CN114917722A - 一种活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，包括生物质气化炉，所述生物质气化炉用于接入水蒸气、高温空气以及CO2和N2以及VOC气体的混合物；由于温度较高，高浓度的CO2和生物质气化炉1中的生物质废料发生以下反应：CO2+C→2CO，还可以发生以下反应：H2O+C→H2+CO，使生物质燃气中的CO和H2含量大为增加，显著提高了生物质燃气热值，气化效率也极大提高。

Description

一种活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统
技术领域
本发明涉及气体处理技术领域，具体涉及一种活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统。
背景技术
活性炭是一种很细小的炭粒，有很大的表面积，而且炭粒中还有更细小的孔--毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体(杂质)充分接触。当这些气体(杂质)碰到毛细管被吸附，起净化作用。目前，作为处理VOCs气体排放的主要手段，应用极为广泛，处理效率可达90%以上。但是吸附一段时间的VOCs气体以后，会达到饱和状态。普通处理方法是送交危废公司集中处理销毁，活性炭无法实现脱附再生，只能一次性使用，成本很高，限制了活性炭吸附法的推广应用。此外，普通热空气脱附法VOCs气体脱附效率较低，其原因是怕活性炭发生自燃现象，脱附热空气的温度只能控制在120℃以下，VOCs气体脱附效率自然无法提高。因此，急需找到一种高效率的脱附方法。
发明内容
为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本发明提供一种活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，包括生物质气化炉，所述生物质气化炉用于接入水蒸气、高温空气以及CO2和N2以及VOCs气体的混合物；所述高温空气的温度为500-800摄氏度。
进一步地，所述生物质气化炉出来的生物质燃气首先进入氢气分离装置，所述氢气分离装置所分离出的氢气进入氢气使用端；所述生物质燃气随后进入CO2分离装置，以将CO2从生物质燃气中分离出来，并将所分离出来CO2送回至所述生物质气化炉。
进一步地，所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统还包括CO分离器和第一混合器；分离出氢气和CO2后的生物质燃气随后进入所述CO分离器；分离出CO后的生物质燃气只剩下N2，进入所述第一混合器与水蒸汽以及热空气混合形成水蒸气+热空气+纯氮气的混合气体，所述混合气体进入活性炭脱附装置；所述CO分离器所分离出的CO进入焚烧炉和一部分由所述活性炭脱附装置脱附出来的VOCs有机废气的混合气体燃烧放热；焚烧炉排出的烟气进入蒸汽锅炉产生水蒸汽，然后烟气温度下降，一部分进入换热器，产生热空气后温度下降并排入烟囱，另一部分烟气进入生物质气化炉的风室作为气化剂。
进一步地，所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统还包括第二混合器，所述第二混合器分别用于接入CO2分离装置所分离出的CO2以及冷空气，所述冷空气经太阳能集热器后被预热。
进一步地，所述氢气使用端为氢燃料电池，以使氢气进入氢燃料电池发电后供用户使用。
进一步地，所述氢燃料电池所产生的水进入至所述蒸汽锅炉，以被焚烧炉排出的烟气加热成水蒸汽，所述水蒸汽进入至第一混合器。
进一步地，所述焚烧炉排出的烟气温度为800℃左右，进入蒸汽锅炉产生120℃的水蒸汽，所述水蒸汽进入至第一混合器，然后烟气温度下降到500℃，一部分进入换热器，产生300℃的热空气后温度下降到150度排入烟囱，另一部分500℃高温烟气进入生物质气化炉风室作为气化剂。
进一步地，所述换热器产生的300℃的热空气被送至第一混合器。
进一步地，所述混合气体中的水蒸气占比为50%，热空气占比为40%，纯氮气占比10%，混合气体温度为180℃进入活性炭脱附装置。
进一步地，在所述氢燃料电池和蒸汽锅炉之间设置有水泵；在所述第二混合器和生物质气化炉之间设置有风机；所述水泵和风机与太阳能蓄电池连接，太阳能蓄电池与太阳能板连接，太阳能板发电通过充电电路将电能储存于太阳能蓄电池内。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、采用500度高温烟气+富含CO2的空气做气化剂，气化效率高，生物质燃气中CO含量高，热值高。
