CN109745823B - 一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺。其特征是：启动供料系统向竖道供料，吸附剂在重力的作用下自上而下在竖道内连续移动，注风集箱将火道的排放的尾气回用吹扫竖道内的吸附剂，再与脱附的VOCs废气混合通过脱附室底部篦子砖送往热解室氧化热解，高温烟气经集烟道送往热解室与脱附的VOCs废气混合，在这里高温烟气中的过量氧气将其氧化热解，其尾气流入排烟集箱，排放的尾气经注风集箱收集回用重新输入竖道，回流比设计为1:10；布风板将经VOCs废气环保净化设施处理后的排放尾气引入，尾气经相邻篦床排片的间隙流入吹扫冷却摊铺到链传动篦床排上的吸附剂，迅速与吸附剂颗粒完成传质传热的过程，然后再经窑箱的排烟口排放。

Description

一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺。

背景技术

工业排放的气态污染物是大气环境污染物的主要来源，其中挥发性有机化合物废气(VOCs)是对环境都具有严重危害作用的气态污染物，同时也是影响工作场所中操作人员的健康的职业病危害因素的来源，它广泛来源于油漆、涂料、涂装、润滑油、橡胶等化学工业。由于其对人体和自然环境的巨大破坏作用，国家出台了相关法律法规对其治理和排放进行严格控制。有机废气治理技术目前常用的处理方法有燃烧法、化学氧化法、化学吸收法、吸附法、生物法等。由于实际生产过程中排放的VOCs废气均为低浓度的气态污染物，常采用吸附法进行治理，但是吸附剂吸附VOCs饱和后，成为固体废弃污染物，通常的做法将其再生。中国发明专利（专利申请号为201210077796.1，专利名称为一种用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯）公开了一种用于大风量VOCs废气治理的电热式净化滤芯，包括围护结构和其内部装填的吸附床层，其特征在于：所述的电热式净化滤芯外观为进风面、出风面平行的箱式多面体结构，进风面、出风面为一层或多层的多孔筛板或筛网，所述的围护结构包括密封部分和上述的进风面、出风面；吸附床层由活性炭网眼布或多孔活性炭纤维布通过平面压紧叠加而成，吸附床层任意两个相对端面或与之接近位置设有电极A和电极B，可对吸附床层通入电流，吸附床层中设有电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度；或者，所述的电热式净化滤芯外观为圆柱体，围护结构由内筒体、端盖和外筒体组成，内筒体和外筒体分别为进风面和出风面，内筒体是一端封闭的中空多孔圆柱体，其上紧密缠绕活性炭网眼布或多孔活性炭纤维布形成吸附床层，外筒体由一层或多层网状或多孔材料制成，以端盖为电极或在吸附床层上下端面或与之接近位置设置电极A和电极B，可对吸附床层通入电流，吸附床层中设置电偶，在电热升温过程中测试吸附床层的温度；所述的活性炭网眼布网眼形状为圆形、椭圆形或多边形，纵向任意相邻的两个孔的内径大于其孔壁，采用纵向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或横向上任意相邻的两个孔的内径大于其孔壁，采用横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；所述的多孔活性炭纤维布，孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，纵向任意相邻的两个孔的内径大于其孔间距，采用纵向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或横向上任意相邻的两个孔的内径大于其孔间距，采用横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或者，所述的多孔活性炭纤维布，孔的形状为长条形、X形、十字形、新月形、弧形、L形中的一种或多种，沿纵向成行循环出现，任意一孔与其相邻行中位置最接近的孔在纵横两个方向上的投影都有重合，采用纵向或横向紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层；或仅在横向上的投影有重合，且孔在横向上的投影长度大于横向相邻两孔间在纵向上的投影距离，或仅在纵向上的投影有重合，且孔在纵向上的投影长度大于纵向相邻两孔间在横向上的投影距离，采用纵向和横向交替紧密缠绕或平面压紧叠加的方式形成吸附床层。中国发明专利（专利申请号为201510779318.9，专利名称为一种复合式VOCs吸附浓缩转轮及其使用方法）公开了一种复合式VOCs吸附浓缩转轮及其使用方法，其特征在于：它是由分子筛转轮和蜂窝活性炭转轮同轴、同直径对接而成的，所述蜂窝活性炭转轮位于VOCs进口侧，每个转轮上布设有吸附区、脱附区和冷却区，在两个转轮的对接处设置有隔离环，所述隔离环用于将两个转轮的吸附区、脱附区和冷却区隔开，并重新布风、降低风阻；所述分子筛转轮是通过喷涂、淋洗或浸渍的方式将VOCs吸附剂附着在蜂窝状的转轮体上得到的。

