CN114225637A - 一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统及方法，该系统包括沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、活性炭吸附系统、活性炭脱附系统、催化氧化系统五个子系统，并设有三种运行模式：涂装模式、干燥模式和活性炭脱附模式。涂装模式下，沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统同时工作；干燥模式下，仅活性炭吸附系统工作；活性炭脱附模式下，沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统、活性炭脱附系统同时工作。利用沸石转轮和活性炭分别处理高浓度、稳定VOCs和低浓度、不稳定VOCs，并利用沸石转轮‑催化氧化工艺的热废气对活性炭进行脱附再生，在较低的运行能耗下实现对间歇式涂装不稳定VOCs排放的稳定达标治理。
Description
【技术领域】
本发明涉及挥发性有机废气(VOCs)治理的技术领域，特别是一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统及方法。
【背景技术】
沸石转轮-催化氧化技术是一种基于吸附-催化氧化工艺的VOCs治理方法，该技术稳定、可靠，能有效得保障VOCs达标排放。但VOCs排放情况复杂，比如部分非稳定排放源具有浓度波动大的特性。间歇式涂装就是典型的VOCs非稳定排放源，涂装阶段中，VOCs排放浓度较大，排放量相对稳定；涂装阶段结束后进入干燥阶段，VOCs排放浓度逐渐降低。若采用沸石转轮-催化氧化技术，在干燥阶段，为了达到稳定的治理效果，往往需要外加热源，导致工艺整体运行能耗上升，且控制方案复杂。为了降低沸石转轮-催化氧化技术在处理变浓度VOCs排放时的运行能耗，现提出一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统及方法。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统及方法，利用沸石转轮和活性炭分别处理高浓度、稳定VOCs和低浓度、不稳定VOCs，并利用沸石转轮-催化氧化工艺的热废气对活性炭进行脱附再生，在较低的运行能耗下实现对间歇式涂装不稳定VOCs排放的稳定达标治理。
为实现上述目的，本发明提出了一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统，包括过滤器、主风机、沸石转轮、排气筒、第一增压风机、加热装置、催化氧化装置、活性炭固定床、第二增压风机、第一换热器、第二换热器；
所述过滤器的出口与主风机入口相连，所述主风机的出口、所述第二增压风机的出口与沸石转轮的吸附区入口相连，所述沸石转轮的吸附区出口与排气筒相连，形成沸石转轮吸附系统；
所述主风机的出口与沸石转轮的冷却区入口相连，所述冷却区出口与第一换热器的冷流入口相连，所述第一换热器的冷流出口与沸石转轮的脱附区入口相连，所述脱附区的出口与第一增压风机入口相连，所述第一增压风机的出口与第二换热器的冷流入口相连，所述第二换热器的冷流出口与加热装置入口相连，所述加热装置出口与催化氧化装置入口相连，所述催化氧化装置出口与第一换热器的热流入口相连，所述第一换热器的热流出口与第二换热器的热流入口相连，所述第二换热器的热流出口与排气筒相连，形成沸石转轮脱附系统、催化氧化系统；
所述过滤器的出口与主风机入口相连，主风机出口与活性炭固定床入口相连，所述活性炭固定床出口与排气筒相连，形成活性炭吸附系统；
所述活性炭固定床入口与第二换热器的热流出口相连，所述活性炭固定床出口与第二增压风机入口相连，所述第二增压风机出口与沸石转轮的吸附区、冷却区入口相连，形成活性炭脱附系统。
作为优选，还包括主切换阀、第一调节阀，所述主切换阀的进口端连接主风机的出口，所述主切换阀的出口端并接所述沸石转轮的冷却区、吸附区的入口，所述第二换热器的热流出口连接第一调节阀后，接入排气筒。
