CN112604446A - 一种高浓度有机废气处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机废气处理方法领域，涉及有机废气处理设备和使用方法，尤其是一种高浓度有机废气处理系统及有机废气处理方法。包括活性炭箱A和活性炭箱B，所述活性炭箱A和活性炭箱B的脱附过程包括脱附进气端和脱附出气端，其中的脱附出气端与内燃机的进气端导通，该内燃机的出气端与一换热器的热管导通，所述换热器设置有空气进口，该空气进口与冷管导通，所述冷管与内燃机的脱附进气端导通，所述活性炭箱A和活性炭箱B的吸附进气端、吸附出气端、脱附进气端和脱附出气端均安装有阀门，通过阀门可调整活性炭箱A和活性炭箱B任一处于吸附状态，另一处于脱附状态。
Description
技术领域
本发明属于有机废气处理方法领域，涉及有机废气处理设备和使用方法，尤其是一种高浓度有机废气处理系统及有机废气处理方法。
背景技术
大风量、低浓度工业VOCs多采用吸附浓缩与燃烧相结合治理工艺。
吸附浓缩过程吸附剂通常选用活性炭，当活性炭吸附饱和后，经过水蒸气或氮气脱附浓缩后进行燃烧。氮气作为脱附介质运行成本高，水蒸气作为脱附介质脱附过程产生废水，造成二次污染，并且脱附完成后，活性炭需要较长时间冷却干燥才能再次使用。
燃烧法主要分为直接燃烧(TO)、催化燃烧(CO)、蓄热式燃烧(RTO)和蓄热式催化燃烧(RCO)。直接燃烧(TO)和蓄热式燃烧(RTO)有明火燃烧，不安全，反应温度一般在760～1000℃，反应温度高会将空气中的氮气部分转化为NOx；在使用过程中一般会有以下问题：
①燃烧含氯代有机物和芳烃类物质时极易产生二恶英类强致癌物质，尤其在焚烧炉启动和关闭过程中更易产生。
②燃烧时存在爆炸的潜在危险，尤其是易挥发性可燃气体，若达到其爆炸极限遇明火则有可能引起爆炸。
催化燃烧(CO)和蓄热式催化燃烧(RCO)无明火，反应温度一般在300～500℃，同样处理含氯代有机物时产生二噁英强致癌物质；但是当废气中含有硫元素的情况下会引起催化剂中毒失活等问题，使得该方法的推广和使用在一定程度上受到了限制。
二噁英主要是工业过程的副产品，但也可能来自于自然过程，如火山爆发和森林火灾。二噁英是冶炼、纸浆氯漂白和一些除草剂和杀虫剂制造等各种生产过程的有害副产品。二噁英产生的主要原因是燃烧不充分所致。
二噁英的最大危害是具有不可逆的“三致”毒性，即致畸、致癌、致突变。可能引起发育初期胎儿的死亡、器官结构的破坏以及对器官的永久性伤害，或发育迟缓、生殖缺陷；它可以通过干扰生殖系统和内分泌系统的激素分泌，造成男性的精子数减少、精子质量下降、睾丸发育中断、永久性性功能障碍、性别的自我认知障碍等；造成女性子宫癌变畸形、乳腺癌等；还可能造成儿童的免疫能力、智力和运动能力的永久性障碍，比如多动症、痴呆、免疫功能低下等。
因此在工业VOCs治理方面需要提供一种节省能源、工艺简单、不产生二噁英的有机废气治理装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理，节省能源、工艺简单、不产生二噁英的有机废气治理装置。
本发明采取的技术方案是：
一种高浓度有机废气处理系统，包括活性炭箱A和活性炭箱B，所述活性炭箱A和活性炭箱B均包括吸附过程和脱附过程，其中吸附过程包括吸附进气端和吸附出气端，所述活性炭箱A和活性炭箱B的吸附进气端通过吸附进气管导通，该吸附进气管安装有过滤装置，所述吸附出气端通过吸附出气管经引风机与排气筒导通，其特征在于：所述活性炭箱A和活性炭箱B的脱附过程包括脱附进气端和脱附出气端，其中的脱附出气端与内燃机的进气端导通，该内燃机的出气端与一换热器的热管导通，所述换热器设置有空气进口，该空气进口与冷管导通，所述冷管与内燃机的脱附进气端导通，所述活性炭箱A和活性炭箱B的吸附进气端、吸附出气端、脱附进气端和脱附出气端均安装有阀门，通过阀门可调整活性炭箱A和活性炭箱B任一处于吸附状态，另一处于脱附状态。
进一步的，所述换热器的热管出气端与排气筒导通。
进一步的，所述换热器的冷管和活性炭箱A，活性炭箱B的脱附进气端之间采用脱附进气管导通，该脱附进气管安装有流量计和温度计。
