CN112295358A - 一种径向流动废气吸附处理装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种径向流动废气吸附处理装置及处理方法，装置设有至少两层吸附筐和中心管，吸附筐由内框体和外框体围制而成，吸附筐的下部设有吸附筐托板。内框体内环为内间隙，外框体与壳体之间设有外间隙。处理过程为：㈠吸附过程：有机废气进入第一层吸附筐进行吸附，经外间隙进入下一层吸附筐吸附，依次到达最后一层吸附筐的下部，由气体出口排出；㈡脱附过程：由气体出口引入热空气进入最下层吸附筐脱附，经外间隙或内间隙进入上一层吸附筐进行脱附，依次到最上层吸附筐的内间隙，经废气进口排出。本发明优化了废气吸附处理装置的结构，缩短了气体流通距离，降低了吸附床层的阻力，不易产生热量的集聚，提高了废气处理的安全性和吸附效率。

Description

一种径向流动废气吸附处理装置及处理方法
技术领域
本发明属于工业废气处理技术领域，涉及一种径向流动废气吸附处理装置及处理方法。
背景技术
有机废气主要来自以煤、石油、天然气等为燃料或原料的工业或与之有关的化工企业。挥发性有机气体化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)是大气中较为常见且普遍存在的大气污染物。常见的组分有芳香烃类、酯类、酮类、醚类等。主要来源于工业生产过程，如石油化工、制药、农药、印刷、人造革、制鞋、油漆和涂料等等行业排放的废气。VOCs具有较强的挥发性、扩散性以及化学毒性，人体长期接触会造成对内脏及神经系统的损害。另外，作为形成臭氧和PM2.5的前驱，VOCs在光照作用下发生光化学反应造成光化学污染，因此控制工业源VOCs的排放成为国家大气污染物污染防治工作的重点。
目前VOCs控制技术主要包括吸附法、液体吸收法、燃烧法和光催化氧化法吸附法。VOCs吸附处理法就是利用吸附剂吸附挥发性有机化合物蒸发而形成的有机废气。吸附法具有低能耗、工艺成熟、去除率高、净化彻底、易于推广的优点，有很好的环境和经济效益。近几年来，由于环保要求日益严格，吸附技术得到了迅速的发展，出现了新的吸附工艺和设备。同时吸附剂的改进，如活性炭纤维和沸石的使用，也扩大了吸附技术的应用范围，使VOCs吸附成为有机废气处理技术的首选方法。
现有的吸附法处理工业废气一般为废气轴向流过床层，气体流通距离长，阻力大，易产生热量的集聚，可能现热点引起爆炸，影响废气处理的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种径向流动废气吸附处理装置，优化废气吸附处理装置的结构，降低吸附床层的阻力，减少和避免出现产生热量的集聚引起的不安全因素，提高生产的安全性和可靠性。本发明的另一目的是提供一种径向流动废气吸附处理方法。
本发明的技术方案是：径向流动废气吸附处理装置,为圆筒形结构或箱式结构，圆筒形结构包括壳体、上封头、下封头、废气进口和至少一个气体出口。吸附处理装置设有至少两层吸附筐和中心管，吸附筐为环形结构，由同轴心的内框体和外框体围制而成，每层吸附筐的下部设有吸附筐托板,由吸附筐托板支撑吸附筐，吸附筐内装有吸附剂。内框体的内环为内间隙，外框体与壳体之间设有外间隙。中心管位于内间隙之中，下部安装在下封头，并与进气口连通。相邻的两层吸附筐的吸附筐托板外沿延长与壳体连接或内沿延长与中心管连接，使各层吸附筐形成独立的吸附体系。
内框体和外框体由筛孔板或金属丝网制成，金属为不锈钢、合金、铝或铜。吸附处理装置设有旁路进口，旁路进口设在壳体的顶部。吸附剂为活性炭、NaY分子筛、ZSM-5分子筛、SBA-15分子筛、MCM-41分子筛或活性黏土，吸附处理装置各层吸附筐内的吸附剂相同或不同。吸附筐托板焊接或螺丝连接方式固定在壳体或中心管上。
本发明径向流动废气吸附处理装置的处理方法，处理过程包括吸附过程和脱附过程。
㈠吸附过程：有机废气由废气进口经中心管和内间隙进入第一层吸附筐进行吸附，吸附完成后经外框体到外间隙。经外间隙进入下一层吸附筐吸附，再经下一内间隙进入后面层的吸附筐进行吸附，重复以上吸附过程，直至到达最后一层吸附筐的下部，由气体出口排出；
