CN110772942A - 一种工厂挥发性有机化合物消除装置制造方法及应用 - Google Patents
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Abstract
一种工厂挥发性有机化合物气体消除装置，该设备属于治理大气污染的环境保护领域。该装置由以下几部分构成：太阳能电板、蓄电池、空气吸附过滤器、空气燃烧干燥器、空压机、分子筛氧气富集器、高压放电氧化器、可编程控制器、控制阀等。工厂及大气中有害或者刺激性挥发性有机化合物气体经过该装置处理后，要么被吸附去除，要么别燃烧去除，要么被分解成CO2和H2O等，净化空气，保护环境，保障人体健康。
Description
技术领域
本发明属于大气污染治理的环境保护技术领域，尤其涉及一种工厂挥发性有机化合物气体清除装置的构造。
背景技术
化工厂车间和厂区、油漆生产车间、汽修厂装修车间等经常弥漫和充斥着多种挥发性有机化合物气体分子，污染环境，对人体和植物造成伤害，随风漂移到居民区会造成各种人体疾病，必须及时清除和处理。
对于车间工厂有机废气、化工车间异味的治理目前使用的主要有以下几种方法：(1)活性炭吸附，(2)低温等离子，(3)光催化氧化，(4)燃烧法，包括催化燃烧、焚烧炉及RTO、RCO废气焚烧，(5)吸收法。
吸收法是将排出的有机废气与吸收剂接触，或采取喷淋，或采取逆流在吸收塔内完成，所用的吸收液有柴油、DOP等高沸点溶剂，也可用添加助溶剂、凝聚剂、活性剂的水，它适合中高浓度(2000mg/m3以上)和中小排风量(10000m3/h以下)的治理，对低浓度、大风量有机废气治理效率低，最大的问题是吸收液的后处理麻烦，并会带来二次污染和二次治理的问题。
活性炭吸附是应用活性炭异常发达的孔隙结构对有机废气进行吸附净化，尤其对低浓度有机废气的吸附，是最有效的方法，对有机烃类的吸附可达ppm级，吸附后的有机物用水蒸气进行脱附，冷凝回收。它最适合于处理的是高浓度(1500mg/m3以下)单组份有机物的回收，对于多组份及易溶于水的溶剂有后续精馏的问题(如回收的多组份有机溶剂混合不能直接使用)。根据处理要求的不同，可做到尾气达标排放。一般情况下可在一年内回收投资。
焚烧法包括热力焚烧和催化燃烧两种，热力焚烧是用燃料(油或气)助燃于600℃以上将有机物烧掉。该方法适合于高浓度并稳定排放的有机废气治理，如果浓度排放不稳定，有时会熄火。排放的浓度低时耗能巨大。
催化燃烧法则是将有机物在催化剂的作用下，于300～400℃下将有机物转化成CO2和H2O而排放到环境中去。它的优点是反应温度低，有机物在催化剂上转化率达到90％的温度一般低于是350℃。催化燃烧法一般适合于小风量(5000mg/m3以下)、高浓度(3000mg/m3以上)且要稳定排放的有机废气的治理。高浓度有机物的反应热可用于维持催化反应所需要的反应温度，而稳定排放有利于延长催化剂的寿命和易于控制反应正常进行。对于低浓度、大风量有机废气的治理，需要结合活性炭吸附脱附装置，将低浓度废气进行吸附富集，当接近饱和后对活性炭进行加热脱附处理，这样就将大风量、低浓度的气体转变为了小风量、高浓度的气体，达到催化燃烧气体的要求。这也就是下面要说的吸附浓缩-催化燃烧法。
化工有机废气直接燃烧装置，适用于石油化工等行业散发的有害气体净化。对有机废气中含水溶性或粘性物质及高分子物质的气体净化更显示出其优点。满足环保和劳动保护要求，同时增加换热设备，达到余热回用、节省能源的目的。有机废气直接燃烧装置适用于处理高温、小风量、中高浓度的有机废气，可处理的有机溶剂种类包括苯类、酮类、酯类、醇类、醛类、醚类、烷类及其混合类。化工有机废气直接燃烧装置可广泛用于汽车、家电、钢结构、塑料等行业烤漆烘干线的有机废气净化。化工有机废气直接燃烧装置组成及控制：第一部分：催化燃烧系统。主要由催化燃烧床(由电加热室、催化室和热交换器组成)、阻火器、温度探测器和相应的电动阀门、保温管道组成。主要功能是利用催化燃烧床中电加热器来加热生产线产生的废气，使其中的有机废气在催化剂的作用下于280～300℃左右转化为CO2和H2O并释放出大量热量。热量通过热交换器对热量再利用。第二部分：控制系统。主要由PLC电控柜、温度显示仪表、电动阀门执行器及面板模拟流程图等组成，功能是：控制工作过程中管道中有关阀门的开关。按工艺条件的要求，控制电加热器启动和停止，控制和指示催化床加热温度、反应温度、气流进口温度和气流出口温度，设备运行过程中异常情况的报警和自动停机。与总控制系统互给信号，实现互动连接。
