CN114425216A - 一种大风量浓度波动大的VOCs废气的处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大风量浓度波动大的VOCs废气的处理方法及装置，采用预处理‑吸附浓缩‑安全转换‑高能级氧化‑吸收的组合工艺，其中安全转换单元主要是一内置多个网状夹层挡板，且夹层挡板间从废气入口端到出口端依次设置不同的多孔性吸附剂；安全转换单元处理后废气进入高能级氧化单元，对剩余VOCs废气进一步处理，最后经吸收单元处理后，净化气排放。本发明能够使大风量浓度波动大的VOCs废气达到超洁净排放。

Description

一种大风量浓度波动大的VOCs废气的处理方法及装置
技术领域
本发明属于废气治理技术领域，具体地，涉及一种大风量浓度波动大的VOCs废气的处理方法及装置。
背景技术
化工企业在原料加工过程中，由于工艺需要，一些设施不可避免地排放出大量的VOCs废气，如污水池、设备厂房、料仓等设施，这些设施排放的大量含特征污染物的VOCs（挥发性有机物）废气，通过引气系统进入废气处理装置时，废气浓度低且气量及组成波动较大，有些企业不加处理直接排空，造成环境污染。在《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822-2019）中明确规定了非甲烷总烃浓度大于200ppmv的废水储存和处理设施需要进行治理,《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)规定石化企业废水储存和处理设施逸散废气必须进行收集处理。
现有处理上述污染源废气的方法有吸附法、焚烧法、催化氧化法、蓄热氧化法、生物法等方法。
高友红在“青岛大炼油污水处理场恶臭处理工程设计”中，对生物法净化污水处理场烃类废气的设计指标定为进口浓度≤3000mg/m3，净化率≥95%，按此计算，出口中烃类浓度≤150mg/m3，不能满足新标准要求。齐国庆等在“生物洗涤+生物滴滤组合工艺处理炼油污水场恶臭气体工程设计”中提到，生物洗涤+生物滴滤组合工艺对VOCs的净化率为80%，按文中所给入口数据8640ppmv计算，装置出口VOCs浓度为1328ppmv，远不能满足《石油炼制工业污染物排放标准》中规定的120mg/m3。
CN103463932A公开了一种低浓度大风量有机废气处理回收方法及装置，使用蜂窝状活性炭作为吸附剂吸附有机废气中的溶剂，当吸附剂中的溶剂达到设定的饱和度值时使用热氮气对吸附剂脱附。该发明低浓度大风量有机废气处理回收方法及装置结构合理，成本低，适用于处理回收多种溶剂的低浓度、大风量有机废气，尤其适用于高沸点、挥发性有机溶剂的回收。但该法更适合于高沸点有机物，对于低沸点有机物，由于脱附气中无法进行冷凝去除，使得循环氮气中轻烃越来越多，导致吸附床层很快穿透。
CN207493448U采用吸附转轮-二次吸附蒸汽解吸方法净化低浓度废气，CN207493449U、CN207493497U分别采用吸附转轮-催化氧化、吸附转轮-蓄热氧化方法处理大风量、低浓度废气。由于转轮吸附一般按已监测的典型浓度值设计，转轮吸附剂吸附容量有限，正常工况比较稳定，但当遇到污染源突然释放出相对较高浓度的废气时，即废气浓度波动较大时，装置净化气出口非甲烷总烃浓度难以稳定达到最新的国标要求。
CN108043185A采用预处理-光催化-吸附工艺对VOC进行处理，包括废气预处理装置，以及VOC处理装置，所述VOC处理装置连接于所述废气预处理装置的下游位置，所述VOC处理装置包括相互串联的光催化降解VOC单元和吸附VOC单元。首先利用废气预处理装置将废气中的二氧化硫、NOX、粉尘等杂质进行处理，然后将处理后的废气导入至VOC处理装置，进行光催化降解，残留的VOC进行吸附。当VOC浓度突然升高时，光催化设备出口浓度也随之大幅度升高，从而导致吸附剂迅速失活，因此，该工艺不适合处理VOCs浓度波动较大废气，且该工艺的再生气没有处理，存在二次污染。在炼化企业污水处理场，其排放VOC浓度波动范围为0～50000mg/m3，组分非常复杂，该专利处理VOC废气存在吸附剂寿命短，安全风险高的问题。
