CN114159930B - 一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置及工作方法，涉及废气的净化处理领域，沸石转轮两侧均设置有金属框架，金属框架和沸石转轮安装在金属轴上，且在驱动装置的带动下沸石转轮相对金属框架旋转；金属框架和沸石转轮内分别设置有高压电极和接地电极，所述高压电极和接地电极之间可以形成高压电场；金属框架内部设置有数块金属挡板，数块所述金属挡板将金属框架内部分为吸附区、脱附区和冷却区。通过在浓缩转轮内增加高压电场及在浓缩转轮内设置分区，提高了沸石转轮的吸附浓缩效率，降低了净化后气体中的VOCs的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及有机废气的净化处理领域，尤其涉及到一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置及工作方法。
背景技术
在垃圾填埋和垃圾焚烧过程中产生的挥发性有机物成分复杂，废气量大，其中的含硫有机物和H2S具有恶臭，含Cl的二噁英毒性很强。这些物质用常规方法难以去除，排放到大气中将给人们的健康带来威胁。吸附法和燃烧法是治理低浓度挥发性有机物的主要手段，沸石转轮吸附浓缩技术是吸附和燃烧法的结合，其运行成本低，工艺简单，是最有应用价值的低浓度挥发性有机物脱除技术。然而，在技术应用于垃圾填埋和垃圾焚烧产生的废气治理时，还存在很多不足。由于恶臭气体和二噁英的特殊性质，对环境和人体危害极大，必须将排放浓度控制在很低的值(恶臭污染物一级排放标准：0.03mg/m3)，常规挥发性有机物治理方法和沸石转轮控制技术在治理恶臭气体和二噁英时难以达到排放标准。因此，必须对现有技术进行改进，以达到符合标准的治理效果。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置及工作方法，通过在浓缩转轮内增加高压电场及在浓缩转轮内设置分区，提高了沸石转轮的吸附浓缩效率，降低了净化后气体中的VOCs的浓度。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，包括进气管道和浓缩转轮；
所述浓缩转轮包括金属框架、沸石转轮、驱动装置和金属轴；所述沸石转轮两侧均设置有金属框架，且金属框架与沸石转轮内部相通；所述金属框架和沸石转轮安装在金属轴上，且在驱动装置的带动下沸石转轮相对金属框架旋转；
所述金属框架和沸石转轮内分别设置有高压电极和接地电极，所述高压电极和接地电极之间可以形成高压电场；
所述金属框架内部设置有数块金属挡板，数块所述金属挡板将金属框架内部分为吸附区、脱附区和冷却区；
所述进气管道将有机废气通入吸附区，部分有机废气在吸附区内被高压电场产生的等离子分解，废气中的有机物被沸石转轮吸附；
沸石转轮旋转到脱附区所在的区域时，所述脱附区内的高温气体对沸石转轮脱附；
沸石转轮旋转到冷却区所在的区域时，所述冷却区内的冷却空气对沸石转轮冷却。
进一步的，所述脱附区内，高压电场将气体电离产生以氮等离子体为主的等离子体，氮等离子体对沸石转轮脱附。
进一步的，在吸附区，被等离子体化和沸石转轮吸附后剩余的气体经净化气体排出管道排出。
进一步的，还包括冷空气进气管道，冷空气经冷空气进气管道进入冷却区经冷却气体输出管道输出进入换热器内，气体经换热器和加热器加热成高温气体后进入脱附区，在脱附区反应后经废气输出管道输出到氧化焚烧装置内焚烧氧化后经高温净化气体输出管道输出。
进一步的，所述高温净化气体输出管道将焚烧氧化后的气体输入换热器从而降低温度，最后经烟囱排出。
进一步的，所述金属框架和沸石转轮组成密封装置，其中，所述金属框架上开设有数个管道安装孔，管道安装孔用来安装进气和出气管道。
进一步的，所述金属框架内表面和金属挡板表面均涂覆有绝缘层。
利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置的工作方法，包括如下步骤：
在浓缩转轮内形成高压电场；
有机废气通入吸附区，在高压电场的作用下，部分气体等离子体分解，废气中的有机物被沸石转轮吸附；
沸石转轮旋转到脱附区所在的区域时，脱附区内的高温气体对沸石转轮脱附，同时，高压电场将气体电离产生以氮等离子体为主的等离子体，氮等离子体对沸石转轮进一步脱附；
