CN111744325A - 一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统，属环保领域。该系统包括吸附装置、脱附装置、焚烧装置、热回收装置和供风系统，吸附装置用于使提升管（12）内的吸附剂颗粒流化并吸附有机废气中的VOCs气体组分；脱附装置用于使脱附室（15）内的吸附剂颗粒流化且脱除VOCs气体组分，从而使吸附剂颗粒再生；焚烧装置用于焚烧吸附剂颗粒再生产生的浓缩废气；热回收装置用于回收焚烧装置输出的高温尾气中的热量并将换热后的尾气汇入尾气烟道（27）中；供风系统用于为吸附装置供应有机废气、为脱附装置提供脱附载气。本发明的吸附装置和脱附装置中的吸附剂颗粒处于流化状态，吸附、脱附效率高，热利用率高，能长期连续稳定处理。
Description
技术领域
本发明属于有机废气处理领域，具体地说是一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统。
背景技术
挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）包括非甲烷烃类、含氧有机物、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等，是大气污染的重要来源之一，对生态环境和人类健康产生危害。VOCs来源广泛，在石化、交通、印刷、涂装、制药、家具等行业的生产、运输或存储过程中均有产生。我国环保部门对各行业的VOCs治理也提出了日益严格的要求。
VOCs治理技术众多，包括吸附法、吸收法、热氧化法、生物降解法、低温等离子体法、光催化法等，也常将多种技术组合使用，以处理不同浓度的有机废气，如吸附法+热氧化法处理工艺。发明专利CN109589744A和实用新型专利CN208742204U各公开了一种活性炭吸脱附工艺，均是利用活性炭固定床装置将有机废气经吸附——脱附浓缩后，送入RCO或RTO或催化燃烧炉进行氧化分解。但该工艺中的活性炭塔需在吸附和脱附间循环切换，操作不便，且存在活性炭局部过热着火的潜在风险。实用新型专利CN208694621U公开了一种沸石转轮-催化燃烧处理有机废气的系统，其再生气预热单元在燃烧余热换热后设有炉膛气混合直接加热，提高了燃烧热能的利用率，但该系统中吸附区和脱附区为同一部件，依然存在设备冷热交替循环的问题，且存在移动部件。
流化床技术属连续操作工艺，床内传热传质特性好，气固接触面积大，床温均匀，在化工和能源行业中受到广泛应用，近年来也逐渐引入到有机废气处理领域。发明专利CN105233625A公开了一种流化床式有机废气净化方法及装置，该方法包括吸附和脱附步骤，该装置包括吸附室，其内设有自上而下运行的吸附介质；脱附室，所述吸附介质由所述吸附室落入脱附室内。该发明能够实现有机废气的连续处理，但所述吸附室内吸附介质为落云床，其传热传质效率不高，且吸附介质的停留时间难以保证。
发明专利CN106390681A公开了一种双流化床吸附与脱附装置及连续处理有机废气的方法，该装置包括流化床吸附装置，预热器，以及流化床脱附装置。该发明可实现连续操作处理高浓度的有机废气，防治热积聚，但所述双流化床均为多层布置，风阻较大；所用吸附剂为大颗粒状高分子树脂或活性炭或分子筛，流化质量一般，且存在吸附剂易磨损、消耗量大、设备磨损严重等问题。
发明专利CN104190208A公开了一种采用循环流化床处理有机废气的方法，其特征在于在吸附流化床中待处理有机废气与吸附剂接触，然后经旋风分离器和布袋除尘器分离尾气和吸附剂，回收的吸附剂进入脱附流化床，通入少量高温载气对吸附剂进行脱附。该发明可实现循环连续工作，操作简单。但在脱附流化床内额外布置加热管件，增加了能耗且加大了床内流动阻力，使风机电耗增加；所述脱附流化床上未布置气固分离装置，使得粉末状吸附剂颗粒存在溢出损失；脱附后返回的高温吸附剂颗粒先返回吸附剂储存罐存储且无松动风，容易造成粉末状吸附剂堵塞和热量积聚着火。
此外，流化床系统，特别是循环流化床系统不可避免的存在吸附剂颗粒磨损和溢出损失，上述专利也未能很好的给出物料及时补充方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统；该系统既适用于高浓度、又适用于低浓度有机废气，操作简单且可实现长期连续稳定运行。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：该系统包括吸附装置、脱附装置、焚烧装置、热回收装置和供风系统，其中，
吸附装置，用于通入有机废气气流使吸附装置中的提升管内的吸附剂颗粒流化且吸附剂颗粒吸附有机废气中的VOCs气体组分，携带部分吸附剂颗粒的净化后的尾气气流经气固分离后，净化后的尾气进入尾气烟道、吸附剂颗粒落入脱附装置的脱附室内进行脱附；
脱附装置，用于通入脱附用高温载气使脱附装置中的脱附室内的吸附剂颗粒流化且将附着在吸附剂颗粒上的VOCs气体组分脱附，从而使吸附剂颗粒再生，再生后的吸附剂颗粒经提升管返料管返回吸附装置的提升管内，而携带部分吸附剂颗粒的含高浓度VOCs气体的浓缩废气经气固分离后，浓缩废气进入焚烧装置焚烧净化、吸附剂颗粒落入提升管返料管返回吸附装置的提升管内；
焚烧装置，用于焚烧浓缩废气使其氧化降解为无害气体且输出高温尾气入热回收装置；
热回收装置，用于回收焚烧装置输出的高温尾气中的热量并将换热后的尾气汇入尾气烟道中；
供风系统，用于为吸附装置供应有机废气、为脱附装置提供脱附载气。
所述的吸附装置包括提升管底部流化风室、提升管布风板、提升管和提升管分离器，所述提升管底部流化风室通过提升管进气母管与带有流化风机的有机废气母管相连接，待处理有机废气被流化风机抽取后送入提升管底部流化风室，经提升管布风板进入到提升管内，使提升管内的吸附剂颗粒流化且同时待处理有机废气中含有的VOCs气体组分被吸附剂颗粒吸附；所述提升管上部设置的提升管出料口与提升管分离器进料口相连，提升管分离器的顶部出气口与尾气烟道相连接、提升管分离器的下部出料口通过管道与脱附装置中的脱附室进料口相连接。