进一步的，所述活性炭箱A和活性炭箱B分别经补冷空气管路和过滤器导通，该过滤器进行循环，并经补冷空气进风管路与活性炭箱A和活性炭箱B二次导通。
进一步的，所述内燃机的出气端安装有流量调节阀和温度计。
进一步的，所述内燃机采用NRJ-V内燃式燃烧机，活性炭箱A和活性炭箱B的脱附出气端与其内置的气缸导通。
进一步的，所述内燃机的气缸与外部的可燃气源导通，该可燃气源与有机废气混合形成可燃混合器。
应用一种高浓度有机废气处理系统的有机废气处理方法，其特征在于：包括吸附和脱附工序，包括如下步骤：
吸附工序
步骤1：调整系统中的各个阀门，使得活性炭箱A和活性炭箱B择一吸附端导通，另一脱附端导通；
步骤2：有机废气由吸附进气管导入过滤装置，经过滤装置吸附后进入活性炭箱；
步骤3：吸附出气管内安装引风机启动将吸附后的废气导入排气筒，并最终导入外部大气环境，直至该活性炭箱饱和；
脱附工序
步骤1：调整系统中的各个阀门，使得活性炭箱A和活性炭箱B中处于饱和状态的活性炭箱的脱附端导通，另一活性炭箱的吸附端导通；
步骤2：外部空气经换热器的空气进口导入，并经脱附进气端导入处于饱和状态的活性炭箱；
步骤3：由活性炭箱脱附的废气导入NRJ-V内燃式燃烧机进行燃烧；
步骤4：NRJ-V内燃式燃烧机顺次进行吸气、压缩、产能和排气冲程，NRJ-V内燃式燃烧机对外做功，并将燃烧后的尾气排出；
步骤5：排出的尾气导入换热器的热管，待与冷管换热将空气预热后导入排气筒，并最终导入外部大气环境。
而且，所述脱附步骤的步骤4中的吸气冲程中，根据VOCs的浓度高低划分为三个阶段，分别为初始阶段，中间阶段和末段阶段；其中初始阶段和中间阶段中VOCs浓度高无需引入外部的可燃气体；末段阶段中VOCs浓度低需引入外部的可燃气体作为能量补充。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，提供了一种应用活性炭与内燃机相结合的有机废气处理系统，相较于现有应用活性炭的有机废气处理装置增设了活性炭脱附和内燃机燃烧的工序。本系统中，活性炭箱A和活性炭箱B配合，形成一台吸附一台脱附的结构，其中吸附用的活性炭箱可对有机废气中的物质进行吸附处理，而脱附用的活性炭箱则可将其吸附的杂质进行二次处理，即通过内燃机进行二次处理，又可防止二噁英等有害物质产生，进而形成一套节能，环保，高效，可连续使用的有机废气处理装置。
本发明中，提供的换热器用于对内燃机燃烧后产生的高温尾气进行余热收集，进一步实现节能的目的。
本发明中，所述活性炭箱A和活性炭箱B在脱附完成后，由于活性炭箱内的温度较高，需要通过冷空气降温后才能再次吸附，因此，将其通过补冷空气管路和补冷进气管路与过滤器双向导通，风机起到送风作用辅助活性炭箱进行降温，待其降温后等待下一次吸附过程。
本发明中，在脱附进气管安装的温度计和流量计用于实时监测脱附工序中导入空气的流量和温度，内燃机的出气端安装的流量调节阀和温度计则用于实时监测内燃气导出高温尾气的温度，并可调节相应的流量，保证脱附气体处于一个适合的温度。
本发明中，采用NRJ-V内燃式燃烧机作为内燃机具有多种优点，比如，采用该装置可提供4000pa负压，进而在脱附出气端形成负压免去安装引风设备；而且，该装置的燃烧温度在1093℃，可保证其气缸内的燃烧过程充分，有效规避200℃～400℃和500℃～800℃的二噁英产生的温度区间，使得燃烧含氯代有机物和芳烃类物质的过程中基本不会产生二噁英有害物质；另外，该装置所用辅助装置和衍伸装置技术常熟，其可配置自动灭火安全系统、自动安全关机警报系统等装置来实现对燃烧机的远程控制，也可通过交流发电设备来输出电力，进而可支撑车载或便携式等装置，拓展性强，便携程度高。
本发明中，采用NRJ-V内燃式燃烧机可处理脱附工序中掺杂的VOCs，在脱附过程的初始和中间阶段VOCs的浓度高，只需调整抽气量即可实现充分的燃烧，而在末段时，由于VOCs的浓度降低因此需导入外部可燃气体作为能量补充使得其气缸内部可进行充分燃烧。
