CN115970442A - 一种环境工程污染治理的流化床吸附设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境工程污染治理的流化床吸附设备及工艺，流化床吸附设备包括流化床吸附塔、脱附塔、冷凝器、饱和罐和再生罐，所述流化床吸附塔顶部设有进料口，所述流化床吸附塔侧壁下端设有进气口，有机废气从流化床吸附塔进气口进入流化床吸附塔中经流化床上的吸附剂吸附后从出气口排出，所述脱附塔顶部设有进料口，所述脱附塔侧壁下端设有进气口，蒸汽和氮气通过进气口进入脱附塔并将脱附塔中饱和吸附剂中吸附的挥发性有机物脱除后从出气口排出。本发明流化床吸附设备对有机废气进行集中处理，实现了吸附再生的一体化连续运行，同时最大化的提高吸附剂于有机废气的接触时间，从而提高吸附剂的吸附效果，排放浓度远低于环保排放标准。

Description

一种环境工程污染治理的流化床吸附设备及工艺

技术领域

本发明涉及有机废气处理技术领域，具体涉及一种环境工程污染治理的流化床吸附设备及工艺。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是指在室温下饱和蒸气压超过133.32Pa、常压下沸点在50-260℃范围内的一系列有机化合物，其主要包括烃类、卤代烃类、氧烃类、硫烃类以及氮烃类等，挥发性有机物是形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O₃)等二次污染物的重要前体物，进而引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。随着工业化和城市化的快速发展以及能源消费的持续增长，以PM2.5和O₃为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康。

VoCs回收技术包括冷凝法、膜分离、吸收、吸附等]。冷凝法是利用过饱和的原理，使得各组分VOCs在低于冷凝点的温度从气相变为液相，从而达到分离、回收的目的。但是回收低沸点VOCs时，该方法冷却和加压的成本较高。膜分离法利用高分子膜对某种VOCs的选择透过性，废气在压差推动下，经过高分子膜的过滤，有害成分被截留。膜分离方法可以得到较好的处理效果，但是其造价高的缺点限制了大规模的工业应用。吸收法利用废气中各组分在吸收剂中溶解度的不同，达到将有害气体从中分离出来的目的。该方法适合用于大气量，中等浓度的废气处理。吸附法是指VOCs分子在范德华力作用下被团聚于吸附剂表面和孔隙中，从而达到分离的目的。吸附法由于其净化效率高，工艺成熟，易于推广使用等优点，在实际工程中得到广泛应用。

流化床吸附工艺是近几年发展较快的吸附工艺，流化床属连续操作工艺，床内气固传质较好，而且流化床的操作气速可以远高于临界流化气速。因此，流化床吸附工艺具有更高的气体处理能力，但是现有的流化床设备一方面对吸附剂的磨损消耗较大，另一方面流化床上吸附剂与有机废气的接触时间受限，同时上层和下层流化床上的吸附剂不能层层落下，导致部分上层流化床的吸附剂未达到吸附饱和就落至塔底，因此吸附剂的利用率低，有机废气的有机物去除率不理想。

发明内容

为了解决上述背景技术中提到的问题，本发明流化床吸附设备对有机废气进行集中处理，实现了吸附再生的一体化连续运行，同时最大化的提高吸附剂于有机废气的接触时间，从而提高吸附剂的吸附效果，排放浓度远低于环保排放标准。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种环境工程污染治理的流化床吸附设备，包括流化床吸附塔、脱附塔、冷凝器、饱和罐和再生罐，流化床吸附塔顶部设有用于投放再生吸附剂的进料口，流化床吸附塔底部出料口通过管道与饱和罐相连，饱和罐用于盛放达到吸附饱和后的吸附剂，流化床吸附塔侧壁下端设有进气口，流化床吸附塔侧壁上端设有出气口，有机废气从进气口进入流化床吸附塔中经流化床上的吸附剂吸附后从出气口排出，流化床吸附塔的出气口与第一风机进气端相连，脱附塔顶部设有用于投放饱和吸附剂的进料口，脱附塔底部出料口通过管道与再生罐相连，再生罐用于盛放经过挥发性有机物脱附的再生吸附剂，脱附塔侧壁下端设有进气口，脱附塔侧壁上端设有出气口，蒸汽和氮气通过进气口进入脱附塔并将脱附塔中饱和吸附剂中吸附的挥发性有机物脱除后从出气口排出，脱附塔的出气口与第二风机进气端相连，第二风机出气端通过管道与冷凝器一侧的进气口相连，冷凝器底部设有排水口，冷凝器另一侧设有出气口，冷凝器的出气口通过管道与流化床吸附塔的进气口相连，氮气不凝气及少部分未去除挥发性有机物流回至流化床吸附塔进行吸附处理。