所述的脱附装置包括脱附室、脱附室布风板、脱附载气风室、脱附室分离器、料腿和脱附室排料管，其中脱附载气风室通过管道与提供脱附载气的再生风机相连接，再生风机提供的脱附载气经加热为脱附用高温载气后输入脱附载气风室并经脱附室布风板进入到脱附室内，使脱附室内的吸附剂颗粒流化且将附着在吸附剂颗粒上的VOCs气体组分脱附，从而使吸附剂颗粒再生；所述脱附室的脱附室进料口通过管道与提升管分离器的下部出料口相连接以承接已吸附VOCs气体组分的吸附剂颗粒，脱附室出料口与脱附室分离器的进料口相连以输出携带部分吸附剂颗粒的含高浓度VOCs气体的浓缩废气、脱附室排料口与脱附室排料管上端进料口相连以排出再生的吸附剂颗粒；所述脱附室分离器的出气口通过管道与焚烧装置相连接以输送含高浓度VOCs气体的浓缩废气、脱附室分离器的出料口通过料腿与脱附室排料管相连接以排出再生的吸附剂颗粒；脱附室排料管的下端与提升管返料管相连接以将再生的吸附剂颗粒返回吸附装置的提升管内。
所述的脱附室内设置有隔板，以将脱附室的内腔分割为若干个串联腔室。
所述再生风机与脱附载气风室之间的管道上设有电加热器。
所述的焚烧装置包括VOCs气体焚烧炉，所述VOCs气体焚烧炉的进气口通过管道与脱附装置中的脱附室分离器的出气口相连接以接收含高浓度VOCs气体的浓缩废气，VOCs气体焚烧炉的出口气路与热回收装置的热气体进口相连接以输出焚烧后产生的高温尾气。
所述的VOCs气体焚烧炉内设置有电加热装置。
所述的VOCs气体焚烧炉为RTO焚烧炉、或RCO焚烧炉、或催化燃烧炉。
所述的热回收装置包括间壁式的换热器，换热器的冷气体进口通过管道与向脱附装置提供脱附载气的再生风机的出气口相连接、冷气体出口通过管道与脱附载气风室的进气口相连接、热气体进口通过管道与VOCs气体焚烧炉的出气口相连、热气体出口的通过管道汇入尾气烟道。
所述的供风系统包括流化风机、再生风机、引风机以及用于连接的风管，其中流化风机设置在有机废气母管上或流化风机的进气口与有机废气母管的出气口相连接；所述再生风机的进气口直接与大气相通、出口气路最终与脱附载气风室的进气口相连；所述引风机的进气口与尾气烟道相连、出气口通向厂区排气母管或直接与大气相通。
所述的系统还包括返料装置，所述返料装置包括返料阀、返料风增压风机和相应的连接风管，所述的返料阀设置在脱附装置中用于排出再生的吸附剂颗粒的脱附室排料管下端出料口与提升管返料管的连接处、且返料阀的一个进口与脱附室排料管下端出料口相连接、出口与提升管返料管的上端进口相连接、另一个进口通过带有返料风增压风机的风管与提升管进气母管连接，从脱附室排料管流出的催化剂颗粒落入返料阀，从提升管进气母管分出的一路待处理有机废气经返料风增压风机增压后进入返料阀，以输送返料阀中的催化剂颗粒经提升管返料管返回到提升管内，通过调节增压风机的出口返料风量大小以调节循环流化床内的吸附剂颗粒的循环流率。
所述的系统还包括给料装置，所述给料装置包括用于承装吸附剂颗粒的料仓、高压螺旋给料机，所述的高压螺旋给料机设置在吸附装置的提升管的前墙给料口处且高压螺旋给料机设置在料仓的下方；提升管中的催化剂颗粒由料仓通过高压螺旋给料机自提升管的前墙给料口送入。
所述的提升管上设有上压力测点和下压力测点，下压力测点设置在提升管布风板的上侧、且上压力测点设置在提升管的内腔顶部；在运行过程中，通过上压力测点、下压力测点获得提升管内的床压降，当床压降在设定范围内时，提升管内的吸附剂颗粒存量正常，不需补充吸附剂颗粒；当床压降小于设定范围下限时，提升管内的吸附剂颗粒存量不足，需补充吸附剂颗粒，使得提升管内的床压降恢复到设定范围内。
所述提升管布风板的上侧边缘处设有提升管排料管，通过监测提升管的提升管出料口处的有机废气中的VOCs组分浓度发现有机废气脱除率降低时，打开提升管排料管的阀门以排出一部分催化活性降低的旧催化剂，然后往提升管内补充新鲜催化剂颗粒。
所述的系统还包括预过滤装置，所述预过滤装置包括除湿器和预过滤器，所述的除湿器和预过滤器设置在流化风机的出口与提升管进气母管之间且所述的除湿器位于预过滤器的前侧；对于高湿、高粉尘待处理有机废气，在送入吸附装置的提升管底部流化风室之前，先经除湿器除去液态水分、再经预过滤器除去大颗粒粉尘。
所述的系统还包括稳压罐，所述的稳压罐设置在吸附装置中的提升管分离器的出料口和脱附装置中的脱附室进料口之间的管道上，从提升管分离器分离下来的已吸附VOCs气体组分的吸附剂颗粒先进入稳压罐、然后落入脱附室中进行脱附，运行过程中稳压罐内需保持足够的料位以维持循环流化床系统的压力平衡、减小压力波动，同时避免脱附室内的气体反窜进入提升管分离器使分离效率降低。
所述吸附装置中的提升管分离器和脱附装置中的脱附室分离器皆采用两级高效旋风分离器。
所述吸附装置中的提升管布风板和脱附装置中的脱附室布风板为微孔板式或风帽式布风板。
所述提升管中的吸附剂颗粒和脱附室中的吸附剂颗粒为属于Geldart A类或B类颗粒的活性炭粉末、或分子筛粉末、或活性氧化铝粉末。
所述提升管中的吸附剂颗粒处于快速流态化；所述脱附室中的吸附剂颗粒处于鼓泡流态化。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明通过采用循环流化床实现有机废气吸附-脱附的连续操作，吸附区和脱附区分开设置，两区能够设计不同的操作条件，避免了设备冷热交替循环，没有移动部件和转换阀等切换部件，提高了系统可靠性。
