CN111054179B - 扫描脱附吸附浓集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用吸附法浓集恶臭有机污染废气的装置，包括固定吸附床和移动脱附装置，吸附床在吸附和脱附过程中保持静止，脱附装置仅覆盖部分固定吸附床，在对含有可吸附污染物的源混合气体进行吸附分离时，源混合气体沿输入面至清洁面的方向通过整个固定吸附床，再生处理时，脱附装置与吸附床密封贴合并相对吸附床做扫描运动。这种装置主要针对具有大流量、低频率、短持续时间、高浓度特点的恶臭气体污染源的治理。可以减少设备投资，降低运行时的电力供应需求。

Description

扫描脱附吸附浓集装置

技术领域

本发明涉及一种气体吸附浓集装置，进一步涉及一种用吸附法浓集 恶臭有机污染废气的装置。

背景技术

吸附法气体浓集技术在大气挥发性有机化合物(VOCs，本文也称为 可吸附污染物)污染治理领域得到越来越广泛的应用。常见的气体吸附 浓集装置包括转轮吸附器和再生式固定床吸附器。这些方法的目的在于 浓缩可吸附污染物，并用配套的摧毁装置如热氧化摧毁装置(TO)将其 中的可吸附污染物氧化成水、二氧化碳的等无害简单化合物，或将这些 可吸附污染物进一步分离收集，回收利用。这些吸附浓缩技术目前多用 于连续作业并且源气体流量浓度比较稳定的工业应用场景，通常设备造 价较高。随着环保标准的提高，这些技术也开始用在处理浓度较高，用 其他处理方式如低温等离子、光催化等处理技术难以有效清除的恶臭气 体污染治理。但有些应用场景，这些恶臭气体的排放具有大流量、低频 率短时间发生、高浓度的特点。如市政污水管道上的透气井和城市污水 雨水调蓄池，在突发降水时会有大量雨水涌入，原来积存在污水或雨水 管道中的气体就会在短时间内涌出这些系统，流量巨大，但仅会持续较 短的时间。如果用现有的吸附法气体浓集技术配合常用摧毁技术，虽然 可以彻底消除这些恶臭气体的污染，但高价设备及配套的场地、供电、燃气等设施的将会长期闲置，造成资源浪费。

发明内容

本发明公开了一种改进的吸附法气体浓集装置，可以用较低代价的 设备解决大流量、低频率短时间发生、高浓度的臭气污染问题。

这种吸附法气体浓集装置同样可以用于与上述臭气污染情形相似 的挥发性机污染物(VOCs)废气处理，为便于叙述，有时将恶臭废气和 挥发性有机污染物统称为可吸附污染物。

这种气体吸附分离装置，设置在吸附和脱附过程中保持静止的固定 吸附床和移动脱附装置，所述的固定吸附床包括输入面和清洁面，所述 的脱附装置仅能覆盖小部分的固定吸附床，在对含有可吸附污染物的源 混合气体进行吸附分离时，源混合气体按自输入面至清洁面的方向通过 整个固定吸附床，可吸附污染物为吸附质，当脱附装置对固定吸附床脱 附再生处理时，脱附装置能够相对吸附床依照一定规律移动，按既定路 径完成对整个固定吸附床的脱附再生，这里将这种脱附方式称为扫描脱 附。这里的“仅能覆盖小部分的固定吸附床”，是指当脱附装置与固定 吸附床贴附在一起并处于相对静止的状态下，脱附装置仅能覆盖固定吸 附床清洁面整个表面的一个小部分。这里的“小部分”无法用一个绝对 具体的比例截然限定，按有显著效果的恰当具体数值可以设定为小于 1/10的比例，大于此比例则其有益作用显著下降，根据需要1/100或 更小的比例也是可能的。该气体吸附分离装置可以使用现有的常用吸附 剂如活性炭、沸石或人合成分子筛。利用大面积的静止固定吸附床，可 以在短时间内吸附大流量高浓度恶臭。而小比例的脱附及配套装置占用小的空间，具有极低的造价，可以利用小功率的供电。当然，脱附需要 较长的时间。对于低频率偶发的污染气体排放源，脱附时间长不是问题。

对吸附了恶臭气体的固定吸附床进行解吸附时，可以让脱附装置产 生的热空气按与源污染气体吸附处理时相反的气流方向，即按自清洁面 至输入面的方向顺序吹过整个固定吸附床，同时让整个吸附床维持极低 流量的与脱附气流方向一致的持续气流，并让上述两股气流合流后一起 送往摧毁装置。

