CN109529529A - 一种挥发性有机化合物的模拟处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种挥发性有机化合物的模拟处理系统，处理系统用于在模拟实际工程工况条件下评估吸附材料的吸附及再生性能，处理系统包括气态VOCs发生装置、载气通入管道、混合装置、吸附塔、循环风机，吸附塔上开设有进气口和排气口，处理系统还包括第一浓度检测器、第二浓度检测器、气体加热装置，该处理系统具有第一使用状态和第二使用状态，即集吸附处理和脱附处理于一体。当吸附材料在第一使用状态下达到饱和吸附后，系统可立即切换至第二使用状态，其可以在不同的工况运行条件（流速、湿度、温度）下进行其能够模拟处理，最大限度的模拟各类废气治理工程条件，得到较优运行参数，减少企业在实际工程上调试费用。

Description

一种挥发性有机化合物的模拟处理系统
技术领域
本发明涉及一种挥发性有机化合物的模拟处理系统。
背景技术
目前，挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指在常温常压下，具有较高蒸汽压、易挥发的有机化合物，主要包括烷烃、烯烃、芳香烃以及各种含氧烃、氮烃、硫烃、卤代烃、低沸点多环芳烃等，是主要的大气污染物之一。研究表明，VOCs与氮氧化物在大气中经过一系列氧化、凝聚、核化等过程则形成了以PM2.5为主的大气污染物质。同时，大多数的VOCs具有很强的毒性和刺激性，对人体健康有较大危害，会损害肝脏和神经系统，部分VOCs还有致癌性、遗传中毒性。相对于传统的活性炭吸附材料，分子筛吸附材料具有如下特征：1、沸石为无机物，故为不可燃物质。2、沸石可耐受高温至1000°C，因此再生时可使用较高温度，可处理高沸点物质。3、疏水改性后的分子筛对水的亲和力低，具有较强的憎水性，尤其在相对湿度RH=60％时对比活性炭可看出差异。电子、半导体、印染、LED、锂电池等行业所产生的工业有机废气具有浓度低、风量大、组分复杂的特点，需针对具体工况条件选择合适的分子筛吸附材料。由于不同的工况运行条件（流速、湿度、温度等）均会影响到最终的处理效果，因此设计一套模拟工业有机废气处理系统装置尤为关键，尤其是帮助企业评估所选吸附材料的吸附和再生性能以及选择较优的运行参数，可减少企业在工程上前期的调试投资。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种挥发性有机化合物的模拟处理系统。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种挥发性有机化合物的模拟处理系统，处理系统用于在模拟实际工程工况条件下评估吸附材料的吸附及再生性能，处理系统包括气态VOCs发生装置、用于提供载气的载气通入管道、与气态VOCs发生装置和载气通入管道连通设置并用于将载气与气态VOCs进行混合的混合装置、用于对混合后的气体中的VOCs进行吸附去除的吸附塔、循环风机，吸附塔上开设有进气口和排气口，进气口上连接有进气管道，排气口上连接有排气管道，处理系统还包括设于进气管道上的第一浓度检测器、设于排气管道上的第二浓度检测器、与进气管道能够连通的气体加热装置，混合装置与进气管道能够连通的设置，处理系统具有吸附VOCs的第一使用状态和用于对吸附塔内VOCs进行脱附的第二使用状态，当进气管道与混合装置连通且气体加热装置与进气管道断开连接时，处理系统能够切换至第一使用状态，当进气管道与气体加热装置连通且混合装置与进气管道断开连接时，处理系统能够切换至第二使用状态。
在系统切换至第一使用状态时，通过吸附塔进气口和排气口的在第一浓度检测器和第二浓度检测器所示出的总VOCs浓度，可以计算得到在设定温度、流量及流速下系统的整体去除效率。当第二浓度检测器所示出的总VOCs浓度达到第一浓度检测器所示出的VOCs浓度10%时，关闭整个系统。在系统切换至第二使用状态时，先启动循环风机并调节空气流量至到设定流量，空气经过气体加热装置被加热至设定温度，然后进入装有吸附饱和的吸附材料的吸附塔中，使吸附材料中的VOCs受热脱附再生。当第二浓度检测器显示总VOCs浓度为零时，说明吸附材料再生完成，此时可关闭整个系统。