本发明的系统中的吸附剂颗粒在吸附和脱附过程中均处于流化状态，与传统的固定床吸附塔相比，流化床中的气-固接触面积增加，传质速率大，吸附、脱附效率高，在同等吸附量的条件下消耗更少的吸附剂材料，处理废气浓度范围更宽，且流动阻力更小，节约了成本和能耗。
本发明的系统通过采用粉末状吸附剂颗粒，与大颗粒吸附剂相比吸附面积大大增加，流化质量更高，且微细颗粒的反应更快，对VOCs组分浓度变化的响应更迅速，利于变工况时的系统控制。
本发明的系统中的流化床内传热速率高、床温均匀，能够防止热积聚，避免了反应热无法散失导致床层爆炸、着火等危险，且因热传递性能良好，脱附室内可采用比固定床稍高的脱附温度，脱附效率更高。
本发明的系统对VOCs气体焚烧炉的出口净化尾气的热量进行了回收利用，热利用率高，节约了能耗，且采用空气作为脱附载气，大大减小了废水的产生。
本发明的系统通过动态监测提升管内的床压降以调整系统内的吸附剂存量，配合给料装置和乏吸附剂排料装置，可实现系统长期稳定运行。
本发明的返料装置将脱附后的吸附剂颗粒送回提升管，且利用一部分冷待处理有机废气作为返料阀流化风，既可部分冷却脱附室出来的热吸附剂颗粒、又可在一定程度上实现对循环物料量的控制，还可帮助防止气体从提升管向脱附室的“反窜”流动。
附图说明
图1为本发明的一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统一的示意图；
图2为基于图1的改进后的实现有机废气连续处理的循环流化床系统二的示意图；
图3为基于图2的改进后的实现有机废气连续处理的循环流化床系统三的示意图；
图4为基于图3的改进后的实现有机废气连续处理的循环流化床系统四的示意图；
图5为基于图4的改进后的实现有机废气连续处理的循环流化床系统五的示意图；
图6为基于图5的改进后的实现有机废气连续处理的循环流化床系统六的示意图。
其中：1—有机废气母管；2—流化风机；3—除湿器；4—预过滤器；5—提升管进气母管；6—提升管底部流化风室；7—提升管布风板；8—提升管排料管；901—下压力测点；902—上压力测点；10—料仓；11—高压螺旋给料机；12—提升管；121—前墙给料口；122—提升管返料管；123—提升管出料口；13—提升管分离器；14—稳压罐；15—脱附室；151—脱附室进料口；152—脱附室出料口；153—脱附室排料口；16—脱附室布风板；17—脱附载气风室；18—脱附室分离器；19—料腿；20—脱附室排料管；21—返料阀；22—返料风增压风机；23—再生风机；24—换热器；241—冷气体进口；242—冷气体出口；243—热气体进口；244—热气体出口；25—VOCs气体焚烧炉；26—电加热器；27—尾气烟道；28—引风机。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-6所示：一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统，该系统包括吸附装置、脱附装置、焚烧装置、热回收装置、供风系统以及选配的返料装置、给料装置、预过滤装置、排料装置和稳压罐，其中：
吸附装置，用于通入有机废气气流使吸附装置中的提升管12内的吸附剂颗粒流化且吸附剂颗粒吸附有机废气中的VOCs气体组分，携带部分吸附剂颗粒的净化后的尾气气流经气固分离后，净化后的尾气进入尾气烟道27、吸附剂颗粒落入脱附装置的脱附室15内进行脱附。对于吸附装置的具体结构，吸附装置包括提升管底部流化风室6、提升管布风板7、提升管12和提升管分离器13，所述提升管底部流化风室6通过提升管进气母管5与带有流化风机2的有机废气母管1相连接，待处理有机废气被流化风机2抽取后送入提升管底部流化风室6，经提升管布风板7进入到提升管12内，使提升管12内的吸附剂颗粒流化且同时待处理有机废气中含有的VOCs气体组分被吸附剂颗粒吸附；提升管12上部设置的提升管出料口123与提升管分离器13进料口相连，提升管分离器13的顶部出气口与尾气烟道27相连接、提升管分离器13的下部出料口通过管道与脱附装置中的脱附室进料口151相连接。
脱附装置，用于通入脱附用高温载气使脱附室15内的吸附剂颗粒流化且将附着在吸附剂颗粒上的VOCs气体组分脱附，从而使吸附剂颗粒再生，再生后的吸附剂颗粒经提升管返料管122返回吸附装置的提升管12内，而携带部分吸附剂颗粒的含高浓度VOCs气体的浓缩废气经气固分离后，浓缩废气进入焚烧装置焚烧净化、吸附剂颗粒落入提升管返料管122返回吸附装置的提升管12内。对于脱附装置的具体结构，脱附装置包括脱附室15、脱附室布风板16、脱附载气风室17、脱附室分离器18、料腿19和脱附室排料管20，其中脱附载气风室17通过管道与提供脱附载气的再生风机23相连接，再生风机23提供的脱附载气经加热为脱附用高温载气后输入脱附载气风室17并经脱附室布风板16进入到脱附室15内，使脱附室15内的吸附剂颗粒流化且将附着在吸附剂颗粒上的VOCs气体组分脱附，从而使吸附剂颗粒再生，其中再生风机23与脱附载气风室17之间的管道上设有加热脱附载气的电加热器26；该脱附室15的脱附室进料口151通过管道与提升管分离器13的下部出料口相连接以承接已吸附VOCs气体组分的吸附剂颗粒，脱附室出料口152与脱附室分离器18的进料口相连以输出携带部分吸附剂颗粒的含高浓度VOCs气体的浓缩废气、脱附室排料口153与脱附室排料管20上端进料口相连以排出再生的吸附剂颗粒；脱附室分离器18的出气口通过管道与焚烧装置相连接以输送含高浓度VOCs气体的浓缩废气、脱附室分离器18的出料口通过料腿19与脱附室排料管20相连接以排出再生的吸附剂颗粒；脱附室排料管20的下端与提升管返料管122相连接以将再生的吸附剂颗粒返回吸附装置的提升管12内。另外为了提高吸附剂颗粒在脱附室15内的停留时间，保证VOCs气体组分脱附完全，在脱附室15内设置有隔板，以将脱附室15的内腔分割为若干个串联腔室。