2、采用吸附VOCs气体的180度水蒸气进行生物质气化，燃气中氢气含量高，热值高。然后将氢气从生物质燃气中分离后进入氢燃料电池（氢气是十分宝贵的能源）发电使用，实现了能量的梯级使用。
3、产生的生物质燃气经过CO分离装置后，分离出纯CO进入焚烧炉作为燃料气使用，燃料气的热值大为提高，有效解决了生物质燃气热值低的难题。
4、采用焚烧炉产生余热产生高温烟气作为气化炉的气化剂，将CO2从生物质燃气中分离后送回生物质气化炉，利用高温气化的特点，将CO2和生物质废料发生反应生成一氧化碳，极大地提高了气化效率，并提高了整个系统的能源综合利用效率。
5、生物质燃气经过多级分离后剩下的大量氮气进入活性炭脱附装置，进一步冲淡箱体中脱附气体的氧气浓度，确保在180℃高温下脱附气体也不会和活性炭发生燃烧反应。进一步提高脱附效率。
6、使用太阳能预热和供电，有效的节约能源，并保证系统可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统的组成示意图；
图中：1、生物质气化炉；2、氢气分离装置；3、氢燃料电池；4、CO2分离装置；5、CO分离器；6、第一混合器；7、活性炭脱附装置；8、焚烧炉；9、蒸汽锅炉；10、换热器；11、烟囱；12、第二混合器；13、水泵；14、风机。
具体实施方式
实施例：
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”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，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。术语“冷空气”、“热空气”是相对而言；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
本实施例提供的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统采用生物质气化和高温焚烧相结合的方法处理VOCs有机废气，同时采用高温气体脱附的方法来提高活性碳的再生效率。具体方案如下：
由生物质气化炉1下部进入水蒸气和500-800度高温烟气以及CO2、N2以及VOCs（volatile organic compounds）气体的混合物，由于温度较高，高浓度的CO2和生物质气化炉1中的生物质废料发生以下反应：CO2+C→2CO，还可以发生以下反应：H2O+C→H2+CO，使生物质燃气中的CO和H2含量大为增加，显著提高了生物质燃气热值，气化效率也极大提高。
作为本实施例的一种优选，由生物质气化炉1出来的生物质燃气（主要组成成分为CO，H2、CO2和N2）由其上部抽出首先进入氢气分离装置2，分离出宝贵的氢气进入用氢端，在本实施例中该用氢端为氢燃料电池3，氢燃料电池3发电后供用户使用；另外，为了保证氢气的纯度，在氢气分离装置2和氢燃料电池3之间还设置有氢气纯化装置，以对氢气进行纯化处理；该生物质燃气随后进入CO2分离装置4，将CO2从生物质燃气中分离后送回生物质气化炉1，利用高温气化的特点，将CO2和锯末以及生物颗粒发生反应生成一氧化碳，极大地提高了气化效率，并提高了整个系统的能源综合利用效率。
作为本实施例的另一种优选，本系统还包括CO分离器5和第一混合器6；分离出氢气和CO2后的生物质燃气随后进入CO分离器5，分离出CO后的生物质燃气只剩下N2，进入第一混合器6与水蒸汽以及热空气混合形成水蒸气+热空气+纯氮气的180℃混合气体，该混合气体进入活性炭脱附装置7。CO分离器5所分离出的CO（单位热值远高于生物质燃气）进入焚烧炉8和一部分由活性炭脱附装置7脱附出来的富含VOCs有机废气的混合气体燃烧放热，也就是说，分离出纯CO进入焚烧炉作为燃料气使用，燃料气的热值大为提高，有效解决了生物质燃气热值低的难题。焚烧炉8排出的800℃左右的高温烟气进入蒸汽锅炉9产生120℃的水蒸汽，然后烟气温度下降到500℃，一部分进入换热器10来对20℃左右的冷空气进行加热，产生300℃的热空气后温度下降到150度排入烟囱11，另一部分500℃高温烟气进入生物质气化炉1的风室作为气化剂。该换热器10所产生的300℃的热空气被送至第一混合器6，以使得混合气体的温度达到180℃。
由于采用高温水蒸气+热空气+纯氮气混合高温脱附技术，混合气体温度可以达到180℃以上，脱附效率极大提高。生物质燃气经过多级分离后剩下的大量氮气进入活性炭脱附装置体7，和水蒸气一起极大冲淡了箱体中脱附气体的氧气浓度，确保在180℃高温下脱附气体也不会和活性炭发生燃烧反应，进一步提高脱附效率。
