CN111482053A - 一种用于废气中VOCs的净化及回收装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于废气中VOCs的净化及回收装置和方法，包括吸附反应器、吸附剂再生系统、VOCs收集系统、流化床内罐、灰斗、分隔板、三通控制阀、进气管道、第一出气管道和第二出气管道；通过吸附反应器对含VOCs的废气进行净化，使其不含有VOCs后进行排出；吸附剂再生系统能将已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂气化脱附，从而使磁性生物炭吸附剂再次具有VOCs吸附能力，实现重复利用；VOCs收集系统能将脱附后的VOCs蒸汽冷凝液化，从而实现对VOCs的收集；因此本发明能对废气中VOCs同时进行净化及回收，并且不会对环境造成二次污染，从而有效提高VOCs净化及回收的应用范围。

Description

一种用于废气中VOCs的净化及回收装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于废气中VOCs的净化及回收装置和方法，属于废气净化技术领域。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)是一类在室温下具有高饱合蒸汽压(>133.32Pa)、低沸点(50-250℃)的有机化合物。大部分VOCs因具有毒性、致突变及致癌性而严重影响着人类健康，此外，VOCs还会引起温室效应、光化学烟雾、臭氧层破坏等严重的生态环境问题。
近年来，随着工业发展人为源VOCs释放量急剧增长。目前工业上应用的VOCs控制技术主要有蓄热式热力燃烧(RTO)、蓄热式催化氧化(RCO)、冷凝、吸收、吸附、等离子体催化、光催化氧化、臭氧催化氧化、膜分离、生物降解等。上述技术各有优缺点，如，RTO适用于处理高浓度VOCs废气，处理低浓度VOCs废气时需耗费额外能源而提高了运行费用；RCO技术虽然对运行温度要求较低，但处理效率受进气量及VOCs浓度的波动影响较大，此外，为防止催化剂中毒需对预处理设施，催化剂也需要定期更换，因此操作与运行费用较高；冷凝技术主要适用于5000ppm以上的高浓度VOCs废气处理；吸收技术则需要有相配套的废水处理设施。因此，已工业应用的VOCs控制技术中，吸附技术由于其稳定的高处理效率以及低廉的运行费用而占据着VOCs控制的主要市场份额。此外，根据可否实现VOCs的回收，控制技术又可以分为VOCs分解技术与可再生技术。废气中大部分VOCs是工业生产的重要原材料，具有较高的经济价值，因此RTO、RCO、催化氧化、催化分解等将VOC分解为CO2的技术无法实现VOCs的回收利用，从而无法实现循环利用。相比之下，采用磁性生物炭吸附的控制技术不仅可以实现VOCs的回收利用，而且也从根本上避免了由VOCs分解而产生的NOx、O3、OH·自由基、二次有机气溶胶等副产物造成的环境二次污染。但是目前没有基于磁性生物炭吸附VOCs的净化及回收一体化装置，从而制约了VOCs净化及回收的应用范围。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于废气中VOCs的净化及回收装置和方法，能对废气中VOCs同时进行净化及回收，并且不会对环境造成二次污染，从而有效提高VOCs净化及回收的应用范围。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于废气中VOCs的净化及回收装置，包括吸附反应器、吸附剂再生系统、VOCs收集系统、流化床内罐、灰斗、分隔板、三通控制阀、进气管道、第一出气管道和第二出气管道，