焚烧装置，用于焚烧浓缩废气使其氧化降解为无害气体且输出高温尾气入热回收装置；该焚烧装置包括VOCs气体焚烧炉25且VOCs气体焚烧炉25内设置有电加热装置，该VOCs气体焚烧炉25的进气口通过管道与脱附装置中的脱附室分离器18的出气口相连接以接收含高浓度VOCs气体的浓缩废气，VOCs气体焚烧炉25的出口气路与热回收装置的热气体进口243相连接以输出焚烧后产生的高温尾气；VOCs气体焚烧炉25根据需要选用RTO焚烧炉、或RCO焚烧炉、或催化燃烧炉。
热回收装置，用于回收焚烧装置输出的高温尾气中的热量并将换热后的尾气汇入尾气烟道27中；热回收装置包括间壁式的换热器24，换热器24的冷气体进口241通过管道与向脱附装置提供脱附载气的再生风机23的出气口相连接、冷气体出口242通过管道与脱附载气风室17的进气口相连接、热气体进口243通过管道与VOCs气体焚烧炉25的出气口相连、热气体出口244的通过管道汇入尾气烟道27；
供风系统，用于为吸附装置供应有机废气、为脱附装置提供脱附载气；供风系统包括流化风机2、再生风机23、引风机28以及用于连接的风管，其中流化风机2设置在有机废气母管1上或流化风机2的进气口与有机废气母管1的出气口相连接；所述再生风机23的进气口直接与大气相通、出口气路最终与脱附载气风室17的进气口相连；所述引风机28的进气口与尾气烟道27相连、出气口通向厂区排气母管或直接与大气相通。
该系统还包括返料装置，返料装置包括返料阀21、返料风增压风机22和相应的连接风管，返料阀21设置在脱附装置中用于排出再生的吸附剂颗粒的脱附室排料管20下端出料口与提升管返料管122的连接处、且返料阀21的一个进口与脱附室排料管20下端出料口相连接、出口与提升管返料管122的上端进口相连接、另一个进口通过带有返料风增压风机22的风管与提升管进气母管5连接，从脱附室排料管20流出的催化剂颗粒落入返料阀12，从提升管进气母管5分出的一路待处理有机废气经返料风增压风机13增压后进入返料阀12，以输送返料阀12中的催化剂颗粒经提升管返料管802返回到提升管8内，通过调节增压风机13的出口返料风量大小以调节循环流化床内的吸附剂颗粒的循环流率。
该系统还包括给料装置，给料装置包括用于承装吸附剂颗粒的料仓10、高压螺旋给料机11，高压螺旋给料机11设置在吸附装置的提升管12的前墙给料口121处且高压螺旋给料机11设置在料仓10的下方；提升管12中的催化剂颗粒由料仓10通过高压螺旋给料机11自提升管12的前墙给料口121送入。另外在提升管12上设有上压力测点902和下压力测点901，下压力测点901设置在提升管布风板7的上侧、且上压力测点902设置在提升管12的内腔顶部；在运行过程中，通过上压力测点902、下压力测点901获得提升管12内的床压降，当床压降在设定范围内时，提升管12内的吸附剂颗粒存量正常，不需补充吸附剂颗粒；当床压降小于设定范围下限时，提升管12内的吸附剂颗粒存量不足，需补充吸附剂颗粒，使得提升管12内的床压降恢复到设定范围内。
该系统还包括排料装置，排料装置为设置在提升管布风板7的上侧边缘处的提升管排料管8，通过监测提升管12的提升管出料口123处的有机废气中的VOCs组分浓度发现有机废气脱除率降低时，打开提升管排料管8的阀门以排出一部分催化活性降低的旧催化剂，然后往提升管12内补充新鲜催化剂颗粒。
该系统还包括预过滤装置，该预过滤装置包括除湿器3和预过滤器4，除湿器3和预过滤器4设置在流化风机2的出口与提升管进气母管5之间且除湿器3位于预过滤器4的前侧；对于高湿、高粉尘待处理有机废气，在送入吸附装置的提升管底部流化风室6之前，先经除湿器3除去液态水分、再经预过滤器4除去大颗粒粉尘。
该系统还包括稳压罐14，稳压罐14设置在吸附装置中的提升管分离器13的出料口和脱附装置中的脱附室进料口151之间的管道上，从提升管分离器13分离下来的已吸附VOCs气体组分的吸附剂颗粒先进入稳压罐14、然后落入脱附室15中进行脱附，运行过程中稳压罐14内需保持足够的料位以维持循环流化床系统的压力平衡、减小压力波动，同时避免脱附室15内的气体反窜进入提升管分离器13使分离效率降低。
在上述系统中，吸附装置中的提升管分离器13和脱附装置中的脱附室分离器18皆采用两级高效旋风分离器；吸附装置中的提升管布风板7和脱附装置中的脱附室布风板16为微孔板式或风帽式布风板；提升管12中的吸附剂颗粒和脱附室15中的吸附剂颗粒为属于Geldart A类或B类颗粒的活性炭粉末、或分子筛粉末、或活性氧化铝粉末；提升管12中的吸附剂颗粒处于快速流态化，且脱附室15中的吸附剂颗粒处于鼓泡流态化。
实施例一
如图1所示的一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统一，该系统包括：有机废气母管1、流化风机2、提升管进气母管5、提升管底部流化风室6、提升管布风板7、提升管12、提升管分离器13、脱附室15、脱附室布风板16、脱附载气风室17、脱附室分离器18、料腿19、脱附室排料管20、再生风机23、换热器24、VOCs气体焚烧炉25、电加热器26、尾气烟道27、引风机28。有机废气母管1的出气口设置流化风机2、流化风机2的出气口通过提升管进气母管5与提升管底部流化风室6的进气口相连接，提升管12的提升管出料口123连接提升管分离器13的进料口、提升管分离器13的出料口连接脱附室15的脱附室进料口151、提升管分离器13的出气口连接尾气烟道27，尾气烟道27的出气口设置引风机28；脱附室15的脱附室出料口152与脱附室分离器18的进料口相连、脱附室排料口153与脱附室排料管20上端进料口相连，脱附室分离器18的出气口通过管道与VOCs气体焚烧炉25相连接以输送含高浓度VOCs气体的浓缩废气、脱附室分离器18的出料口通过料腿19与脱附室排料管20相连接；脱附室排料管20的下端与提升管返料管122相连接以将再生的吸附剂颗粒返回吸附装置的提升管12内；脱附载气风室17通过管道与提供脱附载气的再生风机23相连接，再生风机23提供的脱附载气经换热器24换热加热和/或电加热器26加热为脱附用高温载气后输入脱附载气风室17中并经脱附室布风板16进入到脱附室15内；VOCs气体焚烧炉25的出口气路与换热器24的热气体进口243相连接以输出焚烧后产生的高温尾气，换热器24的热气体出口244的通过管道汇入尾气烟道27。
