CN116672846A - 气体吸附浓集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气体吸附浓集装置，包括吸附部和再生部。吸附部包括至少一个设置有多级吸附单元的吸附模块，吸附单元构成为设置有吸附剂的固定吸附床，当含有吸附质和基础成分的吸附气体穿过吸附模块时，吸附质被吸附单元内的吸附剂吸附。再生部包括至少一个设置有多级吸附单元的脱附模块，当高温脱附气体通过脱附模块时，吸附单元内的吸附质被脱附并由脱附气体携带流出。吸附单元通过吸附单元移动装置在吸附部和再生部之间传递，并在吸附和脱附过程中循环流转。上述装置能解决大流量气体吸附浓集装置在吸附作业时的高风阻和脱附作业时的低效率问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体吸附浓集装置，更具体地说，本发明涉及一种用吸附法浓集挥发性有机污染物的棋盘式气体吸附浓集装置。
背景技术
“空速”在技术上是借用化学领域催化剂在催化反应效率上的一个技术指标，是指规定的条件下，单位时间单位体积催化剂处理的气体量，环保领域把催化剂换成了吸附剂，单位通常为m3/(m3催化剂·h)，可简化为h-1。
在大流量固定床气体吸附浓集装置中，吸附床的风阻是一个显著影响整个系统能耗的影响因素。在保持一定空速的前提下减小吸附床的厚度、降低气流速度可以显著减小吸附床的风阻，而去除效率仍能得到保障。
在同样由本发明的申请人提交的中国发明专利文件CN110013736A公开的一种吸附分离装置中，包括分别由多个吸附单元组成的吸附序列、脱附序列和热再生序列三个功能处理模块。该吸附分离装置可以实现污染物变温吸附法处理过程中极高的去除效率、极高的污染物浓缩比例和最大限度的热利用效率。
在上述技术方案中，吸附序列、脱附序列和热再生序列在吸附单元的有序流动中采用单一串联方式。在具体应用中，由于吸附过程的吸附质通常浓度很低，吸附气体流量和脱附气体流量的比值通常为几十到几百，甚至高达几千，这也正是该装置高浓缩比例的技术优势所在。
然而，为了实现高浓缩比和吸附单元在各吸附功能模块之间的流动平衡，脱附序列和热再生序列只能以极小的流量低效工作。吸附功能模块风量大风速高，高风阻问题于是更加突出。分配在吸附序列、脱附序列和热再生序列中的吸附单元数量相差无几，设备的资源在脱附序列和热再生序列处于极低效率利用状态。
为此，业内亟需设计一种气体吸附浓集装置，该装置能解决大流量气体吸附浓集装置在吸附作业时的高风阻和脱附作业时的低效率问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能解决吸附作业时的高风阻和脱附作业时的低效率问题的气体吸附浓集装置。
根据本发明的气体吸附浓集装置包括吸附部和再生部，吸附部包括至少一个设置有多级吸附单元的吸附模块，吸附单元构成为设置有吸附剂的固定吸附床，当含有吸附质和基础成分的吸附气体穿过吸附模块时，吸附质被吸附单元内的吸附剂吸附，再生部包括至少一个设置有多级吸附单元的脱附模块，当高温脱附气体通过脱附模块时，吸附单元内的吸附质被脱附并由脱附气体携带流出。该气体吸附浓集装置的特征在于，吸附单元通过吸附单元移动装置在吸附部和再生部之间传递，并在吸附和脱附过程中循环流转。
在一个较佳实施例中，当吸附部包括多个吸附模块时，吸附模块可以以并联的关系布置。
在又一个较佳实施例中，气体吸附浓集装置还可以包括设有活动接口的连接管路，连接管路实现吸附部的各吸附模块内的吸附单元的串联连接以及各吸附模块之间的并联连接。
或者，连接管路还可以实现再生部的各脱附模块内的吸附单元的串联连接以及各脱附模块之间的并联连接。
在再一个较佳实施例中，吸附单元移动装置可以具有棋盘式传输装置的型式，棋盘式传输装置由固定在地面的多个呈棋盘式分布的动力托轮动盘和固定在吸附单元上且与动力托轮动盘匹配的移动轨道底座组成，承载吸附单元的移动轨道底座在动力托轮动盘之间沿相互垂直的两个方向移动，由此实现吸附单元在吸附部与再生部之间的传递，以及吸附单元在吸附模块与脱附模块内部的传递。
较佳的是，动力托轮动盘的托轮可以设置有液压升降油缸，液压升降油缸通过控制托轮的升降来实现吸附单元接口与其下方的连接管路3的活动接口3之间的对接和脱离。
在又一个较佳实施例中，脱附模块可以为变温变压脱附装置。在该实施例中，脱附模块由使用热风脱附并利用热氧化焚烧装置摧毁有机污染物的变温脱附装置替换为使用负压及升温负压脱附利用冷凝回收有机污染物的变温变压脱附装置。