作为本实施例的再一种优选，本系统还包括第二混合器12，第二混合器12分别用于接入CO2分离装置4所分离出的CO2以及20℃左右的冷空气，冷空气经太阳能集热器后被预热。也就是说，冷空气进口端设置太阳能集热器，冷空气经太阳能集热器后被预热。太阳能集热器的受光面正对着太阳能聚光装置，太阳能聚光装置将阳光聚集在处于焦点处的太阳能集热器上，有效的提高集热效果。
在一具体实施例中，该混合气体中的水蒸气占比为50%，热空气占比为40%，纯氮气占比10%。水蒸气不能太多，否则会冷凝；热空气比例也不能太大，以免着火；因此，上述比例为最佳，用部分氮气代替水蒸气。
在该氢燃料电池3和蒸汽锅炉9之间设置有水泵13，以通过水泵13来将氢燃料电池3所产生的水传输至蒸汽锅炉9，此外该水泵13也外接有冷水进行补水；在该第二混合器12和生物质气化炉1之间设置有风机14，以将富含CO2的空气传送至生物质气化炉1的风室中；该水泵13和风机14与太阳能蓄电池连接，太阳能蓄电池与太阳能板连接，太阳能板发电通过充电电路将电能储存于太阳能蓄电池内。也就是说，整个系统采用太阳能供电，有效的节约能源。此外，当太阳能供电不足时，氢燃料电池所发的电可以供给水泵13和风机14处，以保证水泵13和风机14正常运行。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，其特征在于，包括生物质气化炉，所述生物质气化炉用于接入水蒸气、高温空气以及CO2和N2以及VOCs气体的混合物；所述高温空气的温度为500-800摄氏度；
所述生物质气化炉出来的生物质燃气首先进入氢气分离装置，所述氢气分离装置所分离出的氢气进入氢气使用端；所述生物质燃气随后进入CO2分离装置，以将CO2从生物质燃气中分离出来，并将所分离出来CO2送回至所述生物质气化炉；
还包括CO分离器和第一混合器；分离出氢气和CO2后的生物质燃气随后进入所述CO分离器；分离出CO后的生物质燃气只剩下N2，进入所述第一混合器与水蒸汽以及热空气混合形成水蒸气+热空气+纯氮气的混合气体，所述混合气体进入活性炭脱附装置；所述CO分离器所分离出的CO进入焚烧炉和一部分由所述活性炭脱附装置脱附出来的VOCs有机废气的混合气体燃烧放热；焚烧炉排出的烟气进入蒸汽锅炉产生水蒸汽，然后烟气温度下降，一部分进入换热器来对冷空气加热，产生热空气后温度下降并排入烟囱，另一部分烟气进入生物质气化炉的风室作为气化剂。
2.如权利要求1所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，其特征在于，还包括第二混合器，所述第二混合器分别用于接入CO2分离装置所分离出的CO2以及冷空气，所述冷空气经太阳能集热器后被预热。
3.如权利要求2所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，其特征在于，所述氢气使用端为氢燃料电池，以使氢气进入氢燃料电池发电后供用户使用。
4.如权利要求3所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，其特征在于，所述氢燃料电池所产生的水和补充的冷水进入至所述蒸汽锅炉，以被焚烧炉排出的烟气加热成水蒸汽，所述水蒸汽进入至第一混合器。
5.如权利要求1所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，其特征在于，所述焚烧炉排出的烟气温度为800℃，进入蒸汽锅炉产生120℃的水蒸汽，所述水蒸汽进入至第一混合器，然后烟气温度下降到500℃，一部分进入换热器来对冷空气加热产生300℃的热空气后温度下降到150度排入烟囱，另一部分500℃高温烟气进入生物质气化炉风室作为气化剂。
6.如权利要求5所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，其特征在于，所述换热器产生的300℃的热空气被送至第一混合器。
7.如权利要求1所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，其特征在于，所述混合气体中的水蒸气占比为50%，热空气占比为40%，纯氮气占比10%，混合气体温度为180℃进入活性炭脱附装置。
8.如权利要求3所述的活性炭VOCs气体高温解吸脱附及耦合处理系统，其特征在于，在所述氢燃料电池和蒸汽锅炉之间设置有水泵；在所述第二混合器和生物质气化炉之间设置有风机；所述水泵和风机与太阳能蓄电池连接，太阳能蓄电池与太阳能板连接，太阳能板发电通过充电电路将电能储存于太阳能蓄电池内。
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