CN111389175A - 串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，包括串联吸附系统、并联脱附系统和催化燃烧系统；串联吸附系统包括废气进气管道，吸附箱体、排气管道、循环管道和主风机；并联脱附系统包括脱附风机，二级换热器、脱附进气管、自动阀和脱附排气管；催化燃烧系统包括一级换热器A、一级换热器B、加热器和催化反应器。本发明根据不同污染物的分子直径和吸附特性选择对应靶向吸附剂，吸附床层的薄层化设计和多级并联的脱附模式，缩短了脱附时间并可有效控制脱附高峰浓度，以避免由于吸附带过长导致脱附时引发的安全问题，脱附时VOCs浓度的相对稳定减少了催化燃烧系统的加热频次，避免催化剂的团聚，充分利用了VOCs燃烧反应热节约的能耗。

Description

串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置

技术领域

本发明属于废气处理的技术领域，具体涉及一种串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置。

背景技术

绝大部分工业企业排放的VOCs具有大风量多组分的特征，采用吸附浓缩、脱附同时结合催化燃烧是一种常见的处理工艺。但由于污染物组分相对复杂，由于存在竞争吸附，常规的一级活性炭吸附净化效率不高；每个碳箱的脱附和冷却时间相对较长，为实现连续生产，一般吸附碳箱达到吸附饱和时才进行脱附，由于吸附带过长导致脱附时出现过高的峰值浓度而引发的安全问题，同时在吸附饱和前已达到吸附穿透点，净化效率无法保证。

根据相关研究，吸附剂的孔径与吸附质分子直径的比值为1.7~3.0之间，吸附剂才能有效吸附污染物，而实际应用中一般仅采用一种吸附剂对大风量多组分的VOCs进行处理，净化效率无法得到保证。为了提高净化效率，市场上也存在两级级吸附和三级吸附，甚至更多，常规的方式N级吸附需要2N级碳箱才可以实现，不仅占地面积大，且一次性投资费用也过高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，包括串联吸附系统、并联脱附系统和催化燃烧系统；

所述的串联吸附系统包括废气进气管道，吸附箱体、排气管道、循环管道以及主风机；所述的吸附箱体至少设有三组，每个吸附箱体内填充一种吸附剂，每一组吸附箱体对应设有一组进气阀组和排气阀组，所述的进气阀组的一端与废气进气管道或循环管道连接，进气阀组的另一端与吸附箱体的一个进气口连接，所述吸附箱体的一个出气口与排气阀组的一端连接，排气阀组的另一端与排气管道或循环管道连接，所述排气管道上设有主风机，用于将处理后的气体排出；所述的吸附箱体之间串联连接，所述吸附箱体的排气阀组通过循环管道与相邻的吸附箱体的进气阀组连接；

所述的并联脱附系统包括脱附风机，二级换热器、脱附进气管、自动阀以及脱附排气管；所述二级换热器的出气口与脱附风机连接，二级换热器的侧面通过脱附进气管与吸附箱体的另一个进气口连通，所述脱附进气管上设有用于控制开关的自动阀；吸附箱体的另一个出气口通过脱附排气管与催化燃烧系统连通，所述的脱附排气管上设有用于控制开关的自动阀；

所述的催化燃烧系统包括一级换热器A、一级换热器B、加热器以及催化反应器；所述的一级换热器A、一级换热器B、加热器和催化反应器依次连接，一级换热器A的进气口与脱附排气管连通，催化反应器的出气口与一级换热器B的侧面连通，一级换热器B的另一个侧面与一级换热器A的侧面连通，一级换热器A的另一个侧面与二级换热器的进气口连通。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的进气阀组由三通阀A和两通阀通过并联连接组成；所述的排气阀组采用三通阀B；所述的三通阀A包括第一进气口A、第二进气口A以及出气口A，所述的第一进气口A与废气进气管道连通，出气口A与两通阀的进气口连通，两通阀的出气口与吸附箱体的一个进气口连通；所述的三通阀B包括进气口B、第一出气口B以及第二出气口B，所述的进气口B与吸附箱体的一个出气口连通，所述的第一出气口B与排气管道连通，所述的第二出气口B通过循环管道与第二进气口A连通。

