CN111514713A - 一种除烟气中异味物质的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种除烟气中异味物质的设备及方法，设备包括，复合吸附剂模块，用于吸附烟气中异味物质；氧化剂喷射分配模块，用于为复合吸附剂模块提供气体氧化剂以氧化被复合吸附剂模块吸附的异味物质。本申请的设备及方法能够适应大流量、低浓度、高湿度烟气工况，选择性地去除异味物质。
Description
技术领域
本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种除烟气中异味物质的设备及方法。
背景技术
恶臭(异味)是典型的扰民污染，属于大气污染的范畴，恶臭从嗅阈感观角度直观反映了环境质量品质。此外，臭气中含有的某些恶臭物质如硫化氢、硫醇类、氨、甲硫醚、酚类、苯系物等对人体都有毒害作用，兼有恶臭污染和有害气体污染两重属性。工业源是城市恶臭污染的最主要来源之一，其中有石油化工、造纸纸浆、医药农药、皮革加工、涂料生产以及冶金、炼焦、木材加工等。尽管相当部分工业尾气排放达到污染物综合排放标准或者更严格的行业排放标准，但随着城市扩张、人口增加等原因，工业尾气排放所造成的异味物质逐渐成为周围居民投诉的焦点。据统计，因恶臭(异味)引发的环境投诉在环境投诉中所占的比例逐年增加，仅次于噪声，居第二位，且恶臭污染投诉占全部空气污染投诉的 50％以上。
与VOCs治理不同的是，由于恶臭具有以人的嗅觉感知为判断标准的特殊性，具有不同于通常意义VOCs污染的许多特性，包括：①嗅阈值低。大多数恶臭物质的嗅阈值的体积分数达到10-9(ppb)，有些物质的嗅阈值浓度低于环境质量标准或卫生标准，其污染物浓度水平往往低于常规VOC治理措施所能接受的下限浓度。另外，其极低的浓度与烟气中的常规组分以及已经达标的氮氧氧化物、硫氧化物等污染物浓度接近，无论使用何种方法脱除异味物质，都需要避免同时脱除与异味无关的气态污染物造成的能量与物质的浪费。②人的感觉强度与恶臭物质浓度的对数呈正比。也就是说及时大部分恶臭成分被去除，在人的嗅觉中并不会感觉到相应程度的减少或减轻，因此防治恶臭要比防治VOC污染物更困难。③多组分。这种复合臭度并不是各种单一物质气味的简单叠加，需要评估各组分对臭气浓度的贡献并选择性地去除。④具有时段性和区域性。恶臭污染散发到大气中后，由于化学活性较高，且受大气扩散影响，衰减较快，通常只是局部性的污染。
目前烟气除臭的常用技术有物理吸附、溶液吸收、热氧化(RTO、RCO)、低温等离子、光催化氧化、生物滤池、掩蔽剂等及其组合工艺。如VOC气体首先经气水分离塔喷淋洗涤吸收，然后进入臭氧分子筛催化氧化器催化氧化降解。催化氧化单元使用的催化剂为负载γ-Al2O3的分子筛催化剂，氧化剂为臭氧。其作用机理是通过催化剂促使臭氧在有水环境下激发出羟基自由基，臭氧为连续投加。然而，羟基自由基具有高能氧化作用，其氧化过程无选择性，废气中的氮氧化物、硫氧化物等将被一同氧化，对于低浓度的VOC混合气体，氧化剂可能被大量消耗在无关污染物的氧化上。因该发明臭氧投加后无吸收液洗过程，则NO2、SO3等更高毒性和危害的反应副产物将被排放大气，且臭氧逃逸的风险较高；如果后续增加吸收液洗，则废水中的总氮将增加水处理难度。但该方法不适用于低浓度、高湿度VOC尾气治理。
又如通过将臭氧溶解于水中并喷洒在涂抹有TiO2涂层的反应件填料表面，在内置的紫外光源照射下进行臭氧复合光催化氧化的高级氧化反应，氧化剂为溶解在水中的臭氧以及激发出的羟基自由基。其同样无法解决高级氧化的选择性问题，且该发明的溶解于水中的氧化剂对难溶性的挥发性有机物氧化效果较差。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题。
现有技术的方法但针对工业烟气的排放量通常可以达到每小时10万立方米到100万立方米、异味物质的浓度只有几到十几ppm、部分异味物质溶解性较低、且烟气湿度超过60％甚至接近100％的实际工况，往往超出上述处理技术的处理极限。同时，上述方法的能耗和压力损失过大或是工程造价巨大，在处理大流量高湿度废气的时候尤为突出。因此，需要一种能经济性处理大流量、低浓度、高湿度的恶臭(异味)气体的可靠工艺来解决工业企业的排烟扰民问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供一种除烟气中异味物质的设备及方法，能够适应大流量、低浓度、高湿度烟气工况，选择性地去除异味物质。
本申请实施例提供了一种除烟气中异味物质的设备，包括，
复合吸附剂模块，用于吸附烟气中异味物质；
氧化剂喷射分配模块，用于为复合吸附剂模块提供气体氧化剂以氧化被复合吸附剂模块吸附的异味物质。
