CN112023609A - 气体中低浓度挥发性有机化合物的脱除方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的方法和装置。通过采用吸附富集，局部循环，高温脱附，反应降解等步骤，实现低浓度VOCs物质的低能耗、经济性降解处理，以实现空气系统的长期安全运行。该方法和装置可实现吸附材料的原位再生，使吸附材料保持在最佳的吸附状态，降低整个使用周期中出口气体中的VOCs含量。

Description

气体中低浓度挥发性有机化合物的脱除方法和装置
技术领域
本发明属于空气净化领域，涉及一种可长期使用的气体中低浓度有机挥发性组分的脱除方法。
背景技术
挥发性有机化合物(简称VOCs)，即使在低浓度下，也会对人体有一定的刺激性、毒性和致癌性。随着社会的发展，生活水平的提高，人们对含有低浓度VOCs的气体也越来越重视。在工厂和企业中，含有低浓度VOCs的气体排放被严格限制；在大型建筑、写字楼、以及宾馆和住宅中，对新风系统、空气循环系统中VOCs的控制要求也越来越高。
目前对于含有低浓度VOCs的气体的处理技术有两类，吸附法和降解法。
吸附法是利用活性炭等吸附材料，把气体中的VOCs成分吸附固定在其内部孔道和表面。该方法具有初始投资成本低、操作简单的优势。但其存在吸附饱和的问题，使得净化系统难以长久运行。为此需要经常更换吸附组件，且很多情况下更换操作非常麻烦。更为关键的是，使用后的吸附材料需要进行后续处理，带来了更多的环境压力。
降解法是通过把VOCs分解为无毒无害的无机化合物，来降低气体中的VOCs含量。这一方法在适合的操作条件下，一般没有后续排放的问题。然而，由于这一方法需要破坏VOCs中的化学键，往往需要额外的能量输入(如提高温度)。在VOCs浓度很低的情况下，绝大部分输入能量被用在无毒无害的气体组分上，造成了能量的极大浪费。
针对上述两种方法的缺陷，本发明提供了一个解决方案。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种气体中低浓度挥发性有机化合物的脱除方法，以解决现有技术中需要更换吸附组件、存在后续污染、难以长久运行，以及能耗高，经济性不佳等问题。
一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的方法，其特征在于：在气体流通路径上用吸附材料吸附低浓度挥发性有机化合物；通过定期或不定期的非连续操作，对所述吸附材料进行原位再生，所述原位再生是通过支线管路构成局部循环，将吸附的挥发性有机化合物从吸附材料中脱附，并利用降解反应器把脱附出来的挥发性有机化合物直接降解。
进一步地，吸附材料再生采用加热气流脱附方式。
本发明的第二个目的在于提供一种应用于气体中低浓度挥发性有机化合物脱除的装置，以解决现有技术中需要更换吸附组件、存在后续污染、难以长久运行，以及能耗高，经济性不佳等问题。
本发明为此提供的技术方案为：
一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的装置，其特征在于：包括主管道，所述主管道中设置气体吸附组件，所述装置还设置有支线循环管路；所述支线循环管路在气体吸附组件的上游和下游与所述主管路接通并设置管道阀门，在支线循环路线上设降解装置，降解装置设置反应组件。
所述主管路用于传送含有低浓度VOCs的气体，吸附组件主要由活性炭等吸附材料构成，其形状可根据主管路的截面形状进行定制。可选地，主管路在吸附组件的上下游可安装阀门等气体隔离装置，以阻止吸附材料再生时释放出的VOCs扩散至管路其它位置。
所述降解装置位于主管路的内部或外部。
所述反应组件可包括催化反应器、等离子体反应器、臭氧发生器、吸收-吸附装置中的一种或包括其中的多种的组合。降解反应器的内部或外部配备风机等气体循环装置。
吸附组件再生采用加热气流脱附方式，气流加热装置位于主管路或分支管路中，或者利用降解装置产生的热量。
所述降解装置为固定式或移动式；所述降解装置可与一套或多套吸附组件配套连接，依次降解它们再生时产生的VOCs组分。
空气系统正常运行时，连接反应组件的阀门关闭，由主管路中的吸附组件通过吸附作用降低管路气体中的VOCs浓度。吸附材料再生操作时，切断主管路的气流，打开连接反应组件的阀门，通过反应组件所在支路建立气体的局部循环。通过升温脱附，使吸附在吸附组件上的VOCs脱附。通过气流的局部循环，使VOCs脱附而随气流进入反应组件，通过反应过程降解其中的VOCs。去除VOCs后的气体通过循环回到主管路再次用于脱附吸附组件上的VOCs。显然地，脱附气流中的待降解挥发性有机化合物的浓度要远大于主管路正常工作时，吸附前的气流中的浓度，因此，本发明降解所花费的能量显然利用率更高，并且，通过循环方式进脱附和降解，能够利用降解装置产生的热量加热脱附所用的气流或直接利用被加热后的降解气体进行脱附，能够进一步节约能量。
优选地，再生操作时主管路的气体流动方向与正常传送含有低浓度VOCs的气体时的气体流动方向相反，以利于加快脱附再生过程。
对于需要连续运行的空气系统，可采用双吸附组件，单反应组件的方式，通过双吸附组件的轮换再生，保障空气系统能够连续运行。