上述的吸附剂至少有两种，将至少两种吸附剂串联使用，所述吸附剂的种类由废气组分中吸附质的分子直径确定，吸附剂的孔径与吸附质分子直径比值为1.7~3.0。

上述的脱附进气管和脱附排气管上均设有隔热管道。

上述的吸附箱体上还设有氮气保护进口，所述的氮气保护进口通过管道外接氮气气源。

上述的吸附箱体外侧设有保温层。

上述的装置还包括自动控制系统，所述的串联吸附系统、并联脱附系统和催化燃烧系统与所述的自动控制系统连接。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用活性炭串联靶向吸附联合并联脱附同时进行催化燃烧的工艺处理常见的大风量多组分VOCs。根据不同污染物的分子直径和吸附特性选择对应的靶向吸附剂，填充至吸附箱中，每个吸附箱填充一种吸附剂。根据净化效率的要求，可以采用填充不同靶向吸附剂进行N级吸附，实际碳箱个数为N+1，显著节约了占地和一次性投资。由于前面的吸附箱吸附的有机物多于后面的吸附箱，可以对前面的吸附箱进行脱附，已冷却备用的吸附箱作为后端吸附箱投入使用，这样可以在活性炭穿透前进行脱附，避免由于吸附带过长导致脱附时出现过高的峰值浓度而引发的安全问题，同时脱附时VOCs浓度的相对稳定减少了催化燃烧系统的加热频次，避免催化剂的团聚，充分利用VOCs燃烧反应热节约了能耗。

2、本发明可以根据废气组分采用多种类别靶向吸附材料，采用多级吸附，实际净化效率可以达到95%；每个进气阀组采用一个三通阀和一个两通阀并联使用，排气阀组采用一个三通阀，通过阀门动作吸附级数和次序可调，节约一次性投资和占地；脱附时可以同时对多个碳箱进行脱附，节约脱附时间，保证脱附废气浓度的稳定性，减少加热器加热时间，节约能耗。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明的吸附箱体结构示意图。

图3是本发明的进气阀组结构示意图。

图4是本发明的出气阀组结构示意图。

其中的附图标记为：11-废气进气管道、12-吸附箱体、13-排气管道、14-主风机、15-进气阀组、16-排气阀组、17-循环管道、21-脱附风机、22-二级换热器、23-脱附进气管、24-自动阀、25-脱附排气管、26-隔热管道、31-一级换热器A、32-一级换热器B、33-加热器、34-催化反应器、151-三通阀A、152-两通阀、1511-第一进气口A、1512-第二进气口A、1513-出气口A、161-三通阀B、1611-进气口B、1612-第一出气口B、1613-第二出气口B、121-氮气保护进口、122-保温层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

参见图1所示的串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，包括串联吸附系统、并联脱附系统和催化燃烧系统；

所述的串联吸附系统包括废气进气管道11，吸附箱体12、排气管道13、循环管道17以及主风机14；所述的吸附箱体12至少设有三组，每个吸附箱体12内填充一种吸附剂，每一组吸附箱体12对应设有一组进气阀组15和排气阀组16，所述的进气阀组15的一端与废气进气管道11或循环管道17连接，进气阀组15的另一端与吸附箱体12的一个进气口连接，所述吸附箱体12的一个出气口与排气阀组16的一端连接，排气阀组16的另一端与排气管道13或循环管道17连接，所述排气管道13上设有主风机14，用于将处理后的气体排出；所述的吸附箱体12之间串联连接，所述吸附箱体12的排气阀组16通过循环管道17与相邻的吸附箱体12的进气阀组15连接。本实施例中，所述的吸附箱体12可以参照申请号为201610258218.6的中国专利中公开的结构，待处理废气进入多室分体组合式吸附箱体中，所述的吸附剂至少有两种，将至少两种吸附剂串联使用，不同吸附箱体中配备有多种类别靶向吸附剂，根据VOCs组分中吸附质的分子直径以及其它吸附特性进行分类，针对性的采用高压浸渍和阶梯活化等介孔定向调控技术制备靶向吸附剂，填充至吸附箱体中进行串联多级吸附，吸附剂的孔径与吸附质分子直径比值控制在1.7~3.0，气体中的VOCs污染组分依次被不同的靶向吸附剂进行吸附，可以避免竞争吸附；同时吸附器采用高精度转向、多点布气导流和进出口交替等可控气流分布技术，以最经济的填充量保证最佳的吸附效率。大风量多组分VOCs在串联吸附系统中被高效净化后排放，根据废气工况，串联级数仅通过阀门即可切换为多级，且先后吸附次序可调，无需额外倍增装备套数，显著节约投资和占地。