该实施例中，基于上述系统的一种实现有机废气连续处理的方法包括以下步骤：
A、待处理有机废气进入到提升管12内，使提升管12内的吸附剂颗粒流化，同时待处理有机废气中含有的VOCs气体组分被吸附剂颗粒吸附，从而得到净化；
B、提升管12内的气流夹带着部分吸附剂颗粒进入提升管分离器13，附着有VOCs气体组分的吸附剂颗粒被分离下来进入脱附室15,净化后的尾气则进入尾气烟道27；
C、再生风机23引入的冷空气经换热器24和/或加热器26加热为脱附用高温载气后进入脱附室15，使脱附室15内的吸附剂颗粒流化，同时使吸附剂颗粒上的VOCs气体组分脱附，再生后的吸附剂颗粒经脱附室排料口153或被脱附室分离器18分离后进入脱附室排料管20，最终返回提升管12内完成吸附剂颗粒的一个循环，含有高浓度VOCs气体组分的浓缩废气则离开脱附室分离器18并进入VOCs气体焚烧炉25；
D、进入VOCs气体焚烧炉25的含有高浓度VOCs气体组分的浓缩废气被氧化降解为二氧化碳和水蒸气等无害气体，与再生风机23引入的脱附载气换热后汇入尾气烟道27，最终引入厂区排气母管或排到大气中，由此完成有机废气的净化处理，实现达标排放。
本发明的技术核心在于气体向上流过吸附剂颗粒的床层时，气流导致颗粒被悬浮处于流化状态，从而使气-固相界面积大大增加，有利于吸附和脱附反应的进行，提高了吸附剂的利用率。同时利用VOCs气体焚烧炉25产生的热量加热脱附载气，以提高系统热利用率。
本发明的系统采用循环流化床，为尽可能减小吸附剂颗粒逸出损失，需保证很高的气固分离效率，根据本发明的系统，进一步，优选提升管分离器13和脱附室分离器18均采用两级高效旋风分离器。
本发明的系统中，为尽可能使布风均匀，同时防止粒径一般在百微米量级的吸附剂颗粒堵塞布风板上的气流通道，进一步，优选提升管布风板7和脱附室布风板16均采用微孔板式或风帽式。
本发明的系统中，脱附温度是由待处理气体组成和吸附剂种类决定的。为达到良好的脱附性能并防止吸附剂温度过高着火，脱附载气温度应在要求范围内。根据本发明的系统，进一步，通过换热器24和电加热器26的协调配合实现脱附载气温度控制，具体来说：
a）若换热器24的出口脱附载气温度处于设定脱附温度范围，不需开启电加热器26；
b）若换热器24的出口脱附载气温度高于设定脱附温度范围上限，减小换热器24内换热面积，以使该温度降至设定脱附温度范围内；
c）若换热器24的出口脱附载气温度低于设定脱附温度范围下限，优先增加换热器24内换热面积；若仍不能够达到该下限值，再开启电加热器26，以使该温度维持在设定脱附温度范围内。
本发明的系统中，含有高浓度VOCs气体组分的浓缩废气的焚烧温度是由待处理气体组成和焚烧方式决定的，且为使含有高浓度VOCs气体组分的浓缩废气焚烧干净以满足排放标准，VOCs气体焚烧炉25内的温度应在要求范围内。根据本发明的系统，进一步地，对于高浓度浓缩废气，VOCs气体焚烧炉25优选RTO焚烧炉；对于中、低浓度浓缩废气，则VOCs气体焚烧炉25优选RCO焚烧炉或催化燃烧炉。另外，进一步，还通过以下方法控制VOCs气体焚烧炉25内的温度：
a）系统启动前打开VOCs气体焚烧炉25内的电加热装置，并将炉内温度控制在设定焚烧温度范围内；
b）运行过程中，当进入VOCs气体焚烧炉25的浓缩废气浓度高，氧化反应热能够维持炉内温度在设定焚烧温度范围时，关闭VOCs气体焚烧炉25内的电加热装置；反之，若浓缩废气浓度低，氧化反应热不足时，开启VOCs气体焚烧炉25内的电加热装置，并控制炉内温度在设定焚烧温度范围内。
本发明的系统中，为了能在大风量有机废气即较高提升管12内的操作气速下，也能形成提升管12内的吸附剂颗粒浓度相当高的床层，同时形成强烈的固体轴向返混以增加吸附剂颗粒停留时间，进一步，运行过程中的提升管12内的吸附剂颗粒处于快速流态化。
本发明的系统中，为了减少脱附室15内的吸附剂颗粒扬析夹带损失，脱附室15内不宜采用高流化风速，但同时为保证传热传质效率，进一步，运行过程中的脱附室15内的吸附剂颗粒处于鼓泡流态化。
本发明的系统中，为了获得更大的吸附剂颗粒比表面积、减小风阻，同时为保证提升管12内的颗粒能够处于快速流态化，保证提升管12和脱附室15内的流化质量较高，进一步，优选吸附剂颗粒为属于Geldart A类或B类颗粒的活性炭粉末、或分子筛粉末、或活性氧化铝粉末。
实施例二
如图2所示，进一步地，本发明基于上述系统一还提供了一种改进的实现有机废气连续处理的循环流化床系统二。除系统一中的部件外，系统二还增加了返料装置，也称颗粒循环控制装置，其作用不仅是调节和控制颗粒循环，以达到所要求的颗粒循环速率；同时帮助防止气体从提升管12向脱附室15的“反窜”流动，特别是对提升管12与脱附室15内进行的反应过程和气体成分不同的本系统而言，杜绝气体“反窜”显得尤为重要。返料装置包括返料阀21、返料风增压风机22和相应连接风管。返料装置包括返料阀21、返料风增压风机22和相应的连接风管，返料阀21设置在脱附装置中用于排出再生的吸附剂颗粒的脱附室排料管20下端出料口与提升管返料管122的连接处、且返料阀21的一个进口与脱附室排料管20下端出料口相连接、出口与提升管返料管122的上端进口相连接、另一个进口通过带有返料风增压风机22的风管与提升管进气母管5连接，从脱附室排料管20流出的催化剂颗粒落入返料阀12，从提升管进气母管5分出的一路待处理有机废气经返料风增压风机13增压后进入返料阀12，以输送返料阀12中的催化剂颗粒经提升管返料管802返回到提升管8内。