作为优选，还包括吸附风进口阀、吸附风出口阀，所述吸附风进口阀的进口端与主风机的出口相连，所述吸附风进口阀的出口端接入活性炭固定床的入口，所述所述活性炭固定床出口串接吸附风出口阀后，接入排气筒。
作为优选，还包括脱附风进口阀、脱附风出口阀，所述第二换热器的热流出口连接脱附风进口阀后，接入活性炭固定床入口，所述活性炭固定床的出口串接脱附风出口阀后，接入第二增压风机入口。
作为优选，还包括第二调节阀，所述第二调节阀并接于所述第二换热器的热流出口与所述脱附风进口阀之间的管道上。
本发明还提出了一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统的治理方法，其特征在于：该VOCs治理系统包括以下运行模式：
a.涂装模式：沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统同时工作，活性炭吸附系统与脱附系统不工作；
b.干燥模式：仅活性炭吸附系统工作，沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统、脱附系统不工作；
c.活性炭脱附模式：沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统、活性炭脱附系统同时工作，活性炭吸附系统不工作。
作为优选，所述VOCs治理系统处于涂装模式时，所述主切换阀、第一调节阀打开，所述第二调节阀以及活性炭固定床的吸附风进口阀、吸附风出口阀、脱附风进口阀、脱附风出口阀均关闭。
作为优选，所述VOCs治理系统处于干燥模式时，所述活性炭固定床的吸附风进口阀、吸附风出口阀打开，所述主切换阀、第一调节阀、第二调节阀以及活性炭固定床的脱附风进口阀、脱附风出口阀均关闭。
作为优选，所述VOCs治理系统处于活性炭脱附模式时，所述主切换阀以及活性炭固定床的脱附风进口阀、脱附风出口阀打开，所述活性炭固定床的吸附风进口阀、吸附风出口阀、第一调节阀、第二调节阀关闭。
作为优选，当活性炭固定床的脱附气流温度高于120℃时，部分打开第二调节阀补冷风，同时部分打开第一调节阀调整活性炭固定床脱附风量，将多余部分热气流直接经排气筒外排。
本发明的有益效果：
1、利用沸石转轮-催化氧化工艺特征，保证涂装过程中高浓度、稳定VOCs排放达标。
2、利用活性炭吸附工艺特征，低成本实现间歇式涂装干燥过程中低浓度、非稳定VOCs达标排放。
3、利用沸石转轮-催化氧化工艺排放的热废气对活性炭进行脱附再生，不额外增加能耗。
4、相比传统沸石转轮-催化燃烧工艺，系统运行能耗大幅度降低。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统的示意图；
附图标记说明：
1-过滤器、2-主风机、3-沸石转轮、301-吸附区、302-冷却区、303-脱附区、4-排气筒、5-第一增压风机、6-加热装置、7-催化氧化装置、8-活性炭固定床、801-吸附风进口阀、802-吸附风出口阀、803-脱附风进口阀、804-脱附风出口阀、9-第二增压风机、10-第一换热器、11-第二换热器、12-主切换阀、13-第一调节阀、14-第二调节阀。
【具体实施方式】
参阅图1，本发明提出一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统，利用沸石转轮和活性炭分别处理高浓度、稳定VOCs和低浓度、不稳定VOCs，并利用沸石转轮-催化氧化工艺的热废气对活性炭进行脱附再生，在较低的运行能耗下实现对间歇式涂装不稳定VOCs排放的稳定达标治理。该系统具体包括过滤器1、主风机2、沸石转轮3、排气筒4、第一增压风机5、加热装置6、催化氧化装置7、活性炭固定床8、第二增压风机9、第一换热器10、第二换热器11；
所述过滤器1的出口与主风机2入口相连，所述主风机2的出口、所述第二增压风机9的出口与沸石转轮3的吸附区301入口相连，所述沸石转轮3的吸附区301出口与排气筒4相连，形成沸石转轮吸附系统；