所述的并联脱附系统包括脱附风机21，二级换热器22、脱附进气管23、自动阀24以及脱附排气管25；所述二级换热器22的出气口与脱附风机21连接，二级换热器22的侧面通过脱附进气管23与吸附箱体12的另一个进气口连通，所述脱附进气管23上设有用于控制开关的自动阀24；吸附箱体12的另一个出气口通过脱附排气管25与催化燃烧系统连通，所述的脱附排气管25上设有用于控制开关的自动阀24；当吸附箱体12中的吸附剂吸附一定量的VOCs后，通过阀门切换，吸附室变为脱附室。脱附热源来源于热空气，热空气可以充分利用催化燃烧装置尾气余热，脱附完成进入冷却阶段待用。本发明采用并联脱附再生方式，可以同时对多个吸附器进行再生，既缩短了脱附时间也保证了下一轮的吸附容量和效果，同时可以充分利用脱附热量保证脱附时VOCs浓度的相对稳定，一方面解决了吸附带过长导致脱附时出现过高的峰值浓度而引发的安全问题，另一方面脱附时VOCs浓度的相对稳定减少了催化燃烧系统的加热频次，避免催化剂的团聚，充分利用VOCs燃烧反应热节约了能耗。

所述的催化燃烧系统包括一级换热器A31、一级换热器B32、加热器33以及催化反应器34；所述的一级换热器A31、一级换热器B32、加热器33和催化反应器34依次连接，一级换热器A31的进气口与脱附排气管25连通，催化反应器34的出气口与一级换热器B32的侧面连通，一级换热器B32的另一个侧面与一级换热器A31的侧面连通，一级换热器A31的另一个侧面与二级换热器22的进气口连通；催化燃烧系统配备有多级换热和加热系统，可以实现大温差可调节式换热，余热利用率高达90%，运行之初加热器通过电加热或者天然气加热的方式加热催化床层至起燃温度，脱附时小风量高浓度废气在低温催化剂的作用下分解成CO₂和H₂O，同时放出大量的热量，尾气的热量经过换热器用来预热进入催化床层的脱附高浓度废气，降温后的干净尾气可用来对吸附器进行脱附再生。根据进气浓度，可以自动调整换热器的使用级数；稳定运行后，催化燃烧直接利用高浓度脱附废气的燃烧反应热实现自供热，无需额外能量，实现低能耗运行。

本实施例中，所述的进气阀组15由三通阀A151和两通阀152通过并联连接组成；所述的排气阀组16采用三通阀B161；所述的三通阀A151包括第一进气口A1511、第二进气口A1512以及出气口A1513，所述的第一进气口A1511与废气进气管道11连通，出气口A1513与两通阀152的进气口连通，两通阀152的出气口与吸附箱体12的一个进气口连通；所述的三通阀B161包括进气口B1611、第一出气口B1612以及第二出气口B1613，所述的进气口B1611与吸附箱体12的一个出气口连通，所述的第一出气口B1612与排气管道13连通，所述的第二出气口B1613通过循环管道17与第二进气口A1512连通。