㈡脱附处理过程：对完成吸附过程的吸附剂进行脱附，脱附过程气体流向与吸附过程相反，即：由气体出口引入热空气，经内间隙或外间隙进入最下层吸附筐进行脱附，然后经外间隙或内间隙进入上一层吸附筐进行脱附，依次重复到最上层吸附筐的内间隙，脱附后气体经中心管和废气进口排出。
吸附过程中根据工艺要求，通过旁路进口引入有机废气或冷空气调整吸附床温度，使吸附温度在最佳范围内。吸附筐的数量和吸附剂的选择根据有机废气的组成和净化要求确定。
本发明径向流动废气吸附处理装置及处理方法主要用于吸附热较大的有机废气的吸附处理。本发明优化了废气吸附处理装置的结构，废气径向流过床层，流通距离短，降低了吸附床层的阻力，不易产生热量的集聚，配合旁路的温度调节作用，可将吸附床内温度制在预定的最佳值附近的有限范围内，避免出现热点引起的爆炸事故，提高了工业废气处理的安全性。通过分层进行吸附，可以选择多种吸附剂进行吸附，提高了工业废气吸附操作的效率，改善了吸附剂选择的多样性和使用效果。本发明结构简单，制造和安装要求低，装卸容易，节省动力。
附图说明
图1为径向流动废气吸附处理装置的结构示意图；
图2为图1的A-A图；
图3为三层吸附筐废气吸附处理装置的结构示意图；
图4为四层吸附筐废气吸附处理装置的结构示意图；
图5为两层吸附筐吸附状态气体流向示意图；
图6为三层吸附筐吸附状态气体流向示意图；
图7为四层吸附筐吸附状态气体流向示意图；
图8为两层吸附筐脱附状态气体流向示意图；
图9为三层吸附筐脱附状态气体流向示意图；
图10为四层吸附筐脱附状态气体流向示意图；
其中：1—圆柱形壳体、2—上封头、3—下封头、4—废气进口、5—气体出口、6—旁路进口、7—吸附筐托板、8—内框体、9—外框体、10—吸附床、10-1—第一层吸附筐、10-2—第二层吸附筐、10-3—第三层吸附筐、10-4—第四层吸附筐、11—中心管、12—内间隙、12-2—第二层或第二、三吸层附筐与中心管之间的内间隙、12-4—第四层吸附筐与中心管之间的内间隙、13—外间隙、13-1—第一、二层吸附筐的外间隙、13-3—第三或第三、四层吸附筐的外间隙、14—隔板
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明径向流动废气吸附处理装置为圆筒形结构，如图1所示,包括壳体1、上封头2、下封头3、废气进口4、旁路进口6和气体出口5，废气进口和气体出口位于下封头，旁路进口位于上封头。吸附处理装置内部设有第一层吸附筐10-1、第二层吸附筐10-2和中心管11。如图2所示，吸附筐为环形结构，由同轴心的内框体8和外框体9围制而成，内框体和外框体由筛孔板制成。内框体8的内环为内间隙12，外框体9与壳体之间设有外间隙13。中心管位于内间隙之中，下部安装在下封头，并与进气口连通。每层吸附筐的下部设有吸附筐托板7,由吸附筐托板支撑吸附筐，第一层吸附筐和第二层吸附筐内装的吸附剂为活性炭。第一层吸附筐10-1顶部设有隔板14，使旁路进口6与外间隙13连通。第一层吸附筐10-1的吸附筐托板内沿延长与中心管焊接连接，第二层吸附筐10-2的吸附筐托板外沿延长与壳体焊接连接，构成第二层吸附筐与中心管之间的内间隙12-2，使两层吸附筐分别为独立的吸附体系。
本实施例为制药企业废气中VOCs(乙酸乙酯)吸附处理，处理过程包括吸附过程和脱附过程。
㈠吸附过程：如图5所示，40℃的含450mg/m3乙酸乙酯的有机废气由废气进口4经中心管11进入内间隙12，通过内框体8的筛孔径向流过第一层吸附筐10-1的活性炭床层进行吸附，吸附完成后经外框体9到外间隙13。经外间隙进入第二层吸附筐10-2由外向内径向通过第二层吸附筐进行吸附，然后经第二层吸附筐与中心管之间的内间隙12-2由气体出口5排出。废气流过吸附床的空速为10000h-1，床层温度控制在95～100℃，若有超温发生，可在旁路进口6通入有机废气降温。从出口5排出的尾气中乙酸乙酯含量为15mg/m3，脱除效率为96.7％。