CN108079766A公开了一种低浓度大流量有机废气闭环多级回收装置及回收方法，包括：VOC气体转轮浓缩机构、低温等离子净化器、除湿机构、回收机构、溶剂后处理器、再生风机、后置风机和加热器构成；回收机构右侧设置除湿机构，溶剂后处理器设置在回收机构上部，VOC气体转轮浓缩机构设置在回收机构下侧，低温等离子净化器设置在VOC气体转轮浓缩机构右侧；回收方法包括一级吸附器吸附，一级吸附器饱和后加热脱附以及二级吸附器饱和加热脱附。该发明通过沸石转轮浓缩将有机气体浓度浓缩数倍同时保证尾气达标排放的高效气体浓缩设备，通过浓缩转轮和采用二级吸附有机废气相结合的方法解决低浓度、大风量的废气处理问题，提高了低浓度、大排量的有机废气回收效率。但是，转轮浓缩后废气直接进低温等离子净化器，由于低温等离子净化器特性，浓缩后废气浓度的波动会产生极大的不安全性。
CN106731483A提供了一种适合于高湿度有机废气的废气处理系统，包括一预处理装置、一表冷器、一沸石浓缩转轮机构和一催化燃烧机构，所述预处理装置连接一废气输入端并通过所述表冷器连接所述沸石浓缩转轮机构，所述沸石浓缩转轮机构连接一净化气排出端和所述催化燃烧机构，所述催化燃烧机构连接所述净化气排出端。本发明的一种适合于高湿度有机废气的废气处理系统，通过表冷器有效降低废气湿度和温度，保证废气处理效果，具有废气处理吸附效率高、并可提高转轮冷却效率的优点。但是，转轮浓缩后废气直接排放，当废气浓度波动时，不能保证净化气效果。此外，需要设置阻火器、切断阀和隔爆阀用于阻止传播火焰、爆燃或爆轰，提高系统的安全性。
CN105727689A涉及一种有机废气净化器，包括吸附单元和等离子体分解单元；有机废气由过滤器过滤和转轮吸附器中活性炭吸附后，得到净化后高空排放；利用电加热形成的再生热空气对转轮吸附器进行脱附再生，产生的浓缩挥发性有机物空气进入填料床介质阻挡放电反应器降解矿化成二氧化碳和水，并对尾气进行余热回收，节省能耗。该发明将具有蜂窝状结构的吸附转轮与等离子体净化器结合，非常适用于大风量低浓度有机废气净化。但是，浓缩的挥发性有机物解吸气浓度较高，等离子净化气中污染物存在超标风险。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种大风量浓度波动大的VOCs废气的处理方法及装置。本发明采用预处理-吸附浓缩-安全转换-高能级氧化-吸收的组合工艺，能够使大风量浓度波动大的VOCs废气达到超洁净排放。
本发明一方面提供了一种大风量浓度波动大的VOCs废气的处理方法，包括如下步骤：
（1）废气首先送入预处理单元处理，净化粉尘、毒性组分和大分子组分等物质；
（2）预处理后废气输送至吸附单元进行吸附浓缩处理；
（3）吸附浓缩后废气进入安全转换单元，安全转换单元主要是一内置多个网状夹层挡板，且夹层挡板间从废气入口端到出口端依次设置不同的多孔性吸附剂；
（4）安全转换单元处理后废气进入高能级氧化单元，对剩余VOCs废气进一步处理，最后经吸收单元处理后，超洁净净化气排放；
（5）将吸附单元吸附剂进行热脱附，脱附气进入热氧化单元处理，净化气与吸收单元超洁净净化气一同排放。
本发明中，所述的大风量浓度波动大的VOCs废气是指排放量较大、浓度波动较大的有机废气，其中排放量不低于2000Nm3/h，一般为2000-200000Nm3/h，VOCs浓度在130～50000mg/m3之间波动。具体可以是一些化学品装卸场合、生化曝气池、泵房等场合排放的大风量、低浓度且浓度波动大的含VOCs废气。
本发明中，步骤（1）所述的预处理单元为吸收设备或吸附设备。预处理单元的功能主要是净化废气中的毒性组分、大分子组分、粉尘等物质。