本实施例中，所述的脱附进气管23和脱附排气管25上均设有隔热管道26。

本实施例中，所述的吸附箱体12上还设有氮气保护进口121，所述的氮气保护进口121通过管道外接氮气气源。通过氮气的通入，可以防止由于吸附箱体12内部温度过高而对吸附剂材料产生的损害。

本实施例中，所述的吸附箱体12外侧设有保温层122。

本实施例中，所述的装置还包括自动控制系统，所述的串联吸附系统、并联脱附系统和催化燃烧系统与所述的自动控制系统连接，由于这里的自动控制系统的信号传输方式以及控制连接方式等均属于现有技术，利用了PLC控制系统的现有结构，因此不做详细描述。

本发明的具体使用过程：

实施例1

参见图1，所述的吸附箱体12设有四组，从左向右依次编号为1#、2#、3#和4#，其中，根据废气进气管道11内的VOCs组分中吸附质的分子直径以及其吸附特性对所需使用的吸附剂进行确定，在1#和4#的吸附箱体内填充分子筛，2#和3#的吸附箱体内填充活性炭，采用两级串联吸附的方式处理VOCs废气，废气首先经过4#吸附箱体， 4#吸附箱体的三通阀A与废气进气管道11连通，两通阀开启，处理后，气体由4#吸附箱体的三通阀B进入3#吸附箱体的三通阀A，此时3#吸附箱体的两通阀开启，气体进入3#吸附箱体进行二次吸附，处理后气体由3#吸附箱体的三通阀B进入排气管道13，并由主风机14带动排放，此过程中1#和2#吸附箱体的进气两通阀关闭；等到4#吸附箱体吸附一定时间后，关闭4#吸附箱体的进气两通阀，打开1#吸附箱体的进气两通阀，此时，对4#吸附箱体进行脱附处理，脱附风机21将二级换热器22排除的洁净、高温空气通过自动阀24排入4#吸附箱体内，经热力脱附，4#吸附箱体的分子筛表面及孔道中附着的气体分子解析，重新回至气相，与载气混合，形成低温混合气，由4#吸附箱体的出气口经过脱附排气管25排出，脱附后的低温混合气依次经过一级换热器A31、一级换热器B32、加热器33升温至催化分解温度，进入催化反应器34燃烧，催化燃烧过程释放热量，高温气体所携热量一部分作为换热器的热源加热吸附箱体排出的低温混合气，另一部分热量随载气由脱附风机21抽吸，分别同时送入其他需要脱附的吸附箱体内进行脱附，因此，在4#吸附箱体脱附的同时，将3#吸附箱体的进气两通阀关闭，打开2#吸附箱体的进气两通阀，对3#吸附箱体进行脱附，由于脱附和冷却时间较长，存在4#和3#吸附器同时脱附的情况，实现了同时并联脱附的效果，而其余的1#、2#吸附箱体则继续进行吸附处理，通过进气阀组与排气阀组的切换，形成装置内部的吸附、脱附的循环处理。

实施例2

企业生产负荷提高或者夏季温度较高VOCs不易吸附时，为保证净化效率，采用三级串联吸附的方式处理VOCs废气，参见图1，所述的吸附箱体12设有四组，从左向右依次编号为1#、2#、3#和4#，同时打开4#、3#、2#的进气两通阀进行吸附处理，吸附一段时间后，关闭4#吸附箱体的进气两通阀，打开1#吸附箱体的进气两通阀，吸附方式变为3#、2#、1#进行吸附，同时对4#吸附箱体进行脱附，脱附完全后，关闭3#吸附箱体的进气两通阀，吸附方式变为2#、1#、4#进行吸附，脱附完全后的4#吸附箱体可以立即作为末端吸附器投入使用，由于经过两级吸附后，废气浓度较低可以直接用于4#吸附箱体的冷却。上述方式催化燃烧装置可以持续工作，无需启停，且在一级吸附未达到穿透时即进行脱附，避免由于吸附带过长导致脱附时出现过高的峰值浓度而引发的安全问题，同时脱附时VOCs浓度的相对稳定减少了催化燃烧系统的加热频次，避免催化剂的团聚，充分利用VOCs燃烧反应热节约了能耗。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，其特征是：包括串联吸附系统、并联脱附系统和催化燃烧系统；