通过吸附组件的及时再生，不仅避免的吸附材料的更换操作，还可以使吸附材料保持在最佳的吸附状态，使主管路出口气体的VOCs含量一直维持在最低水平。
本发明通过采用吸附富集，局部循环，高温脱附，反应降解等步骤，实现低浓度VOCs物质的低能耗、经济性降解处理，实现空气系统的长期安全运行。
附图说明
图1是本发明的第一个实施例的示意图；
图2是本发明的第二个实施例的示意图；
图3是本发明的第三个实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，列举了几种典型情况下本发明的实施方案，但不用来限制本发明的范围。
图1是由一个吸附组件和一个外置的反应组件构成的净化装置。气体系统正常运行时气体流动如图中空心箭头所示，在主管路1中含VOCs的气体从上方流入，经过吸附组件2，VOCs被吸附，净化后的气体从下方流出。再生操作时，关闭主管路两端(图中未标出)，启动风机6，构建出由实心箭头标注的局部循环系统。气体通过阀门7、法兰8、风机6、阀门9进入反应器3。经过加热器5加热后，进入催化剂床层4，其中所含的VOCs成分被催化降解。净化后的气体通过阀门10、法兰11、阀门12回到主管路1。此时气体已被加热，高温气体由下往上流过吸附组件2，促进吸附组件上吸附的VOCs脱附，并再次进入反应器3降解其中VOCs。
可选地，当主管路气体中VOCs很低时，吸附组件可以正常工作较长时间。此时，从法兰8至法兰11所构成的反应组件可设计成可移动装置，即反应组件可以轮流为多个吸附组件再生。
图2是由一个吸附组件和一个内置的反应组件构成的净化装置，适用于拥有大直径主管路的空气处理系统。气体系统正常运行时气体流动如图中空心箭头所示，在主管路1中，含VOCs的气体从上方流入，经过吸附组件2，VOCs被吸附，净化后的气体从下方流出。再生操作时，关闭主管路两端(图中未标出)，打开阀门7和阀门8，启动风机6，构建出由实心箭头标注的局部循环系统。气体进入反应器3。在等离子体发生器5和催化剂床层4的共同作用下，其中所含的VOCs成分被催化降解。此时气体已被加热，高温气体由下往上流过吸附组件2，促进吸附组件上吸附的VOCs脱附，并再次进入反应器3降解其中VOCs。
图3是由二个吸附组件和一个外置的反应组件构成的净化装置，可为两个主管路净化气体，保证主管路的气体系统连续运行。气体系统正常运行时气体流动如图中空心箭头所示，在主管路1、11中含VOCs的气体从上方流入，经过吸附组件2、12，VOCs被吸附，净化后的气体从下方流出，此时阀门7、8、9、10关闭。当进行吸附组件2的再生操作时，关闭主管路1两端(图中未标出)，打开阀门7、9，启动风机6，构建出由左侧和中间实心箭头标注的局部循环系统。气体进入反应器3，经过加热器5加热后，进入催化剂床层4，其中所含的VOCs成分被催化降解。净化后的气体回到主管路1。此时气体已被加热，高温气体由下往上流过吸附组件2，促进吸附组件上吸附的VOCs脱附，并再次进入反应器3降解其中VOCs。当进行吸附组件12的再生操作时，关闭主管路11两端(图中未标出)，打开阀门8、10，启动风机6，构建出由右侧和中间实心箭头标注的局部循环系统。其它过程与吸附组件2的再生过程类似。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的方法，其特征在于：在气体流通路径上用吸附材料吸附低浓度挥发性有机化合物；通过定期或不定期的非连续操作，对所述吸附材料进行原位再生，所述原位再生是通过支线管路构成局部循环，将吸附的挥发性有机化合物从吸附材料中脱附，并利用降解反应器把脱附出来的挥发性有机化合物直接降解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：吸附材料再生采用加热气流脱附方式。
3.一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的装置，其特征在于：包括主管道，所述主管道中设置气体吸附组件，所述装置还设置有支线循环管路；
所述支线循环管路在气体吸附组件的上游和下游与所述主管路接通并设置管道阀门，在支线循环路线上设降解装置，降解装置设置反应组件。
4.如权利要求3所述的一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的装置，其特征在于所述降解装置位于主管路的内部或外部。
5.根据权利要求3所述的一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的装置，其特征在于：所述反应组件包括催化反应器、等离子体反应器、臭氧发生器、吸收-吸附装置中的一种或包括其中的多种的组合。
6.根据权利要求3所述的一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的装置，其特征在于：吸附组件再生采用加热气流脱附方式，气流加热装置位于主管路或分支管路中，或者利用降解装置产生的热量。
7.根据权利要求3所述的一种用于去除气体中低浓度挥发性有机化合物的装置，其特征在于：所述降解装置为固定式或移动式；所述降解装置可与一套或多套吸附组件配套连接。
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