现有技术一针对大风量VOCs废气治理实际问题提出围护结构和进风面、出风面为一层或多层的多孔筛板或筛网装填的吸附床层的电热式净化滤芯技术解决方案，但是在吸附VOCs废气饱和后在正常生产中如何更换电热式净化滤芯没有提出解决方案；现有技术二针对VOCs废气治理实际问题提出采用分子筛转轮和蜂窝活性炭转轮对VOCs废气吸附、脱附、浓缩、燃烧的技术解决方案，采用机械转轮的办法来解决VOCs废气吸附饱和后重新更换吸附剂的技术方案无疑是可行的，但是转轮这类动设备必须要解决密封问题，特别是转轮更换过程中连续生产条件下VOCs废气因密封失效泄漏的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺，其特征是：

步骤一，脱附热解炉的火道和竖道比邻筑砌，中间隔断拱券将脱附热解炉体分为上下两区，即上区脱附热解区，下区蓄热区，将火道分为上下两室即热解室、蓄热室，将竖道分为上下两室即脱附室、密封室, 热解室填充高铝球填料，高铝球填料颗粒直径20～25mm，通过供料系统向脱附热解炉体中的竖道输送待脱附的吸附剂，吸附剂颗粒应能从竖道及料腿顺利下落并确保高温烟气没有从料腿底部窜出并顺利通过篦子砖经热解室流入排烟集箱，高温烟气自集烟道进入加热脱附热解炉体并保持其温度在260～280℃，调整高温烟气的过量空气系数，使其氧含量不低于14%，调整链传动篦床的链轮转速，使吸附剂颗粒能均匀的摊铺到链传动篦床排上，厚度不超过10mm。

步骤二，供料系统正常运行向竖道供料，吸附剂在重力的作用下自上而下在竖道内连续移动，在脱附室内受热逸出VOCs废气，注风集箱将热解室的排放的尾气回用，注风集箱为正压状态，压力为100～150Pa，尾气吹扫脱附室内的吸附剂，再与脱附的VOCs废气混合通过脱附室底部篦子砖送往热解室氧化热解，高温烟气经集烟道送往热解室与脱附的VOCs废气混合，在这里高温烟气中的过量氧气将其氧化热解，其尾气流入排烟集箱，排烟集箱为负压状态，压力为-100～150Pa，再经余热回收后向烟囱排放, 排放的尾气经注风集箱收集回用重新输入竖道，回流比设计为1:10。

步骤三，脱附后的吸附剂在重力的作用下连续移动经料腿均匀摊铺到链传动篦床排上，此时吸附剂温度高于250℃，布风板将经VOCs废气环保净化设施处理后的排放尾气引入，尾气中的VOCs污染物已被吸附净化，对于脱附后的吸附剂来说，是优良的惰性气体，对吸附剂的活化再生没有影响，保证了吸附效率，尾气的温度与环境温度相当，是优良的冷却剂，尾气经相邻篦床排片的间隙流入吹扫冷却摊铺到链传动篦床排上的吸附剂，迅速与吸附剂颗粒完成传质传热的过程，然后再经窑箱的排烟口排放。

发明人发现，吸附剂是VOCs废气吸附分离过程得以实现的基础，目前在VOCs废气吸附分离领域常用的吸附剂主要有分子筛类、活性炭类、硅铝胶类、碳分子类等。在实际使用过程中，活性炭因为具有如下特点而被优先使用：其一它是用于完成分离与净化过程中唯一不需要预先除去湿气的工业吸附剂；其二它具有极大的内表面，活性炭比其他吸附剂能吸附更多的非极性和弱极性的有机分子；其三活性炭的吸附热或键的强度通常比其他吸附剂低，因而对被吸附分子的解析较为容易，吸附剂再生时的能耗也较低。上述油漆、涂料、涂装、润滑油、橡胶等化学工业产生VOCs废气通常湿度较高，其典型污染物如苯、对二甲苯、四氯化碳为非极性和弱极性的有机分子，须采用活性炭对其吸附净化。