作为本申请改进的技术方案，复合吸附剂模块包括若干个复合吸附剂元件，若干个复合吸附剂元件采用框架约束；每个复合吸附剂元件包括颗粒结构的分子筛吸附剂或者整体呈蜂窝状结构的分子筛吸附剂。
作为本申请改进的技术方案，所述分子筛吸附剂上负载有催化剂。
作为本申请改进的技术方案，所述氧化剂喷射分配模块包括，
氧化剂输送总管，连接于氧化剂源，用于为复合吸附剂模块供气体氧化剂；
分区分配管，有若干个，若干个分区分配管连接于氧化剂输送总管；每个分区分配管上设有自动控制阀与带有气体喷嘴的喷射支管。
作为本申请改进的技术方案，每一个分区分配管对应有一个压缩空气吹扫管道，压缩空气吹扫管道连通于压缩空气源用于采用压缩空气吹扫分区分配管。
作为本申请改进的技术方案，气体喷嘴的喷射角度100～150°；气体喷嘴与气体喷嘴之间的间距为500～600mm，喷射支管的布置间距为500～600mm。
作为本申请改进的技术方案，还包括声波吹灰器，声波吹灰器设于复合吸附剂模块气体流动的前方，定义气体流动时气体流入的方向为前方；声波吹灰器通过压缩空气储罐连通于压缩空气供气源。
作为本申请改进的技术方案，所述声波吹灰器声功率级＞160dB，所用压缩空气储罐的压缩空气压力不小于0.7Mpa。
作为本申请改进的技术方案，还包括气流分布元件，设于复合吸附剂模块气体流动的前方，气流分布元件具有错列布置圆形通孔，开孔率为0.2-0.3，孔内流速8～10m/s。
作为本申请改进的技术方案，还包括喷淋模块，用于对被吸附异味物质的烟气喷淋吸收液去除残留的异味物质和残留的氧化剂。
作为本申请改进的技术方案，还包括除雾装置；除雾装置包括，
除雾器，设于喷淋模块的上方；
除雾器冲洗喷淋层，设于除雾器的上方，用于向除雾器上喷洒吸收液以冲洗除雾器。
作为本申请改进的技术方案，复合吸附剂模块、氧化剂喷射分配模块以及喷淋模块集成于吸附反应塔中，并且喷淋模块位于复合吸附剂模块的下游，氧化剂喷射分配模块位于复合吸附剂模块的上游。
作为本申请改进的技术方案，所述喷淋模块包括，
喷淋层，用于向复合吸附剂模块喷洒吸收液；
吸收液收集托盘，介于喷淋层与复合吸附剂模块之间，用于承接喷淋层喷洒的吸收液；
吸收液收集中心筒，设于吸附反应塔塔体内部中间位置，上端连通于吸收液收集托盘；
循环水管道，一端连通于吸收液收集中心筒的下端，另一端用于通过循环喷淋泵向喷淋层供应吸收液。
作为本申请改进的技术方案，所述喷淋模块还包括设于喷淋层下方的缩颈导流装置，缩颈导流装置具有与塔体内部截面尺寸匹配的板状元件，板状元件具有向下弯折的坡面结构，坡面结构的最低点设有开口，开口位于吸收液收集托盘的上方，并且开口的尺寸小于吸收液收集托盘的尺寸。
作为本申请改进的技术方案，缩颈导流装置与吸收液收集托盘之间垂直间距为
D为吸附反应塔塔体内部的内径。
作为本申请改进的技术方案，所述喷淋层采用雾化喷嘴形式，喷嘴选用螺旋实心锥喷嘴，喷嘴雾化角为60-90°；喷嘴布置间距为600-1000mm，吸收液在吸附反应塔横断面覆盖率为120-150％。
作为本申请改进的另一技术方案，复合吸附剂模块、氧化剂喷射分配模块以及喷淋模块分体设置；其中，复合吸附剂模块与氧化剂喷射分配模块集成于一体；喷淋模块位于复合吸附剂模块与氧化剂喷射分配模块的下游，定义下游为气体流出的方向。
作为本申请改进的技术方案，所述喷淋模块包括，
喷淋层，用于向经复合吸附剂模块吸附后的烟气喷洒吸收液；
循环水管道，入口连通于喷淋层喷淋后的吸收液，出口用于向喷淋层供应吸收液。
本申请的另一目的是提供一种除烟气中异味物质的方法，包括如下步骤：
向复合吸附剂模块供应烟气,；
复合吸附剂模块中吸附剂吸附烟气中异味物质；
被吸附剂吸附异味物质的烟气流出复合吸附剂模块后被喷淋模块喷淋，并排出吸附反应塔。
作为本申请改进的技术方案，还包括通过氧化剂喷射分配模块向复合吸附剂模块分区周期性交替式提供气体氧化剂；即，每次氧化剂投加只投加于复合吸附剂模块中部分复合吸附剂元件，氧化剂投加开始于该部分复合吸附剂元件动态吸附饱后，另一部分复合吸附剂元件仍然处于吸附过程；一个周期的投加总时间为复合吸附剂模块中所有复合吸附剂元件动态吸附饱和时间；每次的投加量由氧化剂与异味物质的反应摩尔比确定。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请的设备能选择性吸附烟气中目标污染物质，解决了在氮氧化物、硫氧化物、H2O以及其他非异味物质存在条件下，烟气中异味物质的选择性吸附浓缩问题。
吸附剂选择可在线更新方式更新，即在持续除烟气中异味物质过程进行吸附剂的更新。采用物理吸附+化学氧化更新的方式，解决了吸附剂吸附饱和需定期更换的问题，避免了危废的产生，极大延长了吸附剂的使用寿命；也避免了物理吸附/脱附法仍需对脱附的浓相气体仍需单独处理、氧化焚烧能耗较大等问题，简化了吸附剂更新过程，节省了额外的脱附处理能耗。