流化床内罐设置在吸附反应器内部，流化床内罐下端设有进气端，进气管道一端伸入吸附反应器内部、并与进气端连接，在流化床内罐内部设有承托层，承托层上设有磁性生物炭吸附剂，流化床内罐上端设有出气端，在出气端的正上方设有倒V型挡板，吸附反应器上端并排设有第一出气口和第二出气口，所述分隔板处于吸附反应器内部、且竖直固定在第一出气口和第二出气口之间，在吸附反应器内部靠近第一出气口处设有第一电磁铁，在吸附反应器内部靠近第二出气口处设有第二电磁铁，第一出气管道一端和第二出气管道一端分别与第一出气口和第二出气口连接，第一出气管道另一端和第二出气管道另一端分别与三通控制阀的两个进口连接；所述吸附反应器下端的出料口与灰斗上端的进料口连接，灰斗下端设有出料口，出料口处装有锁气器。
所述吸附剂再生系统包括吸附剂再生器、电加热系统、吹扫风机、吸附剂输送机和吸附剂输送管，吸附剂再生器顶部设有进料口和出气口，吸附剂再生器下部设有吹气口和出料口，电加热系统设置在吸附剂再生器内，吸附剂再生器的进料口与灰斗的出料口连接，吹扫风机通过管路与吸附剂再生器的吹气口连接，吸附剂再生器的出料口通过管路与吸附剂输送机的进口端连接，吸附剂输送机的出口端与吸附剂输送管一端连接，流化床内罐侧部开设投料口，吸附剂输送管另一端伸入吸附反应器与流化床内罐的投料口连接；通过设置该系统，能将已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂，进行气化脱附，从而使磁性生物炭吸附剂再次具有吸附VOCs的作用，实现其循环利用，从而有效节约资源；
所述VOCs收集系统包括连接管、VOCs收集罐和VOCs冷凝管，连接管一端与吸附剂再生器的出气口连接，连接管另一端与VOCs收集罐的进气口连接，VOCs冷凝管一端伸入进气管道内，VOCs冷凝管另一端与VOCs收集罐的回流口连接。设置该系统，能对脱附后的VOCs进行收集，从而便于后续对VOCs的再利用。
进一步，所述承托层是不锈钢多孔板。采用这种结构使其具有布气功能，保证废气通过及防止磁性生物炭吸附剂通过，从而保证对废气中VOCs的净化，同时其还具有加工方便，成本低的优点。
进一步，所述吸附反应器表面开设检查口，检查口通过检查门密封。设置检查口，能定期对吸附反应器和流化床内罐进行检修，保证整个装置的正常使用。
一种用于废气中VOCs的净化及回收装置的工作方法，具体步骤为：
A、将含VOCs的废气通过进气管道输送到流化床内罐中，含VOCs的废气在流化床内罐内部自下而上流动，穿过承托层时磁性生物炭吸附剂随废气流动处于流化状态，磁性生物炭吸附剂对废气中的VOC进行吸附，完成净化后，废气携带已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂从流化床内罐的出气端排出；
B、排出的废气受倒V型挡板的阻挡并导流向吸附反应器下部流动，同时在惯性作用下废气内携带的磁性生物炭吸附剂撞击在倒V型挡板上，并反弹向吸附反应器下部移动，净化后的废气在经过倒V型挡板后会继续向吸附反应器上部移动，而大部分的磁性生物炭吸附剂受反弹力及重力作用在吸附反应器内持续下落，直至达到灰斗内；剩余小部分的磁性生物炭吸附剂随废气向吸附反应器上部移动，对三通控制阀、第一电磁铁和第二电磁铁进行控制，具体过程为：
①首先开启第一电磁铁、关闭第二电磁铁，然后调节三通控制阀，使其出气口与第一出气管道导通，同时与第二出气管道断开；此时废气从吸附反应器的第一出气口进入第一出气管道内，在废气经过第一出气口时第一电磁铁将废气中的磁性生物炭吸附剂捕获，最终使净化后的废气从三通控制阀的出气口排出；