进一步优选地，流化床吸附塔包括塔体，塔体顶部固定安装密封盖，密封盖表面一侧固定安装进料管，塔体底部呈锥形，塔体底部中间固定安装出料管，塔体外壁下端固定安装进气管，进气管贯穿塔体侧壁，进气管伸入塔体一端与气体分布器固定连接，气体分布器上方的塔体内壁固定安装折流机构，折流机构上方的塔体内壁固定安装流化床机构，流化床机构中间贯穿设有驱动轴，驱动轴顶部与驱动机构固定连接，塔体外壁上端固定安装出气管，出气管和驱动机构之间的塔体内壁固定安装隔板，进料管与出气管位于隔板的同一侧。

进一步优选地，气体分布器包括环形管，环形管外壁固定连接进气管，环形管内壁固定两组呈环形阵列设置的气体喷头，两组气体喷头交错设置，一组气体喷头向下倾斜设置，另一组气体喷头向上倾斜设置。

进一步优选地，折流机构包括至少两层折流板，折流板由两块向下倾斜且顶部相交的挡条组成，同层折流板水平均匀等距设置，相邻层的折流板交错设置。

进一步优选地，流化床机构包括至少两层流化床组件，流化床组件包括环形座，环形座两侧外壁通过连接杆与塔体内壁固定，环形座内部设有托盘，托盘的直径小于环形座的内径，托盘固定安装在驱动轴表面，托盘表面开设有若干透气孔，驱动轴驱动托盘在环形座内转动的同时上下移动，环形座下方的塔体内壁固定安装落料斗，落料斗底部中间开设有落料口，最上层流化床组件的上方单独设有一个落料斗，最下层流化床组件的下方设有导料板，导料板固定安装在驱动轴底端。

进一步优选地，驱动机构包括驱动轮，驱动轮与固定座转动连接，驱动轮与齿轮啮合，齿轮固定安装在电机的输出轴下端，电机固定安装在密封盖远离进料管一侧，固定座固定安装在隔板远离出气管一端，驱动轮中间设有驱动孔，驱动轴上端贯穿驱动孔，驱动孔内壁固定竖直固定键条，驱动轴表面对应键条处开设有键槽，键条与键槽滑动连接，驱动轴顶部固定安装导向块，导向块表面开设有闭合的螺旋形滑槽，隔板表面对应导向块处固定安装导向杆，导向杆一端与导向块贴合，导向杆与滑槽配合驱动驱动轴上下往复运动。

本发明还提供了一种环境工程污染治理的流化床吸附工艺，包括以下步骤：

S1、将高浓度的有机废气通过流化床吸附塔的进气管通入塔体中，同时将吸附剂从进料管加入塔体中，通过电机带动托盘在环形座内转动的同时上下往复移动，吸附剂于流化床组件上层层落下，与上升的有机废气接触，吸附有机废气中的挥发性有机物；