为达到高循环流率，返料阀21应具有尽可能小的阻力。本技术方案中优选L型阀和V型阀等气力流动阀作为返料阀21。
该实施例中，基于系统二的一种实现有机废气连续处理的方法，除系统一所述步骤外，还包括返料操作，具体来说：脱附室15排出的再生吸附剂颗粒先落入返料阀21，从提升管进气母管5分出的一路气（返料风）增压后进入返料阀21，以输送再生吸附剂颗粒返回提升管12内。通过调节增压风机13的出口返料风量大小以调节循环流化床内的吸附剂颗粒的循环流率。
实施例三
如图3所示，进一步地，本发明基于上述系统二还提供了一种改进的实现有机废气连续处理的循环流化床系统三。除系统二中的部件外，系统三还包括还包括给料装置，给料装置包括用于承装吸附剂颗粒的料仓10、高压螺旋给料机11，高压螺旋给料机11设置在吸附装置的提升管12的前墙给料口121处且高压螺旋给料机11设置在料仓10的下方；提升管12中的催化剂颗粒由料仓10通过高压螺旋给料机11自提升管12的前墙给料口121送入。另外在提升管12上设有上压力测点902和下压力测点901，下压力测点901设置在提升管布风板7的上侧、且上压力测点902设置在提升管12的内腔顶部；在运行过程中，通过上压力测点902、下压力测点901获得提升管12内的床压降，当床压降在设定范围内时，提升管12内的吸附剂颗粒存量正常，不需补充吸附剂颗粒；当床压降小于设定范围下限时，提升管12内的吸附剂颗粒存量不足，需补充吸附剂颗粒，使得提升管12内的床压降恢复到设定范围内。
该实施例中，基于系统三的一种实现有机废气连续处理的方法，除系统二所述步骤外，还包括给料及物料存量调节操作，具体来说：在料仓10内存储有吸附剂颗粒，系统启动前经高压螺旋给料机11将足量的吸附剂颗粒送入提升管12内；运行过程中，通过上压力测点902和下压力测点901获得提升管12内的床压降（以下简称床压降）。床压降与提升管12内的颗粒存量（以下简称床存量）和循环量正相关，当床压降在设定范围内时，提示床存量正常，不需开启高压螺旋给料机11；当床压降小于设定范围下限时，提示床存量不足，可能对有机废气吸附能力不足导致影响达标排放，需开启高压螺旋给料机11补充新鲜吸附剂，并使床压降恢复到设定范围内。
实施例四
如图4所示，进一步地，本发明基于上述系统三还提供了一种改进的实现有机废气连续处理的循环流化床系统四。除系统三中的部件外，系统四还包括预过滤装置，该预过滤装置包括除湿器3和预过滤器4，除湿器3和预过滤器4设置在流化风机2的出口与提升管进气母管5之间且除湿器3位于预过滤器4的前侧。该系统四主要针对高湿、高粉尘有机废气，废气中水分含量高时会占据吸附剂吸附位，使吸附能力降低；粉尘浓度过高易导致提升管进气母管5的弯头处、提升管底部流化风室6及提升管布风板7堵塞，另外，提升管12内积聚的无效粉尘量过高占据了一定床压降，会导致对床内有效吸附剂存量的误报。故需预先将废气中大部分水分和大颗粒粉尘脱除。
该实施例中，基于系统四的一种实现有机废气连续处理的方法，除系统三所述步骤外，还包括预过滤操作，具体来说：高湿、高粉尘有机废气在送入提升管底部流化风室6之前，先经除湿器3除去大部分液态水分、再经预过滤器4除去大颗粒粉尘。
实施例五
如图5所示，进一步地，本发明基于上述系统四还提供了一种改进的实现有机废气连续处理的循环流化床系统五。除系统四中的部件外，系统五还包括排料装置，排料装置为设置在提升管布风板7的上侧边缘处的提升管排料管8，通过监测提升管12的提升管出料口123处的有机废气中的VOCs组分浓度发现有机废气脱除率降低时，打开提升管排料管8的阀门以排出一部分催化活性降低的旧催化剂，然后往提升管提升管8内补充新鲜催化剂颗粒。
该系统五主要针对吸附剂失活和更新问题。系统在运行一段时间后，吸附剂颗粒的吸附和再生能力会逐渐降低，此时床内等效有效吸附剂存量降低，使系统对有机废气的处理能力下降，需不定时更新吸附剂颗粒。
该实施例中，基于系统五的一种实现有机废气连续处理的方法，除系统四所述步骤外，还包括吸附剂更新操作，具体来说：运行一段时间后当系统对有机废气中的VOCs组分脱除率降低时，打开提升管排料管8的阀门，排出一部分乏吸附剂，然后开启高压螺旋给料机11往系统内补充新鲜吸附剂，并使床压降继续保持在设定范围内。
实施例六
如图6所示，进一步地，本发明基于上述系统五还提供了一种改进的实现有机废气连续处理的循环流化床系统六。除系统五中的部件外，系统六还包括稳压罐14，稳压罐14设置在吸附装置中的提升管分离器13的出料口和脱附装置中的脱附室进料口151之间的管道上，从提升管分离器13分离下来的已吸附VOCs气体组分的吸附剂颗粒先进入稳压罐14、然后落入脱附室15中进行脱附。
该系统六主要为了维持循环系统压力平衡，减小压力波动，同时避免脱附室15内的气体反窜进入提升管分离器13使分离效率降低。
该实施例中，基于系统六的一种实现有机废气连续处理的方法，除系统五所述步骤外，还包括：从提升管分离器13分离下来的已吸附VOCs气体组分的吸附剂颗粒先进入稳压罐14，然后落入脱附室15进行脱附，运行过程中稳压罐14内需保持足够的料位。
本发明的吸附装置和脱附装置中的吸附剂颗粒处于流化状态，吸附、脱附效率高；床内温度均匀，可防止热积聚；吸附区、脱附区分开设置，无移动部件，避免了设备冷热交替；VOCs气体组分去除率高，热利用率高，既适用于高浓度、又适用于低浓度有机废气，操作简单且可实现挥发性有机废气的长期连续稳定处理。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (20)
