机物冷凝成液态溶剂，实现回收的目的，恢复了吸附能力的吸附剂C经烘干后，经第三螺旋给料机输送到第三吸附床上部，重新吸附废气，第三吸附床中的吸附剂C由下至上依次脱附，保持废气不间断净化。
作为本发明进一步的方案：所述碱性颗粒反应剂A包括但不限于颗粒碳酸钙、颗粒碳酸氢钙和颗粒小苏打，碱性颗粒反应剂A的粒度为5-10mm。
作为本发明进一步的方案：所述吸附剂B包括但不限于分子筛沸石、金属有机骨架材料、活性硅胶颗粒和膨润土等无机吸附剂，吸附剂B的内比表面积大于200m2/g。
作为本发明进一步的方案：所述吸附剂C包括但不限于活性炭和大孔树脂等有机吸附剂，吸附剂C的内比表面积大于200m2/g。
作为本发明进一步的方案：所述燃烧系统所采用的燃烧形式包括但不限于直接燃烧和表面催化燃烧，其中直接燃烧的炉膛温度不低于700℃，表面催化燃烧的燃烧温度不低于200℃。
作为本发明进一步的方案：所述第三吸附床系统的脱附载体为饱和水蒸气或者热氮气，其中饱和水蒸气的温度不高于150℃，热氮气的温度不高于180℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、可有效避免常规湿法去除酸性气体过程中的污水，减少企业的污水处理成本，同时避免了前除酸过程中湿法方法产生的水雾，水雾将大大影响活性炭、沸石分子筛、硅胶等VOCs吸附剂的吸附性能，减少有效寿命；
2、采用多级吸附的形式对VOCs废气进行吸附，可采用无机吸附剂前置于有机吸附剂前端，利用了无机型吸附剂针对特定物质具备的吸附性，可实现有机混合废气的分级吸附，预去除某些特定的VOCs成分，可有效保护后端的有机型VOCs吸附剂，大大延长使用寿命，减少了企业的危废量，而且，特定的有机型吸附剂具备广谱吸附性，作为最后一级吸附，可有效去除前端吸附床无法吸附的物质，确保了废气排放的稳定达标；
3、采用动态流化床进行废气吸附剂的动态活性再生，保证了整套方法的连续性，可在废气进行吸附的同时，进行吸附剂的活化再生，保证了废气治理连续稳定运行，不影响企业生产工序的连续性；
4、针对有机VOCs吸附剂和无机型VOCs吸附剂针对性设计了不同的脱附方法，大大提高了脱附效率，针对性的脱附方式增强了脱附后的吸附剂的吸附性能，降低了有机型VOCs吸附剂的热脱附安全隐患。
附图说明
图1为一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法的流程示意图。
图2为一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法中以氯化氢为例的处理效率示意图。
图3为一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法中以乙酸丁酯为例的处理效率示意图。
图4为一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法中以甲苯为例的处理效率示意图。
图中：第一吸附器1-1、第一吸附床1-2、第一底部输料机1-3、第一表面研磨器1-4、第一储料仓1-5、第一螺旋给料机1-6，第二吸附器2-1，第二吸附床2-2、第二底部输料机2-3、第二脱附床2-4、第二储料仓2-5、第二螺旋给料机2-6，第二脱附风机2-7、燃烧系统2-8，第三吸附器3-1，第三吸附床3-2、第三底部输料机3-3、第三脱附床3-4、第三储料仓3-5、第三螺旋给料机3-6，第三脱附风机3-7、冷凝回收系统3-8，排风机4，排气筒5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，酸性气体、挥发性有机气体和特定种类挥发性有机气体混合后形成混合废气，其特征在于，所述混合气体依次进入多级串联的第一吸附床系统、第二吸附床系统和第三吸附床系统分别净化后，然后经过排风机4和排气筒5排出。