②持续设定时间后(此时第一电磁铁吸附的磁性生物炭吸附剂达到一定量)，开启第二电磁铁，然后调节三通控制阀，使其出气口与第二出气管道导通，同时与第一出气管道断开，最后关闭第一电磁铁；第一电磁铁捕获的磁性生物炭吸附剂受重力作用下落进入灰斗内，此时废气从吸附反应器的第二出气口进入第二出气管道内，在废气经过第二出气口时第二电磁铁将废气中的磁性生物炭吸附剂捕获，最终使净化后的废气从三通控制阀的出气口排出；
③持续设定时间后(此时第二电磁铁吸附的磁性生物炭吸附剂达到一定量)，重复步骤①，同时第二电磁铁捕获的磁性生物炭吸附剂受重力作用下落进入灰斗内，如此循环，直至完成废气净化VOCs的过程；这样交替进行能持续保持第一电磁铁和第二电磁铁的捕获能力。
C、在废气净化VOCs的过程，灰斗内的磁性生物炭吸附剂通过锁气器进入吸附剂再生器内，此时开启电加热系统对吸附剂再生器内部进行加热，已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂在高温下使VOCs气化脱附，完成脱附的磁性生物炭吸附剂受到重力作用到达吸附剂再生器下部，并通过吸附剂再生器的出料口及吸附剂输送机进入吸附剂输送管，最后经过投料口进入流化床内罐内，并置于承托层上，完成磁性生物炭吸附剂的再生过程；
D、开启吹扫风机，使吸附剂再生器内气化脱附产生的VOCs蒸汽，受气压作用通过连接管进入VOCs收集罐内，并且VOCs蒸汽在VOCs收集罐内流动进入VOCs冷凝管内，由于VOCs冷凝管处于进气管道内，此时VOCs蒸汽在VOCs冷凝管与进气管道内含VOCs的废气进行热交换，从而使VOCs蒸汽大部分冷凝液化，液化后的VOCs液体通过VOCs冷凝管回流进入VOCs收集罐进行收集，少部分未冷凝液化的VOCs蒸汽从VOCs冷凝管进入进气管道内，并随含VOCs的废气进入吸附反应器内再次进行净化过程，如此循环，直至完成废气净化VOCs的过程。
与现有技术相比，本发明采用吸附反应器、吸附剂再生系统和VOCs收集系统相结合方式，通过吸附反应器对含VOCs的废气进行净化，使其不含有VOCs后进行排出；吸附剂再生系统能将已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂气化脱附，从而使磁性生物炭吸附剂再次具有VOCs吸附能力，实现重复利用；VOCs收集系统能将脱附后的VOCs蒸汽冷凝液化，从而实现对VOCs的收集；因此本发明能对废气中VOCs同时进行净化及回收，并且不会对环境造成二次污染，从而有效提高VOCs净化及回收的应用范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、吸附反应器，2、吸附剂再生系统，3、VOCs收集系统，4、流化床内罐，5、倒V型挡板，6、分隔板，7、三通控制阀，8-1、第一电磁铁，8-2、第二电磁铁，9、进气管道，10-1、第一出气管道，10-2、第二出气管道，11、检查口，12、灰斗，13、磁性生物炭吸附剂，14、承托层，15、投料口，16、锁气器，17、吸附剂再生器，18、吸附剂输送机，19、吸附剂输送管，20、吹扫风机，21、电加热系统，22、连接管，23、VOCs收集罐，24、VOCs冷凝管。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于废气中VOCs的净化及回收装置，包括吸附反应器1、吸附剂再生系统2、VOCs收集系统3、流化床内罐4、灰斗12、分隔板6、三通控制阀7、进气管道9、第一出气管道10-1和第二出气管道10-2，