本申请利用物理吸附的选择性促进了化学氧化的选择性作用，首先经物理吸附选择性地将目标异味污染物浓集至吸附相中，然后通入化学氧化剂降解更新。由于吸附相中的目标污染物浓度远高于气相中的其他物质，因此在投加氧化剂后，目标污染物与氧化剂的有效碰撞概率远大于气相中的其他物质，表现出氧化过程的选择性。此外，氧化剂为分区间断投加，在不改变氧化剂投加量的情况下，相当于增加了氧化剂的投加浓度，增加了氧化剂与吸附相中目标污染物的碰撞几率，同时减少了氧化剂与非目标污染物的接触时间，避免了氧化剂的无谓消耗和氧化产物的不确定性。
本申请的设备具有自主灵活选择性，即可具有结构紧凑、密封性能好、占地面积小、附属设备少、无需额外热源、无火灾风险、运行成本低等优势；又能因地制宜进行分体设计并实现全部除烟气中异味物质的功能。
附图说明
图1为实施例1装置布置示意及系统流程图；
图2为吸收液收集中心筒及环形支架布置示意图；
图3为复合吸附剂模块布置示意图；
图4为氧化剂喷射分配系统流程图；
图5为氧化剂喷射分配模块结构示意图；
图6缩颈导流装置结构示意图；
图7缩颈导流装置结构另一视角示意图
图8复合吸附剂模块的元件结构示意图；
图9实施例2装置布置示意图；
图中，1.吸附反应塔、2.吸收液收集中心筒、3.气流分布装置、4.清灰装置、 5.氧化剂喷射分配模块、6.环形支架、7.复合吸附剂模块、8.吸收液收集托盘、9.缩颈导流装置、10.循环喷淋层、11.除雾器、12.除雾器冲洗喷淋层、13.外排烟囱、14.烟气增压风机、15.压缩空气储罐、16.氧化剂制备系统、17.循环喷淋泵、18.来流湿烟气烟道、19.循环水管道、20.压缩空气管道、21.氧化剂输送总管、22.废水外排管道、501.分区分配管、502.喷射支管、503.气体喷嘴、504、压缩空气吹扫管道、701复合吸附剂元件、702钢制框架、901.板状元件、902、开口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本申请为解决背景技术的问题，总体思路如下：含异味物质的烟气经增压后首先经气流分布装置3实现流场均匀分配，然后进入复合吸附剂模块，目标异味物质被选择性吸附浓缩。吸附平衡后，向复合吸附剂模块7投加强氧化剂(为了充分进行化学反应更新吸附剂，氧化剂选用的是气体氧化剂)，吸附质被选择性降解为H2O、CO2等并重新进入烟气系统，氧化剂投加停止，进入下一个吸附周期。流出复合吸附剂层的烟气经过逆流式喷淋洗涤，捕集溶解性有机物和逃逸的氧化剂，喷淋吸收液与吸附剂不接触。喷淋后的烟气经除雾后通过塔顶烟囱(外排烟囱13)排放。本发明具有高选择性、高浓缩比、吸附剂寿命周期内无需更换，能耗低的优点，特别适用于大流量、低浓度、高湿度烟气工况。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
定义，本文中吸收液是指能够对异味物质以及氧化剂进行吸附的液体，具体成分根据异味物质和氧化剂人为配置，其来源于现有技术中的任何能实现该目的的液体，本申请不做详细阐述。
定义，气体氧化剂是气体状态的氧化剂，如可采用气体状态的氧气、臭氧、过氧化氢、ClO2，上述举例只是为了说明，但本申请的气体氧化剂不局限于此，其选择是根据异味物质进行，只要能对异味物质进行氧化的都可取。
实施例1
实施例中：吸附反应塔1、吸收液收集中心筒2、气流分布装置3、清灰装置4、氧化剂喷射分配模块5、环形支架6、复合吸附剂模块7、吸收液收集托盘 8、缩颈导流装置9、循环喷淋层10、除雾器11、除雾器冲洗喷淋层12、外排烟囱13、烟气增压风机14、压缩空气储罐15、氧化剂制备系统16、循环喷淋泵 17、来流湿烟气烟道18、循环水管道19、压缩空气管道20、氧化剂输送总管21、废水外排管道22、分区分配管501、喷射支管502、气体喷嘴503、压缩空气吹扫管道504、复合吸附剂元件701、钢制框架702。
一种除烟气中异味物质的设备，如图1所示，包括集成有复合吸附剂模块7 (如图3、图8所示)、喷淋模块以及氧化剂喷射分配模块5(如图4-5所示)的吸附反应塔1。
为了保证烟气能快速进入吸附反应塔，并得到快速吸附与喷淋，烟气(来流湿烟气烟道18)通过烟气增压风机14进入吸附反应塔，烟气增压风机提供2000Pa 左右的压力，同时提供1～2℃的温升。气体分压力的增加有利于复合吸附剂模块的吸附，温度的增加可以降低湿烟气的饱和度，避免出现冷凝水。烟气依次经过复合吸附剂模块7与喷淋模块后排出吸附反应塔。
其中，复合吸附剂模块7，用于吸附烟气中异味物质。复合吸附剂模块7包括若干个复合吸附剂元件，若干个复合吸附剂元件采用框架结构支撑或约束，本申请的框架采用金属框架。如图8所示，每个复合吸附剂模块是采用一个钢制框架702约束若干个复合吸附剂元件701组成。每个复合吸附剂元件包括颗粒结构的分子筛吸附剂或者整体呈蜂窝状结构的分子筛吸附剂。