本发明中，应用上述的有机废气处理系统衍伸出相应的使用方法。使得废气在两个活性炭箱内进行两次循环。一次循环中，如现有装置一样对有机废气进行过滤和吸附；二次循环中，则对已经饱和的活性炭箱内的活性炭进行脱附工序再次处理。首先，可保证有机废气处理的情节性，其次，可节省能源即可对外做功，又可进行余热收集，最后，可保证系统的长时间连续使用，不会出现活性炭箱饱和后停机处理的情况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图注：1、活性炭箱A 2、活性炭箱B 3、引风机 4、内燃机 5、换热器 6、排气筒 7、过滤装置 8、吸附进气管 9、吸附出气管 10、排气管路 11、脱附进气管 12、脱附出气管 13、内燃机出气管 14、热管出气端 15、空气进口 16、流量计 17、温度计 18、过滤器 19、风机20、补冷空气管路 21、补冷空气进气管路
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种高浓度有机废气处理系统，包括活性炭箱A(1)和活性炭箱B(2)，所述活性炭箱A和活性炭箱B均包括吸附过程和脱附过程，其中吸附过程包括吸附进气端和吸附出气端，所述活性炭箱A和活性炭箱B的吸附进气端通过吸附进气管8导通，该吸附进气管安装有过滤装置7，所述吸附出气端通过吸附出气管9经引风机3通过排气管路10和排气筒6导通，本发明的创新在于，所述活性炭箱A和活性炭箱B的脱附过程包括脱附进气端和脱附出气端，其中的脱附出气端通过脱附出气管12与内燃机4的进气端导通，该内燃机的出气端的内燃机出气管13与一换热器5的热管导通，所述换热器设置有空气进口15，该空气进口与冷管导通，所述冷管与内燃机的脱附进气端导通，所述活性炭箱A和活性炭箱B的吸附进气端、吸附出气端、脱附进气端和脱附出气端均安装有阀门，通过阀门可调整活性炭箱A和活性炭箱B任一处于吸附状态，另一处于脱附状态。
本实施例中，活性炭箱A和活性炭箱B内填充有煤质颗粒碳。
本实施例中，所述过滤装置内填充有可替换的滤棉，用于除废气中的固体颗粒物，保证后续活性炭的吸附效率。
本实施例中，所述换热器的热管出气端14与排气筒导通。
本实施例中，所述活性炭箱A和活性炭箱B分别经补冷空气管路20和过滤器18导通，所述的补冷空气管路采用风机19为过滤器进行循环，并经补冷空气进风管路21与活性炭箱A和活性炭箱B二次导通。
本实施例中，所述换热器的冷管和活性炭箱A，活性炭箱B的脱附进气端之间采用脱附进气管11导通，该脱附进气管内安装有流量计16和温度计17。
本实施例中，所述内燃机的出气端安装有流量调节阀和温度计。
本实施例中，所述内燃机采用NRJ-V内燃式燃烧机，活性炭箱A和活性炭箱B的脱附出气端与其内置的气缸导通。
本实施例中，所述内燃机的气缸与外部的可燃气源导通，该可燃气源与有机废气混合形成可燃混合器。
本发明的使用过程是：
本发明使用时，包括吸附和脱附工序，包括如下步骤：
吸附工序
步骤1：调整系统中的各个阀门，使得活性炭箱A和活性炭箱B择一吸附端导通，另一脱附端导通；
步骤2：有机废气由吸附进气管导入过滤装置，经过滤装置吸附后进入活性炭箱；
步骤3：吸附出气管内安装引风机启动将吸附后的废气导入排气筒，并最终导入外部大气环境，直至该活性炭箱内的活性炭饱和；
脱附工序
步骤1：调整系统中的各个阀门，使得活性炭箱A和活性炭箱B中处于饱和状态的活性炭箱的脱附端导通，另一活性炭箱的吸附端导通；
步骤2：外部空气经换热器的空气进口导入，并经脱附进气端导入处于饱和状态的活性炭箱；
步骤3：由活性炭箱脱附的废气导入NRJ-V内燃式燃烧机进行燃烧；
步骤4：NRJ-V内燃式燃烧机顺次进行吸气、压缩、产能和排气冲程，NRJ-V内燃式燃烧机对外做功，并将燃烧后的尾气排出；所述脱附步骤的步骤4中的吸气冲程中，根据VOCs的浓度高低划分为三个阶段，分别为初始阶段，中间阶段和末段阶段；其中初始阶段和中间阶段中VOCs浓度高无需引入外部的可燃气体；末段阶段中VOCs浓度低需引入外部的可燃气体作为能量补充。
吸气冲程：活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内气体压力逐渐降低，气缸内形成一定的真空度，废气通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，此时气缸内气体压力小于大气压力。进入气缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、气缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高。有机废气进入NRJ-V内燃机，按废气浓度分为三个阶段：