优选地，气态VOCs发生装置与混合装置通过VOCs通入管道连通设置，处理系统还包括设于VOCs通入管道上的第一流量控制器、设于载气通入管道的第二流量控制器。
优选地，气体加热装置通过热气管道与进气管道相连通，处理系统还包括设于热气管道上的第三流量控制器。
优选地，气态VOCs发生装置包括用于盛放液态VOCs的容器、用于对容器进行加热以使液态VOCs气化的加热组件。
优选地，加热组件包括水浴锅、设于水浴锅内周用于对水浴锅内的水进行加热的电加热套。通过对水浴锅内盛放的水进行加热，而水环抱在容器的外方周侧，从而可以受热的水可以对容器内的液态VOCs进行均匀加热，加热效果更好，从而调节VOCs化合物的饱和蒸气压。
优选地，处理系统还包括与排气管道连通的尾气处理装置，尾气处理装置内部填充可替换的活性炭蜂窝或活性炭颗粒或活性炭网板。脱附后的气体进入尾气处理箱，净化后排放到大气中。
优选地，处理系统还包括与进气管道和排气管道均连通的气相色谱仪，气相色谱仪与进气管道通过检测管道连通设置，检测管道上设置有第一阀门。该气相色谱仪采用六通阀进样，通过与标准图谱比对可在线监测残留VOCs化合物的种类与相对浓度。
优选地，进气管道上设置有第二阀门，排气管道上设置有第三阀门。
优选地，混合装置为文丘里管或SV型混合器或SH型混合器或SK型混合器。
优选地，吸附塔为固定床式吸附塔，其包括箱体、盖合在箱体上的箱盖、用于对箱体和箱盖进行密封的密封圈。箱体为不锈钢材质，形状为长方体，其中箱体两端为敞开设计，用于气体流通。箱体内部可填充一定量的吸附材料，密封圈为高温硅胶密封条，粘于箱体内壁，厚度约为3 mm。箱盖为不锈钢材质，形状为四方锥，尺寸为与箱体相对应；箱盖与箱体间通过四个不锈钢搭扣连接，以保证其气密性。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其可以在不同的工况运行条件（流速、湿度、温度）下进行其能够模拟处理，以全面验证吸附材料的吸附、脱付性能，最大限度的模拟各类废气治理工程条件，得到较优运行参数，减少企业在实际工程上调试费用；该处理系统具有第一使用状态和第二使用状态，即集吸附处理和脱附处理于一体。当吸附材料在第一使用状态下达到饱和吸附后，系统可立即切换至第二使用状态。当吸附饱和吸附材料完全脱附再生后，系统又可立即切换至第一使用状态下。如此往复循环，在两个状态间相互切换，一方面可以得到一组完整的吸附材料的吸附-再生数据，减少系统误差，另一方面可使操作更简便可行，减少装置的拆卸安装。
附图说明
图1为本发明的处理系统的整体结构示意图；
其中：10、容器；11、水浴锅；12、电加热套；2、混合装置；3、吸附塔；4、气体加热装置；5、气相色谱仪；6、尾气处理装置；100、循环风机；g1、进气管道；g2、排气管道；g3、VOCs通入管道；g4、载气通入管道；g5、热气管道；g6、检测管道；j1、第一浓度检测器；j2、第二浓度检测器；L1、第一流量控制器；L2、第二流量控制器；L3、第三流量控制器；f1、第一阀门；f2、第二阀门；f3、第三阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种挥发性有机化合物的模拟处理系统，处理系统用于在模拟实际工程工况条件下评估吸附材料的吸附及再生性能，处理系统包括气态VOCs发生装置、用于提供载气的载气通入管道g4、与气态VOCs发生装置和载气通入管道g4连通设置并用于将载气与气态VOCs进行混合的混合装置2（载气与气态VOCs在混合装置2中充分混合，形成模拟工业有机废气，混合装置2为文丘里管或SV型混合器或SH型混合器或SK型混合器）、用于对混合后的气体中的VOCs进行吸附去除的吸附塔3、循环风机100，吸附塔3上开设有进气口和排气口，进气口上连接有进气管道g1，排气口上连接有排气管道g2，处理系统还包括设于进气管道g1上的第一浓度检测器j1、设于排气管道g2上的第二浓度检测器j2、与进气管道g1能够连通的气体加热装置4（气体加热装置4为管式气体加热器，其内嵌不锈钢云母加热圈、热流道弹簧加热圈或石英加热管中的一种，可将空气气流加热至0~300 °C）、与排气管道g2连通的尾气处理装置6（该尾气处理装置6内部填充可替换的活性炭蜂窝或活性炭颗粒或活性炭网板），混合装置2与进气管道g1能够连通的设置，循环风机100设置在排气管道g2上，本例中，处理系统具有吸附VOCs的第一使用状态和用于对吸附塔3内VOCs进行脱附的第二使用状态，当进气管道g1与混合装置2连通且气体加热装置4与进气管道g1断开连接时，处理系统能够切换至第一使用状态，当进气管道g1与气体加热装置4连通且混合装置2与进气管道g1断开连接时，处理系统能够切换至第二使用状态。第一浓度检测器j1和第二浓度检测器j2的量程均为0~1000 ppm，精度均为0.01 ppm，均采用自由扩散式在线连续检测，用于检测吸附塔3进气口和排气口的VOCs化合物浓度。
在系统切换至第一使用状态时，通过吸附塔3进气口和排气口的在第一浓度检测器j1和第二浓度检测器j2所示出的总VOCs浓度，可以计算得到在设定温度、流量及流速下系统的整体去除效率。当第二浓度检测器j2所示出的总VOCs浓度达到第一浓度检测器j1所示出的VOCs浓度10%时，关闭整个系统。在系统切换至第二使用状态时，先启动循环风机100并调节空气流量至到设定流量，空气经过气体加热装置4被加热至设定温度，然后进入装有吸附饱和的吸附材料的吸附塔3中，使吸附材料中的VOCs受热脱附再生。当第二浓度检测器j2显示总VOCs浓度为零时，说明吸附材料再生完成，此时可关闭整个系统。
具体地，气态VOCs发生装置与混合装置2通过VOCs通入管道g3连通设置，处理系统还包括设于VOCs通入管道g3上的第一流量控制器L1、设于载气通入管道g4的第二流量控制器L2。气体加热装置4通过热气管道g5与进气管道g1相连通，处理系统还包括设于热气管道g5上的第三流量控制器L3。各流量控制器均包括电磁阀和电子流量检测器，且各流量控制器可使气体流量在0~100 m3/h范围内可控调节。
气态VOCs发生装置包括用于盛放液态VOCs的容器10、用于对容器10进行加热以使液态VOCs气化的加热组件。该加热组件包括水浴锅11、设于水浴锅11内周用于对水浴锅11内的水进行加热的电加热套12。通过对水浴锅11内盛放的水进行加热，而水环抱在容器10的外方周侧，从而可以受热的水可以对容器10内的液态VOCs进行均匀加热，加热效果更好，从而调节VOCs化合物的饱和蒸气压。本例中，水浴锅11内盛放有约1/2体积的水。此外，加热组件还包括有用于对电加热套12的加热进行控制的温控设备（含温控探头），运行功率由温控设备控制调节，通过调节电加热套12的运行功率可使水温在室温（约25°C）至沸腾（约100°C）内调节。盛放液态VOCs有机物的容器10为玻璃烧杯、不锈钢桶或塑料桶中的一种，里面盛放定量模拟VOCs化合物的液体，通常为甲苯、二甲苯、乙苯、丙酮、异丙醇中的一种或多种混合。
进一步地，处理系统还包括与进气管道g1和排气管道g2均连通的气相色谱仪5，气相色谱仪5与进气管道g1通过检测管道g6连通设置，检测管道g6上设置有第一阀门f1，进气管道g1上设置有第二阀门f2，排气管道g2上设置有第三阀门f3。该气相色谱仪5采用六通阀进样，通过与标准图谱比对可在线监测残留VOCs化合物的种类与相对浓度。
本例中，吸附塔3为固定床式吸附塔3，其包括箱体、盖合在箱体上的箱盖、用于对箱体和箱盖进行密封的密封圈。箱体为不锈钢材质，形状为长方体，其中箱体两端为敞开设计，用于气体流通。箱体内部可填充一定量的吸附材料，密封圈为高温硅胶密封条，粘于箱体内壁，厚度约为3 mm。箱盖为不锈钢材质，形状为四方锥，尺寸为与箱体相对应；箱盖与箱体间通过四个不锈钢搭扣连接，以保证其气密性；本例中，箱体内部可填充一定量分子筛蜂窝、分子筛球体或分子筛纤维中的一种，所用分子筛为FAU、MFI、MOR、MWW或LTA分子筛中的一种或多种。
以下列出本发明的挥发性有机化合物的模拟处理系统的在第一使用状态（吸附）下的两种具体使用情况和在第二使用状态（脱附）下的一种具体使用情况：