选取的分子筛吸附剂其结晶学孔径须与吸附质分子的反应动力学直径相当，两者偏差应＜0.05nm。本申请优选采用硅铝分子筛，所述分子筛硅铝比＞300，以确保分子筛能适应高湿度烟气环境。
采用颗粒结构的分子筛吸附剂时，颗粒结构的分子筛吸附剂被钢制框架702 约束并形成一个个复合吸附剂元件(即钢制构架具有若干个区域，每个区域填充有颗粒结构的分子筛吸附剂)，若干个复合吸附剂元件经过钢制框架702约束后具有一个整体结构即形成复合吸附剂模块。
采用整体呈蜂窝状结构的分子筛吸附剂时，每个整体呈蜂窝状结构的分子筛吸附剂是一个复合吸附剂元件701；若干个复合吸附剂元件701采用钢制框架702 约束支撑，并形成一个整体，即构成复合吸附剂模块。整体呈蜂窝状结构的吸附剂元件节距≤4.3mm，孔数≥35孔，壁厚≤0.6mm；整体呈蜂窝状结构的分子筛吸附剂可采用固载化和自成型两种方式制备。
可选的，复合吸附剂材料(即分子筛吸附剂)上可以负载催化剂(负载方式为现有技术，本申请只是进行应用，故不进行陈述)，如本申请氧化剂采用臭氧，那么负载的臭氧氧化催化剂可选择锰氧化物等。
其中，喷淋模块，用于对被吸附异味物质的烟气喷淋吸收液去除残留的异味物质和残留的氧化剂。为保证少量可溶性气态污染物和逃逸出吸附层的臭氧氧化剂(气体氧化剂)能被进一步脱除，所述喷淋模块包括，
喷淋层(由于本申请的技术方案能实现循环喷淋，故也可称之为循环喷淋层 10)，位于复合吸附剂模块7的下游，用于向复合吸附剂模块7处理后的烟气喷洒吸收液。为了保证喷淋覆盖面，并节省吸收液，所述喷淋层采用雾化喷嘴形式，雾化喷嘴选用螺旋实心锥喷嘴，雾化喷嘴雾化角为60-90°；雾化喷嘴布置间距为600-1000mm，雾化喷嘴喷射的吸收液在吸附反应塔横断面覆盖率为120-150％；雾化喷嘴与缩颈导流装置9之间的间距介于1500～2500mm。
吸收液收集托盘8，介于循环喷淋层10与复合吸附剂模块7之间，用于承接喷淋层喷洒的吸收液。为了便于气体流动，吸收液收集托盘8的尺寸小于吸附反应塔的内径。
循环水管道19，连通于吸收液收集托盘8，用于通过循环喷淋泵17向喷淋层供应吸收液收集托盘8收集的吸收液。为了保证使用效率，循环水管道19设于吸附反应塔塔体外。同时，循环水管道19上还设有废水外排管道22，用于污水排出。
如图2所示，吸收液收集中心筒2，设于吸附反应塔塔体内部中间位置，上端连通于吸收液收集托盘8、下端连通于循环水管道19。本申请所述吸收液收集中心筒2的直径为吸附反应塔塔体直径的10～15％，且直径≥1m，内部容积作为浆液缓冲容积，直径大于1米，以便于内部防腐施工。吸收液收集中心筒2顶部与吸收液收集托盘8相连，作为循环喷淋层喷淋吸收液的收集、缓冲和输送管道，吸收液收集中心筒外侧通过环形支架6与吸附反应塔塔体塔壁内侧连接，作为复合吸附剂模块7支撑结构。同时，由于简支梁的挠度是长度的4次方关系，因此，通过增加中心筒支撑结构，使吸附剂模块的支撑梁的长度缩短1/2，则挠度减小为原来的1/16，实现在提高支撑结构刚度、相同挠度要求下可以大幅减少钢材用量，节省支撑梁钢材用量。同时，吸收液收集中心筒实现了喷淋吸收液收集输送和中心筒支撑结构的双重作用，1是缩短支撑梁长度：没有吸收液收集中心筒的话，吸附剂模块支撑梁两端均生根在塔壁上，梁的最大长度等于塔体直径，增加吸收液收集中心筒支撑结构后，梁的一端支撑于中心筒，一端支撑于塔壁，长度缩短为原来的1/2。2是起到约束吸附剂模块，与环形结构一起为吸附剂模块提供固定支撑作用。吸收液收集中心筒在工艺上的作用为收集液输送和存储功能。
为避免循环喷淋吸收液直接淋洗到复合吸附剂模块上导致吸附剂失效，还包括设于喷淋层下方的缩颈导流装置9。如图7所示缩颈导流装置具有与塔体内部截面尺寸匹配的板状元件，板状元件具有向下弯折的坡面结构901，坡面结构的最低点设有开口902(开口即为气体流道也为吸收液通过通道)，开口位于吸收液收集托盘8的上方，并且开口的尺寸小于吸收液收集托盘的尺寸。为了保证安装的稳定性，缩颈导流装置的板状元件具有对称结构，即坡面结构901具有对称的两面，一面用于导流吸收液、另一面用于与盖面进行反向支撑，两面坡面结构与吸附反应塔塔体内部从断面结构看形成一个三角形的稳定支撑。为了加工方便，坡面结构由多个梯形结构的板件绕缩颈导流装置中心轴环绕而成。
如图6所示，所述缩颈导流装置9将喷淋后的吸收液引流至吸收液收集托盘 8，并由吸收液收集中心筒2引出至循环喷淋泵17循环使用。为了保证效果，避免对复合吸附剂模块的浸湿，所述缩颈导流装置开口的直径小于吸收液收集托盘直径，吸收液收集托盘8直径小于吸附反应塔塔体内径，约为吸附反应塔塔体内径的70％。缩颈导流装置9与吸收液收集托盘8之间垂直间距为0.152·D，D 为吸附反应塔塔体内径。