在以上技术方案的基础上，可以进一步提高装置的工作效率。可以 在吸附床的另一面设置与脱附装置相对并同步运动的可吸附污染物浓 缩气体收集装置。脱附装置对固定吸附床脱附再生处理时产生的含有高 浓度可吸附污染物浓缩气体被收集并输送至与脱附装置连通的污染物 摧毁装置。这里吸附床还可以分成多个紧密排列并列工作的独立吸附小 格，目的是防止脱附气体在通过吸附床是发生扩散，提高脱附气体的收 集效率，还可以使得在脱附处理时无需维持整个吸附床的低速同向持续 气流，减降低摧毁装置的工作量。理论上，如果分格设置得气密性足够 高，而脱附装置和吸附质收集装置与吸附床表面的贴附密封做得足够 好，也可以采用变压吸附，或变温变压吸附，即脱附时采用抽真空，或加热+抽真空的方式让吸附床脱附再生。

在以上技术方案的基础上，对于吸附原理为变温吸附的应用，可以 利用热回收装置进一步提高装置的能源利用效率。所属的热回收装置能 够部分回收脱附过程中对吸附床加热时传递给吸附床的热量用于对后 续部分吸附床的脱附。具体设置是让脱附气流先通过已经完成脱附处于 高温状态的吸附床局部，吸收吸附床的部分热量，再经脱附装置内的脱 附气体加热装置加热到脱附所需要的温度，按自清洁面至输入面的方向 通过待脱附的局部固定吸附床，然后被位于输入面的吸附质收集装置收 集并输送至与脱附装置连通的摧毁装置。这里由脱附装置、可吸附污染 物收集装置和热量回收装置组成再生模块。

以上为扫描式气体吸附浓集装置的基本结构。

在以上基本结构技术方案的基础上，如果对该装置的吸附床的结构 进行改造，还可以使得该装置在不增加特别多的造价和复杂程度的前提 下，能够适应超大规模源气体通过量的工作模式。具体技术方案是由多 个单独的吸附床边缘相接组成并联结构的吸附床行替代单个独立的吸 附床。设置机械输送装置和脱附支持装置。在对含有可吸附污染物的源 混合气体进行吸附分离时，源混合气体按自输入面至清洁面的方向通过 整个吸附床行。脱附处理时，源混合气体供应截止，机械输送装置将各 个单独的吸附床按照顺序由从吸附床行中的位置输送到脱附支持装置， 完成脱附后脱离脱附支持装置。待所有吸附床均完成脱附处理以后由机 械输送装置将吸附床恢复成并列吸附床行。脱附支持装置为连接并支持 再生模块，使得它们能够与再生处理的吸附床结合与脱离，并完成脱附 功能的机械结构。机械上再生模块的运动不依赖与吸附床。

在基本结构技术方案的基础上，如果对该装置的吸附床的结构进行 改造，还可以使得该装置能够适应长时间甚至连续运行的工作模式。具 体技术方案是，将两个以上的单层吸附床重叠组成串联结构的吸附床列 替代单层一体的吸附床，所述的吸附床列包括输入端和清洁端，在对含 有可吸附污染物的源混合气体进行吸附分离时，源混合气体按自输入端 至清洁端的方向通过整个吸附床列。脱附时由机械输送装置将各个单独 的吸附床按照顺序由吸附床列的输入端输送到脱附支持装置，吸附床列 空出的位置位由下游的吸附床移动填补，吸附床完成脱附后脱离脱附支 持装置，由机械输送装置输送至吸附床列的清洁端。与上面相同，脱附 支持装置为连接并支持再生模块，使得它们能够与再生处理的吸附床结 合与脱离并完成脱附功能的机械结构。

以上技术方案可以设置成由两套吸附床列、两个再生模块、两套脱 附支持装置和相应机械输送装置组成的环状结构。这样可以装置结构紧 凑，并在吸附床转运时保持对源混合气体吸附过程的连续性。