所述主风机2的出口与沸石转轮3的冷却区302入口相连，所述冷却区302出口与第一换热器10的冷流入口相连，所述第一换热器10的冷流出口与沸石转轮3的脱附区303入口相连，所述脱附区303的出口与第一增压风机5入口相连，所述第一增压风机5的出口与第二换热器11的冷流入口相连，所述第二换热器11的冷流出口与加热装置6入口相连，所述加热装置6出口与催化氧化装置7入口相连，所述催化氧化装置7出口与第一换热器10的热流入口相连，所述第一换热器10的热流出口与第二换热器11的热流入口相连，所述第二换热器11的热流出口与排气筒4相连，形成沸石转轮脱附系统、催化氧化系统；
所述过滤器1的出口与主风机2入口相连，主风机2出口与活性炭固定床8入口相连，所述活性炭固定床8出口与排气筒4相连，形成活性炭吸附系统；
所述活性炭固定床8入口与第二换热器11的热流出口相连，所述活性炭固定床8出口与第二增压风机9入口相连，所述第二增压风机9出口与沸石转轮3的吸附区301、冷却区302入口相连，形成活性炭脱附系统。
进一步地，还包括主切换阀12、第一调节阀13，所述主切换阀12的进口端连接主风机2的出口，所述主切换阀12的出口端并接所述沸石转轮3的冷却区302、吸附区301的入口，所述第二换热器11的热流出口连接第一调节阀13后，接入排气筒4。
进一步地，还包括吸附风进口阀801、吸附风出口阀802，所述吸附风进口阀801的进口端与主风机2的出口相连，所述吸附风进口阀801的出口端接入活性炭固定床8的入口，所述所述活性炭固定床8出口串接吸附风出口阀802后，接入排气筒4。
进一步地，还包括脱附风进口阀803、脱附风出口阀804，所述第二换热器11的热流出口连接脱附风进口阀803后，接入活性炭固定床8入口，所述活性炭固定床8的出口串接脱附风出口阀804后，接入第二增压风机9入口。
进一步地，还包括第二调节阀14，所述第二调节阀14并接于所述第二换热器11的热流出口与所述脱附风进口阀803之间的管道上。
进一步地，所述第二增压风机9输送的脱附气流通过气流均布装置汇入主风机2输送的气流，或所述主风机2输送的气流以及所述第二增压风机9输送的脱附气流进入沸石转轮3前设置有缓冲罐，所述气流均布装置用于混合气流、缓冲罐用于混合气流。
进一步地，所述过滤器1采用干式过滤器。
所述VOCs治理系统包括五个子系统，分别为沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、活性炭吸附系统、活性炭脱附系统、催化氧化系统。利用不同的工作模式有针对性地应对不同的VOCs排放情况，降低VOCs治理设备的运行能耗。该系统拥有三种运行模式，分别为涂装模式、干燥模式和活性炭脱附模式。具体实现方式如下：
本系统的涂装模式适用于稳定涂装阶段与干燥初期VOCs排放浓度较高的阶段，此时主切换阀12、第一调节阀13打开，第二调节阀14以及活性炭固定床8的吸附风进口阀801、吸附风出口阀802、脱附风进口阀803、脱附风出口阀804均关闭，沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统同时工作，活性炭吸附系统与脱附系统不工作。涂装模式的工作过程包括如下两个部分：
1、沸石转轮吸附系统的工作过程：VOCs废气经过滤器1初步除尘、除漆雾，经主风机2输送，进入沸石转轮3吸附区301吸附净化，洁净气流随后进入排气筒4排放；同时，沸石转轮3吸附区301中，VOCs浓缩富集。
2、沸石转轮脱附系统与催化氧化系统的工作过程：部分VOCs废气经主风机2输送后，进入沸石转轮3冷却区302，随后经第一换热器10冷流管路换热升温至180-220℃，随后进入沸石转轮3脱附区303脱附，浓缩废气经第一增压风机5输送后进入第二换热器11冷流管路预热，随后进入加热装置6加热至催化剂工作温度，并进入催化氧化装置7进行催化降解，洁净气流经第一换热器10与第二换热器11热流管路并回收热量，随后进入排气筒4排放；同时，沸石转轮3脱附区303废气得到净化，待进入冷却区302预热脱附废气；沸石转轮冷却区302得到冷却，待进入吸附区301进行吸附操作；催化氧化装置7将废气中VOCs分子氧化分解为H2O和CO2。