1.一种实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：该系统包括吸附装置、脱附装置、焚烧装置、热回收装置和供风系统，其中，
吸附装置，用于通入有机废气气流使吸附装置中的提升管（12）内的吸附剂颗粒流化且吸附剂颗粒吸附有机废气中的VOCs气体组分，携带部分吸附剂颗粒的净化后的尾气气流经气固分离后，净化后的尾气进入尾气烟道（27）、吸附剂颗粒落入脱附装置的脱附室（15）内进行脱附；
脱附装置，用于通入脱附用高温载气使脱附装置中的脱附室（15）内的吸附剂颗粒流化且将附着在吸附剂颗粒上的VOCs气体组分脱附，从而使吸附剂颗粒再生，再生后的吸附剂颗粒经提升管返料管（122）返回吸附装置的提升管（12）内，而携带部分吸附剂颗粒的含高浓度VOCs气体的浓缩废气经气固分离后，浓缩废气进入焚烧装置焚烧净化、吸附剂颗粒落入提升管返料管（122）返回吸附装置的提升管（12）内；
焚烧装置，用于焚烧浓缩废气使其氧化降解为无害气体且输出高温尾气入热回收装置；
热回收装置，用于回收焚烧装置输出的高温尾气中的热量并将换热后的尾气汇入尾气烟道（27）中；
供风系统，用于为吸附装置供应有机废气、为脱附装置提供脱附载气。
2.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的吸附装置包括提升管底部流化风室（6）、提升管布风板（7）、提升管（12）和提升管分离器（13），所述提升管底部流化风室（6）通过提升管进气母管（5）与带有流化风机（2）的有机废气母管（1）相连接，待处理有机废气被流化风机（2）抽取后送入提升管底部流化风室（6），经提升管布风板（7）进入到提升管（12）内，使提升管（12）内的吸附剂颗粒流化且同时待处理有机废气中含有的VOCs气体组分被吸附剂颗粒吸附；所述提升管（12）上部设置的提升管出料口（123）与提升管分离器（13）进料口相连，提升管分离器（13）的顶部出气口与尾气烟道（27）相连接、提升管分离器（13）的下部出料口通过管道与脱附装置中的脱附室进料口（151）相连接。
3.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的脱附装置包括脱附室（15）、脱附室布风板（16）、脱附载气风室（17）、脱附室分离器（18）、料腿（19）和脱附室排料管（20），其中脱附载气风室（17）通过管道与提供脱附载气的再生风机（23）相连接，再生风机（23）提供的脱附载气经加热为脱附用高温载气后输入脱附载气风室（17）并经脱附室布风板（16）进入到脱附室（15）内，使脱附室（15）内的吸附剂颗粒流化且将附着在吸附剂颗粒上的VOCs气体组分脱附，从而使吸附剂颗粒再生；所述脱附室（15）的脱附室进料口（151）通过管道与提升管分离器（13）的下部出料口相连接以承接已吸附VOCs气体组分的吸附剂颗粒，脱附室出料口（152）与脱附室分离器（18）的进料口相连以输出携带部分吸附剂颗粒的含高浓度VOCs气体的浓缩废气、脱附室排料口（153）与脱附室排料管（20）上端进料口相连以排出再生的吸附剂颗粒；所述脱附室分离器（18）的出气口通过管道与焚烧装置相连接以输送含高浓度VOCs气体的浓缩废气、脱附室分离器（18）的出料口通过料腿（19）与脱附室排料管（20）相连接以排出再生的吸附剂颗粒；脱附室排料管（20）的下端与提升管返料管（122）相连接以将再生的吸附剂颗粒返回吸附装置的提升管（12）内。
4.根据权利要求3所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的脱附室（15）内设置有隔板，以将脱附室（15）的内腔分割为若干个串联腔室。
5.根据权利要求3所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述再生风机（23）与脱附载气风室（17）之间的管道上设有电加热器（26）。
6.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的焚烧装置包括VOCs气体焚烧炉（25），所述VOCs气体焚烧炉（25）的进气口通过管道与脱附装置中的脱附室分离器（18）的出气口相连接以接收含高浓度VOCs气体的浓缩废气，VOCs气体焚烧炉（25）的出口气路与热回收装置的热气体进口（243）相连接以输出焚烧后产生的高温尾气。
7.根据权利要求6所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的VOCs气体焚烧炉（25）内设置有电加热装置。
8.根据权利要求6所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的VOCs气体焚烧炉（25）为RTO焚烧炉、或RCO焚烧炉、或催化燃烧炉。
9.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的热回收装置包括间壁式的换热器（24），换热器（24）的冷气体进口（241）通过管道与向脱附装置提供脱附载气的再生风机（23）的出气口相连接、冷气体出口（242）通过管道与脱附载气风室（17）的进气口相连接、热气体进口（243）通过管道与VOCs气体焚烧炉（25）的出气口相连、热气体出口（244）的通过管道汇入尾气烟道（27）。
10.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的供风系统包括流化风机（2）、再生风机（23）、引风机（28）以及用于连接的风管，其中流化风机（2）设置在有机废气母管（1）上或流化风机（2）的进气口与有机废气母管（1）的出气口相连接；所述再生风机（23）的进气口直接与大气相通、出口气路最终与脱附载气风室（17）的进气口相连；所述引风机（28）的进气口与尾气烟道（27）相连、出气口通向厂区排气母管或直接与大气相通。