S2、吸附剂吸附挥发性有机物后落在流化床吸附塔塔体底部，定期将吸附饱和的吸附剂清理至饱和罐，经过吸附剂吸附后的气体由出气管排出，检测合格后排放至外界大气；

S3、将饱和罐中吸附剂从吸附塔的进料口加入吸附塔中，同时将蒸汽由吸附塔的进气口通入吸附塔中，通过蒸汽对吸附剂进行加热，并间歇脉冲性向吸附塔中通入氮气，挥发性有机物在低压环境下脱附

S4、挥发性有机物随蒸汽和氮气从吸附塔的出气口排出，通过冷凝器冷却后收集冷凝液，混合气中的大部分有机物随冷凝液排出，氮气及少部分挥发性有机物通过管道重新进入流化床吸附塔中。

进一步优选地，步骤S3中采用0.5MPa、140-150℃的低压蒸汽，脱附塔内压力为-50～-30kPa。

本发明的有益效果：

本发明流化床吸附设备对有机废气进行集中处理，使用吸附剂进行吸附，饱和吸附剂可在线脱附再生，实现了吸附再生的一体化连续运行，同时通过驱动轴的转动和上下移动，控制吸附剂在托盘上滞留一端时间，同时间歇性的层层落下，这样从上到下每层流化床组件上的吸附剂吸附的挥发性有机物形成一个递增的趋势，最大化的提高吸附剂于有机废气的接触时间，从而提高吸附剂的吸附效果，排放浓度远低于环保排放标准。

附图说明

图1为本发明流化床吸附设备的整体结构示意图；

图2为本发明流化床吸附塔的外观结构示意图；

图3为本发明流化床吸附塔的剖视结构示意图；

图4为本发明图3位置A处放大示意图；

图5为本发明流化床吸附塔流化床组件的结构示意图；

图6为本发明流化床吸附塔气体分布器的结构示意图。

图中：1-塔体，2-密封盖，3-进料管，4-出料管，5-进气管，6-气体分布器，7-折流机构，8-流化床机构，9-驱动轴，10-驱动机构，11-出气管，12-隔板，13-环形管，14-气体喷头，15-折流板，16-流化床组件，17-环形座，18-连接杆，19-托盘，20-落料斗，21-导料板，22-驱动轮，23-固定座，24-电机，25-驱动孔，26-键条，27-键槽，28-导向块，29-滑槽，30-导向杆。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种环境工程污染治理的流化床吸附设备，包括流化床吸附塔、脱附塔、冷凝器、饱和罐和再生罐，流化床吸附塔顶部设有用于投放再生吸附剂的进料口，流化床吸附塔底部出料口通过管道与饱和罐相连，饱和罐用于盛放达到吸附饱和后的吸附剂，流化床吸附塔侧壁下端设有进气口，流化床吸附塔侧壁上端设有出气口，有机废气从进气口进入流化床吸附塔中经流化床上的吸附剂吸附后从出气口排出，流化床吸附塔的出气口与第一风机进气端相连，脱附塔顶部设有用于投放饱和吸附剂的进料口，脱附塔底部出料口通过管道与再生罐相连，再生罐用于盛放经过挥发性有机物脱附的再生吸附剂，脱附塔侧壁下端设有进气口，脱附塔侧壁上端设有出气口，蒸汽和氮气通过进气口进入脱附塔并将脱附塔中饱和吸附剂中吸附的挥发性有机物脱除后从出气口排出，脱附塔的出气口与第二风机进气端相连，第二风机出气端通过管道与冷凝器一侧的进气口相连，冷凝器底部设有排水口，冷凝器另一侧设有出气口，冷凝器的出气口通过管道与流化床吸附塔的进气口相连，氮气不凝气及少部分未去除挥发性有机物流回至流化床吸附塔进行吸附处理。