所述的串联吸附系统包括废气进气管道(11)，吸附箱体(12)、排气管道(13)、循环管道(17)以及主风机(14)；所述的吸附箱体(12)至少设有三组，每个吸附箱体(12)内填充一种吸附剂，每一组吸附箱体(12)对应设有一组进气阀组(15)和排气阀组(16)，所述的进气阀组(15)的一端与废气进气管道(11)或循环管道(17)连接，进气阀组(15)的另一端与吸附箱体(12)的一个进气口连接，所述吸附箱体(12)的一个出气口与排气阀组(16)的一端连接，排气阀组(16)的另一端与排气管道(13)或循环管道(17)连接，所述排气管道(13)上设有主风机(14)，用于将处理后的气体排出；所述的吸附箱体(12)之间串联连接，所述吸附箱体(12)的排气阀组(16)通过循环管道(17)与相邻的吸附箱体(12)的进气阀组(15)连接；

所述的并联脱附系统包括脱附风机(21)，二级换热器(22)、脱附进气管(23)、自动阀(24)以及脱附排气管(25)；所述二级换热器(22)的出气口与脱附风机(21)连接，二级换热器(22)的侧面通过脱附进气管(23)与吸附箱体(12)的另一个进气口连通，所述脱附进气管(23)上设有用于控制开关的自动阀(24)；吸附箱体(12)的另一个出气口通过脱附排气管(25)与催化燃烧系统连通，所述的脱附排气管(25)上设有用于控制开关的自动阀(24)；

所述的催化燃烧系统包括一级换热器A(31)、一级换热器B(32)、加热器(33)以及催化反应器(34)；所述的一级换热器A(31)、一级换热器B(32)、加热器(33)和催化反应器(34)依次连接，一级换热器A(31)的进气口与脱附排气管(25)连通，催化反应器(34)的出气口与一级换热器B(32)的侧面连通，一级换热器B(32)的另一个侧面与一级换热器A(31)的侧面连通，一级换热器A(31)的另一个侧面与二级换热器(22)的进气口连通。

2.根据权利要求1所述的串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，其特征是：所述的进气阀组(15)由三通阀A(151)和两通阀(152)通过并联连接组成；所述的排气阀组(16)采用三通阀B(161)；所述的三通阀A(151)包括第一进气口A(1511)、第二进气口A(1512)以及出气口A(1513)，所述的第一进气口A(1511)与废气进气管道(11)连通，出气口A(1513)与两通阀(152)的进气口连通，两通阀(152)的出气口与吸附箱体(12)的一个进气口连通；所述的三通阀B(161)包括进气口B(1611)、第一出气口B(1612)以及第二出气口B(1613)，所述的进气口B(1611)与吸附箱体(12)的一个出气口连通，所述的第一出气口B(1612)与排气管道(13)连通，所述的第二出气口B(1613)通过循环管道(17)与第二进气口A(1512)连通。

3.根据权利要求1所述的串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，其特征是：所述的吸附剂至少有两种，将至少两种吸附剂串联使用，所述吸附剂的种类由废气组分中吸附质的分子直径确定，吸附剂的孔径与吸附质分子直径比值为1.7~3.0。

4.根据权利要求1所述的串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，其特征是：所述的脱附进气管(23)和脱附排气管(25)上均设有隔热管道(26)。

5.根据权利要求1所述的串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，其特征是：所述的吸附箱体(12)上还设有氮气保护进口(121)，所述的氮气保护进口(121)通过管道外接氮气气源。

6.根据权利要求5所述的串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，其特征是：所述的吸附箱体(12)外侧设有保温层(122)。

7.根据权利要求1所述的串联靶向吸附及并联脱附有机废气处理装置，其特征是：所述的装置还包括自动控制系统，所述的串联吸附系统、并联脱附系统和催化燃烧系统与所述的自动控制系统连接。

Images