本发明中，步骤（1）预处理单元为吸收设备时可以采用填料式吸收塔、鼓泡反应器等常规吸收设备，也可以采用旋转床吸收反应器、超重力反应器、强化传质搅拌反应器、喷射式反应器、内循环反应器等新式吸收设备。吸收剂可以为水、酸性溶液、碱性溶液等中的一种或几种。
本发明中，步骤（1）预处理单元为吸附设备时，吸附剂采用硅胶，比表面积为300-800m2/g。由于上游生产装置为保证生产稳定性，在调整生产过程中，排放的污染物量会经常波动，装置异常时，波动会较大，因此，这些污染物产生的VOCs浓度往往波动性较大。本发明中，硅胶用于对高浓度VOCs进行削峰处理，同时避免了吸附高浓度VOCs时过高的温升导致吸附剂造成的损伤。
进一步的，如果废气中含有一定量的硫化氢、硫醇、硫醚、氨等非VOCs污染物，可以在硅胶中装填一定量的活性炭。
本发明中，步骤（2）所述的吸附单元为固定床或转轮设备，吸附剂为蜂窝状活性炭、沸石、疏水分子筛、疏水硅胶等多孔吸附剂中的一种或几种，优选沸石和/或活性炭。
本发明中，步骤（2）所述的吸附单元脱附气与总进气量的体积比为1%～25%，优选4%～9%。脱附气的温度为50℃～300℃，优选70℃～180℃。
本发明中，步骤（3）经过吸附浓缩后的废气进入安全转换单元，安全转换单元采用夹层挡板分成若干夹层，夹层挡板的数量不低于2个，按照废气流动方向，依次为硅胶层、活性炭层、分子筛层，根据废气来源及浓度，可以设置多个硅胶层、多个活性炭层、多个分子筛层，数量可以是1～5个，最后废气从出口排出后进入到高能级氧化单元。
本发明中，步骤（3）在安全转换单元入口端设有气体分布盘，废气经气体分布盘后再流经各夹层。同时设置稀释风机，稀释风机与入口端的气体分布盘相连。
本发明中，步骤（3）安全转换单元中，在最后一个夹层之前的任一夹层或每个夹层中设置温度检测仪表，优选在每个夹层设置温度检测仪表。所述的检测温度范围为50℃～80℃，超过设定的高点温度时，开启稀释风机，稀释空气通过气体分布盘对安全转换单元内废气进行均匀稀释、降温，设定温度对风机进行无极变频操作。
本发明中，步骤（3）安全转换单元中，在最后一个夹层内设置湿度检测仪表，当相对湿度≥30%时发出警报，当相对湿度≥50%时则更换硅胶层和分子筛层的填料。
本发明中，步骤（3）安全转换单元中，在第一个夹层和最后一个夹层间设置差压检测仪表检测安全转换单元的压降，当差压≥100Pa时发出警报，差压≥500Pa时，对吸附浓缩装置进行高温再生，差压≥1000Pa时，安全转换单元所有填料进行更换。
本发明中，安全转换单元是本发明的核心部件，调控整套装置平稳安全运行。过高的湿度和VOCs浓度均能降低高能级氧化设备的净化效率。如上所述，安全转换单元可稳定控制废气的湿度和VOCs浓度，最终实现超洁净排放。
本发明中，步骤（4）所述的高能级氧化单元为紫外光氧化设备、等离子氧化设备、光催化氧化设备等高能级氧化设备中的任意一种。高能级氧化设备要求防爆等级dⅡBT4以上。
当高能级氧化单元为紫外光氧化设备时，紫外光波长范围100～400nm，优选140～260nm。对含有苯系物的VOCs废气，苯的大π键键能为7.0eV，因此波长≤177nm；对于仅含碳氢直链烃混合物的废气，由于碳氢键能为4.3eV，因此波长≥253.7nm。所述的紫外光氧化设备有低压汞灯、准分子灯等，优选准分子灯，可得到各种波长的高能级光源，无二次污染，更加环保。
当高能级氧化单元为等离子体氧化设备时，可选无声放电、介质阻挡放电、脉冲电晕放电、填充床式放电等离子体反应器等中的任意一种，优选无声放电，更优选介质阻挡放电。
本发明中，步骤（4）所述吸收单元采用的吸收设备为填料吸收塔、内循环反应器、超重力反应器、雾化洗涤塔等具备气液接触的设备，优选超重力反应器或填料吸收塔。
本发明中，步骤（4）所述的吸收单元中，废气在吸收设备内的空速为50～20000h-1，优选200～5000h-1，液气比为0.2～50L/m3，优选1.0～15L/m3；阻力降0～4000PaG，优选50～1500Pa。吸收液选用工业用水、污水处理场出水等。吸收液循环使用，当吸收后液体中石油类含量≥3mg/L时更换新的吸收液。
