CN114377517A - 一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化系统和方法，系统包括与释放涂装废气的涂装车间连接的三级过滤装置、除湿装置、功能性介孔二氧化硅转轮、换热器、第一阻火器、第二阻火器、吸附风机、脱附风机、排放风机、催化燃烧装置和烟囱；功能性介孔二氧化硅转轮包括转轮吸附区、转轮再生区和转轮冷却区。本发明是将涂装车间释放的有机废气经功能性介孔二氧化硅转轮浓缩后，再进行催化燃烧变成H2O和CO2，经换热器降温后，通过吸附风机经烟囱排放。本发明的工艺将工业涂装废气高效去除，净化效率在95％以上；本发明所使用的功能性介孔二氧化硅填料使用寿命长，热稳定性和水热稳定性好，安全可靠；工艺流程中热量可回收利用，运行成本低，实现节能降耗。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂 装废气净化系统及方法。
背景技术
研究认为，在影响雾霾形成的多项因素中，挥发性有机化合物(VOCs)起 着重要的作用，它是臭氧和PM2.5的重要前体物，VOCs可增加大气的氧化性， 从而促进污染物进一步发生光化学反应，造成二次污染物，进而导致雾霾的产生。
而工业涂装作为表面制造工艺的一个生产环节，涉及家具、汽车、电子产品、 船舶、集装箱、通用设备等众多行业，在涂装车间内主要会产生大量的漆雾和 VOCs，而VOCs主要包括醇类、酮类、苯系物等，一方面会损害人体健康，另 一方面会破坏大气环境。因此，工业涂装行业产生的挥发性有机物污染问题亟需 解决。
目前针对VOCs的末端治理技术包括吸附技术、冷凝技术、燃烧技术、生物 技术、光催化技术、等离子体技术等，但通常单一的处理技术效果较差、效率较 低、处理不彻底等。工业涂装行业的废气多为低浓度、大风量的有机废气，采用 “吸附+催化燃烧”的技术效果好、效率高，但通常采用的活性炭填料易燃、难再 生、寿命短，采用的沸石分子筛填料易堵塞、难清洗。因此，选用一种优异的填 料作为前端吸附材料十分重要。
介孔二氧化硅是一种具有有序孔道结构、较高的比表面积、较大的孔隙体积、 良好的热稳定性和水热稳定性，通过表面改性，在介孔二氧化硅表面负载功能性 基团，可实现对VOCs的高效吸附，是一种新型的复合载体。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种能够有效进行热量回收，一方面给冷却废气 加热升温，另一方面供催化燃烧装置持续燃烧，节能降耗的基于功能性介孔二氧 化硅转轮的涂装废气净化系统和方法。
本发明提供如下技术方案：一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净 化系统，包括与释放涂装废气的涂装车间连接的三级过滤装置、除湿装置、功能 性介孔二氧化硅转轮、换热器、第一阻火器、第二阻火器、吸附风机、脱附风机、 排放风机、催化燃烧装置(CTO)和烟囱；所述功能性介孔二氧化硅转轮包括转 轮吸附区、转轮再生区和转轮冷却区。
进一步地，所述功能性介孔二氧化硅转轮的转轮再生区通过第二阻火器与所 述催化燃烧装置连接，所述功能性介孔二氧化硅转轮的转轮冷却区直接通过管道 连接所述换热器，所述换热器与所述脱附风机连接，所述脱附风机通过管道连接 所述第一阻火器，所述第一阻火器通过管道将换热器释放出的气体再返回至所述 功能性介孔二氧化硅转轮的转轮再生区；所述催化燃烧装置通过所述排放风机将 气体引入至所述换热器内。
进一步地，所述三级过滤装置包括粗效过滤装置、中效过滤装置、高效过滤 装置。
进一步地，所述粗效过滤装置为不锈钢滤网，截留废气中的粉尘；所述中效 过滤装置为无纺布滤袋，截留废气中的漆雾；所述高效过滤装置为由超疏水性功 能介孔材料涂覆的无纺布滤袋截留高沸点挥发性有机化合物(VOCs)，减少后续 转轮压力。
进一步地，所述除湿装置一方面直接连接所述功能性介孔二氧化硅转轮的转 轮冷却区，另一方面通过管道连接进口静压箱然后再连接所述功能性介孔二氧化 硅转轮的转轮吸附区。
进一步地，所述功能性介孔二氧化硅转轮的转轮吸附区通过管道连接出口静 压箱；所述出口静压箱连接所述吸附风机，将接收到的所述换热器的废气和所述 功能性介孔二氧化硅转轮的转轮吸附区吸附后的剩余气体经吸附风机作用通过 所述烟囱排放。