这种连续工作的气体吸附浓集装置适用于污染气体浓度较低，工作 过程中吸附床需要的脱附频率很低的具体应用。

下面该通过附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1.扫描脱附吸附浓集装置的基本结构示意图。

图2.图1所示装置的吸附工作状态结构示意图。

图3.图1所示装置的脱附工作状态结构示意图。

图4.设置了脱附气体收集装置的扫描脱附吸附浓集装置结构示意 图。

图5a-5c.设置了脱附气体收集装置和热回收装置的扫描脱附吸附

浓集装置结构示意图，再生模块位于吸附床的不同位置。

图5d.图5a所示装置另一种配置方式，具有更彻底的脱附效果。

图6.多个并列的吸附床共用一套再生模块的扫描脱附吸附浓集装 置结构示意图。

图7-8，图6所示的扫描脱附吸附浓集装置多个吸附床开始再生和 再生完成时的状态示意图。

图9-10图6所示的扫描脱附吸附浓集装置多个吸附床开始再生和 再生完成时的状态示意图，示另一种吸附床的移动方式。

图11.在图5d所示装置的基础上设置了吸附床组与脱附支持装置， 能够适应连续性吸附作业的扫描脱附吸附浓集装置功能结构示意 图。

图12.图11所示装置的俯视角度功能结构示意图，示意吸附床在 吸附床组与脱附支持装置之间的输送过程。

图13.图12所示装置双套配合设置，吸附床在两套吸附装置之间 循环流转。

具体实施

实施例1

扫描脱附吸附浓集装置，参见附图1-3。

参见附图1，装置包括吸附器1和脱附装置21，其中吸附床可 以与现有的用于脱除空气有机污染物的固定床吸附器相似，具有密闭罩 壳11，装载了吸附材料121的吸附床12。吸附床12有两个透气面，输 入面122和清洁面123。与之配套的外围装置如污染气体收集装置01、 污染气体输送泵02、排放烟囱03、脱附气体污染物摧毁装置04和洁净 脱附气体供应装置05也均与现有的废气处理装置无异。根据应用现场的 条件不同污染物摧毁装置04可以采用各种有效的摧毁方式如TO、CTO、 RTO或RCTO等。该装置与现有的吸附器的不同之处在于其脱附装置 21仅能同时对应一部分吸附床但可以相对吸附床移动。图中所表示脱附装置21为热脱附装置，密闭贴附在吸附床12的清洁面123上并在支持 装置(未画出)的驱动下移动。其移动方式可以与“扫描”这个概念通 常所包含的运动方式一样，可以是一维的直线运动，也可以是二维的曲 线运动，可以是连续的匀速运动也可以是可以停顿的变速运动。脱附装 置21运动的目的是以扫描的方式对整个吸附床进行脱附处理。扫描式 脱附的积极意义在于可以用小功率的脱附装置用较长的时间替代大功率 普通脱附方式，可以降低整个装置的额定功率配置，减小包括所有外围 配套装置整个系统的空间占用体积和制造费用。因为这类装置本身仅用 于偶发的短时间大通过量的工况需求，吸附脱除污染物需要高效率，而 脱附再生并不需要高效率。

附图2显示的是该装置吸附脱除污染物的工作状态，空心大箭头代 表通过的污染空气气流。这时脱附装置是不工作的。

附图3显示的是该装置的脱附再生工作状态，实心小箭头代表脱附 气流。由脱附气体供应装置05给出的洁净空气一部分进入脱附装置21 加热后透过吸附床12，通过加热和冲洗的双重作用脱除吸附床内吸附 质在污染空气处理过程中吸附的可吸附污染物。另一部分直接通入吸附 器罩壳11内的洁净空气也缓慢通过吸附床，主要目的是为了保持吸附 床的两侧有一定的气压差，防止脱出的含有可吸附污染物的脱附气体反 流回吸附床内，这部分气体称为隔离气体。同时这部分气体也有微弱的 冲洗脱附功能。最后所有的脱附气体通过污染物摧毁装置04处理经排 放烟囱03达标排放。

实施例2

设置了脱附气体收集装置的扫描脱附吸附浓集装置，参见附图4。

在实施例1的技术方案中，穿过吸附床的脱附气体需要和防止污染 气体逆流的隔离气体一起进入污染物摧毁装置04，会增加物摧毁装置 的能耗和建造成本。可以在吸附床的输入面122设置一个与脱附装置相 对应且同步移动脱附气体收集装置22，移动脱附气体收集装置22与脱 附装置21结构相似唯内部没有加热装置，可以与吸附床密封贴附，通 过耐热软管经过一个气体抽吸泵06与污染物摧毁装置04连通。