其中，氧化剂喷射分配模块5，用于为复合吸附剂模块提供气体氧化剂以氧化被复合吸附剂模块吸附的异味物质。如图4所示，氧化剂喷射分配模块5包括，
氧化剂输送总管，连接于氧化剂源，用于为复合吸附剂模块供气体氧化剂；氧化剂源可以采用氧化剂制备系统16(现有技术中任何能生产臭氧的设备，尤其是采用空气、氧气生产臭氧的系统设备)利用空气、氧气制备生产臭氧。
分区分配管501，有若干个，每一个分区分配管501对应一个氧化剂供应分区，若干个分区分配管连接于氧化剂输送总管21；每个分区分配管上设有自动控制阀与带有气体喷嘴503的喷射支管502。自动控制阀用于为每个分区分配管进行周期性给料的控制。为了避免分区分配管堵塞，每一个分区分配管501对应有一个压缩空气吹扫管道504，压缩空气吹扫管道连通于压缩空气源用于采用压缩空气吹扫分区分配管，这里由于喷射分配装置为间断喷射，为防止不喷氧化剂时喷嘴堵塞，所以设置压缩空气吹扫管道。其中，气体喷嘴的喷射角度100～150°；气体喷嘴与气体喷嘴之间的间距为500～600mm，喷射支管的布置间距为500～600mm。
为保证氧化剂均匀分布进入复合吸附剂模块的孔道中，如图5所示，氧化剂喷射分配模块采用气体喷射格栅型式，即分区分配管501呈环形布设、喷射支管 502以垂直于分区分配管501的方式布设，分区分配管501与喷射支管502形成格栅状结构。
气体氧化剂(本申请选用臭氧)采用分区周期式投加的方式，每次投加只投加于若干氧化剂供应分区中的一个区，其他氧化剂供应分区仍然处于吸附过程，投加开始时间是该吸附区动态吸附饱和时间，投加量由氧化剂与特征异味物质的反应摩尔比确定。分区数量由吸附剂动态平衡吸附量、臭氧投加流量、投加时间、反应摩尔比、反应效率等决定，且分区数量＝复合吸附剂模块动态吸附饱和时间/ 氧化剂分区投加时间。由于臭氧发生器及制氧系统能耗较高，20kg/h以上的臭氧制备量的设备功耗较大，因此，一般先确定可接受的臭氧制备量，然后根据吸附剂动态平衡吸附量、反应摩尔比、反应效率等推算分区数量。所投加的臭氧与存在于复合吸附剂模块吸附相中的污染物质充分接触反应。所述氧化剂源可为臭氧发生器，可使用空气或氧气作为臭氧发生器气源。
设备，还包括除雾装置；
除雾装置包括除雾器11，设于喷淋层的上方；
除雾器冲洗喷淋层12，设于除雾器的上方，连通于喷淋模块，用于通过喷淋模块向除雾器上喷洒吸收液以冲洗除雾器。
不同的烟气具有不同的特性，为了保证异味物质去除效果，应根据烟气温度、含尘量和吸附剂型式设置清灰装置，清灰对象是吸附剂中的无法氧化脱附的无机粉尘等，如对于颗粒物浓度小于50mg/m3的来流烟气，可不设清灰装置。由于吸附剂的使用温度限制，烟气运行温度通常较低，清灰装置4不宜采用蒸汽吹灰，可以采用声波吹灰方式，包含声波吹灰器和压缩空气系统。
具体的，声波吹灰器，声波吹灰器设于复合吸附剂模块气体流动的前方，定义气体流动时气体流入的方向为前方；声波吹灰器通过压缩空气储罐15与压缩空气管道20连通于压缩空气供气源。所述声波吹灰器声功率级＞160dB，所用压缩空气储罐15的压缩空气压力不小于0.7Mpa，以提供足够的清灰功率，清理吸附剂中无法氧化脱附的无机粉尘及有机大分子等。
为了保证复合吸附剂模块的吸附效果，所述吸附反应塔还包括气流分布元件 (气流分配装置)，气流分布元件具有错列布置的圆形通孔，提供类似于多孔介质的气流重新分配功能；开孔率为0.2-0.3，提供类似于多孔介质的气流重新分配功能，使烟气在孔后流通截面的流速偏差系数＜0.15；孔内流速8～10m/s，确保足够的阻力以形成气流分配作用，但阻力不宜过高；优选，圆孔直径为32-65mm。
本申请设备的工作过程为：含异味物质的大流量烟气通过烟气增压风机14 增压后进入吸附反应塔塔体。烟气在吸附反应塔内自下而上流动，经气流分布装置3实现流场均匀分配，以确保在复合吸附剂层入口的烟气流速偏差系数＜15％，温度偏差系数＜10％。经过气流分布后，塔内烟气均匀进入复合吸附剂模块，目标异味物质被选择性吸附浓缩直至达到动态吸附平衡。吸附平衡后，氧化剂喷射分配模块向复合吸附剂模块投加氧化剂，臭氧投加足量后，即吸附质被氧化降解完全后(与分子筛结晶学孔径接近的挥发性有机物被吸附，称为吸附质)，氧化剂投加停止，进入下一个吸附周期。流出复合吸附剂模块7的烟气进入喷淋模块的淋区域，捕集溶解性有机物和逃逸的臭氧，喷淋后的烟气在经过吸附反应塔塔体顶部的高效的除雾器11去除喷淋过程中机械破碎形成的细小液滴，最终通过顶部一体化外排烟囱13排放。喷淋吸收液通过缩颈导流装置9和吸收液收集中心筒2集中收集并通过循环水管道实现循环使用，喷淋吸收液与复合吸附剂模块不接触。