在再一个较佳实施例中，气体吸附浓集装置还设置有分列于吸附部和再生部两侧的吸附单元存储部，吸附单元存储部将完成饱和吸附的饱和吸附单元脱离吸附部和/或将完成脱附再生的空白吸附单元脱离再生部的连接管路并根据需要重新加入连接管路。
根据本发明的气体吸附浓集装置具有以下有益效果：
(i)有效地解决了大流量气体吸附浓集装置吸附作业时的高风阻和脱附作业时的低效率问题。
(ii)能够根据吸附气体的流量设置链节的数量，无需改变设备的主要零部件规格即可实现设备流量负载的大幅度变化。
(iii)能够针对与不同吸附气体的处理工艺，按浓缩比优化配置脱附模块的再生处理能力和吸附模块的吸附处理能力。
(iv)对于确定配置的吸附浓集装置，能够通过调整吸附部的吸附模块的循环周期与脱附模块的脱附风量来适应吸附气体风量、浓度的大幅度变化；对于设置有多个脱附模块的装置，还能够选择通过开启不同数量的脱附模块来适应吸附气体风量、浓度更大幅度的变化。
(v)同时继承了诸如专利文件CN110013736A公开的吸附分离装置在脱附再生过程中高效节能的技术优点。
(vi)通过设计吸附单元存储部，允许吸附浓集装置的吸附功能和脱附功能在时间上能够分离。这样，高浓度、大风量且断续作业的排放源的脱附与摧毁流程能够连续工作，而无需进入开关机时的高能耗和不稳定状态，从而达到节能降耗的目的。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1a是根据本发明的气体吸附浓集装置的基本结构示意图；
图1b是图1a装置中的吸附单元移动装置的动力托轮动盘的俯视示意图；
图2是吸附单元移动装置的动力托轮动盘、移动轨道底座、吸附单元的管路对接装置的结构关系示意图；
图3a示出了设置有两个吸附模块和一个脱附模块的气体吸附浓集装置；
图3b是图3a装置中的吸附单元移动装置的动力托轮动盘的俯视示意图；
图4示出了设置有四个吸附模块和一个脱附模块的气体吸附浓集装置；
图5示出了设置有变压变温脱附模块的气体吸附浓集装置；
图6示出了设置有六个吸附模块和两个脱附模块的气体吸附浓集装置；
图7示出了设置有吸附单元存储部的气体吸附浓集装置。
附图标记说明
S1 吸附部
S01 吸附单元
S011 移动轨道底座
S012 吸附单元接口
S02 动力托轮动盘
S02-1 单轨托轮动盘
S02-2 双轨托轮动盘
S02-3 过渡托轮
S021 托轮
S022 液压升降油缸
S023 电机
S024 皮带
S03 连接管路
S031 活动接口
S032 废气收集转移装置
S033 废气氧化焚烧装置
S034 废气风机
S035 排放烟囱
S036 脱附风机
S037 脱附气体过滤装置
S041 节流阀
S042 真空泵
S043 储液罐
S044 冷凝器
S045 减压阀
S046 气体加热器
S11 吸附模块
S2 再生部
S21 脱附模块
具体实施方式
实施例1基本功能设置的气体吸附浓集装置
参见附图1a、1b和2，根据本发明的气体吸附浓集装置包括吸附部S1和再生部S2。吸附部S1包括一个设置有三级吸附单元S01的吸附模块S11。再生部S2包括一个设置有三级吸附单元S01的脱附模块S21，其中两级为脱附功能，一级为热回收功能。吸附单元S01通过吸附单元移动装置在吸附部S1和再生部S2之间传递，并在吸附和脱附过程中循环流转。
上述吸附单元移动装置具有棋盘式传输装置的型式。棋盘式传输装置由固定在地面的多个呈棋盘式分布的动力托轮动盘S02和固定在吸附单元S01上且与动力托轮动盘S02匹配的移动轨道底座S011组成。动力托轮动盘S02分为单轨托轮动盘S02-1和双轨托轮动盘S02-2两种，其中，单轨托轮动盘S02-1设置有两组共六个托轮S021，因此只能承载吸附单元S01沿横向或竖向的一维方向运动，该一维方向运动在图1b中用单个空心箭头标识；双轨托轮动盘S02-2设置有四组共十二个托轮S021，因此能够承载吸附单元S01沿横向和竖向的二维方向运动，该二维方向运动在图1b中用两个空心箭头标识。
如图2所示，上述两种动力托轮动盘S02的托轮S021均设置有液压升降油缸S022，其作用是通过控制托轮S021的升降来实现吸附单元接口S012与其下方的活动接口S031的对接和脱离。此外，在双轨托轮动盘S02-2上还同时实现了吸附单元S01横向和竖向运动的转换。动力托轮动盘S02的每组托轮S021的运动由电机S023通过皮带S024传动同步驱动。在吸附单元S01需要跨越的间距较大的动力托轮动盘S02之间还设置有过渡托轮S02-3，目的是辅助动力托轮动盘S02平稳地输送吸附单元S01。