㈡脱附处理过程：如图8所示，对完成吸附过程的吸附剂进行脱附，脱附过程气体流向与吸附过程相反。即：由气体出口5引入200℃热空气，经第二层吸附筐与中心管之间的内间隙12-2进入第二层吸附筐10-2由内向外径向通过第二层吸附筐进行脱附，然后经外间隙13进入第一层吸附筐10-1由外向内径向通过第一层吸附筐进行脱附。脱附后气体进入内间隙12，经中心管11和废气进口4排出。脱附过程旁路进口关闭。
实施例2
本发明另一实施方式如图3所示，包括壳体1、上封头2、下封头3、废气进口4、旁路进口6和气体出口5，废气进口和气体出口位于下封头，旁路进口位于上封头。吸附处理装置内部设有第一层吸附筐10-1、第二层吸附筐10-2和第三层吸附筐10-3和中心管11。内框体8的内环为内间隙12，中心管位于内间隙之中，下部安装在下封头，并与进气口连通。每层吸附筐的下部设有吸附筐托板7,由吸附筐托板支撑吸附筐，第一层吸附筐和第三层吸附筐内装的吸附剂为活性炭，第二层吸附筐内装的吸附剂为NaY分子筛。第一层吸附筐10-1的吸附筐托板内沿延长与中心管焊接连接，第二层吸附筐10-2的吸附筐托板外沿延长与壳体焊接连接，构成第一、二层吸附筐的外间隙13-1。第三层吸附筐10-3的吸附筐托板内沿延长与中心管焊接连接，构成第二、三吸层附筐与中心管之间的内间隙12-2和第三吸附筐的外间隙13-3，使三层吸附筐分别为独立的吸附体系。第一层吸附筐10-1顶部设有隔板14，使旁路进口6与第一、二层吸附筐的外间隙3-1连通。
本实施例为甲醇生产中VOCs的处理，处理过程包括吸附过程和脱附过程。
㈠吸附过程：如图6所示，35℃的含530mg/m3甲醇生产中VOCs由废气进口4经中心管11进入内间隙12，通过内框体8的筛孔径向流过第一层吸附筐10-1的活性炭床层进行吸附，吸附完成后经外框体9到第一、二层吸附筐的外间隙13-1。经外间隙进入第二层吸附筐10-2由外向内径向通过NaY分子筛床层进行吸附，然后经第二、三吸层附筐与中心管之间的内间隙12-2进入第三层吸附筐10-3由内向外径向通过活性炭床层进行吸附。最后经第三吸附筐的外间隙13-3由气体出口5排出。甲醇VOCs废气流过吸附床的空速为12000h-1，床层温度控制在85～90℃，若有超温发生，可在旁路进口6通入有机废气降温。从出口5排出的尾气中甲醇含量为20mg/m3，脱除效率为98.2％。
㈡脱附处理过程：如图9所示，对完成吸附过程的吸附剂进行脱附，脱附过程气体流向与吸附过程相反.即：由气体出口5引入200℃热空气，经第三吸附筐的外间隙13-3进入第三层吸附筐10-3进行脱附，然后经第二、三吸层附筐与中心管之间的内间隙12-2进入第二层吸附筐10-2进行脱附，最后经第一、二层吸附筐的外间隙13-1进入第一层吸附筐10-1进行脱附。脱附完成后进入内间隙12，脱附后气体经中心管11和废气进口4排出。脱附过程旁路进口关闭。
实施例3
本发明另一实施方式如图4所示，包括壳体1、上封头2、下封头3、废气进口4、旁路进口6和气体出口5，废气进口和气体出口位于下封头，旁路进口位于上封头。吸附处理装置内部设有中心管11和4层吸附筐，4层吸附筐即：第一层吸附筐10-1、第二层吸附筐10-2、第三层吸附筐10-3和第四层吸附筐10-4。内框体8的内环为内间隙12，中心管位于内间隙之中，下部安装在下封头，并与进气口连通。每层吸附筐的下部设有吸附筐托板7,由吸附筐托板支撑吸附筐，第一层吸附筐为SBA-15分子筛，第二层吸附筐内装的吸附剂为活性黏土，第三层吸附筐内装的吸附剂为MCM-41分子筛，第四层吸附筐内装的吸附剂为活性炭。第一层吸附筐10-1和第三层吸附筐10-3的吸附筐托板内沿延长与中心管焊接连接，第二层吸附筐10-2和第四层吸附筐10-4的吸附筐托板外沿延长与壳体焊接连接，构成第二、三吸层附筐与中心管之间的内间隙12-2，第四层吸附筐与中心管之间的内间隙12-4，第一、二层吸附筐的外间隙13-1和第三、四层吸附筐的外间隙13-3，使三层吸附筐分别为独立的吸附体系。第一层吸附筐10-1顶部设有隔板14，使旁路进口6与第一、二层吸附筐的外间隙3-1连通。
本实施例为苯生产中VOCs处理系统，过程包括吸附过程和脱附过程。