鉴于异味烟气往往已经经过除尘处理，且相当一部分采用湿法除尘处理，能够溶于水的异味物质可以通过简单的洗涤吸收过程去除，烟气中残留的异味物质以难溶性挥发分为主，因此所述用于氧化降解吸附质的氧化剂采用气相氧化剂臭氧。
实施例2
如图9所示，一种除烟气中异味物质的设备，包括复合吸附剂模块、氧化剂喷射分配模块以及喷淋模块，复合吸附剂模块、氧化剂喷射分配模块以及喷淋模块分体设置；其中，复合吸附剂模块与氧化剂喷射分配模块集成于一体；喷淋模块位于复合吸附剂模块与氧化剂喷射分配模块的下游，定义下游为气体流出的方向。
其中，复合吸附剂模块，用于吸附烟气中异味物质；复合吸附剂模块包括若干个复合吸附剂元件，若干个复合吸附剂元件采用框架约束；每个复合吸附剂元件包括颗粒结构的分子筛吸附剂或者整体呈蜂窝状结构的分子筛吸附剂。所述分子筛吸附剂上负载有催化剂。
其中，氧化剂喷射分配模块，用于为复合吸附剂模块提供气体氧化剂以氧化被复合吸附剂模块吸附的异味物质；所述氧化剂喷射分配模块包括，
氧化剂输送总管，连接于氧化剂源，用于为复合吸附剂模块供气体氧化剂；
分区分配管，有若干个，若干个分区分配管连接于氧化剂输送总管；每个分区分配管上设有自动控制阀与带有气体喷嘴的喷射支管。
每一个分区分配管对应有一个压缩空气吹扫管道，压缩空气吹扫管道连通于压缩空气源用于采用压缩空气吹扫分区分配管。
气体喷嘴的喷射角度100～150°；气体喷嘴与气体喷嘴之间的间距为 500～600mm，喷射支管的布置间距为500～600mm。
其中，喷淋模块，用于对被吸附异味物质的烟气喷淋吸收液去除残留的异味物质和残留的氧化剂。所述喷淋模块包括，喷淋层，用于向经复合吸附剂模块吸附后的烟气喷洒吸收液；循环水管道，入口连通于喷淋层喷淋后的吸收液，出口用于向喷淋层供应吸收液。
具体应用时，可将复合吸附剂模块与氧化剂喷射分配模块集成于第一箱体，喷淋模块位于第二箱体。烟气(来流湿烟气烟道18)通过烟气增压风机14进入第一箱体，气体分压力的增加有利于复合吸附剂模块的吸附，温度的增加可以降低湿烟气的饱和度，避免出现冷凝水。烟气在压力作用下经过复合吸附剂模块7 后排出至第二箱体的下方，并被喷淋模块喷淋。
为了适用不同类型的烟气，还包括声波吹灰器，声波吹灰器设于复合吸附剂模块气体流动的前方，本申请中为了节省空间，声波吹灰器设于合吸附剂模块与氧化剂喷射分配模块之间，定义气体流动时气体流入的方向为前方；声波吹灰器通过压缩空气储罐连通于压缩空气供气源。所述声波吹灰器声功率级＞160dB，所用压缩空气储罐的压缩空气压力不小于0.7Mpa。
为了使得进入复合吸附剂模块的烟气分布的较为均匀，还包括气流分布元件，设于复合吸附剂模块气体流动的前方，气流分布元件具有错列布置圆形通孔，开孔率为0.2-0.3，孔内流速8～10m/s。
还包括除雾装置；除雾装置包括，除雾器，设于喷淋模块的上方；
除雾器冲洗喷淋层，设于除雾器的上方，用于向除雾器上喷洒吸收液以冲洗除雾器。吸收液可来源于喷淋模块中循环水管道。
实施例3
一种除烟气中异味物质的方法，包括如下步骤：
向复合吸附剂模块供应烟气,；
复合吸附剂模块中吸附剂吸附烟气中异味物质；
被吸附剂吸附异味物质的烟气流出复合吸附剂模块后被喷淋模块喷淋，并排出吸附反应塔。
还包括通过氧化剂喷射分配模块向复合吸附剂模块分区周期性交替式提供气体氧化剂；即，每次氧化剂投加只投加于复合吸附剂模块中部分复合吸附剂元件，氧化剂投加开始于该部分复合吸附剂元件动态吸附饱后，另一部分复合吸附剂元件仍然处于吸附过程；一个周期的投加总时间为复合吸附剂模块中所有复合吸附剂元件动态吸附饱和时间；每次的投加量由氧化剂与异味物质的反应摩尔比确定。
本发明的有益效果是：
选择性吸附：通过选用合适孔道结构和硅铝比的分子筛吸附剂，充分利用分子筛的择形吸附能力以及亲疏水性能，选择性吸附目标污染物质。解决了在氮氧化物、硫氧化物、H2O以及其他非异味物质存在条件下，烟气中异味物质的选择性吸附浓缩问题。
吸附剂的再生更新：吸附剂的更新一般采用直接更换，或采用变温或变压脱附方式原位再生。本发明利用强氧化剂的氧化作用，实现化学氧化降解吸附质污染物、更新再生吸附剂的作用。具体的说，吸附剂分子筛具有反应物和反应产物的择形作用，促使有机污染物的氧化反应方向为化学键断键形成小分子产物，并最终彻底氧化为H2O和CO2。小分子的H2O和CO2与分子筛结晶学孔道之间的吸附势能降低，在气体扰动下重新脱附进入烟气系统，同时实现吸附剂更新和异味污染物质的降解两个作用。采用物理吸附+化学氧化更新的方式，解决了吸附剂吸附饱和需定期更换的问题，避免了危废的产生，极大延长了吸附剂的使用寿命；也避免了物理吸附/脱附法仍需对脱附的浓相气体仍需单独处理、氧化焚烧能耗较大等问题，简化了吸附剂更新过程，节省了额外的脱附处理能耗。