本发明中，步骤（5）所述的热氧化单元采用的热氧化设备为催化氧化设备、蓄热氧化设备或焚烧设备等中的任意一种。
所述的催化氧化设备优选采用铂、钯等贵金属负载的催化剂，对废气中VOCs组分氧化能力强，满足净化气VOCs浓度低于20mg/m3的超洁净排放要求。催化氧化设备入口的加热器优选防爆性电加热器，反应温度为200～450℃，优选250～380℃。
所述的蓄热氧化设备的蓄热体优选蜂窝状蓄热体。蓄热氧化反应温度600～950℃，优选700～800℃。
本发明中，热氧化单元排放的净化气返回吸附单元用于吸附剂再生，剩余气体与吸收单元排放气一起排放。
本发明所述的处理方法适用于大风量浓度波动大的VOCs废气的处理，尤其适合于炼化企业组分复杂的VOCs废气的深度净化，如石化企业污水处理场废气、料仓废气、洗车废气等。
本发明另一方面提供了一种用于上述处理大风量浓度波动大的VOCs废气的处理装置，按照废气流动方向，主要包括预处理单元、吸附单元、安全转换单元、高能级氧化单元、吸收单元、热氧化单元，废气经预处理单元后进入吸附单元，吸附单元再生气进入热氧化单元，吸附单元净化气依次进入安全转换单元、高能级氧化单元、吸收单元处理后排放，其中所述安全转换单元主要是一内置网状夹层挡板，夹层挡板间从废气入口端到废气出口端依次设置不同的多孔性吸附剂。
本发明装置中，安全转换单元采用夹层挡板分成若干夹层，夹层挡板的数量不低于2个，按照废气流动方向，依次为硅胶层、活性炭层、分子筛层，根据废气来源及浓度，可以设置多个硅胶层、多个活性炭层、多个分子筛层，数量可以是1～5个，最后废气从出口排出后进入到高能级氧化单元。
本发明装置中，在安全转换单元入口端设有气体分布盘，废气经气体分布盘后再流经各夹层。同时设置稀释风机，稀释风机与入口端的气体分布盘相连。
本发明装置中，在安全转换单元中，在最后一个夹层之前的任一夹层或每个夹层中设置温度检测仪表，优选在每个夹层设置温度检测仪表。所述的检测温度范围为50℃～80℃，超过设定的高点温度时，开启稀释风机，稀释空气通过气体分布盘对安全转换单元内废气进行均匀稀释、降温，设定温度对风机进行无极变频操作。
本发明装置中，在安全转换单元中，在最后一个夹层内设置湿度检测仪表，当相对湿度≥30%时发出警报，当相对湿度≥50%时则更换硅胶层和分子筛层的填料。
本发明装置中，在安全转换单元中，在第一个夹层和最后一个夹层间设置差压检测仪表检测安全转换单元的压降，当差压≥100Pa时发出警报，差压≥500Pa时，对吸附浓缩装置进行高温再生，差压≥1000Pa时，安全转换单元所有填料进行更换。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）现有技术在采用吸附处理后直接进行高能级氧化处理，本申请发明人在研究中发现，由于所处理污染源风量大且浓度具有较大波动性，吸附后废气浓度不稳定，进入高能级氧化存在极大安全风险。因此，本申请发明人在二者间设安全转换单元，一方面具备浓度均化功能，当废气浓度突然升高时，可及时均化，保证进入高能级氧化设备的废气浓度稳定，当废气浓度降低时，安全转换单元又可稳定的释放低浓度废气，使排放废气达到低浓度VOCs的超洁净处理，从而实现整套装置稳定高效运行。
（2）现有设施运行过程中，当检测到高浓度信号及执行动作时，设施可能已经发生了危险，这些信号及执行动作均有滞后性。为了及时避免这种滞后性，发明人在设置不同夹层均化废气的同时，在不同位置设置温度、湿度、压差检测仪表，根据监测结果及时进行适宜调整，使得进入高能级氧化设备的废气浓度始终在较低浓度范围内稳定，实现过程本质安全。
（3）本发明适合于VOCs浓度低于50000mg/m3任意污染源排放有机废气的深度净化，尤其适合浓度波动较大、风量较大的废气的超洁净处理，具体如煤化工、石化企业污水处理场、料仓等排放气、厂房集中排放气等大风量浓度波动大的VOCs废气的处理。采用本发明的超洁净净化方法处理后，净化气中非甲烷总烃浓度可稳定的低于20mg/m3，苯浓度可稳定的低于1mg/m3，可达到较严的地方标准。