流化床吸附塔包括塔体1，塔体1顶部固定安装密封盖2，密封盖2表面一侧固定安装进料管3，塔体1底部呈锥形，塔体1底部中间固定安装出料管4，塔体1外壁下端固定安装进气管5，进气管5贯穿塔体1侧壁，进气管5伸入塔体1一端与气体分布器6固定连接，气体分布器6上方的塔体1内壁固定安装折流机构7，折流机构7上方的塔体1内壁固定安装流化床机构8，流化床机构8中间贯穿设有驱动轴9，驱动轴9顶部与驱动机构10固定连接，塔体1外壁上端固定安装出气管11，出气管11和驱动机构10之间的塔体1内壁固定安装隔板12，进料管3与出气管11位于隔板12的同一侧。

气体分布器6包括环形管13，环形管13外壁固定连接进气管5，环形管13内壁固定两组呈环形阵列设置的气体喷头14，两组气体喷头14交错设置，一组气体喷头14向下倾斜设置，另一组气体喷头14向上倾斜设置，气体喷头14喷出的有机废气在塔体1内部下方形成∞字形紊流，从而降低上升的速率。

折流机构7包括至少两层折流板15，折流板15由两块向下倾斜且顶部相交的挡条组成，同层折流板15水平均匀等距设置，相邻层的折流板15交错设置，折流板15一方面对有机废气进行折流，同时还承托上方落下的吸附剂，防止吸附剂直接落在气体分布器上。

流化床机构8包括至少两层流化床组件16，流化床组件16包括环形座17，环形座17两侧外壁通过连接杆18与塔体1内壁固定，环形座17内部设有托盘19，托盘19的直径小于环形座17的内径，托盘19固定安装在驱动轴9表面，托盘19表面开设有若干透气孔，驱动轴9驱动托盘19在环形座17内转动的同时上下移动，环形座17下方的塔体1内壁固定安装落料斗20，落料斗20底部中间开设有落料口，最上层流化床组件16的上方单独设有一个落料斗20，最下层流化床组件16的下方设有导料板21，导料板21固定安装在驱动轴9底端。

驱动机构10包括驱动轮22，驱动轮22与固定座23转动连接，驱动轮22与齿轮31啮合，齿轮31固定安装在电机24的输出轴下端，电机24固定安装在密封盖2远离进料管3一侧，固定座23固定安装在隔板12远离出气管11一端，驱动轮22中间设有驱动孔25，驱动轴9上端贯穿驱动孔25，驱动孔25内壁固定竖直固定键条26，驱动轴9表面对应键条26处开设有键槽27，键条26与键槽27滑动连接，驱动轴9顶部固定安装导向块28，导向块28表面开设有闭合的螺旋形滑槽29，隔板12表面对应导向块28处固定安装导向杆30，导向杆30一端与导向块28贴合，导向杆30与滑槽29配合驱动驱动轴9上下往复运动。

本发明的驱动机构通过电机24带动驱动轮22转动，驱动轮22通过键条26和键槽27的配合使驱动轴9转动，同时通过导向杆30与滑槽29配合驱动驱动轴9上下往复运动，通过导向块28上滑槽29的上下行程来控制托盘19在环形座17内上下移动的位置，使得托盘19的顶面高度在环形座17顶面和底面之间，当托盘19顶面低于环形座17顶面时托盘19与环形座17可以形成一个容纳吸附剂的床体，而当托盘19顶面与环形座17的顶面齐平时，在托盘19转动离心力的作用下可以将托盘19表面的吸附剂甩下，从而落至落料斗20内，从而掉落至下一层流化床组件的托盘19上，这样就可以通过驱动轴9的转动和上下移动，控制吸附剂在托盘19上滞留一端时间，同时间歇性的层层落下，这样从上到下每层流化床组件上的吸附剂吸附的挥发性有机物形成一个递增的趋势，最大化的提高吸附剂于有机废气的接触时间，从而提高吸附剂的吸附效果。

一种环境工程污染治理的流化床吸附工艺，包括以下步骤：

S1、将高浓度的有机废气通过流化床吸附塔的进气管通入塔体中，同时将吸附剂从进料管加入塔体中，通过电机带动托盘在环形座内转动的同时上下往复移动，吸附剂于流化床组件上层层落下，与上升的有机废气接触，吸附有机废气中的挥发性有机物；

