CN114534440A - 一种煤油废气处理装置及工艺 - Google Patents

Abstract

一种煤油废气处理装置及工艺，包括旋流板洗涤塔、颗粒活性炭吸附设备、两级沸石转轮、第一换热器、两个辅助加热器、催化燃烧装置和排气装置，两级沸石转轮的吸附区串联后连接至排气装置，两级沸石转轮的冷却区出口均通过第一换热器后经过各自的辅助加热器接回对应沸石转轮的脱附区进口，两级沸石转轮的脱附区出口连接催化燃烧装置的进口，催化燃烧装置的出口通过第一换热器连接至排气装置。本发明通过在沸石转轮前设置了除油喷淋、活性炭过滤、高效过滤等过程，有效去除煤油废气中的高沸点大分子有机物，尽可能减少了高沸点物质进入转轮，防止转轮发生微孔阻塞，大幅延长转轮的使用周期。

Description

一种煤油废气处理装置及工艺

技术领域

本发明涉及废气处理系统，具体涉及一种煤油废气处理系统。

背景技术

精密机械加工领域（如轴承生产）在切削金属时，特别是进口品牌企业，多使用煤油作为切削液。在切削过程中，煤油受热挥发，形成煤油废气，还伴随着明显的异味。随着环境治理要求的提升，环境管理部门要求企业须对切削时挥发的煤油废气进行收集并处理。

煤油主要成分为C9及以上混合烷烃，还含有一定量的C10混合芳烃、脂肪酸甲酯等，以及少量的防锈剂、脂类添加剂。收集后的煤油废气风量大、浓度较低，约为120~160ppm，同时废气中还夹带一定量的油污颗粒。

对于煤油废气如何处理，目前没有成熟的工艺路线及成功案例。其难点有如下几点：

1、气量大、浓度低。若采用直接燃烧的方式进行处理（如RTO、RCO、CO等），无论是投资成本还是运行成本，都过于昂贵，不具可行性。若采用传统的活性炭吸附，低浓度下（待处理废气）活性炭吸附平衡浓度低，容易过快饱和，导致产生大量的危废，更换过程又会引起二次污染等问题。

2、高沸点污染物多。因煤油主要成分以高沸点有机物为主（240℃以上），采用传统的活性炭浓缩无法脱附（最高脱附温度120℃），导致活性炭很快报废；沸石转轮虽可以耐受200℃左右的高温脱附，但也因极易发生高沸点物质累积，使转轮吸附去除率很快降低，目前没有转轮厂家在高沸点废气处理方面有成功案例。

发明内容

发明目的：提供一种可有效脱除高沸点物质且去除率高的煤油废气处理装置及工艺。

技术方案：一种煤油废气处理装置，包括旋流板洗涤塔、颗粒活性炭吸附设备、两级沸石转轮、第一换热器、两个辅助加热器、催化燃烧装置和排气装置，所述旋流板洗涤塔和颗粒活性炭吸附设备顺序连接至前级沸石转轮的吸附区入口，所述两级沸石转轮的吸附区串联后连接至排气装置，两级沸石转轮的冷却区出口均通过第一换热器后经过各自的辅助加热器接回对应沸石转轮的脱附区进口，两级沸石转轮的脱附区出口连接催化燃烧装置的进口，所述催化燃烧装置的出口通过第一换热器连接至排气装置。

进一步，还包括第二换热器，两级沸石转轮的脱附区出口通过第二换热器连接至催化燃烧装置的进口，所述第一换热器通过第二换热器连接至排气装置。

进一步，前级沸石转轮的吸附入口处设有袋式过滤器和吸附过滤器。

进一步，所述催化燃烧装置为CO炉。

一种煤油废气处理工艺，煤油废气经过旋流板洗涤塔去除大部分颗粒物及油雾，然后经由颗粒活性炭吸附设备吸附废气中的大分子有机物，废气经过两级沸石转轮吸附区的吸附剂吸附后排放，吸附有污染物的吸附剂随沸石转轮进入脱附区，由高温气体解吸附并带走污染物后，吸附剂转至冷却区；新风进入第一沸石转轮和第二沸石转轮的冷却区，降低冷却区的吸附剂温度，经过冷却区的气流升温，进入第一换热器与催化燃烧装置流出的气体热交换进行升温、再通过各自的辅助加热器升温至脱附温度形成高温气流回到对应沸石转轮的脱附区，带走了脱附区吸附剂中污染物的高温气流均进入催化燃烧装置氧化燃烧，燃烧后的气体引入第一换热器和冷却区流出的气流进行热交换后排放。