附图说明
图1是本发明处理方法及装置的一种工艺流程图。
图2是本发明实施例1安全转换单元的结构示意图，其中1、2、3-装填不同吸附剂的夹层；4-气体分配盘；5-稀释风机；6-1、6-2、6-3-温度检测仪表；7-压差检测仪表；8-湿度检测仪表；9-夹层挡板。
图3是本发明实施例2安全转换单元的结构示意图，其中1、2是装填不同吸附剂的夹层；3-气体分配盘；4-1、4-2温度检测仪表； 5-湿度检测仪表；6-压差检测仪表；7-夹层挡板；8-稀释风机。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明大风量浓度波动大的VOCs废气的处理方法及效果。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均从常规生化试剂商店购买得到。
本发明实施例采用的处理大风量浓度波动大的VOCs废气的装置，按照废气流动方向，主要包括预处理单元、吸附单元、安全转换单元、高能级氧化单元、吸收单元、热氧化单元，废气经预处理单元处理后进入吸附单元，吸附单元再生气进入热氧化单元处理，吸附单元净化气依次进入安全转换单元、高能级氧化单元、吸收单元处理后排放，其中所述的安全转换单元主要是一内置网状夹层挡板，采用若干夹层挡板分成装填不同吸附剂的夹层，从废气入口端到废气出口端依次放置不同的多孔性吸附剂，具体为硅胶层、活性炭层、分子筛层，根据废气来源及浓度，可以设置多个硅胶层、多个活性炭层、多个分子筛层，数量可以是1～5个，最后废气从出口排出后进入到高能级氧化单元。在安全转换单元入口端设有气体分布盘和稀释风机，稀释风机与入口端的气体分布盘相连，废气经气体分布盘后再流经各夹层。
在最后一个夹层之前的每个夹层中设置温度检测仪表，所述的检测温度范围为50℃～80℃，超过设定的高点温度时，开启稀释风机，稀释空气通过气体分布盘对安全转换单元内废气进行均匀稀释、降温，设定温度对风机进行无极变频操作。
在最后一个夹层内设置湿度检测仪表，当相对湿度≥30%时发出警报，当相对湿度≥50%时则需要更换硅胶层和分子筛层的填料。
在最后一个夹层内设置压力检测仪表，当差压≥100Pa时发出警报，差压≥500Pa时，对吸附浓缩装置进行高温再生，差压≥1000Pa时，安全转换单元填料进行更换。
实施例1
某企业污水池排放有机废气，废气排放量为20000Nm3/h，其中非甲烷总烃浓度在500～20000mg/m3，苯浓度为50～500mg/m3。
采用本发明附图1的装置进行处理，具体过程及条件如下：
（1）废气首先通过预处理单元进行预处理，预处理采用碱液吸收，采用填料式吸收塔，吸收剂为氢氧化钠溶液，主要是净化粉尘、毒性组分和大分子组分。
（2）预处理后气体进入吸附单元进行吸附浓缩处理。采用沸石转轮浓缩，脱附气量为吸附气量的8%（体积比），脱附气温度180℃。
（3）吸附浓缩后废气进入安全转换单元，其中，安全转换单元采用三个夹层挡板分成四个夹层，按照废气流动方向，依次为夹层1、2、3、4，依次为硅胶层、活性炭层、分子筛层、分子筛层，最后废气从出口排出后进入到高能级氧化单元。在安全转换单元入口端设有气体分布盘4和稀释风机5，稀释风机与入口端的气体分布盘相连，废气经气体分布盘后再流经各夹层，在第1、2夹层设温度检测仪表，检测温度为50℃，超过设定的高点温度时，开启稀释风机，稀释空气通过气体分布盘对安全转换单元内废气进行均匀稀释、降温，设定温度对风机进行无极变频操作。在最后一个夹层设湿度检测仪表，当相对湿度≥30%时发出警报，当相对湿度≥50%时则更换硅胶层和分子筛层的填料；在第一个夹层和最后一个夹层间设置差压检测仪表，当差压≥100Pa时发出警报，差压≥500Pa时，对吸附浓缩装置进行高温再生，差压≥1000Pa时，对安全转换单元填料进行更换。