吸附浓缩-催化燃烧法是将活性炭吸附回收和催化燃烧法有机地结合起来的一种方法，取其优点，弃其不足。其具体的工作流程是将排放的有机废气通过吸附床，不管浓度高低，有机废气都可被吸附剂有效地吸附，当吸附的有机物达到规定的吸附量时，则停止使用，并进行脱附再生。为保证净化过程连续进行，设两个吸附床，交替使用。脱附下来的高浓度有机气体引入催化床进行催化燃烧。也俗称浓缩转轮催化燃烧。催化反应产生的热空气部分用来对吸附床进行脱附，脱附下来的有机物引入催化床，在催化剂上于300～350℃进行催化氧化，使其变成H2O和CO2排向大气。其中脱附下来的废气中有机物浓度和脱附风量都可进行控制，使脱附下来的有机物浓度较原始废气中的浓度提高10～15倍，风量只是原来的1/10～1/20。这样的高浓度、小风量废气在催化剂上燃烧放出的热量足以维持其反应所需要的温度(300～350℃)，催化床只需要在开始反应前进行加热起燃，起燃后就无需再加热，反应后的热废气又可用来对吸附床进行脱附再生，达到废热利用，减少运行费用的目的。该方法适合于大风量、低浓度且废气浓度要较稳定的废气治理。但是废气成分中有粘性的化合物如涂料、油漆、喷漆类就不合适，因为粘性的化合物容易使催化剂的贵金属中毒。简单地说，该方法就是将大风量、低浓度的、没有粘性的化合有机废气经吸附净化并脱附后转换成小风量、高浓度的催化燃烧治理，并有效的利用有机物的燃烧热。
冷凝法是利用不同温度下有机物的饱和蒸汽压的不同，通过降温的方法使有机物冷凝下来而达到处理尾气的目的。它的优点是投资少，缺点是只适用于特别高浓度的有机尾气(含量一般须在几百克/m3以上)，而一般的工业尾气不会有这么高的浓度。而且由于有机物的饱和蒸汽压较高，处理后的尾气仍含有大量的有机物，须进一步进行治理，因此，冷凝法一般只做为预处理方法使用。
本申请采用系列吸附-高温燃烧-高压放电产生活性氧臭氧彻底氧化的机理，设计一种工厂挥发性有机化合物气体清除装置，利用活性炭等吸附剂吸附去除空气中部分挥发性有机气体分子，再经过高温燃烧干燥器燃烧去除部分挥发性有机气体分子，剩下的挥发性有机气体分子经过高压放电活性氧发生器中活性氧臭氧的强烈氧化，变成二氧化碳和水而彻底去除空气中的挥发性有机气体分子，去除空气挥发性有机气体分子速度快，没有二次污染，去除效率高，采用太阳能供电，节省能源，操作方便安全，比目前的有关报道更为先进。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术缺陷，本发明研发了一种工厂挥发性有机化合物气体消除装置，能够快速消除化工厂空气中的挥发性有机气体分子，消除挥发性有机气体的环境污染和毒害。
技术方案：一种工厂挥发性有机化合物气体消除装置，其特征为：一个边长100-500cm，宽50-150cm，高100-250cm的方形容器，四周由金属箱体构成；在方型容器箱体上部排列太阳能电板和太阳能电池、蓄电池、逆变器、可编程控制器、变频器、变压器等；下部排列空气吸附过滤器、空气燃烧干燥器、空气压缩机、分子筛氧气富集器、高压放电氧化器等；各器件之间采用管道连接，整个系统通过太阳能系统供电，当阳光不足时，可以用蓄电池供电，阳光充足时可对蓄电池充电，还可以用市电对蓄电池进行充电；也可以用市电供电；环境中的污染空气尤其是挥发性有机化合物气体(VOC)经空气吸附过滤器的活性炭等复合吸附剂吸附去除部分空气中的挥发性有机化合物气体分子，剩余的混合气体进入空气燃烧干燥器，经电火花放电将剩余混合气体中的部分挥发性有机化合物分子氧化变成CO2和H2O，