发明人发现，VOCs废气经过活性炭吸附剂吸附至饱和后一般采用加热的方法脱附再生，通常不能通过与高温烟气直接接触的方式再生，因为吸附了VOCs废气的活性炭着火点较低，活性炭极易被氧化（燃烧），需要采用间接加热的方式实现活性炭脱附，在脱附热解炉内，脱附的VOCs废气被引出与高温烟气混合，VOCs废气中的污染物组分即有机分子被氧化（燃烧），生成对环境无害的CO₂、H₂O；活性炭移动到链传动篦床，将经VOCs废气环保净化设施处理后排放尾气回用，用尾气对活性炭吹扫冷却，从而实现活性炭吸附剂脱附再生。

发明人发现，挥发性有机化合物(VOCs)一般指的是熔点低于室温而沸点在50～250℃之间的挥发性有机化合物，也就是说吸附剂的脱附温度应大于250℃，脱附后吸附剂必须进行冷却达到室温，从而完成脱附再生的过程，将经VOCs废气环保净化设施处理后排放尾气回用作为冷却剂，无疑使尾气获得高值利用且较为经济。

发明人发现，VOCs废气吸附剂脱附热解炉设计有火道和竖道，火道供高温烟气流通，竖道供吸附剂移动下落，火道和竖道比邻筑砌。中间隔断拱券将脱附热解炉体分为上下两区，即上区脱附热解区，下区蓄热区。相应火道也分为上下两室，下室为蓄热室，负责将集烟道的高温烟气引入送往上室，上室为热解室，堆积高铝球颗粒，在这里高温烟气与通过热解室底部篦子砖引入的脱附的VOCs废气混合，高温烟气中的过量氧气将其氧化热解，其尾气流入排烟集箱，尾气经余热回收后向烟囱排放；同理相应竖道也分为上下两室，下室为密封室，作用是防止脱附的VOCs废气从竖道底部窜出，上室为脱附室，与供料系统连接，吸附剂在重力的作用下自上而下在竖道内连续移动，供料系统包括储罐、注风集箱，注风集箱将火道的排放的尾气引入吹扫吸附剂，再与脱附的VOCs废气混合通过脱附室底部篦子砖送往热解室氧化热解。

发明人发现，吸附了VOCs废气的活性炭着火点较低，活性炭极易被氧化（燃烧），需要采用间接加热的方式实现活性炭脱附，在脱附热解炉内，火道和竖道比邻筑砌，高温烟气流经火道，实现了对竖道的活性炭加热，脱附后的VOCs废气通过脱附室底部篦子砖送往热解室氧化热解，而吹扫的气流来自火道的排放的尾气，而火道的排放的尾气为氧量较低的惰性气体，从而保证了活性炭不被氧化而保持活性，火道的排放的尾气的回用减少污染物排放的同时也实现了高值利用。

发明人发现，经加热脱附后的吸附剂必须进行冷却达到室温，释放吸附热，方能完成脱附再生的过程，冷却气流来自经VOCs废气环保净化设施处理后排放尾气，选择VOCs废气环保净化设施处理后的排放尾气回用主要缘故有：其一，该尾气经VOCs废气环保净化设施处理后向环境排放，其中的VOCs污染物已被吸附净化，对于脱附后的吸附剂来说，是优良的惰性气体，对吸附剂的活化再生没有影响，保证了吸附效率；其二，尾气的温度与环境温度相当，是优良的冷却剂。上述两个特点使得尾气能够与加热脱附后的吸附剂直接接触充分传质传热。

发明人发现，由于吸附剂需要承受气流的冲刷和温度压力的变化，需要较高的强度和耐磨性，设计冷却活化的装置应尽可能避免吸附剂颗粒相互碰撞摩擦达到防止其破碎的目的，链传动篦床应是能够解决现有技术问题的方案之一。链传动篦床设计有料腿、链传动篦床体。脱附后的吸附剂在重力的作用下连续移动经料腿均匀摊铺到链传动篦床排上，同时吸附剂作为料腿中的填料起密封的作用，防止脱附后的VOCs废气污染物从料腿窜出。链传动篦床体设计有窑箱、链传动篦床排，所述窑箱设计有排烟口，链传动篦床排包括链轮、链条、篦床排、布风板，篦床排包括横销、篦床排片，篦床排片逐片穿过横销排列成串，前后篦床排片通过横销交错对应连接形成篦床排，横销的两端固结在链条上，链轮驱动链条转动从而带动篦床排移动。布风板将经VOCs废气环保净化设施处理后的排放尾气引入，经相邻篦床排片的间隙送入窑箱内，吹扫冷却摊铺到链传动篦床排上的吸附剂，再经排烟口排放。