（4）安全转换单元处理后废气进入高能级氧化单元，高能级氧化采用紫外光氧化设备，选用准分子无汞光源，波长172mm。吸收单元采用填料塔，内设两层填料，循环吸收，液气比25L/m3，空速为220h-1。吸收液采用生化曝气池出口水，吸收液循环使用，当吸收后液体中石油类含量≥3mg/L时更换新的吸收液，超洁净净化气排放。
（5）吸附单元吸附剂上吸附的VOCs进行热脱附，脱附气进入热氧化单元处理，催化氧化设备中采用含铂、钯贵金属的催化剂，反应器温度350℃。净化气与吸收单元超洁净净化气一起排放。
经过本实施例所述工艺进行处理后，装置总出口非甲烷总烃浓度11～18mg/m3，苯浓度0.5～0.8mg/m3，均达到了国家相关标准。装置可稳定连续运行3年以上。
实施例2
某化工企业高压聚乙烯装置生产过程中，在中间料仓进料时，收集排放口VOCs浓度80～2000mg/m3，超过了60mg/m3国家标准。
采用本发明附图2的装置进行处理，具体过程和条件如下：
（1）废气首先通过预处理单元进行预处理，选择自吸式强化传质搅拌反应器作为预处理设备，吸收剂选用污水处理厂净化出水，主要用于净化废气中粉尘和大分子组分。
（2）预处理后气体进入吸附单元进行吸附浓缩处理；采用吸附转轮浓缩，吸附剂是活性炭，脱附气量为吸附气量的5%（体积比），脱附气温度120℃。
（3）吸附浓缩后废气进入安全转换单元，其中，安全转换单元采用一个夹层挡板分成两个夹层，按照废气流动方向，依次为夹层1、2，依次为硅胶层、分子筛层，最后废气从出口排出后进入到高能级氧化单元。废气经气体分布盘后再流经夹层1、2，在第1、2夹层设温度检测仪表，检测温度为50℃，超过设定的高点温度时，开启稀释风机，稀释空气通过气体分布盘对安全转换单元内废气进行均匀稀释、降温，设定温度对风机进行无极变频操作。在夹层2设湿度检测仪表，当相对湿度≥30%时发出警报，当相对湿度≥50%时则更换硅胶层和分子筛层的填料；在夹层1和2之间设置差压检测仪表，当差压≥100Pa时发出警报，差压≥500Pa时，对吸附浓缩装置进行高温再生，差压≥1000Pa时，安全转换单元填料进行更换。
（4）安全转换单元处理后废气进入高能级氧化单元，高能级氧化单元为等离子氧化设备，选用介质阻挡放电。吸收单元处理时，采用超重力反应器，吸收液采用工业水，液气比1L/m3，循环使用，当吸收后液体中石油类含量≥3mg/L时更换新的吸收液。
（5）吸附单元吸附剂上负载的VOCs经热脱附，脱附气进入蓄热氧化设备处理，蓄热氧化设备采用蜂窝陶瓷蓄热体，三床结构，燃烧室温度800℃。净化气与吸收单元超洁净净化气一起排放。
经过本实施例所述工艺处理后，装置总出口非甲烷总烃浓度8～19mg/m3，远低于国家相关排放标准。装置可稳定连续运行3年以上。
比较例1
与实施例1污染源废气组成和浓度相同。不同在于：不设置安全转换单元，吸附单元处理后直接进高能级氧化单元及后续处理单元。
由于废气组成复杂多变，吸附床层内存在竞争吸附，运行3个月后，装置总排放口非甲烷总烃浓度有时达到150mg/m3，苯浓度超过8mg/m3，不能稳定的达标排放。
比较例2
与实施例1污染源废气组成和浓度相同。不同在于：安全转化单元采用相同填料，即夹层均采用硅胶或活性炭或分子筛中的任意一种。
当安全转换单元只采用硅胶时，入口非甲烷总烃发生波动情况下，安全转换单元出口浓度较高，紫外光氧化设备出口非甲烷总烃浓度超过50～200mg/m3，不能稳定达标排放。
当安全转换单元只采用活性炭或分子筛时，安全转换单元差压经常发生超压更换床层情况，装置不能稳定连续运行。
比较例3
与实施例1污染源废气组成和浓度相同。不同在于：安全转化单元不进行温度控制。入口非甲烷总烃＞10000mg/m3情况下，高能级氧化单元出口非甲烷总烃浓度超过300mg/m3，非甲烷总烃排放超标。
比较例4