本系统的干燥模式适用于干燥中后期VOCs浓度较低的阶段，此时活性炭固定床8吸附风进口阀801、吸附风出口阀802打开，主切换阀12、第一调节阀13、第二调节阀14以及活性炭固定床8脱附风进口阀803、脱附风出口阀804均关闭，仅活性炭吸附系统工作，其余系统不工作。该模式下活性炭吸附系统的工作过程：VOCs废气经过滤器1初步除尘、除漆雾，经主风机2输送，进入活性炭固定床8吸附净化，洁净气流随后进入排气筒4排放；同时，活性炭固定床8中，VOCs浓缩富集，由于此时VOCs排放浓度水平较低，活性炭可较长时间进行吸附操作，脱附操作间隔时间较长。
本系统的活性炭脱附模式适用于活性炭固定床8定期脱附的情况，此时主切换阀12以及活性炭固定床8脱附风进口阀803、脱附风出口阀804打开，活性炭固定床8吸附风进口阀801、吸附风出口阀802、第一调节阀13、第二调节阀14关闭，沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统、活性炭脱附系统同时工作，活性炭吸附系统不工作。活性炭脱附模式的工作过程包括如下三个部分：
1、沸石转轮吸附系统工作过程：VOCs废气经过滤器1初步除尘、除漆雾，经主风机2输送进入沸石转轮3，第二增压风机9输送的活性炭固定床8脱附气流同样进入沸石转轮3，经沸石转轮3吸附区301吸附净化，洁净气流随后进入排气筒4排放。第二增压风机9增压输送的脱附气流可通过气流均布装置汇入主风机2输送的气流，或在混合气流进入沸石转轮3前设置缓冲罐，保证气流混合后浓度的均匀性。沸石转轮3在设计过程中应在原有VOCs废气的处理容量上考虑活性炭脱附气流带来的流量增大、浓度增加的影响。
2、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统、活性炭脱附系统工作过程：部分VOCs废气经主风机2与第二增压风机9输送后，进入沸石转轮3冷却区302，随后经第一换热器10冷流管路换热升温至180-220℃，随后进入沸石转轮3脱附区303脱附，浓缩废气经第一增压风机5输送后进入第二换热器11冷流管路预热，随后进入加热装置6加热至催化剂工作温度，并进入催化氧化装置7进行催化降解，洁净气流经第一换热器10与第二换热器11热流管路并回收热量，此时气流温度约为100℃-180℃，随后进入活性炭固定床8进行脱附，脱附气流经第二增压风机9输送后循环进入沸石转轮3。
3、活性炭脱附系统工作过程：活性炭固定床8脱附温度一般为100-120℃，脱附气流温度一般为100-180℃，若脱附气流温度高于120℃，则部分打开第二调节阀14补冷风，同时部分打开第一调节阀13调整脱附风量，多余部分热气流直接经排气筒4外排。活性炭脱附过程可采取程序升温模式使活性炭固定床8的温度逐步升高，降低脱附气流中VOCs浓度的波动。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统，其特征在于：包括过滤器(1)、主风机(2)、沸石转轮(3)、排气筒(4)、第一增压风机(5)、加热装置(6)、催化氧化装置(7)、活性炭固定床(8)、第二增压风机(9)、第一换热器(10)、第二换热器(11)；
所述过滤器(1)的出口与主风机(2)入口相连，所述主风机(2)的出口、所述第二增压风机(9)的出口与沸石转轮(3)的吸附区(301)入口相连，所述沸石转轮(3)的吸附区(301)出口与排气筒(4)相连，形成沸石转轮吸附系统；
所述主风机(2)的出口与沸石转轮(3)的冷却区(302)入口相连，所述冷却区(302)出口与第一换热器(10)的冷流入口相连，所述第一换热器(10)的冷流出口与沸石转轮(3)的脱附区(303)入口相连，所述脱附区(303)的出口与第一增压风机(5)入口相连，所述第一增压风机(5)的出口与第二换热器(11)的冷流入口相连，所述第二换热器(11)的冷流出口与加热装置(6)入口相连，所述加热装置(6)出口与催化氧化装置(7)入口相连，所述催化氧化装置(7)出口与第一换热器(10)的热流入口相连，所述第一换热器(10)的热流出口与第二换热器(11)的热流入口相连，所述第二换热器(11)的热流出口与排气筒(4)相连，形成沸石转轮脱附系统、催化氧化系统；
所述过滤器(1)的出口与主风机(2)入口相连，主风机(2)出口与活性炭固定床(8)入口相连，所述活性炭固定床(8)出口与排气筒(4)相连，形成活性炭吸附系统；