同时经过高温干燥将剩余混合气体干燥，剩余混合气体经过空气压缩机压缩进入分子筛氧气富集器，分子筛吸附混合气体中的氧气分子，浓缩的氧气分子和部分混合气体进入高压放电氧化器，产生高浓度活性氧臭氧，臭氧迅速跟混合气体中的剩余部分挥发性有机化合物分子氧化变成CO2和H2O，经过前后连续多种单元器件去除空气中的挥发性有机化合物污染；可编程控制器可以调控整个系统，并设置定时，逆变器将太阳能发电形成的直流电转换为交流电，变频器和升压变压器联用可以改变交流电频率和电压，控制分子筛氧气富集器中产生的氧气转化形成的活性氧臭氧产出速度和浓度；另外将最后高压放电氧化器中产生的活性氧臭氧通过管道排放到空气中，可以氧化空气中的有机气体分子。
任一所述工厂挥发性有机化合物消除装置制造方法及其在各种化工厂、油漆厂、汽修厂喷漆车间、加油站等场所的应用。
有益效果：本申请专利治疗仪具有多用途，可以消除化工厂厂区、车间空气中存在的挥发性有机化合物气体分子，保护空气环境。
本发明与现有技术相比：
1)本发明中采用系列连续多单元吸附、氧化工厂空气中挥发性有机化合物气体分子，跟现有的方法(1)活性炭吸附，(2)低温等离子，(3)光催化氧化，(4)燃烧法，包括催化燃烧、焚烧炉及RTO、RCO废气焚烧，(5)吸收法等不同。本法方法简便、见效快、技术简单易行、可操作性强、成本低廉、实用性强；
2)本发明采用太阳能供电空气挥发性有机化合物气体分子，节省电源，节省开支。
3)本申请装置可以同时用于多种工厂多种混合挥发性有机物的消除和环保。
附图说明
图1是本设备外观结构示意图。1.空气压缩机，2.空气燃烧干燥器，3.空气吸附过滤器，4.集成控制柜(集成太阳能电板、太阳能电池、蓄电池、逆变器、变频器、变压器、定时器等)，5.各种连接管，6.高压放电氧化器，7.阀门，8.活性氧臭氧排出管，9.分子筛氧气富集器，10.非氧气体排出阀
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步的描述：
实施例1：对某有机化工厂车间空气治理
根据上述技术路线和方案，组装和调试好挥发性有机化合物去除装置，到某有机化工厂车间进行试验。
1. 2019年3月23号到南京大厂区某有机化工厂车间进行试验，试验前检测车间空气中挥发性有机物种类及含量，5种挥发性有机物及浓度分别是；甲苯18.5mg/m3、二甲苯14.3mg/m3、甲醛19.6mg/m3、丙酮41.6mg/m3、丁醇47.6mg/m3；
2采用本发明装置处理60min后，再次检测车间空气5种挥发性有机物浓度，分别为：甲苯0.4mg/m3、二甲苯0.2mg/m3、甲醛0.03mg/m3、丙酮0.6mg/m3、丁醇0.3mg/m3；
3.经过本发明装置连续处理60min后，某化工厂车间5种挥发性有机化合物去除率达到99.2％以上。
实施例2：对某油漆厂生产车间空气处理
根据上述技术路线和方案，组装和调试好挥发性有机化合物去除装置，到某有机化工厂车间进行试验。
1. 2017年5月14号到南京某油漆厂车间进行试验，试验前检测车间空气中挥发性有机物种类及含量，3种挥发性有机物及浓度分别是；甲苯26.2mg/m3、二甲苯35.9mg/m3、甲醛24.1mg/m3；
2采用本发明装置处理90min后，再次检测车间空气3种挥发性有机物浓度，分别为：甲苯0.5mg/m3、二甲苯0.4mg/m3、甲醛0.08mg/m3；
3.经过本发明装置连续处理90min后，某油漆厂车间3种挥发性有机化合物去除率达到98.4％以上。
实施例3 对某汽修厂烤漆车间空气治理
根据上述技术路线和方案，组装和调试好挥发性有机化合物去除装置，到某有机化工厂车间进行试验。
1. 2016年8月9号到南京大厂区某汽修厂烤漆车间进行试验，试验前检测车间空气中挥发性有机物种类及含量，4种挥发性有机物及浓度分别是；甲苯52.5.5mg/m3、二甲苯41.3mg/m3、甲醛39.4mg/m3、乙二醇醚27.4mg/m3；