与实施例1污染源废气组成和浓度相同。不同在于：安全转化单元不进行压力控制。实施例1有压力控制情况下，装置可稳定连续运行3年以上；无压力控制情况下，装置运行1年后，处理风量低于设计数值，运行2年后，处理风量不能满足工艺需要，需要全部更换安全吸附单元。
比较例5
与实施例1污染源废气组成和浓度相同。不同在于：安全转化单元不进行湿度控制。装置运行1年后，高能级氧化单元的效率从80%下降到30%，出口非甲烷总烃浓度由11～18mg/m3升高到30～90mg/m3。
比较例6
与实施例2污染源废气组成和浓度相同。不同在于选用废气治理设施为等离子氧化装置。在装置运行过程中，废气中VOCs浓度超过5000mg/m3时，装置出口VOCs浓度超过150 mg/m3，同时出口臭氧浓度也达到70mg/m3，远超国家臭氧0.1mg/m3的标准，造成二次污染。

Claims (22)

1.一种大风量浓度波动大的VOCs废气的处理方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）废气首先送入预处理单元处理，净化粉尘、毒性组分和大分子组分物质；
（2）预处理后废气输送至吸附单元进行吸附浓缩处理；
（3）吸附浓缩后废气进入安全转换单元，安全转换单元主要为一内置多个网状夹层挡板，且夹层挡板间从废气入口端到出口端依次设置不同的多孔性吸附剂；
（4）安全转换单元处理后废气进入高能级氧化单元，对剩余VOCs废气进一步处理，最后经吸收单元处理后，净化气排放；
（5）将吸附单元吸附剂进行热脱附，脱附气进入热氧化单元处理，净化气与吸收单元净化气一同排放。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的大风量浓度波动大的VOCs废气是指排放量较大、浓度波动较大的有机废气，其中排放量不低于2000Nm3/h，一般为2000-200000Nm3/h，VOCs浓度在130～50000mg/m3之间波动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的预处理单元为吸收设备或吸附设备，主要用于净化废气中的毒性组分、大分子组分、粉尘物质。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：步骤（1）预处理单元为吸收设备时采用填料式吸收塔、鼓泡反应器、旋转床吸收反应器、超重力反应器、强化传质搅拌反应器、喷射式反应器、内循环反应器中的任意一种；吸收剂为水、酸性溶液、碱性溶液中的一种或几种；或者预处理单元为吸附设备时，吸附剂采用硅胶，比表面积为300-800m2/g。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：如果废气中含有硫化氢、硫醇、硫醚、氨类非VOCs污染物，在吸附设备装填的硅胶中装填一定量的活性炭。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的吸附单元为固定床或转轮设备，吸附剂为蜂窝状活性炭、沸石、疏水分子筛、疏水硅胶多孔吸附剂中的一种或几种，优选沸石和/或活性炭。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的吸附单元脱附气与总进气量的体积比为1%～25%，优选4%～9%；脱附气的温度为50℃～300℃，优选70℃～180℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）经过吸附浓缩后的废气进入安全转换单元，安全转换单元采用夹层挡板分成若干夹层，夹层挡板的数量不低于2个，按照废气流动方向，依次为硅胶层、活性炭层、分子筛层，根据废气来源及浓度，设置多个硅胶层、多个活性炭层、多个分子筛层，数量是1～5个，最后废气从出口排出后进入到高能级氧化单元。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：步骤（3）在安全转换单元入口端设有气体分布盘，废气经气体分布盘后再流经各夹层；同时设置稀释风机，稀释风机与入口端的气体分布盘相连。