本发明还提供采用上述系统的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废 气净化方法，包括以下步骤：
S1：涂装车间捕集的原始废气首先通过管道连接所述三级过滤装置，接着通 过管道将过滤后废气送入所述除湿装置，除湿后废气通入所述功能性介孔二氧化 硅浓缩转轮内；
S2：大部分有机废气在所述功能性介孔二氧化硅转轮的转轮吸附区被吸附， 吸附后的气体经所述吸附风机排放；
S3：少部分有机废气通入所述转轮冷却区，再通过所述换热器加热后，通过 脱附风机和第一阻火器将热风送入所述功能性介孔二氧化硅转轮的转轮再生区；
S4：所述转轮再生区浓缩后的废气经热风解吸，通过所述第二阻火器送入所 述催化燃烧装置；
S：所述S4步骤中进入所述催化燃烧装置的有机废气经催化燃烧变成H2O 和CO2，再经所述排放风机送入所述换热器内进行降温，降温后的气体经所述吸 附风机被引入至所述烟囱排放。
进一步地，所述S2步骤中大部分有机废气通过进口静压箱进入所述转轮吸 附区。
进一步地，所述S2步骤中大部分有机废气在所述转轮吸附区被吸附后，通 过所述出口静压箱连接所述吸附风机，进而将吸附后的气体最终经所述烟囱排 放。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的方法和系统能够有效进行热量回收，一方面给冷却废气加 热升温，另一方面供催化燃烧装置(CTO)持续燃烧，节能降耗。
2、本发明提供的方法和系统将涂装车间释放的有机废气经催化燃烧变成 H2O和CO2，经换热器降温后，通过吸附风机经烟囱排放。本发明的工艺将工业 涂装废气高效去除，净化效率在95％以上；本发明所使用的功能性介孔二氧化硅 填料使用寿命长，热稳定性和水热稳定性好，安全可靠；工艺流程中热量可回收 利用，运行成本低，实现节能降耗。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化工艺的流 程示意图；
图2为本发明工艺中三级过滤装置侧视结构示意图；
图3为本发明工艺中功能性介孔二氧化硅转轮侧视结构示意图；
图4为本发明工艺中功能性介孔二氧化硅转轮立体结构示意图。
图中：1-涂装车间、2-三级过滤装置、21-粗效过滤装置、22-中效过滤装置、 23-高效过滤装置、3-除湿装置、4-进口静压箱、-功能性介孔二氧化硅转轮、1- 转轮吸附区、2-转轮再生区、3-转轮冷却区、-出口静压箱、-换热器、-脱附风机、 -第一阻火器、1-第二阻火器、11-催化燃烧装置、12-排放风机、13-吸附风机、 14-烟囱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全 部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，为本实施例提供的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装 废气净化系统，包括与释放涂装废气的涂装车间1连接的三级过滤装置2、除湿 装置3、功能性介孔二氧化硅转轮、换热器、第一阻火器、第二阻火器1、吸附 风机13、脱附风机、排放风机12、催化燃烧装置CTO 11和烟囱14；功能性介 孔二氧化硅转轮吸附浓缩装置包括吸附区1、再生区2、冷却区3三个工作区域； 转轮通过机械驱动装置以一定的速度旋转，使得通入的有机废气可以和介孔二氧 化硅转轮的每块区域充分接触；转轮轮芯由功能性介孔二氧化硅模块拼装而成， 模块内填充有功能性介孔二氧化硅，是一种具有有序孔道结构、较高的比表面积、 较大的孔隙体积、良好的热稳定性和水热稳定性的新型载体，具有低温吸附、高温脱附的优异特性；通过表面改性，在介孔二氧化硅表面负载功能性基团，可实 现对VOCs的高效吸附。
功能性介孔二氧化硅转轮的转轮再生区2通过第二阻火器1与催化燃烧装置 11连接，功能性介孔二氧化硅转轮的转轮冷却区3直接通过管道连接换热器， 换热器与脱附风机连接，脱附风机通过管道连接第一阻火器，第一阻火器通过管 道将换热器释放出的气体再返回至功能性介孔二氧化硅转轮的转轮再生区2；催 化燃烧装置11通过排放风机12将气体引入至换热器内。