所述流化床内罐4设置在吸附反应器1内部，流化床内罐4下端设有进气端，进气管道9一端伸入吸附反应器1内部、并与进气端连接，在流化床内罐4内部设有承托层14，承托层14上设有磁性生物炭吸附剂13，流化床内罐4上端设有出气端，在出气端的正上方设有倒V型挡板5，吸附反应器1上端并排设有第一出气口和第二出气口，所述分隔板6处于吸附反应器1内部、且竖直固定在第一出气口和第二出气口之间，在吸附反应器1内部靠近第一出气口处设有第一电磁铁8-1，在吸附反应器1内部靠近第二出气口处设有第二电磁铁8-2，第一出气管道10-1一端和第二出气管道10-2一端分别与第一出气口和第二出气口连接，第一出气管道10-1另一端和第二出气管道10-2另一端分别与三通控制阀7的两个进口连接；所述吸附反应器1下端的出料口与灰斗12上端的进料口连接，灰斗12下端设有出料口，出料口处装有锁气器16。
所述吸附剂再生系统2包括吸附剂再生器17、电加热系统21、吹扫风机20、吸附剂输送机18和吸附剂输送管19，吸附剂再生器17顶部设有进料口和出气口，吸附剂再生器17下部设有吹气口和出料口，电加热系统21设置在吸附剂再生器17内，吸附剂再生器17的进料口与灰斗12的出料口连接，吹扫风机20通过管路与吸附剂再生器17的吹气口连接，吸附剂再生器17的出料口通过管路与吸附剂输送机18的进口端连接，吸附剂输送机18的出口端与吸附剂输送管19一端连接，流化床内罐4侧部开设投料口15，吸附剂输送管19另一端伸入吸附反应器1与流化床内罐4的投料口15连接。通过设置该系统，能将已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂13，进行气化脱附，从而使磁性生物炭吸附剂13再次具有吸附VOCs的作用，实现其循环利用，从而有效节约资源。
所述VOCs收集系统3包括连接管22、VOCs收集罐23和VOCs冷凝管24，连接管22一端与吸附剂再生器17的出气口连接，连接管22另一端与VOCs收集罐23的进气口连接，VOCs冷凝管24一端伸入进气管道9内，VOCs冷凝管24另一端与VOCs收集罐23的回流口连接。设置该系统，能对脱附后的VOCs进行收集，从而便于后续对VOCs的再利用。
进一步，所述承托层14是不锈钢多孔板。采用这种结构使其具有布气功能，保证废气通过及防止磁性生物炭吸附剂13通过，从而保证对废气中VOCs的净化，同时其还具有加工方便，成本低的优点。
进一步，所述吸附反应器1表面开设检查口11，检查口11通过检查门密封。设置检查口11，能定期对吸附反应器1和流化床内罐4进行检修，保证整个装置的正常使用。
一种用于废气中VOCs的净化及回收装置的工作方法，具体步骤为：
A、将含VOCs的废气通过进气管道9输送到流化床内罐4中，含VOCs的废气在流化床内罐4内部自下而上流动，穿过承托层14时磁性生物炭吸附剂13随废气流动处于流化状态，磁性生物炭吸附剂13对废气中的VOC进行吸附，完成净化后，废气携带已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂13从流化床内罐4的出气端排出；
B、排出的废气受倒V型挡板5的阻挡并导流向吸附反应器1下部流动，同时在惯性作用下废气内携带的磁性生物炭吸附剂13撞击在倒V型挡板5上，并反弹向吸附反应器1下部移动，净化后的废气在经过倒V型挡板5后会继续向吸附反应器1上部移动，而大部分的磁性生物炭吸附剂5受反弹力及重力作用在吸附反应器1内持续下落，直至达到灰斗12内；剩余小部分的磁性生物炭吸附剂13随废气向吸附反应器1上部移动，对三通控制阀7、第一电磁铁8-1和第二电磁铁8-2进行控制，具体过程为：
①首先开启第一电磁铁8-1、关闭第二电磁铁8-2，然后调节三通控制阀7，使其出气口与第一出气管道10-1导通，同时与第二出气管道10-2断开；此时废气从吸附反应器1的第一出气口进入第一出气管道10-1内，在废气经过第一出气口时第一电磁铁8-1将废气中的磁性生物炭吸附剂13捕获，最终使净化后的废气从三通控制阀7的出气口排出；