①初始段约88分钟，VOCs浓度高，该段抽气量控制在低水平，无需补充额外能量；
②中间段约44分钟，VOCs浓度中，该段抽气量提高，无需补充额外能量；
③末段约12分钟，VOCs浓度低，该段抽气量进一步提高，仅需补充很少能量。
(2)压缩冲程：压缩冲程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点。
(3)产能冲程：在产能冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使气缸内气体的压力和温度迅速提高。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，气缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降。
(4)排气冲程：排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在气缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点的压力稍高于大气压力。活塞运动到上止点时，完成一个工作循环。
步骤5：排出的尾气导入换热器的热管，待与冷管换热将空气预热后导入排气筒，并最终导入外部大气环境。
应用本发明中所述的机废气处理系统及有机废气处理方法的实施例，如下：
有机废气处理量3000m3/h，浓度200mg/m3，温度15～35℃。
过滤阶段：过滤装置包含初效过滤、中效过滤，经过滤装置后废气洁净度90％以上。
吸附阶段：在活性炭箱上设置温度计，记录活性炭箱内的温度，吸附阶段保证废气温度低于40℃。吸附剂选用煤质颗粒碳，活性炭箱内风速为0.5m/s，炭层厚度0.8m，活性炭罐直径1.4m，高2.2m，活性炭填充量为1.2m3。
脱附阶段：流量计监测脱附气量为250m3/h；内燃机燃烧废气排放温度为343℃，通过阀门调节高温废气流量，监测温度计温度保证脱附气体温度小于120℃，脱附出的废气浓度为2200mg/m3，脱附后的废气进入NRJ-V内燃机，燃烧消耗80L/h的丙烷燃料，燃烧后废气排放浓度为2.2mg/m3，燃烧效率99.9％。
本发明中，提供了一种应用活性炭与内燃机燃烧相结合的的有机废气处理系统，相较于现有应用活性炭的有机废气处理装置增设了对于活性炭脱附和内燃机燃烧的工序。本系统中，活性炭箱A和活性炭箱B配合，形成一台吸附一台脱附的结构，其中吸附用的活性炭箱可对有机废气中的物质进行吸附处理，而脱附用的活性炭箱则可将其吸附的杂质进行二次处理，即通过内燃机进行二次处理，又可防止二噁英等有害物质产生，进而形成一套节能，环保，高效，可连续使用的有机废气处理装置。
本发明中，提供的换热器用于对内燃机燃烧后产生的高温尾气进行余热收集，进一步实现节能的目的。
本发明中，在脱附进气管安装的温度计和流量计用于实时监测脱附工序中导入空气的流量和温度，内燃机的出气端安装的流量调节阀和温度计则用于实时监测内燃气导出高温尾气的温度，并可调节相应的流量，保证脱附气体处于一个适合的温度。
本发明中，采用NRJ-V内燃式燃烧机作为内燃机具有多种优点，比如，采用该装置可提供4000pa负压，进而在脱附出气端形成负压免去安装引风设备；而且，该装置的燃烧温度在1093℃，可保证其气缸内的燃烧过程充分，有效规避200℃～400℃和500℃～800℃的二噁英产生的温度区间，使得燃烧含氯代有机物和芳烃类物质的过程中基本不会产生二噁英有害物质；另外，该装置所用辅助装置和衍伸装置技术常熟，其可配置自动灭火安全系统、自动安全关机警报系统等装置来实现对燃烧机的远程控制，也可通过交流发电设备来输出电力，进而可支撑车载或便携式等装置，拓展性强，便携程度高。
本发明中，采用NRJ-V内燃式燃烧机可处理脱附工序中掺杂的VOCs，在脱附过程的初始和中间阶段VOCs的浓度高，只需调整抽气量即可实现充分的燃烧，而在末段时，由于VOCs的浓度降低因此需导入外部可燃气体作为能量补充使得其气缸内部可进行充分燃烧。