相对于现有技术，本发明至少含有以下优点：第一，挥发性有机化合物(VOCs)一般指的是熔点低于室温而沸点在50～250℃之间的挥发性有机化合物，也就是说吸附剂的脱附温度应大于250℃，脱附后吸附剂必须进行冷却达到室温，从而完成脱附再生的过程，将经VOCs废气环保净化设施处理后排放尾气回用作为冷却剂，无疑使尾气获得高值利用且较为经济；第二，吸附了VOCs废气的活性炭着火点较低，活性炭极易被氧化（燃烧），需要采用间接加热的方式实现活性炭脱附，在脱附热解炉内，火道和竖道比邻筑砌，高温烟气流经火道，实现了对竖道的活性炭加热，脱附后的VOCs废气通过脱附室底部篦子砖送往热解室氧化热解，而吹扫的气流来自火道的排放的尾气，而火道的排放的尾气为氧量较低的惰性气体，从而保证了活性炭不被氧化而保持活性，火道的排放的尾气的回用减少污染物排放的同时也实现了高值利用；第三，经加热脱附后的吸附剂必须进行冷却达到室温，释放吸附热，方能完成脱附再生的过程，冷却气流来自经VOCs废气环保净化设施处理后排放尾气，选择VOCs废气环保净化设施处理后的排放尾气回用主要缘故有：其一，该尾气经VOCs废气环保净化设施处理后向环境排放，其中的VOCs污染物已被吸附净化，对于脱附后的吸附剂来说，是优良的惰性气体，对吸附剂的活化再生没有影响，保证了吸附效率；其二，尾气的温度与环境温度相当，是优良的冷却剂。上述两个特点使得尾气能够与加热脱附后的吸附剂直接接触充分传质传热。

附图说明

图1为本发明一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺的主视结构示意图。

图2为本发明一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺的A-A剖面布置结构示意图。

图3为本发明一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺的B局部放大结构示意图。

图4为本发明一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺的C局部放大结构示意图。

图5为本发明一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺的D局部放大结构示意图。

Ⅰ－脱附热解炉 Ⅱ－链传动篦床

1－供料系统 2－储罐 3－注风集箱 4－排烟集箱

5－脱附热解炉体 6－竖道 7－火道 8－篦子砖 9－中间隔断拱券

10－集烟道 11－热解室 12－脱附室 13－蓄热室 14－密封室

15－料腿 16－链传动篦床体 17－排烟口 18－窑箱 19－链条

20－布风板 21－链轮 22－链传动篦床排 23－篦床排片 24－横销

25－篦床排。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺，其特征是：

步骤一，脱附热解炉Ⅰ的火道7和竖道6比邻筑砌，中间隔断拱券9将脱附热解炉体5分为上下两区，即上区脱附热解区，下区蓄热区，将火道7分为上下两室即热解室11、蓄热室13，将竖道6分为上下两室即脱附室12、密封室14, 热解室11填充高铝球填料，高铝球填料颗粒直径20～25mm，通过供料系统1向脱附热解炉体5中的竖道6输送待脱附的吸附剂，吸附剂颗粒应能从竖道6及料腿15顺利下落并确保高温烟气没有从料腿15底部窜出并顺利通过篦子砖8经热解室11流入排烟集箱4，高温烟气自集烟道10进入加热脱附热解炉体5并保持其温度在260～280℃，调整高温烟气的过量空气系数，使其氧含量不低于14%，调整链传动篦床Ⅱ的链轮21转速，使吸附剂颗粒能均匀的摊铺到链传动篦床排22上，厚度不超过10mm。