第一使用状态（一）：①开启气态VOCs发生装置中的电加热套12并调节功率，使水浴锅11中的水达到40°C。向盛放液态VOCs的容器10倒入约1/4体积的甲苯液体。②启动循环风机100，调节第二流量控制器L2使载气流量为18 m3/h。混合装置2为文丘里管。载气与甲苯气体在文丘里管中充分混合，形成模拟工业有机废气。第一浓度检测器j1所显示该有机废气甲苯含量为200 ppm。③固定床式吸附塔3选型为100 mm × 100 mm × 600 mm的长方体箱体，其内吸附材料为100 mm × 100 mm × 100 mm的分子筛蜂窝六块，以堆叠方式填充在吸附塔3的箱体中，分子筛蜂窝与箱体内壁间嵌有高温硅胶密封条。所用分子筛为FAU/MFI分子筛混合，其比例为FAU/MFI=1/3。④模拟工业有机废气流经固定床式吸附塔3时，计算流速为0.5 m/s。废气中的甲苯组分被填充吸附塔3中的分子筛蜂窝吸附。第二浓度检测器j2显示出气口甲苯浓度为5 ppm。计算可得在流量为18 m3/h、流速为0.5 m/s、温度为室温（约20°C）、起始甲苯总浓度为200 ppm的运行参数下，系统对甲苯的综合去除率为97.5%。⑤系统在该设定参数下运行12个小时候后，当第二浓度检测器j2显示的甲苯浓度开始缓慢升高且第二浓度检测器j2的示数达到20 ppm时，表示所用分子筛蜂窝已吸附饱和，关闭整个系统。
第一使用状态（二）：①开启气态VOCs发生装置中的电加热套12并调节功率，使水浴锅11中的水达到50°C，向盛放液态VOCs的容器10中倒入约1/4体积的甲苯/二甲苯/丙酮混合物，其比例约为甲苯/二甲苯/丙酮=2/3/1。②启动循环风机100，调节第二流量控制器L2使载气流量为36 m3/h。混合装置2为文丘里管，载气与甲苯/二甲苯/丙酮混合气体在文丘里管中充分混合，形成模拟工业有机废气。经第一浓度检测器j1所显示该有机废气总甲苯/二甲苯/丙酮含量为300 ppm。③固定床式吸附塔3选型为100 mm × 100 mm × 600 mm的长方体箱体，其内吸附材料为分子筛球体，以堆积方式填充在吸附塔3的箱体中，分子筛球体与箱体内壁间嵌有高温硅胶密封条。所用分子筛为MFI/MOR/MWW分子筛混合，其比例为MFI/MOR/MWW=3/2/1。④模拟工业有机废气流经固定床式吸附塔3时，计算流速为1 m/s。废气中的甲苯/二甲苯/丙酮组分被填充吸附塔3中的分子筛球体吸附。第二浓度检测器j2显示出气口甲苯浓度为7 ppm。计算可得在流量为36 m3/h、流速为1 m/s、温度为室温（约20°C）、起始甲苯/二甲苯/丙酮总浓度为300 ppm的运行参数下，系统对甲苯/二甲苯/丙酮的综合去除率为97.67%。⑤系统在该设定参数下运行8个小时候后，当第二浓度检测器j2显示的甲苯/二甲苯/丙酮混合物浓度开始缓慢升高且第二浓度检测器j2的示数达到30 ppm时，表示所用分子筛球体已吸附饱和，关闭整个系统。
第二使用状态：①启动循环风机100，将空气引入至气体加热装置4中，通过调节第三流量控制器L3使脱附空气流量为5 m3/h。开启气体加热装置4并将再生空气温度设定为150°C。
②加热的再生气体流经固定床式吸附塔3时，其中吸附饱和的分子筛蜂窝受热发生脱附再生。第二浓度检测器j2的示数逐步升高，约40分钟后达到最高值897 ppm，随后在850 ppm处上下波动。约1.5小时后第二浓度检测器j242的示数达到零，表明该分子筛蜂窝已完全脱附再生，此时关闭整个系统即可。
综上所述，本发明的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其可以在不同的工况运行条件（流速、湿度、温度）下进行其能够模拟处理，以全面验证吸附材料的吸附、脱付性能；该处理系统具有第一使用状态和第二使用状态，即集吸附处理和脱附处理于一体。当吸附材料在第一使用状态下达到饱和吸附后，系统可立即切换至第二使用状态。当吸附饱和吸附材料完全脱附再生后，系统又可立即切换至第一使用状态下。如此往复循环，在两个状态间相互切换，一方面可以得到一组完整的吸附材料的吸附-再生数据，减少系统误差，另一方面可使操作更简便可行，减少装置的拆卸安装。