本方法系统内包括多级吸附反应系统，所述第一吸附床系统包括第一吸附器1-1、第一吸附床1-2、第一底部输料机1-3、第一表面研磨器1-4、第一储料仓1-5和第一螺旋给料机1-6；所述第二吸附床系统包括第二吸附器2-1，第二吸附床2-2、第二底部输料机2-3、第二脱附床2-4、第二储料仓2-5、第二螺旋给料机2-6，第二脱附风机2-7和燃烧系统2-8；所述第三吸附床系统包括第三吸附器3-1，第三吸附床3-2、第三底部输料机3-3、第三脱附床3-4、第三储料仓3-5、第三螺旋给料机3-6，第三脱附风机3-7和冷凝回收系统3-8。
本方法可以实现酸性气体、多种挥发性有机混合废气的分级吸附功能，首先废气进入第一吸附床系统，所述第一吸附床1-2内填充碱性颗粒反应剂A，废气经第一吸附床1-2反应后，酸性气体被去除，碱性颗粒反应剂A表面与酸性气体发生中和反应，第一吸附床1-2底部反应后的碱性颗粒反应剂A经第一底部输料机1-3输送到第一表面研磨器1-4，第一表面研磨器1-4将表面的反应后失效碱性反应剂从颗粒表面剥离，恢复吸收酸性气体的能力后，经第一螺旋给料机1-6输送到一级吸附床1-2，第一储料仓1-5用于存储被剥离的碱性颗粒反应剂A的粉料，废气经过第一吸附床系统后，进入第二吸附床系统，第二吸附床2-2内装填有吸附剂B，吸附剂B能够有效吸附某些特定组分的有机废气，吸附饱和的吸附剂B被第二底部输料机2-3输送到第二脱附床2-4，采用一定方式在第二脱附床2-4对吸附剂B脱附后，吸附到吸附剂B内的挥发性有机物挥发出来，经燃烧系统2-8燃烧后转化成二氧化碳和水，恢复了吸附能力的吸附剂B经第二螺旋给料机2-6输送到第二吸附床2-2上部，重新吸附废气，第二吸附床2-2中的吸附剂由下至上依次脱附，保持废气不间断净化，废气经过第一吸附床1-2、第二吸附床2-2后，进入第三吸附床3-2，第三吸附床3-2内装填有吸附剂C，吸附剂C能够有效吸附某些特定组分的有机废气，吸附饱和的吸附剂C被第三底部输料机3-3输送到第三脱附床3-4，采用一定方式对吸附剂C脱附后，吸附到吸附剂C内的挥发性有机物挥发出来，经冷凝回收系统3-8，将气态的挥发性有机物冷凝成液态溶剂，实现回收的目的，恢复了吸附能力的吸附剂C经烘干后，经第三螺旋给料机3-6输送到第三吸附床3-2上部，重新吸附废气，第三吸附床3-2中的吸附剂C由下至上依次脱附，保持废气不间断净化。
所述碱性颗粒反应剂A包括但不限于颗粒碳酸钙、颗粒碳酸氢钙和颗粒小苏打，碱性颗粒反应剂A的粒度为5-10mm。
所述吸附剂B包括但不限于分子筛沸石、金属有机骨架材料、活性硅胶颗粒和膨润土等无机吸附剂，吸附剂B的内比表面积大于200m2/g。
所述吸附剂C包括但不限于活性炭和大孔树脂等有机吸附剂，吸附剂C的内比表面积大于200m2/g。
所述燃烧系统2-8所采用的燃烧形式包括但不限于直接燃烧和表面催化燃烧，其中直接燃烧的炉膛温度不低于700℃，表面催化燃烧的燃烧温度不低于200℃。
所述第三吸附床系统的脱附载体为饱和水蒸气或者热氮气，其中饱和水蒸气的温度不高于150℃，热氮气的温度不高于180℃。
实施例1：
废气工况：废气风量100Nm3/h，废气中含有氯化氢30mg/m3，乙酸丁酯100mg/m3，甲苯50mg/m3，本项目要求废气处理装置对各类污染物的处理效率需达到90％以上。
实施方案：采用干式碳酸钙吸附法+分子筛系统吸附(热脱附燃烧)+活性炭系统吸附(蒸汽脱附冷凝)方式对废气进行处理。首先废气进入第一级吸附床，吸附床内填充粒度为8mm的颗粒碳酸钙，废气经碱性吸附床反应后，氯化氢被去除，颗粒碳酸钙表面与氯化氢生成氯化钙，底部表面反应后的碳酸钙经底部输料机输送到表面研磨机，表面研磨机将表面的氯化钙从碳酸钙颗粒剥离，恢复吸附酸性气体的能力后，经螺旋给料机输送到一级吸附床。