污染物的选择性氧化降解：对于混合气体，化学氧化过程的选择性由反应动力学决定，异味污染物本身与氧化剂的反应速率常数普遍较低。影响其化学反应的另一个因素是是否发生有效碰撞(碰撞理论)，有效碰撞取决于反应物浓度和活化能，即反应物浓度越高，发生有效碰撞的概率越大；活化能越低，活化分子数越多，发生有效概率越大。由于烟气中的异味污染物浓度为ppm数量级，直接投加化学氧化剂碰撞几率小、反应效率很低，提高氧化剂的氧化还原电位可以提高反应速率，但不能解决选择性氧化的问题。本发明利用物理吸附的选择性促进了化学氧化的选择性作用，首先经物理吸附选择性地将目标异味污染物浓集至吸附相中，然后通入化学氧化剂降解更新，由于吸附相中的目标污染物浓度远高于气相中的其他物质，因此在投加氧化剂后，目标污染物与氧化剂的有效碰撞概率远大于气相中的其他物质，表现出氧化过程的选择性。此外，氧化剂为分区间断投加，在不改变氧化剂投加量的情况下，相当于增加了氧化剂的投加浓度，增加了氧化剂与吸附相中目标污染物的碰撞几率，同时减少了氧化剂与非目标污染物的接触时间，避免了氧化剂的无谓消耗和氧化产物的不确定性。
吸附剂利用率高：复合吸附剂填料层采用周期性分区更新再生的方式，不设置专用的脱附区域或冷却区域，在烟气流通的有效截面上的利用率为100％。。常规的沸石转轮由于存在脱附和冷却区域，吸附剂的有效利用率为80％左右。另外，由于吸附剂层采用固定床方式，浓缩倍数高于转轮吸附工艺，可以适应大气量低浓度工况。
综上，本申请设备具有结构紧凑、密封性能好、占地面积小、附属设备少、无需额外热源、无火灾风险、运行成本低等优势。
具体应用例
烟气参数如下，烟气流量：760000Nm3/h(标态湿烟气)，烟气温度：54℃，烟气水蒸气体积分数：15％，入口粉尘含量：10mg/Nm3，甲醛浓度：15mg/Nm3，氮氧化物浓度：80mg/Nm3，含氧量：16～19％，臭气浓度：2000。烟气中的异味物质的排放浓度见表1。
表1典型异味物质清单
| 序号 | 污染物种类 | 恶臭阈值ppm | Ci(mg/m<sup>3</sup>) |
| 1 | a-蒎烯 | 0.018 | 11.67 |
| 2 | 柠檬烯 | 0.038 | 10.11 |
| 3 | b-蒎烯 | 0.033 | 3.51 |
详细设计参数见表2
表2实施例详细设计参数
与固定床吸附工艺相比，本发明述说吸附剂采用氧化法更新再生，在使用寿命内无需移动或更换。与沸石转轮工艺相比，本发明所述设备具有浓缩倍率高、吸附剂利用率高、设备简单、烟气适应范围宽、一体化设备占地面积小、能耗低、无须额外热源、无漏风短路、无新增副产物、无火灾风险等优势，见表3。
表3本发明与沸石转轮工艺对比表
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (20)
1.一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，包括，
复合吸附剂模块，用于吸附烟气中异味物质；
氧化剂喷射分配模块，用于为复合吸附剂模块提供气体氧化剂以氧化被复合吸附剂模块吸附的异味物质。
2.根据权利要求1所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，复合吸附剂模块包括若干个复合吸附剂元件，若干个复合吸附剂元件采用框架约束；每个复合吸附剂元件包括颗粒结构的分子筛吸附剂或者整体呈蜂窝状结构的分子筛吸附剂。
3.根据权利要求2所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，所述分子筛吸附剂上负载有催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，所述氧化剂喷射分配模块包括，
氧化剂输送总管，连接于氧化剂源，用于为复合吸附剂模块供气体氧化剂；
分区分配管，有若干个，若干个分区分配管连接于氧化剂输送总管；每个分区分配管上设有自动控制阀与带有气体喷嘴的喷射支管。
5.根据权利要求4所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，每一个分区分配管对应有一个压缩空气吹扫管道，压缩空气吹扫管道连通于压缩空气源用于采用压缩空气吹扫分区分配管。
6.根据权利要求4所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，气体喷嘴的喷射角度100～150°；气体喷嘴与气体喷嘴之间的间距为500～600mm，喷射支管的布置间距为500～600mm。