②持续设定时间后(此时第一电磁铁8-1吸附的磁性生物炭吸附剂13达到一定量)，开启第二电磁铁8-2，然后调节三通控制阀7，使其出气口与第二出气管道10-2导通，同时与第一出气管道10-1断开，最后关闭第一电磁铁8-1；第一电磁铁8-1捕获的磁性生物炭吸附剂13受重力作用下落进入灰斗12内，此时废气从吸附反应器1的第二出气口进入第二出气管道10-2内，在废气经过第二出气口时第二电磁铁8-2将废气中的磁性生物炭吸附剂13捕获，最终使净化后的废气从三通控制阀7的出气口排出；
③持续设定时间后(此时第二电磁铁8-2吸附的磁性生物炭吸附剂13达到一定量)，重复步骤①，同时第二电磁铁8-2捕获的磁性生物炭吸附剂13受重力作用下落进入灰斗12内，如此循环，直至完成废气净化VOCs的过程；这样交替进行能持续保持第一电磁铁8-1和第二电磁铁8-2的捕获能力。
C、在废气净化VOCs的过程，灰斗12内的磁性生物炭吸附剂13通过锁气器16进入吸附剂再生器17内，此时开启电加热系统21对吸附剂再生器17内部进行加热，已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂在高温下使VOCs气化脱附，完成脱附的磁性生物炭吸附剂受到重力作用到达吸附剂再生器17下部，并通过吸附剂再生器17的出料口及吸附剂输送机18进入吸附剂输送管19，最后经过投料口15进入流化床内罐4内，并置于承托层14上，完成磁性生物炭吸附剂13的再生过程；
D、开启吹扫风机20，使吸附剂再生器17内气化脱附产生的VOCs蒸汽，受气压作用通过连接管22进入VOCs收集罐23内，并且VOCs蒸汽在VOCs收集罐23内流动进入VOCs冷凝管24内，由于VOCs冷凝管24处于进气管道9内，此时VOCs蒸汽在VOCs冷凝管24与进气管道9内含VOCs的废气进行热交换，从而使VOCs蒸汽大部分冷凝液化，液化后的VOCs液体通过VOCs冷凝管24回流进入VOCs收集罐23进行收集，少部分未冷凝液化的VOCs蒸汽从VOCs冷凝管24进入进气管道9内，并随含VOCs的废气进入吸附反应器1内再次进行净化过程，如此循环，直至完成废气净化VOCs的过程。

Claims (4)

1.一种用于废气中VOCs的净化及回收装置，其特征在于，包括吸附反应器、吸附剂再生系统、VOCs收集系统、流化床内罐、灰斗、分隔板、三通控制阀、进气管道、第一出气管道和第二出气管道，
所述流化床内罐设置在吸附反应器内部，流化床内罐下端设有进气端，进气管道一端伸入吸附反应器内部、并与进气端连接，在流化床内罐内部设有承托层，承托层上设有磁性生物炭吸附剂，流化床内罐上端设有出气端，在出气端的正上方设有倒V型挡板，吸附反应器上端并排设有第一出气口和第二出气口，所述分隔板处于吸附反应器内部、且竖直固定在第一出气口和第二出气口之间，在吸附反应器内部靠近第一出气口处设有第一电磁铁，在吸附反应器内部靠近第二出气口处设有第二电磁铁，第一出气管道一端和第二出气管道一端分别与第一出气口和第二出气口连接，第一出气管道另一端和第二出气管道另一端分别与三通控制阀的两个进口连接；所述吸附反应器下端的出料口与灰斗上端的进料口连接，灰斗下端设有出料口，出料口处装有锁气器。
所述吸附剂再生系统包括吸附剂再生器、电加热系统、吹扫风机、吸附剂输送机和吸附剂输送管，吸附剂再生器顶部设有进料口和出气口，吸附剂再生器下部设有吹气口和出料口，电加热系统设置在吸附剂再生器内，吸附剂再生器的进料口与灰斗的出料口连接，吹扫风机通过管路与吸附剂再生器的吹气口连接，吸附剂再生器的出料口通过管路与吸附剂输送机的进口端连接，吸附剂输送机的出口端与吸附剂输送管一端连接，流化床内罐侧部开设投料口，吸附剂输送管另一端伸入吸附反应器与流化床内罐的投料口连接；