废气经过一级酸性吸附床后，进入第二级分子筛吸附床，本项目选用13A分子筛，该类分子筛能够有效吸附低高沸点的有机废气，如乙酸丁酯。废气中的乙酸丁酯等高沸点有机废气经分子筛吸附后被固定到吸附剂内，被净化的废气进入第三级吸附床。吸附饱和的分子筛被底部输料机输送到脱附床，本项目采用210度热空气进行脱附，吸附到分子筛内的有机物挥发出来，经热氧化系统燃烧后转化成二氧化碳和水，恢复了吸附能力的分子筛经螺旋给料机输送到吸附床上部，重新吸附废气。分子筛床由下至上依次脱附，保持废气不间断吸附运行。
废气经过二级吸附床后，进入第三级活性炭吸附床，本实施例中采用溶剂回收用高效活性炭，由于13A型分子筛孔径大，对甲苯的吸附能力差，因此大部分甲苯进入第三级吸附床。活性炭具备极大的比表面积，对挥发性有机物有极强的吸附能力。吸附饱和的活性炭被底部输料机输送到脱附床，本项目采用120°饱和水蒸气进行脱附，吸附到活性炭内的有机物挥发出来，经冷凝回收系统，将气态的甲苯等挥发性有机物冷凝成液态溶剂，实现回收的目的，恢复了吸附能力的活性炭经1小时烘干后，经螺旋给料机输送到吸附床上部，重新吸附废气。活性炭床由下至上依次脱附，保持废气不间断吸附运行。
综上所述，废气经第一级碳酸钙吸附床后，去除了废气中的氯化氢，经过第二级大孔分子筛吸附床后，选择性吸附了有机废气中的乙酸丁酯，吸附饱和后的分子筛通过热空气脱附后恢复吸附能力，可循环重复利用。废气经过第三级活性炭吸附床后，废气中的甲苯等有机物被吸附下来，废气得到净化后排放。吸附饱和的活性炭经热蒸汽脱附后恢复吸附能力，可循环重复利用。
对比方案1：采用碱洗喷淋塔+更换式活性炭进行处理，碱洗喷淋塔通过碱液吸收氯化氢，有机物经活性炭吸附后排放，吸附饱和后的活性炭当成危废进行处理。
对比方案2：采用碱洗喷淋塔+活性炭吸附+热空气脱附方法，碱洗喷淋塔通过碱液吸收氯化氢，设计两个活性炭吸附床，有机物经活性炭床1吸附后排放，吸附饱和后的活性炭床1经过热空气(90℃)脱附，此时利用备用的活性炭床2吸附有机废气。当活性炭床1脱附完成后，切换到活性炭床1吸附，活性炭床2进入脱附程序。
对比这三种方法方案，经过实验实测，三种方式的废气去除效率随着运行时间的变化规律如说明书附图2、3和4所示。
由上述数据可以看出，本实施例1的方法条件下，三种污染物的去除效率均可保持90％以上，且效率稳定，无明显衰减。参考对比方案1中，酸性气体氯化氢的去除效率高，但是由于前端采用湿法脱酸，导致活性炭表面被水润湿，吸附性能大大降低，且更换式活性炭寿命有限，需要定期换碳，导致运行费用很高。参考对比方案2中，酸性气体氯化氢的去除效率高，但是由于前端采用湿法脱酸，导致活性炭表面被水润湿，吸附性能大大降低，且乙酸丁酯沸点较高，在90℃的脱附温度下无法脱附完全，导致活性炭脱附后的吸附容量大大降低，吸附效果较差。
综上所述，本发明中所涉及的废气方法，污染物去除效果好，吸附剂可重复脱附循环利用，减少危废量的产生，且对于无机型吸附剂采用高温热空气脱附，脱附彻底，脱附后性能无衰减。对于有机型吸附剂，采用高温热蒸汽脱附，脱附效果好，脱附彻底，且由于蒸汽的存在，脱附过程安全可靠，有效避免了有机型吸附剂采用热空气脱附易发生自燃的安全隐患。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，酸性气体和多种挥发性有机气体混合后形成混合废气，其特征在于，所述混合废气依次进入多级串联的第一吸附床系统、第二吸附床系统和第三吸附床系统分别净化后，然后经过排风机（4）和排气筒（5）排出；