2采用本发明装置处理80min后，再次检测车间空气5种挥发性有机物浓度，分别为：甲苯1.2mg/m3、二甲苯0.8mg/m3、甲醛0.1mg/m3、乙二醇醚0.2mg/m3；
3.经过本发明装置连续处理80min后，某化工厂车间4种挥发性有机化合物去除率达到97.4％以上。
本发明的应用实例：
将本发明技术用于化工厂、油漆厂和汽修厂烤漆车间空气挥发性有机物的治理。
1、参照实施例1，采用本技术处理有机化工厂车间空气挥发性有机物，连续处理60min后，空气中5种挥发性有机化合物去除率达到99.2％以上(图1)；
2、参照实施例2，采用本技术处理油漆厂车间空气挥发性有机物，连续处理90min后，某油漆厂车间空气中3种挥发性有机化合物去除率达到98.4％以上；
3、参照实施例3，采用本技术处理汽修厂烤漆车间空气挥发性有机物，连续处理80min后，某化工厂车间4种挥发性有机化合物去除率达到97.4％以上。
Claims (5)
1.一种工厂挥发性有机化合物消除装置制造方法及应用，其特征在于步骤为：
a.一个边长100-500cm，宽50-150cm，高100-250cm的方形容器，四周由金属箱体构成；在方型容器箱体上部排列太阳能电板和太阳能电池、蓄电池、逆变器、可编程控制器、变频器、变压器等；下部排列空气吸附过滤器、空气燃烧干燥器、空气压缩机、分子筛氧气富集器、高压放电氧化器等；各器件之间采用管道连接，整个系统通过太阳能系统供电，当阳光不足时，可以用蓄电池供电，阳光充足时可对蓄电池充电，还可以用市电对蓄电池进行充电；也可以用市电供电；大气环境中的污染空气尤其是挥发性有机化合物气体(VOC)经空气吸附过滤器的活性炭等复合吸附剂吸附去除部分空气中的挥发性有机化合物气体分子，剩余的混合气体进入空气燃烧干燥器，经电火花放电将剩余混合气体中的部分挥发性有机化合物分子氧化变成CO2和H2O，同时经过高温干燥将剩余混合气体干燥，剩余混合气体经过空气压缩机压缩进入分子筛氧气富集器，分子筛吸附混合气体中的氧气分子，浓缩的氧气分子和部分混合气体进入高压放电氧化器，产生高浓度活性氧臭氧，臭氧迅速跟混合气体中的剩余部分挥发性有机化合物分子氧化变成CO2和H2O，经过前后连续多种单元器件去除空气中的挥发性有机化合物污染；可编程控制器可以调控整个系统，并设置定时，逆变器将太阳能发电形成的直流电转换为交流电，变频器和升压变压器联用可以改变交流电频率和电压，控制分子筛氧气富集器中产生的氧气转化形成的活性氧臭氧产出速度和浓度；另外将最后高压放电氧化器中产生的活性氧臭氧通过管道排放到空气中，可以氧化空气中的有机气体分子；
b.将上述a中各单元器件组装后，接通电源，开动空气吸附过滤器、空气燃烧干燥器、空气压缩机，空气经过空气吸附过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，同时吸附部分空气中的挥发性有机化合物，剩余气体进入空气燃烧干燥器，经过干燥器干燥脱去水分，同时电火花放电燃烧部分挥发性有机化合物，剩余气体进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，进入分子筛氧气富集器，将剩余气体中的氧气浓缩和富集，进入高压放电氧化器，产生高浓度活性臭氧，臭氧与剩余气体中的少量挥发性有机化合物反应，臭氧把剩余的部分挥发性有机化合物彻底氧化成二氧化碳和水，从而消除空气中的挥发性有机化合物气体，净化空气，保护环境和人体健康，没有二次污染；
c.在上述b处理过程中，根据阳光强弱，调整太阳能电板和太阳能电池的电流，不用仪器时可以利用太阳能电板对蓄电池充电储能备用。可以通过调节控制面板和可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，提高活性氧臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，提高高压放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。