㈠吸附过程：如图7所示，50℃的含420mg/m3苯生产中VOCs由废气进口4经中心管11进入内间隙12，通过内框体8的筛孔径向流过第一层吸附筐10-1的SBA-15分子筛床层进行吸附，吸附完成后经第一、二层吸附筐的外间隙13-1进入第二层吸附筐10-2由外向内径向通过活性黏土床层进行吸附，然后经第二、三吸层附筐与中心管之间的内间隙12-2进入第三层吸附筐10-3由内向外径向通过第二层吸附筐MCM-41分子筛床层进行吸附，再经第三、四吸附筐的外间隙13-3进入第四层吸附筐10-4由外向内径向通过活性炭床层进行吸附，最后经第四层吸附筐与中心管之间的内间隙12-4由气体出口5排出。苯VOCs废气流过吸附床的空速为9000h-1，床层温度控制在80～85℃，若有超温发生，可在旁路进口6通入有机废气降温。从出口5排出的尾气中苯含量为10mg/m3，脱除效率为98.3％。
㈡脱附处理过程：如图10所示，对完成吸附过程的吸附剂进行脱附，脱附过程气体流向与吸附过程相反。即：由气体出口5引入200℃热空气，经第四层吸附筐与中心管之间的内间隙12-4进入第三层吸附筐10-3进行脱附，然后依次经第三吸附筐的外间隙13-3进入第三层吸附筐10-3进行脱附，经第二、三吸层附筐与中心管之间的内间隙12-2进入第二层吸附筐10-2进行脱附，最后经第一、二层吸附筐的外间隙13-1进入第一层吸附筐10-1进行脱附。脱附完成后进入内间隙12，脱附后气体经中心管11和废气进口4排出。脱附过程旁路进口关闭。

Claims (8)

1.一种径向流动废气吸附处理装置,包括壳体(1)、上封头(2)、下封头(3)、废气进口(4)和至少一个气体出口(5)，其特征是：所述吸附处理装置设有至少两层吸附筐(10)和中心管(11)，所述吸附筐为环形结构，由同轴心的内框体(8)和外框体(9)围制而成，每层吸附筐的下部设有吸附筐托板(7),由吸附筐托板支撑吸附筐(10)，所述吸附筐(10)内装有吸附剂；所述内框体(8)的内环为内间隙(12)，所述外框体(9)与壳体之间设有外间隙(13)；所述中心管位于内间隙之中，下部安装在下封头，并与进气口连通；相邻的两层吸附筐的吸附筐托板外沿延长与壳体连接或内沿延长与中心管连接，使各层吸附筐形成独立的吸附体系。
2.根据权利要求1所述的径向流动废气吸附处理装置，其特征是：所述内框体(8)和外框体(9)由筛孔板或金属丝网制成。
3.根据权利要求1所述的径向流动废气吸附处理装置，其特征是：所述吸附处理装置设有旁路进口(6)，所述旁路进口设在壳体(1)的顶部。
4.根据权利要求1所述的径向流动废气吸附处理装置，其特征是：所述吸附剂为活性炭、NaY分子筛、ZSM-5分子筛、SBA-15分子筛、MCM-41分子筛或活性黏土，所述吸附处理装置各层吸附筐内的吸附剂相同或不同。
5.根据权利要求1所述的径向流动废气吸附处理装置，其特征是：所述吸附筐托板(7)焊接或螺丝连接方式固定在壳体或中心管上。
6.一种权利要求1所述的径向流动废气吸附处理装置的处理方法，所述处理过程包括吸附过程和脱附过程，其特征是：
㈠吸附过程：有机废气由所述的废气进口(4)经中心管(11)和内间隙(12)进入第一层吸附筐(10-1)进行吸附，吸附完成后经外框体(9)到外间隙(13)；经外间隙进入下一层吸附筐吸附，再经下一内间隙进入后面层的吸附筐进行吸附，重复以上吸附过程，直至到达最后一层吸附筐的下部，由气体出口(5)排出；
㈡脱附处理过程：对完成吸附过程的吸附剂进行脱附，脱附过程气体流向与吸附过程相反；即：由气体出口(5)引入热空气，经内间隙或外间隙进入最下层吸附筐进行脱附，经外间隙或内间隙进入上一层吸附筐进行脱附，依次重复到最上层吸附筐的内间隙(12)，脱附后气体经中心管(11)和废气进口(4)排出。
7.根据权利要求6所述的径向流动废气吸附处理方法，其特征是：所述吸附过程中根据工艺要求，通过旁路进口(6)引入有机废气或冷空气调整吸附床温度，使吸附温度在最佳范围内。
8.根据权利要求6所述的径向流动废气吸附处理方法，其特征是：所述吸附筐(10)的数量和吸附剂的选择根据有机废气的组成和净化要求确定。
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