7.根据权利要求1所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，还包括声波吹灰器，声波吹灰器设于复合吸附剂模块气体流动的前方，定义气体流动时气体流入的方向为前方；声波吹灰器通过压缩空气储罐连通于压缩空气供气源。
8.根据权利要求7所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，所述声波吹灰器声功率级＞160dB，所用压缩空气储罐的压缩空气压力不小于0.7Mpa。
9.根据权利要求1所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，还包括气流分布元件，设于复合吸附剂模块气体流动的前方，气流分布元件具有错列布置圆形通孔，开孔率为0.2-0.3，孔内流速8～10m/s。
10.根据权利要求1所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，还包括喷淋模块，用于对被吸附异味物质的烟气喷淋吸收液去除残留的异味物质和残留的氧化剂。
11.根据权利要求10所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，还包括除雾装置；除雾装置包括，
除雾器，设于喷淋模块的上方；
除雾器冲洗喷淋层，设于除雾器的上方，用于向除雾器上喷洒吸收液以冲洗除雾器。
12.根据权利要求10所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，复合吸附剂模块、氧化剂喷射分配模块以及喷淋模块集成于吸附反应塔中，并且喷淋模块位于复合吸附剂模块的下游，氧化剂喷射分配模块位于复合吸附剂模块的上游。
13.根据权利要求12所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，所述喷淋模块包括，
喷淋层，用于向复合吸附剂模块喷洒吸收液；
吸收液收集托盘，介于喷淋层与复合吸附剂模块之间，用于承接喷淋层喷洒的吸收液；
吸收液收集中心筒，设于吸附反应塔塔体内部中间位置，上端连通于吸收液收集托盘；
循环水管道，一端连通于吸收液收集中心筒的下端，另一端用于通过循环喷淋泵向喷淋层供应吸收液。
14.根据权利要求13所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，所述喷淋模块还包括设于喷淋层下方的缩颈导流装置，缩颈导流装置具有与塔体内部截面尺寸匹配的板状元件，板状元件具有向下弯折的坡面结构，坡面结构的最低点设有开口，开口位于吸收液收集托盘的上方，并且开口的尺寸小于吸收液收集托盘的尺寸。
15.根据权利要求14所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，缩颈导流装置与吸收液收集托盘之间垂直间距为
D为吸附反应塔塔体内部的内径。
16.根据权利要求13所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，所述喷淋层采用雾化喷嘴形式，喷嘴选用螺旋实心锥喷嘴，喷嘴雾化角为60-90°；喷嘴布置间距为600-1000mm，吸收液在吸附反应塔横断面覆盖率为120-150％。
17.根据权利要求10所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，复合吸附剂模块、氧化剂喷射分配模块以及喷淋模块分体设置；其中，复合吸附剂模块与氧化剂喷射分配模块集成于一体；喷淋模块位于复合吸附剂模块与氧化剂喷射分配模块的下游，定义下游为气体流出的方向。
18.根据权利要求17所述的一种除烟气中异味物质的设备，其特征在于，所述喷淋模块包括，
喷淋层，用于向经复合吸附剂模块吸附后的烟气喷洒吸收液；
循环水管道，入口连通于喷淋层喷淋后的吸收液，出口用于向喷淋层供应吸收液。
19.基于权利要求1-18任一所述的一种除烟气中异味物质的设备的一种除烟气中异味物质的方法，其特征在于，包括如下步骤：
向复合吸附剂模块供应烟气,；
复合吸附剂模块中吸附剂吸附烟气中异味物质；
被吸附剂吸附异味物质的烟气流出复合吸附剂模块后被喷淋模块喷淋，并排出吸附反应塔。
20.根据权利要求19所述的一种除烟气中异味物质的方法，其特征在于，
还包括通过氧化剂喷射分配模块向复合吸附剂模块分区周期性交替式提供气体氧化剂；即，每次氧化剂投加只投加于复合吸附剂模块中部分复合吸附剂元件，氧化剂投加开始于该部分复合吸附剂元件动态吸附饱后，另一部分复合吸附剂元件仍然处于吸附过程；一个周期的投加总时间为复合吸附剂模块中所有复合吸附剂元件动态吸附饱和时间；每次的投加量由氧化剂与异味物质的反应摩尔比确定。
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