进一步，第一沸石转轮和第二沸石转轮脱附区流出的高温气流通过第二换热器升温后进入催化燃烧装置氧化燃烧，燃烧后的气体经过第一换热器再回到第二换热器进行热交换后排放。

进一步，第一沸石转轮和第二沸石转轮脱附区脱附温度为180~220℃。

进一步， 第一沸石转轮和第二沸石转轮吸附去除率低于60%时，脱附温度提高至280~320℃。

进一步，所述催化燃烧装置的催化温度为280~340℃。

由以上本发明的方案可见，本发明的显著优点在于：

1、本发明通过在沸石转轮前设置了除油喷淋、活性炭过滤、高效过滤等过程，有效去除煤油废气中的高沸点大分子有机物，尽可能减少了高沸点物质进入转轮，防止转轮发生微孔阻塞，这样可以大幅延长转轮的使用周期；

2、本发明通过设置了两级沸石转轮，一方面可以有效提高整体去除率，达到80-90%，同时可以延长系统的使用时长，当转轮中出现高沸点物质的累积，导致吸附效果降低时，本发明两级吸附方式可以延长第二级转轮的时长，延长了系统达标时长；另一方面，可以将低浓度废气浓缩后再通过高效的催化氧化CO处理，降低了投资及运行成本，使其应用具备可行性。

3、本发明在沸石转轮和催化燃烧装置之间设置了换热装置，可以对回收过程中产生的热量进行进一步回收，提高转化率，降低运行成本。

附图说明

图1为沸石转轮的原理示意图；

图2为本发明废气处理装置及流程示意图；

图3为实施例中过滤间的进气浓度示意图；

图4为实施例中沸石转轮出口浓度取样示意图；

图5为实施例中每级沸石转轮吸附去除率示意图；

图6为实施例中转轮出入口的样品温度取样分析图。

具体实施方式

沸石转轮的结构及其基本工作原理如图1所示，沸石转轮的主体为一个装满吸附剂的旋转轮，被划分为吸附区、脱附区和冷却区。待处理废气由风机鼓入吸附区，有机污染物被吸附，气体净化后由吸附区排出。随后，吸附剂吸附了污染物后转动到脱附区与高温热风接触，污染物被脱附下来并随再生空气流出，同时吸附剂获得再生。再生后的吸附剂先经过冷却区降温，然后转动到吸附区重新进行吸附。随着转轮的转动，吸附剂周期性地进行吸附、脱附和冷却，实现对有机废气的净化。与此同时，冷却区吸附剂的降温是通过净化空气进入冷却区实现的，冷却吸附剂后已初步升温的冷却气体通过再生加热器进行进一步加热形成高温气体，即形成进入脱附区与吸附剂接触的高温热风，如此形成循环。

本实施例煤油废气处理装置采用了两级沸石转轮串联使用，用于对煤油废气进行处理。在本实施例工艺过程中，对过滤间的废气进行处理，如图2所示，包括设置的旋流板洗涤塔、活性炭吸附设备和风机，还包括预过滤器、第一沸石转轮、第二沸石转轮、第一换热器、第二换热器、两个辅助加热器、催化燃烧装置以及排气筒。

由于废气中含有一定量颗粒物及油雾，且有机成分分子量普遍较大、沸点较高，过滤间设置有旋流板洗涤塔、活性炭吸附设备和风机，顺序连接，而后再由风机鼓入沸石转轮的吸附区。在这里，旋流板洗涤塔能够有效去除废气中的大部分颗粒物及油雾，废气在塔内通过旋流气动装置的加速和旋流，废气中颗粒物质与经过雾化的吸收液发生碰撞、附着、凝聚、离心分离等综合性的作用，被甩到塔壁，随塔壁水膜流向塔底。

经旋流板洗涤塔处理后的废气进入颗粒活性炭吸附设备，由于其孔径分布范围较宽，吸附起初煤油中的有机物无论分子量大小，大部分都能够被活性炭吸附，但随着吸附时间的延长，活性炭饱和后，被吸附的相对分子量较小的有机物被分子量较大的污染物置换出来（竞争吸附），从而减少进入后级沸石转轮的高分子有机物浓度，延长沸石转轮的使用寿命，确保废气达标排放。