所述活性炭固定床(8)入口与第二换热器(11)的热流出口相连，所述活性炭固定床(8)出口与第二增压风机(9)入口相连，所述第二增压风机(9)出口与沸石转轮(3)的吸附区(301)、冷却区(302)入口相连，形成活性炭脱附系统。
2.如权利要求1所述的一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统，其特征在于：还包括主切换阀(12)、第一调节阀(13)，所述主切换阀(12)的进口端连接主风机(2)的出口，所述主切换阀(12)的出口端并接所述沸石转轮(3)的冷却区(302)、吸附区(301)的入口，所述第二换热器(11)的热流出口连接第一调节阀(13)后，接入排气筒(4)。
3.如权利要求2所述的一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统，其特征在于：还包括吸附风进口阀(801)、吸附风出口阀(802)，所述吸附风进口阀(801)的进口端与主风机(2)的出口相连，所述吸附风进口阀(801)的出口端接入活性炭固定床(8)的入口，所述所述活性炭固定床(8)出口串接吸附风出口阀(802)后，接入排气筒(4)。
4.如权利要求3所述的一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统，其特征在于：还包括脱附风进口阀(803)、脱附风出口阀(804)，所述第二换热器(11)的热流出口连接脱附风进口阀(803)后，接入活性炭固定床(8)入口，所述活性炭固定床(8)的出口串接脱附风出口阀(804)后，接入第二增压风机(9)入口。
5.如权利要求4所述的一种适用于间歇式涂装的VOCs治理系统，其特征在于：还包括第二调节阀(14)，所述第二调节阀(14)并接于所述第二换热器(11)的热流出口与所述脱附风进口阀(803)之间的管道上。
6.一种如权利要求5所述的适用于间歇式涂装的VOCs治理系统的治理方法，其特征在于：该VOCs治理系统包括以下运行模式：
a.涂装模式：沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统同时工作，活性炭吸附系统与脱附系统不工作；
b.干燥模式：仅活性炭吸附系统工作，沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统、脱附系统不工作；
c.活性炭脱附模式：沸石转轮吸附系统、沸石转轮脱附系统、催化氧化系统、活性炭脱附系统同时工作，活性炭吸附系统不工作。
7.如权利要求6所述的一种适用于间歇式涂装的VOCs治理方法，其特征在于：所述VOCs治理系统处于涂装模式时，所述主切换阀(12)、第一调节阀(13)打开，所述第二调节阀(14)以及活性炭固定床(8)的吸附风进口阀(801)、吸附风出口阀(802)、脱附风进口阀(803)、脱附风出口阀(804)均关闭。
8.如权利要求6所述的一种适用于间歇式涂装的VOCs治理方法，其特征在于：所述VOCs治理系统处于干燥模式时，所述活性炭固定床(8)的吸附风进口阀(801)、吸附风出口阀(802)打开，所述主切换阀(12)、第一调节阀(13)、第二调节阀(14)以及活性炭固定床(8)的脱附风进口阀(803)、脱附风出口阀(804)均关闭。
9.如权利要求6所述的一种适用于间歇式涂装的VOCs治理方法，其特征在于：所述VOCs治理系统处于活性炭脱附模式时，所述主切换阀(12)以及活性炭固定床(8)的脱附风进口阀(803)、脱附风出口阀(804)打开，所述活性炭固定床(8)的吸附风进口阀(801)、吸附风出口阀(802)、第一调节阀(13)、第二调节阀(14)关闭。
10.如权利要求9所述的一种适用于间歇式涂装的VOCs治理方法，其特征在于：当活性炭固定床(8)的脱附气流温度高于120℃时，部分打开第二调节阀(14)补冷风，同时部分打开第一调节阀(13)调整活性炭固定床(8)的脱附风量，将多余部分热气流直接经排气筒(4)外排。
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