10.根据权利要求1或8的方法，其特征在于：步骤（3）安全转换单元中，在最后一个夹层之前的任一夹层或每个夹层中设置温度检测仪表，优选在每个夹层设置温度检测仪表。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于：步骤（3）温度检测仪表的检测温度范围为50℃～80℃，超过设定的高点温度时，开启稀释风机，稀释空气通过气体分布盘对安全转换单元内废气进行均匀稀释、降温，设定温度对风机进行无极变频操作。
12.根据权利要求1或8的方法，其特征在于：步骤（3）安全转换单元中，在最后一个夹层内设置湿度检测仪表，当相对湿度≥30%时发出警报，当相对湿度≥50%时则更换硅胶层和分子筛层的填料。
13.根据权利要求1或8的方法，其特征在于：步骤（3）安全转换单元中，在第一个夹层和最后一个夹层间设置差压检测仪表检测安全转换单元的压降，当差压≥100Pa时发出警报，差压≥500Pa时，对吸附浓缩装置进行高温再生，差压≥1000Pa时，安全转换单元所有填料进行更换。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）所述的高能级氧化单元为紫外光氧化设备、等离子氧化设备、光催化氧化设备高能级氧化设备中的任意一种。
15.根据权利要求1或14述的方法，其特征在于：当高能级氧化单元为紫外光氧化设备时，紫外光波长范围100～400nm，优选140～260nm；所述的紫外光氧化设备为低压汞灯、准分子灯，优选准分子灯。
16.根据权利要求1或14述的方法，其特征在于：当高能级氧化单元为等离子体氧化设备时，选自无声放电、介质阻挡放电、脉冲电晕放电、填充床式放电等离子体反应器中的任意一种，优选无声放电，更优选介质阻挡放电。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）所述吸收单元的吸收设备为填料吸收塔、内循环反应器、超重力反应器、雾化洗涤塔中的任意一种，优选超重力反应器或填料吸收塔。
18.根据权利要求1或17述的方法，其特征在于：步骤（4）所述的吸收单元中，废气在吸收设备内的空速为50～20000h-1，优选200～5000h-1，液气比为0.2～50L/m3，优选1.0～15L/m3；阻力降0～4000PaG，优选50～1500Pa。
19.根据权利要求1或17述的方法，其特征在于：步骤（4）所述吸收单元中，吸收液选用工业用水或/和污水处理场出水，吸收液循环使用，当吸收后液体中石油类含量≥3mg/L时更换新鲜吸收液。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）所述的热氧化单元采用的热氧化设备为催化氧化设备、蓄热氧化设备或焚烧设备中的任意一种。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：步骤（5）所述的催化氧化设备采用铂、钯等贵金属负载的催化剂；催化氧化设备入口的加热器为防爆性电加热器，反应温度为200～450℃，优选250～380℃；所述的蓄热氧化设备的蓄热体优选蜂窝状蓄热体；蓄热氧化反应温度600～950℃，优选700～800℃。
22.一种用于权利要求1-21任一所述的处理大风量浓度波动大的VOCs废气的处理装置，其特征在于：按照废气流动方向，主要包括预处理单元、吸附单元、安全转换单元、高能级氧化单元、吸收单元、热氧化单元，废气经预处理单元后进入吸附单元，吸附单元再生气进入热氧化单元，吸附单元净化气依次进入安全转换单元、高能级氧化单元、吸收单元处理后排放，其中所述安全转换单元主要是一内置网状夹层挡板，夹层挡板间从废气入口端到废气出口端依次设置不同的多孔性吸附剂。
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