经活性炭过滤后的废气经过预过滤器进入第一沸石转轮吸附区的入口，在这里，预过滤器为顺序连接的多级高效过滤器（G4+F7+F9），用于进一步去除废气中的颗粒物、油污及大分子有机物。

第一沸石转轮吸附区的出口连接第二沸石转轮吸附区的入口，第二沸石转轮吸附区的出口通过风机连接至排气筒。此外，新风引入第一沸石转轮的冷却区入口，第一沸石转轮的冷却区出口通过风机连接第一换热器入口，第一换热器出口连接辅助加热器后回到第一沸石转轮的脱附区入口；同样的，新风引入第二沸石转轮的冷却区入口，第二沸石转轮的冷却区出口通过风机连接第一换热器入口，第一换热器出口连接辅助加热器后回到第二沸石转轮的脱附区入口。第一沸石转轮的脱附区出口和第二沸石转轮的脱附区出口均通过风机连接第二换热器的入口，第二换热器的出口连接催化燃烧装置入口，催化燃烧装置出口连接第一换热器入口后，第一换热器出口连接第二换热器的入口，第二换热器出口连接排气筒。

预过滤后的废气通过两级沸石转轮的吸附区，吸附后的洁净气体经排气筒释放。沸石转轮按照图1中的转动方向，吸附区的吸附剂吸收了污染物并转动到脱附区，与高温热风接触被带走煤油废气，再生后的吸附剂再转动到冷却区。新风被引入沸石转盘的冷却区，对吸附剂进行冷却，气流升温，然后通过风机鼓入第一换热器进行第一步升温。由于转轮脱附区脱附温度一般为 200℃，第一换热器无法将脱附风升温至该温度，因此在设置辅助加热器进行加热。第一换热器升温的气体经由各自对应的辅助加热器第二步升温，对应进入沸石滚轮的脱附区，该升温后的气流即为与脱附区吸附剂接触的高温热风，流入沸石转轮脱附区用于带走煤油废气，带走煤油废气的气流而后进入第二换热器进行升温，然后进入催化燃烧装置进行氧化燃烧。燃烧后的气体进入第一换热器，用于和冷却区流入的气流进行热交换，将其升温。交换热量后初步降温的燃烧气流进入第二换热器，与沸石转轮脱附区流出的高温气流进行热交换之后，经由排气筒排出。

催化燃烧装置在贵金属催化剂作用下、在一个较低的温度下发生无焰催化燃烧，将有机成分转化为无毒、无害的 CO2 和 H2O。在本实施例中，催化燃烧装置为CO炉，CO炉中采用电加热对废气进行加热，使催化室温度控制在 280~340℃左右，在贵金属催化剂的作用下确保氧化完全，经高温氧化处理后的废气经换热器回收热量后经烟囱达标排放。为确保系统安全、高效运行，在催化燃烧装置的管路上装有阻火器及补冷阀，当燃烧废气浓度较高、催化层内温度超过设定值，补冷阀会自动开启，补充新鲜的冷空气以降低温度。

按照上述装置和工艺流程，根据当地安全部门要求，采用了白天运行、晚上停机的操作方式，从7月启动运行至9月停止，共计运行了近700小时，整体运行平稳，对废气处理数据进行了记录和分析：

过滤间废气浓度如图3所示，集中在100~160ppm。运行初期，浓度集中在100~150ppm，运行后期，随着气温升高，浓度集中在~150ppm。

如图4所示，经过一级沸石转轮吸附后的尾气浓度为30~70ppm，且能够看出，在运行前期，吸附后的浓度较低，集中在 30~50ppm，运行后期波动较大，60~70ppm 较为集中。一方面，运行后期因气温高，导致进气浓度变高，而转轮的吸附容量固定，导致出气浓度变高。另一方面，气温高导致转轮整体温度也会偏高，不利于吸附。

分析每一级转轮的去除率，由图5看出，每级转轮去除率集中在 60%~70%，整体情况较为平稳，那么两级转轮的去除率可达到80%~90%。根据趋势线显示，整体去除率逐步下降。一方面，运行后期进气浓度偏高、转轮温度偏高，均不利于吸附导致去除率降低，另一方面，可能转轮内的高沸点物质累计对其去除率也产生一定影响。因此对转轮进行取样分析，结果如图6所示，验证高沸点物质对转轮的影响程度：