所述VOCs收集系统包括连接管、VOCs收集罐和VOCs冷凝管，连接管一端与吸附剂再生器的出气口连接，连接管另一端与VOCs收集罐的进气口连接，VOCs冷凝管一端伸入进气管道内，VOCs冷凝管另一端与VOCs收集罐的回流口连接。
2.根据权利要求1所述的用于废气中VOCs的净化及回收装置，其特征在于，所述承托层是不锈钢多孔板。
3.根据权利要求1所述的用于废气中VOCs的净化及回收装置，其特征在于，所述吸附反应器表面开设检查口，检查口通过检查门密封。
4.一种采用权利要求1至3任一项所述的用于废气中VOCs的净化及回收装置的工作方法，其特征在于，具体步骤为：
A、将含VOCs的废气通过进气管道输送到流化床内罐中，含VOCs的废气在流化床内罐内部自下而上流动，穿过承托层时磁性生物炭吸附剂随废气流动处于流化状态，磁性生物炭吸附剂对废气中的VOC进行吸附，完成净化后，废气携带已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂从流化床内罐的出气端排出；
B、排出的废气受倒V型挡板的阻挡并导流向吸附反应器下部流动，同时在惯性作用下废气内携带的磁性生物炭吸附剂撞击在倒V型挡板上，并反弹向吸附反应器下部移动，净化后的废气在经过倒V型挡板后会继续向吸附反应器上部移动，而大部分的磁性生物炭吸附剂受反弹力及重力作用在吸附反应器内持续下落，直至达到灰斗内；剩余小部分的磁性生物炭吸附剂随废气向吸附反应器上部移动，对三通控制阀、第一电磁铁和第二电磁铁进行控制，具体过程为：
①首先开启第一电磁铁、关闭第二电磁铁，然后调节三通控制阀，使其出气口与第一出气管道导通，同时与第二出气管道断开；此时废气从吸附反应器的第一出气口进入第一出气管道内，在废气经过第一出气口时第一电磁铁将废气中的磁性生物炭吸附剂捕获，最终使净化后的废气从三通控制阀的出气口排出；
②持续设定时间后，开启第二电磁铁，然后调节三通控制阀，使其出气口与第二出气管道导通，同时与第一出气管道断开，最后关闭第一电磁铁；第一电磁铁捕获的磁性生物炭吸附剂受重力作用下落进入灰斗内，此时废气从吸附反应器的第二出气口进入第二出气管道内，在废气经过第二出气口时第二电磁铁将废气中的磁性生物炭吸附剂捕获，最终使净化后的废气从三通控制阀的出气口排出；
③持续设定时间后，重复步骤①，同时第二电磁铁捕获的磁性生物炭吸附剂受重力作用下落进入灰斗内，如此循环，直至完成废气净化VOCs的过程；
C、在废气净化VOCs的过程，灰斗内的磁性生物炭吸附剂通过锁气器进入吸附剂再生器内，此时开启电加热系统对吸附剂再生器内部进行加热，已经吸附VOCs的磁性生物炭吸附剂在高温下使VOCs气化脱附，完成脱附的磁性生物炭吸附剂受到重力作用到达吸附剂再生器下部，并通过吸附剂再生器的出料口及吸附剂输送机进入吸附剂输送管，最后经过投料口进入流化床内罐内，并置于承托层上，完成磁性生物炭吸附剂的再生过程；
D、开启吹扫风机，使吸附剂再生器内气化脱附产生的VOCs蒸汽，受气压作用通过连接管进入VOCs收集罐内，并且VOCs蒸汽在VOCs收集罐内流动进入VOCs冷凝管内，由于VOCs冷凝管处于进气管道内，此时VOCs蒸汽在VOCs冷凝管与进气管道内含VOCs的废气进行热交换，从而使VOCs蒸汽大部分冷凝液化，液化后的VOCs液体通过VOCs冷凝管回流进入VOCs收集罐进行收集，少部分未冷凝液化的VOCs蒸汽从VOCs冷凝管进入进气管道内，并随含VOCs的废气进入吸附反应器内再次进行净化过程，如此循环，直至完成废气净化VOCs的过程。
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