实施例3

设置了脱附气体收集装置和热回收装置的扫描脱附吸附浓集装置， 参见附图5a-5d。

实施例2的脱附装置21在给吸附床12加热脱附时会将大量热能传 递给吸附床，完成脱附的吸附床处于高温状态。在实施例2的技术方案 的基础上设置一套热回收装置23。热回收装置23与脱附装置21和脱 附气体收集装置22合并起来的结构相似，包括密闭贴附在吸附床输入 面122的供气罩231和密闭贴附在吸附床清洁面123上的集气罩232。 热回收装置23与脱附装置21和附气体收集装置22间隔一定距离，并 连结成一体，来自脱附气体供应装置的脱附气体经由供气罩231-集气 罩232-脱附装置21-脱附气体收集装置22途径，最后由抽气泵通入污 染物摧毁装置04。这里将脱附装置21、脱附气体收集装置22和热回收装置23合并称为再生模块20。201为连接脱附装置21、脱附气体收集 装置22和热回收装置23并封闭这些装置本体不能完全封闭局部吸附小 格124的挡板。

为了防止脱附气体在两侧穿过吸附床时发生侧漏及串通，可以将吸 附床沿脱附装置的移动方向分割成互相隔离的吸附小格124。在吸附床 12的上端设置中间两侧空置的隔板125，在吸附床12的下端设置数个 单向阀通道126，用于再生模块20移动到吸附床上下两端时维持脱附 气流的连续通畅。附图5a、5b、5c分别示意再生模块在吸附床中部、 上端和下端时的脱附气流流通途径。

需要特别之处的是，热回收装置23与脱附装置21之间至少离开两 个吸附小格的距离，这样脱附装置的放出的加温热气流与热回收装置收 回降温气流之间至少间隔了一个没有气流的吸附小格作为隔热层。

附图5d示意了另一种脱附气流的流通途径，在吸附床上端同样设 置了维持脱附气流的连续通畅的单项阀通道126。在其他条件相同的前 提下，这种连通方式脱附再生程度更彻底一些。

实施例4

多个并列的吸附床公用一套再生模块的扫描脱附吸附浓集装置，参 见附图6-10。

对于通过量特别大的应用实例，可以采用多个并列的吸附床共用一 套再生模块。吸附处理时原污染气体同时通过并列的所有吸附床，如图 6所示。当污染气体停止处理过程结束以后，开始对其中一个吸附床按 实施1-3所属的方式进行扫描再生，该吸附床再生完成以后移离再生模 块，同时另一个吸附床进入再生模块，如此逐个对所有吸附床进行再生。

图7-8所示吸附床的移动方式为简单直线运动，特点是结构简单。

图9-10所示吸附床的移动方式为复杂一点的直线运动+转动，特点 是占用空间较小。

该实施例的技术方案可以进一步减少设备的投资。

实施例5

设置了吸附床组与脱附支持装置的扫描脱附吸附浓集装置，参见附 图11-12。

实施例1-4的技术方案设计为用于偶发的短时间大通过量工况的 可吸附污染气体废气的处理。如对其加以改进，还可以用于浓度较低、 持续存在的大通过量工况的可吸附污染气体废气的处理。具体技术方案 是：将两个以上的吸附床12重叠组成串联结构的吸附床组31，所述的 吸附床组31包括输入端311和清洁端312，在对含有可吸附污染物的 源混合气体进行吸附分离时，源混合气体按自输入端至清洁端的方向通 过整个固定吸附床。由机械输送装置33将各个单独的吸附床12按照顺 序由吸附床组输入端311输送到脱附支持装置32，吸附床组31空出的 位置位由下游的吸附床12移动填补，吸附床12完成脱附后再由机械输 送装置输33送至吸附床清洁端312。脱附支持装置32为连接并支持脱 附装置21、可吸附污染物收集装置22和热量回收装置23，使得它们能 够与各个单独的吸附床12结合与脱离并完成脱附功能。

本实施例中脱附装置21、可吸附污染物收集装置22和热量回收装 置23与吸附床12之间的配置关系及脱附气流的流通途径与实施例3中 图5d相同。不同之处在于吸附床上下两端的单向阀通道126和再生模 块20与均有脱附支持装置32连接支持，与吸附床的关系是可解除的对 应关系，即对某个吸附床进行脱附处理时它们与吸附床建立对应配合关系，脱附结束后对应配合关系解除，吸附床移开。

实施例6

双套吸附器配合设置扫描脱附吸附浓集装置，参见附图13。

配置两套吸附器1和两套再生模块20及共用的解吸附支持32，机 械输送装置可以实现吸附床可以在两套吸附器之间呈环形循环流转。这 样的配置可以使得装置的结构比较紧凑可靠。