2.根据权利要求1所述一种工厂挥发性有机化合物消除装置制造方法及应用，其特征在于所述方法是一个边长100-500cm，宽50-150cm，高100-250cm的方形容器，四周由金属箱体构成；在方型容器箱体上部排列太阳能电板和太阳能电池、蓄电池、逆变器、可编程控制器、变频器、变压器等；下部排列空气吸附过滤器、空气燃烧干燥器、空气压缩机、分子筛氧气富集器、高压放电氧化器等；各器件之间采用管道连接，整个系统通过太阳能系统供电，当阳光不足时，可以用蓄电池供电，阳光充足时可对蓄电池充电，还可以用市电对蓄电池进行充电；也可以用市电供电；大气环境中的污染空气尤其是挥发性有机化合物气体(VOC)经空气吸附过滤器的活性炭等复合吸附剂吸附去除部分空气中的挥发性有机化合物气体分子，其中的复合吸附剂每隔3-5天可以更换一次；剩余的混合气体进入空气燃烧干燥器，经电火花放电将剩余混合气体中的部分挥发性有机化合物分子氧化变成CO2和H2O，同时经过高温干燥将剩余混合气体干燥，剩余混合气体经过空气压缩机压缩进入分子筛氧气富集器，分子筛吸附混合气体中的氧气分子，浓缩的氧气分子和部分混合气体进入高压放电氧化器，产生高浓度活性氧臭氧，臭氧迅速跟混合气体中的剩余部分挥发性有机化合物分子氧化变成CO2和H2O，经过前后连续多种单元器件去除空气中的挥发性有机化合物污染；可编程控制器可以调控整个系统，并设置定时，逆变器将太阳能发电形成的直流电转换为交流电，变频器和升压变压器联用可以改变交流电频率和电压，控制分子筛氧气富集器中产生的氧气转化形成的活性氧臭氧产出速度和浓度；另外将最后高压放电氧化器中产生的活性氧臭氧通过管道排放到空气中，可以氧化空气中的有机气体分子，没有环境污染。
3.根据权利要求1所述一种工厂挥发性有机化合物消除装置制造方法及应用，其特征在于所述方法中，将上述.将上述a中各单元器件组装后，接通电源，开动空气吸附过滤器、空气燃烧干燥器、空气压缩机，空气经过空气吸附过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，根据具体情况和需要，放置不同孔径(0.01-100微米)滤材，去除不同粒径的颗粒物；同时吸附部分空气中的挥发性有机化合物，剩余气体进入空气燃烧干燥器，经过干燥器干燥脱去水分，同时电火花放电燃烧部分挥发性有机化合物，剩余气体进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，进入分子筛氧气富集器，将剩余气体中的氧气浓缩和富集，进入高压放电氧化器，产生高浓度活性臭氧，臭氧与剩余气体中的少量挥发性有机化合物反应，臭氧把剩余的部分挥发性有机化合物彻底氧化成二氧化碳和水，从而消除空气中的挥发性有机化合物气体，净化空气，保护环境和人体健康，没有二次污染。
4.根据权利要求1所述一种工厂挥发性有机化合物消除装置制造方法及应用，其特征在于所述方法，在上述b处理过程中，根据阳光强弱，调整太阳能电板和太阳能电池的电流，不用仪器时可以利用太阳能电板对24-36V蓄电池充电储能备用。可以通过调节控制面板和可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，从50Hz升高到200Hz，提高臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，将电压从24-36V升高到5000V，提高高压放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。经过整个流程后，上述b最后排出的气体主要为二氧化碳和水，很微量的没有氧化的挥发性有机化合物分子，可以进行2-4次的循环处理，最后空气中的挥发性有机化合物气体分子经吸附、燃烧和氧化分解后，97.9％被去除。
5.权利要求1～4任一所述工厂挥发性有机化合物消除装置制造方法及其在各种化工厂、油漆厂、汽修厂喷漆车间、加油站等场所的应用。
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