S2、吸附剂吸附挥发性有机物后落在流化床吸附塔塔体底部，定期将吸附饱和的吸附剂清理至饱和罐，经过吸附剂吸附后的气体由出气管排出，检测合格后排放至外界大气；

S3、将饱和罐中吸附剂从吸附塔的进料口加入吸附塔中，同时将蒸汽由吸附塔的进气口通入吸附塔中，通过蒸汽对吸附剂进行加热，并间歇脉冲性向吸附塔中通入氮气，挥发性有机物在低压环境下脱附

S4、挥发性有机物随蒸汽和氮气从吸附塔的出气口排出，通过冷凝器冷却后收集冷凝液，混合气中的大部分有机物随冷凝液排出，氮气及少部分挥发性有机物通过管道重新进入流化床吸附塔中。

步骤S3中采用0.5MPa、140-150℃的低压蒸汽，脱附塔内压力为-50～-30kPa。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种环境工程污染治理的流化床吸附设备，其特征在于，包括流化床吸附塔、脱附塔、冷凝器、饱和罐和再生罐，所述流化床吸附塔顶部设有用于投放再生吸附剂的进料口，所述流化床吸附塔底部出料口通过管道与饱和罐相连，所述饱和罐用于盛放达到吸附饱和后的吸附剂，所述流化床吸附塔侧壁下端设有进气口，所述流化床吸附塔侧壁上端设有出气口，有机废气从进气口进入流化床吸附塔中经流化床上的吸附剂吸附后从出气口排出，流化床吸附塔的出气口与第一风机进气端相连，所述脱附塔顶部设有用于投放饱和吸附剂的进料口，所述脱附塔底部出料口通过管道与再生罐相连，所述再生罐用于盛放经过挥发性有机物脱附的再生吸附剂，所述脱附塔侧壁下端设有进气口，所述脱附塔侧壁上端设有出气口，蒸汽和氮气通过进气口进入脱附塔并将脱附塔中饱和吸附剂中吸附的挥发性有机物脱除后从出气口排出，所述脱附塔的出气口与第二风机进气端相连，第二风机出气端通过管道与冷凝器一侧的进气口相连，所述冷凝器底部设有排水口，所述冷凝器另一侧设有出气口，所述冷凝器的出气口通过管道与流化床吸附塔的进气口相连，氮气不凝气及少部分未去除挥发性有机物流回至流化床吸附塔进行吸附处理。

2.根据权利要求1所述环境工程污染治理的流化床吸附设备，其特征在于，所述流化床吸附塔包括塔体(1)，所述塔体(1)顶部固定安装密封盖(2)，所述密封盖(2)表面一侧固定安装进料管(3)，所述塔体(1)底部呈锥形，所述塔体(1)底部中间固定安装出料管(4)，所述塔体(1)外壁下端固定安装进气管(5)，所述进气管(5)贯穿塔体(1)侧壁，所述进气管(5)伸入塔体(1)一端与气体分布器(6)固定连接，所述气体分布器(6)上方的塔体(1)内壁固定安装折流机构(7)，所述折流机构(7)上方的塔体(1)内壁固定安装流化床机构(8)，所述流化床机构(8)中间贯穿设有驱动轴(9)，所述驱动轴(9)顶部与驱动机构(10)固定连接，所述塔体(1)外壁上端固定安装出气管(11)，所述出气管(11)和驱动机构(10)之间的塔体(1)内壁固定安装隔板(12)，所述进料管(3)与出气管(11)位于隔板(12)的同一侧。

3.根据权利要求1所述环境工程污染治理的流化床吸附设备，其特征在于，所述气体分布器(6)包括环形管(13)，所述环形管(13)外壁固定连接进气管(5)，所述环形管(13)内壁固定两组呈环形阵列设置的气体喷头(14)，两组气体喷头(14)交错设置，一组气体喷头(14)向下倾斜设置，另一组气体喷头(14)向上倾斜设置。