本实施例中脱附装置21、可吸附污染物收集装置22和热量回收装 置23与脱附处理的吸附床12之间的配置关系脱及附气流的流通途径参 考实施例3中图5a-c。

Claims (3)

1.一种气体吸附分离装置，其特征是包括吸附床、移动脱附装置、可吸附污染物浓缩气体收集装置和热回收装置，该装置所用的吸附原理为变温吸附，所述的吸附床包括输入面和清洁面，在吸附和脱附过程中保持静止，所述的脱附装置仅能覆盖小部分的固定吸附床，在对含有可吸附污染物的源混合气体进行吸附分离时，源混合气体沿输入面至清洁面的方向通过整个吸附床，可吸附污染物为吸附质，当脱附装置对吸附床脱附再生处理时，脱附装置能够与吸附床密封贴合并相对吸附床有序移动，按既定路径完成对整个吸附床的脱附再生；所述的可吸附污染物浓缩气体收集装置与脱附装置相对应并同步运动，分别密封贴附在吸附床的清洁面和输入面，能够将脱附再生时产生的可吸附污染物的浓缩气体收集并输送至吸附质处理装置；所述的热回收装置，与吸附床的一个面密封贴附并与脱附装置连通，能够利用脱附气体部分回收脱附过程中脱附装置对吸附床加热时传递给吸附床的热量用于对后续部分吸附床的脱附；由脱附装置、可吸附污染物收集装置和热量回收装置组成再生模块；所述的吸附床分成并列工作的多个独立吸附小格，热回收装置与脱附装置之间至少间隔两个吸附小格的距离；由两个以上的吸附床边缘相接组成并联结构的吸附床行，与吸附床行相关的还包括机械输送装置和脱附支持装置，在对含有可吸附污染物的源混合气体进行吸附分离时，源混合气体按自输入面至清洁面的方向通过整个吸附床行，脱附处理时，源混合气体供给截止，机械输送装置将各个单独的吸附床按照顺序由吸附床组输入端输送到脱附支持装置处，完成脱附后脱离脱附支持装置，所有吸附床均完成脱附处理以后由机械输送装置将吸附床恢复成并联吸附床行，脱附支持装置为连接并支持再生模块，使得它们能够与再生处理的吸附床结合与脱离并完成脱附功能的机械结构。

2.一种气体吸附分离装置，其特征是包括吸附床、移动脱附装置、可吸附污染物浓缩气体收集装置和热回收装置，该装置所用的吸附原理为变温吸附，所述的吸附床包括输入面和清洁面，在吸附和脱附过程中保持静止，所述的脱附装置仅能覆盖小部分的固定吸附床，在对含有可吸附污染物的源混合气体进行吸附分离时，源混合气体沿输入面至清洁面的方向通过整个吸附床，可吸附污染物为吸附质，当脱附装置对吸附床脱附再生处理时，脱附装置能够与吸附床密封贴合并相对吸附床有序移动，按既定路径完成对整个吸附床的脱附再生；所述的可吸附污染物浓缩气体收集装置与脱附装置相对应并同步运动，分别密封贴附在吸附床的清洁面和输入面，能够将脱附再生时产生的可吸附污染物的浓缩气体收集并输送至吸附质处理装置；所述的热回收装置，与吸附床的一个面密封贴附并与脱附装置连通，能够利用脱附气体部分回收脱附过程中脱附装置对吸附床加热时传递给吸附床的热量用于对后续部分吸附床的脱附；由脱附装置、可吸附污染物收集装置和热量回收装置组成再生模块；所述的吸附床分成并列工作的多个独立吸附小格，热回收装置与脱附装置之间至少间隔两个吸附小格的距离；由两个以上的单层吸附床重叠组成串联结构的吸附床列，与吸附床列相关的还包括机械输送装置和脱附支持装置，所述的吸附床列包括输入端和清洁端，在对含有可吸附污染物的源混合气体进行吸附分离时，源混合气体按自输入端至清洁端的方向通过整个固定吸附床，脱附时机械输送装置将各个单层吸附床按照顺序由吸附床列输入端输送到脱附支持装置由再生模块进行脱附，吸附床组空出的位置位由下游的吸附床移动填补，完成脱附后再由脱附支持装置输送至吸附床清洁端。

3.如权利要求2所述气体吸附分离装置，其特征是包括两套吸附床列、两套机械输送装置、两套再生模块及脱附支持装置和相应机械输送装置组成的环状结构。

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