三级过滤装置2包括包括粗效过滤装置21、中效过滤装置22、高效过滤装 置23，粗效过滤装置采用34滤网，截留废气中的粉尘；中效过滤装置采用无纺 布滤袋，截留废气中的漆雾；高效过滤装置采用由超疏水性功能介孔材料涂覆的 无纺布滤袋，截留高沸点VOCs，减少后续转轮压力，滤网和滤袋需定期清理更 换。系统启动后，涂装车间捕集的原始废气在气流组织的作用下，通过管道送入 高级过滤器，过滤掉涂装废气中的粉尘和漆雾。
除湿装置3一方面直接连接功能性介孔二氧化硅转轮的转轮冷却区3，另一 方面通过管道连接进口静压箱4然后再连接功能性介孔二氧化硅转轮的转轮吸 附区1。
功能性介孔二氧化硅转轮的转轮吸附区1通过管道连接出口静压箱，出口静 压箱连接吸附风机13，将接收到的换热器的废气和功能性介孔二氧化硅转轮的 转轮吸附区1吸附后的剩余气体经吸附风机作用通过烟囱14排放。
实施例2
本实施例提供采用上述实施例1提供的系统的一种基于功能性介孔二氧化 硅转轮的涂装废气净化方法，包括以下步骤：
S1：涂装车间1捕集的原始废气首先通过管道连接三级过滤装置2，接着通 过管道将过滤后废气送入除湿装置3，除湿后废气通入功能性介孔二氧化硅浓缩 转轮内；
S2：大部分有机废气在功能性介孔二氧化硅转轮的转轮吸附区1被吸附，吸 附后的气体经吸附风机13排放；
S3：少部分有机废气通入转轮冷却区2，再通过换热器加热后，通过脱附风 机和第一阻火器将热风送入功能性介孔二氧化硅转轮的转轮再生区3；
S4：转轮再生区2浓缩后的废气经热风解吸，通过第二阻火器1送入催化燃 烧装置11；
S：S4步骤中进入催化燃烧装置11的有机废气经催化燃烧变成H2O和CO2， 再经排放风机12送入换热器内进行降温，降温后的气体经吸附风机13被引入至 烟囱14排放。
转轮冷却区3出口通过管道连接换热器，经换热器加热升温后，通过脱附风 机将热风送入转轮再生区2，在脱附风机与转轮再生区2管道之间连接第一阻火 器，防止火焰或者火星经热风送入转轮再生区2。
转轮再生区2经热风吹扫，将吸附浓缩的有机废气脱附，再通过管道将浓缩 后的有机废气送入催化燃烧装置CTO 11，有机废气经高温燃烧后变成H2O和 CO2，在催化燃烧装置CTO 11与再生区连接管道之间增加第二阻火器1，防止 催化燃烧装置CTO 11中的火焰或者火星进入转轮再生区2。
如图1所示，催化燃烧装置CTO 11出口连接排放风机12，排放风机12将 催化燃烧后气体送入换热器，经换热器冷却后的干净气体通过吸附风机13作用， 经烟囱14排放。气体的热量通过换热器传递给冷却废气，将冷却废气加热升温， 热量回收利用，节能降耗。
实施例3
在实施例2的基础上，S2步骤中大部分有机废气通过进口静压箱4进入转 轮吸附区1，静压箱用于稳流降噪。
实施例4
在实施例2的基础上，S2步骤中大部分有机废气在转轮吸附区1被吸附后， 通过出口静压箱连接吸附风机13，进而将吸附后的气体最终经烟囱14排放。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的 情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只 要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起 来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内 的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化系统，其特征在于，包括与释放涂装废气的涂装车间(1)连接的三级过滤装置(2)、除湿装置(3)、功能性介孔二氧化硅转轮(5)、换热器(7)、第一阻火器(9)、第二阻火器(10)、吸附风机(13)、脱附风机(8)、排放风机(12)、催化燃烧装置(11)和烟囱(14)；所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)包括转轮吸附区(51)、转轮再生区(52)和转轮冷却区(53)。