11.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的系统还包括返料装置，所述返料装置包括返料阀（21）、返料风增压风机（22）和相应的连接风管，所述的返料阀（21）设置在脱附装置中用于排出再生的吸附剂颗粒的脱附室排料管（20）下端出料口与提升管返料管（122）的连接处、且返料阀（21）的一个进口与脱附室排料管（20）下端出料口相连接、出口与提升管返料管（122）的上端进口相连接、另一个进口通过带有返料风增压风机（22）的风管与提升管进气母管（5）连接，从脱附室排料管（20）流出的催化剂颗粒落入返料阀（12），从提升管进气母管（5）分出的一路待处理有机废气经返料风增压风机（13）增压后进入返料阀（12），以输送返料阀（12）中的催化剂颗粒经提升管返料管（802）返回到提升管（8）内，通过调节增压风机（13）的出口返料风量大小以调节循环流化床内的吸附剂颗粒的循环流率。
12.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的系统还包括给料装置，所述给料装置包括用于承装吸附剂颗粒的料仓（10）、高压螺旋给料机（11），所述的高压螺旋给料机（11）设置在吸附装置的提升管（12）的前墙给料口（121）处且高压螺旋给料机（11）设置在料仓（10）的下方；提升管（12）中的催化剂颗粒由料仓（10）通过高压螺旋给料机（11）自提升管（12）的前墙给料口（121）送入。
13.根据权利要求12所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的提升管（12）上设有上压力测点（902）和下压力测点（901），下压力测点（901）设置在提升管布风板（7）的上侧、且上压力测点（902）设置在提升管（12）的内腔顶部；在运行过程中，通过上压力测点（902）、下压力测点（901）获得提升管（12）内的床压降，当床压降在设定范围内时，提升管（12）内的吸附剂颗粒存量正常，不需补充吸附剂颗粒；当床压降小于设定范围下限时，提升管（12）内的吸附剂颗粒存量不足，需补充吸附剂颗粒，使得提升管（12）内的床压降恢复到设定范围内。
14.根据权利要求13所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述提升管布风板（7）的上侧边缘处设有提升管排料管（8），通过监测提升管（12）的提升管出料口处的有机废气中的VOCs组分浓度发现有机废气脱除率降低时，打开提升管排料管（8）的阀门以排出一部分催化活性降低的旧催化剂，然后往提升管（12）内补充新鲜催化剂颗粒。
15.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的系统还包括预过滤装置，所述预过滤装置包括除湿器（3）和预过滤器（4），所述的除湿器（3）和预过滤器（4）设置在流化风机（2）的出口与提升管进气母管（5）之间且所述的除湿器（3）位于预过滤器（4）的前侧；对于高湿、高粉尘待处理有机废气，在送入吸附装置的提升管底部流化风室（6）之前，先经除湿器（3）除去液态水分、再经预过滤器（4）除去大颗粒粉尘。
16.根据权利要求1所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述的系统还包括稳压罐（14），所述的稳压罐（14）设置在吸附装置中的提升管分离器（13）的出料口和脱附装置中的脱附室进料口（151）之间的管道上，从提升管分离器（13）分离下来的已吸附VOCs气体组分的吸附剂颗粒先进入稳压罐（14）、然后落入脱附室（15）中进行脱附，运行过程中稳压罐（14）内需保持足够的料位以维持循环流化床系统的压力平衡、减小压力波动，同时避免脱附室（15）内的气体反窜进入提升管分离器（13）使分离效率降低。
17.根据权利要求1-16任一所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述吸附装置中的提升管分离器（13）和脱附装置中的脱附室分离器（18）皆采用两级高效旋风分离器。
18.根据权利要求1-16任一所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述吸附装置中的提升管布风板（7）和脱附装置中的脱附室布风板（16）为微孔板式或风帽式布风板。
19.根据权利要求1-16任一所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述提升管（12）中的吸附剂颗粒和脱附室（15）中的吸附剂颗粒为属于Geldart A类或B类颗粒的活性炭粉末、或分子筛粉末、或活性氧化铝粉末。
20.根据权利要求1-16任一所述的实现有机废气连续处理的循环流化床系统，其特征在于：所述提升管（12）中的吸附剂颗粒处于快速流态化；所述脱附室（15）中的吸附剂颗粒处于鼓泡流态化。
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| CN115044391A (zh) * | 2022-07-17 | 2022-09-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种催化油浆脱固的装置及脱固方法 |
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