沸石转轮旋转到冷却区所在的区域时，所述冷却区内的冷却空气对沸石转轮冷却的同时氮等离子体进一步对沸石转轮脱附；
重复上述步骤。
有益效果：
1.本发明在吸附区，通过低温等离子体与沸石相互作用，使得沸石表面的吸附位点更加均匀、从而增大沸石的比表面积、提高沸石的吸附效率；在吸附区等离子体还能与VOCs相互作用，使得VOCs分解，进一步降低净化气体中的VOCs浓度。
2.本发明在脱附区，高温气体及还原性的氮等离子体与沸石转轮相互作用促进沸石转轮表面VOCs的脱附，促进了沸石转轮的再生，提高了沸石转轮的浓缩效率；在冷却区，低温等离子体能够促进在脱附区未完全脱附的有机物进一步脱附。
3.本发明在换热器中将氧化焚烧装置中产生的高温净化气体与脱附气体进行换热，提高了装置的能量利用效率。
附图说明
图1为本发明一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置的结构示意图。
图2为图1中涉及到的浓缩转轮的结构示意图；
图3为图1中涉及到的浓缩转轮的中间剖的左侧视图；
图4为金属轴的主视图；
图5为实施案例2的浓缩转轮结构示意图；
图6为实施案例2的浓缩转轮的中间剖左侧视图。
附图标记如下：
1-有机废气进气管道、2-过滤装置、3-浓缩转轮、310-框架、311-吸附区、312-脱附区、313-冷却区、314-高压电极、315-隔板、316-金属导电圈、317-绝缘材料、320-沸石转轮、321-沸石转轮、322-接地电极、323-滚针轴承、324-滚珠轴承、325-金属壳、330-驱动装置、340-金属轴、4-净化气体排出管道、5-轴流风机、6-烟囱、7-冷空气进气管道、8-冷却气体输出管道、9-换热器、10-脱附气体进气管道、11-加热器、12-浓缩废气输出管道、13-氧化焚烧装置、14-高温净化气体输出管道。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，包括有机废气进气管道1和浓缩转轮3；所述浓缩转轮3包括金属框架310、沸石转轮320、驱动装置330和金属轴340；所述沸石转轮320两侧均设置有金属框架310，且金属框架310与沸石转轮320内部相通；所述金属框架310和沸石转轮320安装在金属轴340上，且在驱动装置330的带动下沸石转轮320相对金属框架310旋转；所述金属框架310和沸石转轮320内分别设置有高压电极314和接地电极322，所述高压电极314和接地电极322之间可以形成高压电场；所述金属框架310内部设置有数块金属挡板315，数块所述金属挡板315将金属框架310内部分为吸附区311、脱附区312和冷却区313；所述有机废气进气管道1将有机废气通入吸附区311，部分有机废气在吸附区311内被高压电场产生的等离子分解，废气中的有机物被沸石转轮320吸附；沸石转轮320旋转到脱附区312所在的区域时，所述脱附区312内的高温气体对沸石转轮320的脱附；沸石转轮320旋转到冷却区313所在的区域时，所述冷却区312内的冷却空气对沸石转轮320冷却。
其中，所述脱附区312内，高压电场将气体电离产生以氮等离子体为主的等离子体，氮等离子体对沸石转轮320进一步脱附。
在吸附区311，被沸石转轮320吸附以及等离子体分解后剩余的气体经净化气体排出管道4排出。
还包括冷空气进气管道7，冷空气经冷空气进气管道7进入冷却区313经冷却气体输出管道8输出进入换热器9内，气体经换热器9和加热器11加热成高温气体后进入脱附区312，在脱附区312反应后经废气输出管道12输出到氧化焚烧装置13内焚烧氧化后经高温净化气体输出管道14输出。
所述高温净化气体输出管道14将焚烧氧化后的气体输入换热器9从而降低温度，最后经烟囱6排出。
所述金属框架310和沸石转轮320组成密封装置，其中，所述金属框架310上开设有数个管道安装孔，管道安装孔用来安装进气和出气管道。
所述金属框架310内表面和金属挡板315表面均涂覆有绝缘层。
利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置的工作方法，包括如下步骤：
在浓缩转轮3内形成高压电场；
有机废气通入吸附区311，在高压电场的作用下，部分气体等离子体分解，废气中的有机物被沸石转轮320吸附；