本发明中，应用上述的有机废气处理系统衍伸出相应的使用方法。使得废气在两个活性炭箱内进行两次循环。一次循环中，如现有装置一样对有机废气进行过滤和吸附；二次循环中，则对已经饱和的活性炭箱内的活性炭进行脱附工序再次处理。首先，可保证有机废气处理的情节性，其次，可节省能源即可对外做功，又可进行余热收集，最后，可保证系统的长时间连续使用，不会出现活性炭箱饱和后停机处理的情况。
Claims (9)
1.一种高浓度有机废气处理系统，包括活性炭箱A和活性炭箱B，所述活性炭箱A和活性炭箱B均包括吸附过程和脱附过程，其中吸附过程包括吸附进气端和吸附出气端，所述活性炭箱A和活性炭箱B的吸附进气端通过吸附进气管导通，该吸附进气管安装有过滤装置，所述吸附出气端通过吸附出气管经引风机与排气筒导通，其特征在于：所述活性炭箱A和活性炭箱B的脱附过程包括脱附进气端和脱附出气端，其中的脱附出气端与内燃机的进气端导通，该内燃机的出气端与一换热器的热管导通，所述换热器设置有空气进口，该空气进口与冷管导通，所述冷管与内燃机的脱附进气端导通，所述活性炭箱A和活性炭箱B的吸附进气端、吸附出气端、脱附进气端和脱附出气端均安装有阀门，通过阀门可调整活性炭箱A和活性炭箱B任一处于吸附状态，另一处于脱附状态。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气处理系统，其特征在于：所述换热器的热管出气端与排气筒导通。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气处理系统，其特征在于：所述换热器的冷管和活性炭箱A，活性炭箱B的脱附进气端之间采用脱附进气管导通，该脱附进气管安装有流量计和温度计。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气处理系统，其特征在于：所述活性炭箱A和活性炭箱B分别经补冷空气管路和过滤器导通，该过滤器进行循环，并经补冷空气进风管路与活性炭箱A和活性炭箱B二次导通。
5.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气处理系统，其特征在于：所述内燃机的出气端安装有流量调节阀和温度计。
6.根据权利要求1或5所述的一种高浓度有机废气处理系统，其特征在于：所述内燃机采用NRJ-V内燃式燃烧机，活性炭箱A和活性炭箱B的脱附出气端与其内置的气缸导通。
7.根据权利要求6所述的一种高浓度有机废气处理系统，其特征在于：所述内燃机的气缸与外部的可燃气源导通，该可燃气源与有机废气混合形成可燃混合器。
8.应用如权利要求1-7中任一所述的一种高浓度有机废气处理系统的有机废气处理方法，其特征在于：包括吸附和脱附工序，包括如下步骤：
吸附工序
步骤1：调整系统中的各个阀门，使得活性炭箱A和活性炭箱B择一吸附端导通，另一脱附端导通；
步骤2：有机废气由吸附进气管导入过滤装置，经过滤装置吸附后进入活性炭箱；
步骤3：吸附出气管内安装引风机启动将吸附后的废气导入排气筒，并最终导入外部大气环境，直至该活性炭箱饱和；
脱附工序
步骤1：调整系统中的各个阀门，使得活性炭箱A和活性炭箱B中处于饱和状态的活性炭箱的脱附端导通，另一活性炭箱的吸附端导通；
步骤2：外部空气经换热器的空气进口导入，并经脱附进气端导入处于饱和状态的活性炭箱；
步骤3：由活性炭箱脱附的废气导入NRJ-V内燃式燃烧机进行燃烧；
步骤4：NRJ-V内燃式燃烧机顺次进行吸气、压缩、产能和排气冲程，NRJ-V内燃式燃烧机对外做功，并将燃烧后的尾气排出；
步骤5：排出的尾气导入换热器的热管，待与冷管换热将空气预热后导入排气筒，并最终导入外部大气环境。
9.根据权利要求8所述的一种一种高浓度有机废气处理系统的有机废气处理方法，其特征在于：所述脱附步骤的步骤4中的吸气冲程中，根据VOCs的浓度高低划分为三个阶段，分别为初始阶段，中间阶段和末段阶段；其中初始阶段和中间阶段中VOCs浓度高无需引入外部的可燃气体；末段阶段中VOCs浓度低需引入外部的可燃气体作为能量补充。
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