所述第一吸附床系统包括第一吸附器（1-1）、第一吸附床（1-2）、第一底部输料机（1-3）、第一表面研磨器（1-4）、第一储料仓（1-5）和第一螺旋给料机（1-6）；所述第二吸附床系统包括第二吸附器（2-1），第二吸附床（2-2）、第二底部输料机（2-3）、第二脱附床（2-4）、第二储料仓（2-5）、第二螺旋给料机（2-6），第二脱附风机（2-7）和燃烧系统（2-8）；所述第三吸附床系统包括第三吸附器（3-1），第三吸附床（3-2）、第三底部输料机（3-3）、第三脱附床（3-4）、第三储料仓（3-5）、第三螺旋给料机（3-6），第三脱附风机（3-7）和冷凝回收系统（3-8）；
首先废气进入第一吸附床系统，所述第一吸附床（1-2）内填充碱性颗粒反应剂A，废气经第一吸附床（1-2）反应后，酸性气体被去除，碱性颗粒反应剂A表面与酸性气体发生中和反应，第一吸附床（1-2）底部反应后的碱性颗粒反应剂A经第一底部输料机（1-3）输送到第一表面研磨器（1-4），第一表面研磨器（1-4）将表面的反应后失效碱性反应剂从颗粒表面剥离，恢复吸收酸性气体的能力后，经第一螺旋给料机（1-6）输送到一级吸附床（1-2），第一储料仓（1-5）用于存储被剥离的碱性颗粒反应剂A的粉料，废气经过第一吸附床系统后，进入第二吸附床系统，第二吸附床（2-2）内装填有吸附剂B，吸附剂B为无机吸附剂，吸附剂B能够有效吸附某些特定组分的有机废气，吸附饱和的吸附剂B被第二底部输料机（2-3）输送到第二脱附床（2-4），采用一定方式在第二脱附床（2-4）对吸附剂B脱附后，吸附到吸附剂B内的挥发性有机物挥发出来，经燃烧系统（2-8）燃烧后转化成二氧化碳和水，恢复了吸附能力的吸附剂B经第二螺旋给料机（2-6）输送到第二吸附床（2-2）上部，重新吸附废气，第二吸附床（2-2）中的吸附剂由下至上依次脱附，保持废气不间断净化，废气经过第一吸附床（1-2）、第二吸附床（2-2）后，进入第三吸附床（3-2），第三吸附床（3-2）内装填有吸附剂C，吸附剂C为有机吸附剂，吸附剂C能够有效吸附某些特定组分的有机废气，吸附饱和的吸附剂C被第三底部输料机（3-3）输送到第三脱附床（3-4），采用一定方式对吸附剂C脱附后，吸附到吸附剂C内的挥发性有机物挥发出来，经冷凝回收系统（3-8），将气态的挥发性有机物冷凝成液态溶剂，实现回收的目的，恢复了吸附能力的吸附剂C经烘干后，经第三螺旋给料机（3-6）输送到第三吸附床（3-2）上部，重新吸附废气，第三吸附床（3-2）中的吸附剂C由下至上依次脱附，保持废气不间断净化。
2.根据权利要求1所述的一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，其特征在于，所述碱性颗粒反应剂A包括但不限于颗粒碳酸钙、颗粒碳酸氢钙和颗粒小苏打，碱性颗粒反应剂A的粒度为5-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，其特征在于，所述吸附剂B包括但不限于分子筛沸石、金属有机骨架材料、活性硅胶颗粒和膨润土，吸附剂B的内比表面积大于200m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，其特征在于，所述吸附剂C包括但不限于活性炭和大孔树脂，吸附剂C的内比表面积大于200m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，其特征在于，所述燃烧系统（2-8）所采用的燃烧形式包括但不限于直接燃烧和表面催化燃烧，其中直接燃烧的炉膛温度不低于700℃，表面催化燃烧的燃烧温度不低于200℃。
6.根据权利要求1所述的一种实现高效节能的动态流化床分级吸附的废气处理方法，其特征在于，所述第三吸附床系统的脱附载体为饱和水蒸气或者热氮气，其中饱和水蒸气的温度不高于150℃，热氮气的温度不高于180℃。
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