沸石转轮320旋转到脱附区312所在的区域时，脱附区312内的高温气体对沸石转轮320脱附，同时，高压电场将气体电离产生以氮等离子体为主的等离子体，氮等离子体对沸石转轮320脱附；
沸石转轮320旋转到冷却区313所在的区域时，所述冷却区312内的冷却空气对沸石转轮320冷却的同时氮等离子体进一步对沸石转轮320脱附；
重复上述步骤。
实施案例1：
结合附图1至图4，一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，浓缩转轮3包括金属框架310、沸石转轮320、驱动装置330和金属轴340，所述金属框架310内设置有金属挡板315，金属挡板315将金属框架310内部空间分为吸附区311、脱附区312和冷却区313，在吸附区311、脱附区312和冷却区313内均设置有高压电极314，高压电极314通过一个金属导电圈316固定在金属轴340上，金属导电圈316与高压电极引线318连接，金属导电圈316与金属轴340之间利用绝缘材料317隔绝，金属框架310内部表面以及金属挡板315表面均涂有绝缘涂层；
沸石转轮320通过两个滚针轴承323固定在金属轴340上，沸石转轮320内部平行设置有两个圆形网状接地电极322，接地电极322与金属轴340之间采用滚珠轴承324连接，滚珠轴承324与金属轴340之间利用绝缘材料317隔绝，滚珠轴承324上与绝缘材料317接触的一端与接地电极引线326连接，接地电极引线326另一端接地，沸石转轮320的外圈设置有金属外壳325，金属外壳325与沸石转轮320外表面贴合，接地电极322与金属外壳325之间用绝缘材料317隔绝，金属外壳325与驱动装置330连接，驱动装置带动沸石转轮320使其进入不同的处理区间；浓缩转轮3为轴对称结构，在沸石转轮320的另一侧设置有完全相同内部结构的金属框架310；金属轴340的长度方向上开有合适尺寸的槽，用于从浓缩转轮3内部引出高压电极引线318和接地电极引线326。
高压电极引线318和接地电极引线326上都设有绝缘层。
在吸附区，有机废气在高压电场的作用下发生电离，持续地产生等离子体，产生的等离子体一方面与沸石转轮相互作用，提高沸石转轮对VOCs的吸附能力，另一方面等离子体直接与未经沸石转轮吸附的VOCs相互作用，使得VOCs分解。
沸石转轮外圈设置有金属框架，金属框架外与驱动装置连接，驱动装置驱动沸石转轮依次经过吸附区、脱附区和冷却区。
有机废气从有机废气进气管道1进入经过滤装置2除去固体颗粒之后进入吸附区310，在吸附区310经高压电场电离产生等离子体，在经等离子体作用和沸石转轮320吸附之后，产生的净化气体从净化气体排出管道4排向烟囱6；
吸附有VOCs的沸石转轮320在驱动装置330的驱动下进入脱附区312，在高温脱附气体以及氮等离子体的作用下，VOCs从沸石转轮上脱附，经浓缩废气输出管道进入氧化焚烧装置，经彻底氧化焚烧后产生的高温净化气体经高温净化气体输出管道14进入换热器9，在换热中与冷却气体充分换热之后排向烟囱6；
冷空气从冷空气进气管道7进入冷却区313，对沸石转轮320进行冷却，同时，在高压电场作用下发生电离产生以氮等离子体为主的混合等离子体，氮等离子体由于其还原特性能够促进被吸附的V0Cs从沸石转轮表面脱附，促进了沸石转轮320的再生，进一步提高了沸石转轮对VOCs的浓缩效率。冷却区产生的冷却气体经冷却气体输出管道8进入换热器9，在换热器9内与高温净化气体进行换热之后进入脱附气体进气管道10，经脱附气体进气管道10进入加热器11，在加热器11内加热到特定的温度后进入脱附区312。
实施案例2
结合附图5和图6，金属框架310、金属挡板315、沸石转轮320、接地电极322、滚针轴承323、滚珠轴承324、驱动装置330、金属轴340与实施案例1中相同。与实施案例1不同的是，本实施案例采用网-网放电结构，高压电极314为扇形网状结构，吸附区311、脱附区312和冷却区313的高压电极314连接在同一个金属导电圈316上，通过金属导电圈316固定在金属轴340上，金属导电圈316与金属轴340之间用绝缘材料317隔绝。
当高压电极314和接地电极322分别接高压电和接地时，两电极之间形成高压电场，高压电场将两电极间的气体电离，持续产生等离子体，等离子体与沸石转轮320相互作用，能够提高沸石转轮320的浓缩效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，其特征在于，包括有机废气进气管道(1)和浓缩转轮(3)；