2.根据权利要求1所述的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化系统，其特征在于，所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮再生区(52)通过第二阻火器(10)与所述催化燃烧装置(11)连接，所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮冷却区(53)直接通过管道连接所述换热器(7)，所述换热器与所述脱附风机(8)连接，所述脱附风机(8)通过管道连接所述第一阻火器(9)，所述第一阻火器(9)通过管道将换热器(7)释放出的气体再返回至所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮再生区(52)；所述催化燃烧装置(11)通过所述排放风机(12)将气体引入至所述换热器(7)内。
3.根据权利要求1所述的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化系统，其特征在于，所述三级过滤装置(2)包括粗效过滤装置(21)、中效过滤装置(22)、高效过滤装置(23)。
4.根据权利要求3所述的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化系统，其特征在于，所述粗效过滤装置(21)为304不锈钢滤网，截留废气中的粉尘；所述中效过滤装置(22)为无纺布滤袋，截留废气中的漆雾；所述高效过滤装置(23)为由超疏水性功能介孔材料涂覆的无纺布滤袋截留高沸点挥发性有机化合物，减少后续转轮压力。
5.根据权利要求1所述的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化系统，其特征在于，所述除湿装置(3)一方面直接连接所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮冷却区(53)，另一方面通过管道连接进口静压箱(4)然后再连接所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮吸附区(51)。
6.根据权利要求1所述的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化系统，其特征在于，所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮吸附区(51)通过管道连接出口静压箱(6)；所述出口静压箱(6)连接所述吸附风机(13)，将接收到的所述换热器(7)的废气和所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮吸附区(51)吸附后的剩余气体经吸附风机作用通过所述烟囱(14)排放。
7.采用根据权利要求1-6任一所述系统的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：涂装车间(1)捕集的原始废气首先通过管道连接所述三级过滤装置(2)，接着通过管道将过滤后废气送入所述除湿装置(3)，除湿后废气通入所述功能性介孔二氧化硅浓缩转轮(5)内；
S2：大部分有机废气在所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮吸附区(51)被吸附，吸附后的气体经所述吸附风机(13)排放；
S3：少部分有机废气通入所述转轮冷却区(52)，再通过所述换热器(7)加热后，通过脱附风机(8)和第一阻火器(9)将热风送入所述功能性介孔二氧化硅转轮(5)的转轮再生区(53)；
S4：所述转轮再生区(52)浓缩后的废气经热风解吸，通过所述第二阻火器(10)送入所述催化燃烧装置(11)；
S5：所述S4步骤中进入所述催化燃烧装置(11)的有机废气经催化燃烧变成H2O和CO2，再经所述排放风机(12)送入所述换热器(7)内进行降温，降温后的气体经所述吸附风机(13)被引入至所述烟囱(14)排放。
8.根据权利要求7所述的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化方法，其特征在于，所述S2步骤中大部分有机废气通过进口静压箱(4)进入所述转轮吸附区(51)。
9.根据权利要求7所述的一种基于功能性介孔二氧化硅转轮的涂装废气净化方法，其特征在于，所述S2步骤中大部分有机废气在所述转轮吸附区(51)被吸附后，通过所述出口静压箱(6)连接所述吸附风机(13)，进而将吸附后的气体最终经所述烟囱(14)排放。
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