转轮入口样品：在温度 180-700℃间热失重约为干重比例为 27.6%，180～280℃之间失重占总失重比例为 25.6%；280-700℃之间的热失重占总失重比例为 46.8%。

转轮出口样品：在温度 180-700℃间热失重约为干重比例为 33.9%，180～280℃之间失重占总失重比例为 15%；280-700℃之间的热失重占总失重比例为 51.1%。

样品	＜180℃失重/%	180-280℃失重/%	280-700℃失重/%
				吸附入口样品	2.19	2.03	3.71
吸附出口样品	2.55	1.13	3.84

根据分析结果显示，转轮入口样品280-700℃热失重为3.71%，出口样品280-700℃热失重比例为3.84%，即高沸点物质（280-700℃）残留量＜5%，证明了采用转轮吸脱附工艺处理煤油废气是可行的。在运行一段时间后，可定期地将转轮脱附温度提高至 300℃（正常运行工况下脱附温度~200℃，高温脱附只是定期运行，且频率不宜过高，否则会影响转轮使用周期），残留在转轮里的高沸点物质可得到有效脱除。

进一步验证催化氧化去除率，对催化燃烧装置的进、出口浓度进行取样，得到下表：

催化氧化检测	进口浓度/ppm	出口浓度/ppm	去除率/%
				1	208	12	94.2
2	307	11	96.4
				3	480	7	98.5
4	422	1.5	99.6

Claims (9)

1.一种煤油废气处理装置，其特征在于，包括旋流板洗涤塔、颗粒活性炭吸附设备、两级沸石转轮、第一换热器、两个辅助加热器、催化燃烧装置和排气装置，所述旋流板洗涤塔和颗粒活性炭吸附设备顺序连接至前级沸石转轮的吸附区入口，所述两级沸石转轮的吸附区串联后连接至排气装置，两级沸石转轮的冷却区出口均通过第一换热器后经过各自的辅助加热器接回对应沸石转轮的脱附区进口，两级沸石转轮的脱附区出口连接催化燃烧装置的进口，所述催化燃烧装置的出口通过第一换热器连接至排气装置。

2.根据权利要求1所述的煤油废气处理装置，其特征在于，还包括第二换热器，两级沸石转轮的脱附区出口通过第二换热器连接至催化燃烧装置的进口，所述第一换热器通过第二换热器连接至排气装置。

3.根据权利要求1所述的煤油废气处理装置，其特征在于，前级沸石转轮的吸附入口处设有袋式过滤器和吸附过滤器。

4.根据权利要求1所述的煤油废气处理装置，其特征在于，所述催化燃烧装置为CO炉。

5.根据权利要求1所述的煤油废气处理工艺，其特征在于,煤油废气经过旋流板洗涤塔去除大部分颗粒物及油雾，然后经由颗粒活性炭吸附设备吸附废气中的大分子有机物，废气经过两级沸石转轮吸附区的吸附剂吸附后排放，吸附有污染物的吸附剂随沸石转轮进入脱附区，由高温气体解吸附并带走污染物后，吸附剂转至冷却区；新风进入第一沸石转轮和第二沸石转轮的冷却区，降低冷却区的吸附剂温度，经过冷却区的气流升温，进入第一换热器与催化燃烧装置流出的气体热交换进行升温、再通过各自的辅助加热器升温至脱附温度形成高温气流回到对应沸石转轮的脱附区，带走了脱附区吸附剂中污染物的高温气流均进入催化燃烧装置氧化燃烧，燃烧后的气体引入第一换热器和冷却区流出的气流进行热交换后排放。

6.根据权利要求5所述的煤油废气处理工艺，其特征在于, 第一沸石转轮和第二沸石转轮脱附区流出的高温气流通过第二换热器升温后进入催化燃烧装置氧化燃烧，燃烧后的气体经过第一换热器再回到第二换热器进行热交换后排放。

7.根据权利要求5所述的煤油废气处理工艺，其特征在于,第一沸石转轮和第二沸石转轮脱附区脱附温度为180~220℃。

8.根据权利要求5所述的煤油废气处理工艺，其特征在于, 第一沸石转轮和第二沸石转轮吸附去除率低于60%时，脱附温度提高至280~320℃。

9.根据权利要求5所述的煤油废气处理工艺，其特征在于,所述催化燃烧装置的催化温度为280~340℃。

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