所述浓缩转轮(3)包括金属框架(310)、沸石转轮(320)、驱动装置(330)和金属轴(340)；所述沸石转轮(320)两侧均设置有金属框架(310)，且金属框架(310)与沸石转轮(320)内部相通；所述金属框架(310)和沸石转轮(320)安装在金属轴(340)上，且在驱动装置(330)的带动下沸石转轮(320)相对金属框架(310)旋转；
所述金属框架(310)和沸石转轮(320)内分别设置有高压电极(314)和接地电极(322)，所述高压电极(314)和接地电极(322)之间可以形成高压电场；
所述金属框架(310)内部设置有数块金属挡板(315)，数块所述金属挡板(315)将金属框架(310)内部分为吸附区(311)、脱附区(312)和冷却区(313)；
所述有机废气进气管道(1)将有机废气通入吸附区(311)，有机废气在吸附区(311)内被高压电场产生的等离子分解，废气中的有机物被沸石转轮(320)吸附；
沸石转轮(320)旋转到脱附区(312)所在的区域时，所述脱附区(312)内的高温气体对沸石转轮(320)脱附；
沸石转轮(320)旋转到冷却区(313)所在的区域时，所述冷却区(312)内的冷却空气对沸石转轮(320)冷却。
2.根据权利要求1所述的利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，其特征在于，所述脱附区(312)内，高压电场将气体电离产生以氮等离子体为主的等离子体，氮等离子体对沸石转轮(320)脱附。
3.根据权利要求1所述的利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，其特征在于，在吸附区(311)，被等离子体化和沸石转轮(320)吸附后剩余的气体经净化气体排出管道(4)排出。
4.根据权利要求1所述的利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，其特征在于，还包括冷空气进气管道(7)，冷空气经冷空气进气管道(7)进入冷却区(313)经冷却气体输出管道(8)输出进入换热器(9)内，气体经换热器(9)和加热器(11)加热成高温气体后进入脱附区(312)，在脱附区(312)反应后经废气输出管道(12)输出到氧化焚烧装置(13)内焚烧氧化后经高温净化气体输出管道(14)输出。
5.根据权利要求4所述的利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，其特征在于，所述高温净化气体输出管道(14)将焚烧氧化后的气体输入换热器(9)从而降低温度，最后经烟囱(6)排出。
6.根据权利要求1所述的利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，其特征在于，所述金属框架(310)和沸石转轮(320)组成密封装置，其中，所述金属框架(310)上开设有数个管道安装孔，管道安装孔用来安装进气和出气管道。
7.根据权利要求1所述的利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置，其特征在于，所述金属框架(310)内表面和金属挡板(315)表面均涂覆有绝缘层。
8.根据权利要求1至7任一项所述的利用等离子体强化沸石转轮净化有机废气的装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
在浓缩转轮(3)内形成高压电场；
有机废气通入吸附区(311)，在高压电场的作用下，部分气体等离子体分解，废气中的有机物被沸石转轮(320)吸附；
沸石转轮(320)旋转到脱附区(312)所在的区域时，脱附区(312)内的高温气体对沸石转轮(320)脱附，同时，高压电场将气体电离产生以氮等离子体为主的等离子体，氮等离子体对沸石转轮(320)脱附；
沸石转轮(320)旋转到冷却区(313)所在的区域时，所述冷却区(313)内的冷却空气对沸石转轮(320)冷却的同时氮等离子体进一步对沸石转轮(320)脱附；
重复上述步骤。
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