步骤二，供料系统1正常运行向竖道6供料，吸附剂在重力的作用下自上而下在竖道6内连续移动，在脱附室12内受热逸出VOCs废气，注风集箱3将热解室11的排放的尾气回用，注风集箱3为正压状态，压力为100～150Pa，尾气吹扫脱附室12内的吸附剂，再与脱附的VOCs废气混合通过脱附室12底部篦子砖8送往热解室11氧化热解，高温烟气经集烟道10送往热解室11与脱附的VOCs废气混合，在这里高温烟气中的过量氧气将其氧化热解，其尾气流入排烟集箱4，排烟集箱4为负压状态，压力为-100～150Pa，再经余热回收后向烟囱排放,排放的尾气经注风集箱3收集回用重新输入竖道6，回流比设计为1:10。

步骤三，脱附后的吸附剂在重力的作用下连续移动经料腿15均匀摊铺到链传动篦床排22上，此时吸附剂温度高于250℃，布风板20将经VOCs废气环保净化设施处理后的排放尾气引入，尾气中的VOCs污染物已被吸附净化，对于脱附后的吸附剂来说，是优良的惰性气体，对吸附剂的活化再生没有影响，保证了吸附效率，尾气的温度与环境温度相当，是优良的冷却剂，尾气经相邻篦床排片23的间隙流入吹扫冷却摊铺到链传动篦床排22上的吸附剂，迅速与吸附剂颗粒完成传质传热的过程，然后再经窑箱18的排烟口17排放。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺，其特征是：步骤一，脱附热解炉的火道和竖道比邻筑砌，中间隔断拱券将脱附热解炉体分为上下两区，即上区脱附热解区，下区蓄热区，将火道分为上下两室即热解室、蓄热室，将竖道分为上下两室即脱附室、密封室, 热解室填充高铝球填料，高铝球填料颗粒直径20～25mm，通过供料系统向脱附热解炉体中的竖道输送待脱附的吸附剂，吸附剂颗粒应能从竖道及料腿顺利下落并确保高温烟气没有从料腿底部窜出并顺利通过篦子砖经热解室流入排烟集箱，调整链传动篦床的链轮转速，使吸附剂颗粒能均匀的摊铺到链传动篦床排上，厚度不超过10mm；步骤二，供料系统正常运行向竖道供料，吸附剂在重力的作用下自上而下在竖道内连续移动，在脱附室内受热逸出VOCs废气，注风集箱将热解室的排放的尾气回用，尾气吹扫脱附室内的吸附剂，再与脱附的VOCs废气混合通过脱附室底部篦子砖送往热解室氧化热解，高温烟气经集烟道送往热解室与脱附的VOCs废气混合，在这里高温烟气中的过量氧气将其氧化热解，其尾气流入排烟集箱，再经余热回收后向烟囱排放；吸附了VOCs废气的活性炭着火点较低，活性炭极易被氧化，需要采用间接加热的方式实现活性炭脱附，在脱附热解炉内，火道和竖道比邻筑砌，高温烟气流经火道，实现了对竖道的活性炭加热，脱附后的VOCs废气通过脱附室底部篦子砖送往热解室氧化热解，而吹扫的气流来自火道的排放的尾气，而火道的排放的尾气为氧量较低的惰性气体，从而保证了活性炭不被氧化而保持活性，火道的排放的尾气的回用减少污染物排放的同时也实现了高值利用；步骤三，脱附后的吸附剂在重力的作用下连续移动经料腿均匀摊铺到链传动篦床排上，此时吸附剂温度高于250℃，布风板将经VOCs废气环保净化设施处理后的排放尾气引入，尾气中的VOCs污染物已被吸附净化，对于脱附后的吸附剂来说，是优良的惰性气体，对吸附剂的活化再生没有影响，保证了吸附效率，尾气的温度与环境温度相当，是优良的冷却剂，尾气经相邻篦床排片的间隙流入吹扫冷却摊铺到链传动篦床排上的吸附剂，迅速与吸附剂颗粒完成传质传热的过程，然后再经窑箱的排烟口排放。

2.根据权利要求1所述的一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺，其特征是：注风集箱为正压状态，压力为100～150Pa。

3.根据权利要求1所述的一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺，其特征是：高温烟气自集烟道进入加热脱附热解炉体并保持其温度在260～280℃，调整高温烟气的过量空气系数，使其氧含量不低于14%。

4.根据权利要求1所述的一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺，其特征是：排烟集箱为负压状态，压力为-100～150Pa。

5.根据权利要求1所述的一种VOCs废气吸附剂脱附热解工艺，其特征是：排放的尾气经注风集箱收集回用重新输入竖道，回流比设计为1:10。

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