此外，作为一套VOCs模拟处理系统，本发明处理系统拥有多个可调参数。针对实际工业有机废气治理工程的不同工况条件，该发明装置可对应的调节废气的流量、流速及所含VOCs化合物的浓度、组分等，最大限度的模拟各类废气治理工程条件，得到较优运行参数，减少企业在实际工程上调试费用。
固定床式吸附塔采用高温硅胶密封条加不锈钢搭扣双重密封方式，可保证箱体的气密性良好。箱体内可根据实际工程需要填装各类不同形貌吸附材料，如蜂窝状、颗粒状、纤维纸、板层状等等，应用范围广。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述处理系统用于在模拟实际工程工况条件下评估吸附材料的吸附及再生性能，所述处理系统包括气态VOCs发生装置、用于提供载气的载气通入管道、与所述气态VOCs发生装置和载气通入管道连通设置并用于将载气与气态VOCs进行混合的混合装置、用于对混合后的气体中的VOCs进行吸附去除的吸附塔、循环风机，所述吸附塔上开设有进气口和排气口，所述进气口上连接有进气管道，所述排气口上连接有排气管道，所述处理系统还包括设于所述进气管道上的第一浓度检测器、设于所述排气管道上的第二浓度检测器、与所述进气管道能够连通的气体加热装置，所述混合装置与所述进气管道能够连通的设置，所述处理系统具有吸附VOCs的第一使用状态和用于对吸附塔内VOCs进行脱附的第二使用状态，当所述进气管道与混合装置连通且所述气体加热装置与所述进气管道断开连接时，所述处理系统能够切换至第一使用状态，当所述进气管道与气体加热装置连通且所述混合装置与所述进气管道断开连接时，所述处理系统能够切换至第二使用状态。
2.根据权利要求1所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述气态VOCs发生装置与所述混合装置通过VOCs通入管道连通设置，所述处理系统还包括设于所述VOCs通入管道上的第一流量控制器、设于所述载气通入管道的第二流量控制器。
3.根据权利要求2所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述气体加热装置通过热气管道与所述进气管道相连通，所述处理系统还包括设于所述热气管道上的第三流量控制器。
4.根据权利要求1所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述气态VOCs发生装置包括用于盛放液态VOCs的容器、用于对所述容器进行加热以使液态VOCs气化的加热组件。
5.根据权利要求4所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述加热组件包括水浴锅、设于所述水浴锅内周用于对所述水浴锅内的水进行加热的电加热套。
6.根据权利要求1所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括与所述排气管道连通的尾气处理装置，所述尾气处理装置内部填充可替换的活性炭蜂窝或活性炭颗粒或活性炭网板。
7.根据权利要求1所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括与所述进气管道和排气管道均连通的气相色谱仪，所述气相色谱仪与所述进气管道通过检测管道连通设置，所述检测管道上设置有第一阀门。
8.根据权利要求7所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述进气管道上设置有第二阀门，所述排气管道上设置有第三阀门。
9.根据权利要求1所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述混合装置为文丘里管或SV型混合器或SH型混合器或SK型混合器。
10.根据权利要求1所述的挥发性有机化合物的模拟处理系统，其特征在于：所述吸附塔为固定床式吸附塔，其包括箱体、盖合在所述箱体上的箱盖、用于对所述箱体和箱盖进行密封的密封圈。
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