4.根据权利要求1所述环境工程污染治理的流化床吸附设备，其特征在于，所述折流机构(7)包括至少两层折流板(15)，所述折流板(15)由两块向下倾斜且顶部相交的挡条组成，同层折流板(15)水平均匀等距设置，相邻层的折流板(15)交错设置。

5.根据权利要求1所述环境工程污染治理的流化床吸附设备，其特征在于，所述流化床机构(8)包括至少两层流化床组件(16)，所述流化床组件(16)包括环形座(17)，所述环形座(17)两侧外壁通过连接杆(18)与塔体(1)内壁固定，所述环形座(17)内部设有托盘(19)，所述托盘(19)的直径小于环形座(17)的内径，所述托盘(19)固定安装在驱动轴(9)表面，所述托盘(19)表面开设有若干透气孔，所述驱动轴(9)驱动托盘(19)在环形座(17)内转动的同时上下移动，所述环形座(17)下方的塔体(1)内壁固定安装落料斗(20)，所述落料斗(20)底部中间开设有落料口，最上层流化床组件(16)的上方单独设有一个落料斗(20)，最下层流化床组件(16)的下方设有导料板(21)，所述导料板(21)固定安装在驱动轴(9)底端。

6.根据权利要求1所述环境工程污染治理的流化床吸附设备，其特征在于，所述驱动机构(10)包括驱动轮(22)，所述驱动轮(22)与固定座(23)转动连接，所述驱动轮(22)与齿轮(31)啮合，所述齿轮(31)固定安装在电机(24)的输出轴下端，所述电机(24)固定安装在密封盖(2)远离进料管(3)一侧，所述固定座(23)固定安装在隔板(12)远离出气管(11)一端，所述驱动轮(22)中间设有驱动孔(25)，所述驱动轴(9)上端贯穿驱动孔(25)，所述驱动孔(25)内壁固定竖直固定键条(26)，所述驱动轴(9)表面对应键条(26)处开设有键槽(27)，所述键条(26)与键槽(27)滑动连接，所述驱动轴(9)顶部固定安装导向块(28)，所述导向块(28)表面开设有闭合的螺旋形滑槽(29)，所述隔板(12)表面对应导向块(28)处固定安装导向杆(30)，所述导向杆(30)一端与导向块(28)贴合，所述导向杆(30)与滑槽(29)配合驱动驱动轴(9)上下往复运动。

7.基于权利要求1-6任一项所述环境工程污染治理的流化床吸附设备的流化床吸附工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将高浓度的有机废气通过流化床吸附塔的进气管通入塔体中，同时将吸附剂从进料管加入塔体中，通过电机带动托盘在环形座内转动的同时上下往复移动，吸附剂于流化床组件上层层落下，与上升的有机废气接触，吸附有机废气中的挥发性有机物；

S2、吸附剂吸附挥发性有机物后落在流化床吸附塔塔体底部，定期将吸附饱和的吸附剂清理至饱和罐，经过吸附剂吸附后的气体由出气管排出，检测合格后排放至外界大气；

S3、将饱和罐中吸附剂从吸附塔的进料口加入吸附塔中，同时将蒸汽由吸附塔的进气口通入吸附塔中，通过蒸汽对吸附剂进行加热，并间歇脉冲性向吸附塔中通入氮气，挥发性有机物在低压环境下脱附

S4、挥发性有机物随蒸汽和氮气从吸附塔的出气口排出，通过冷凝器冷却后收集冷凝液，混合气中的大部分有机物随冷凝液排出，氮气及少部分挥发性有机物通过管道重新进入流化床吸附塔中。

8.根据权利要求7所述环境工程污染治理的流化床吸附工艺，其特征在于，所述步骤S3中采用0.5MPa、140-150℃的低压蒸汽，脱附塔内压力为-50～-30kPa。

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