上述气体吸附浓集装置通过设置有活动接口S031的连接管路S03实现吸附部/再生部的各吸附模块/脱附模块内的吸附单元S01的串联连接以及各吸附模块/脱附模块之间的并联连接。
如图1a所示，该实施例还外设有废气收集转移装置(WG)S032、废气氧化焚烧装置(RTO)S033、废气风机S034、排放烟囱S035、脱附风机S036和脱附气体过滤装置S037等构件。
图1a和1b中的虚线圆圈表示吸附单元S01周转时不与连接管路S03连接、仅供暂时停顿的空白工位。
工作时，来自废气收集转移装置S032的污染废气依次通过图中标识为6号、5号和4号的三个吸附单元后，有机污染物被这些吸附单元内的吸附剂吸附滞留，然后通过废气风机S034、排放烟囱S035达标排放。来自脱附气体过滤装置S037和脱附风机S036的脱附气体经过图中标识为3号的吸附单元预热再通过废气氧化焚烧装置S033进一步加热，然后依次通过图中标识为2和1号的吸附单元，携带脱出的有机污染物再次进入废气氧化焚烧装置S033，氧化焚烧后进入排放烟囱S035达标排放。当图中标识为6号的吸附单元吸附足够多的有机污染物达到动态饱和状态后，所有吸附单元S01的吸附单元接口S012与活动接口S031脱离，所有吸附单元S01按图中箭头指示方向顺序运动，结果是图中标识为6号的吸附单元运动到图中标识为1号的吸附单元原先所在的位置，图中标识为5号的吸附单元运动到图中标识为6号的吸附单元原先所在的位置，以此类推，直至所有吸附单元S01的吸附单元接口S012与活动接口S031对合，整个装置开始下一时间段的功能运行。
该实施例展示了棋盘式气体吸附浓集装置最基本的功能设置，主要用来说明功能原理，还不能实现技术说明中列举的本发明的诸多的技术优势。
实施例2设置有两个吸附模块和一个脱附模块的气体吸附浓集装置
参见附图3a和3b，该装置在实施例1的基础上增加了一个吸附模块。吸附模块S11A和吸附模块S11B呈并联关系同时工作，但工作时段安排需要错开，即两个吸附模块S11A、S11B与脱附模块S21交替交换的吸附单元的时间间隔均匀一致。当吸附模块S11A的最上游吸附单元(图中标识为6号)饱和时，吸附模块S11A和脱附模块S21的所有吸附单元S01的吸附单元接口S012与活动接口S031脱离，所有吸附单元S01按图中箭头指示方向逆时针运动，结果是图中标识为6号的吸附单元运动到图中标识为1号的吸附单元原先所在的位置，图中标识为5号的吸附单元运动到图中标识为6号的吸附单元原先所在的位置。吸附模块S11B的最上游吸附单元(图中标识为9号)饱和时，吸附模块S11B和脱附模块S21的所有吸附单元S01的吸附单元接口S012与活动接口S031脱离，所有吸附单元S01按图中箭头指示方向顺时针运动，结果是图中标识为9号的吸附单元运动到上次切换的图中标识为6号的吸附单元原先所在的位置，图中标识为8号的吸附单元运动到图中标识为9号的吸附单元原先所在的位置。如此循环往复。工作时，废气和脱附气体在连接管路S03中的走向亦如图中所示。
实施例3设置有四个吸附模块和一个脱附模块的气体吸附浓集装置
参见附图4，该装置在实施例2的基础上再增加了两个吸附模块，同时增加了一个热回收吸附单元和一个待脱附吸附单元，目的是在不增加占地面积和提高装置复杂性的情况下进一步提高该装置脱附过程的热利用效率同时免除了在脱附模块中吸附单元切换过程中等待吸附单元从吸附模块运动到脱附模块的等待时间。
各吸附模块呈并联关系同时工作，工作时段按顺序均匀错开，即四个吸附模块与脱附模块交替交换的吸附单元的时间间隔均匀一致。
实施例4设置有变压变温脱附模块的气体吸附浓集装置
参见附图5，该装置在实施例1的基础上将脱附模块由使用热风脱附并利用热氧化焚烧装置摧毁有机污染物的变温脱附装置替换为使用负压及升温负压脱附利用冷凝回收有机污染物的变温变压脱附装置。
该装置的吸附模块与实施例1并无实质区别。
该装置的脱附模块包括两个吸附单元，其中图中标注为2号的吸附单元为负压脱附方式，外设的功能部件包括脱附气体过滤装置S037、节流阀S041、真空泵S042、储液罐S043和冷凝器S044。图中标注为1号的吸附单元为加热负压脱附方式，外设的功能部件包括减压阀S045、脱附风机S036和气体加热器S046。用以上两种方式脱附出的有机废气经冷凝器S044液化后进入储液罐S043存储利用，仍含有有机污染物的不凝气重新回到废气进气管路。
该装置也适合多个吸附模块对应一个再生脱附模块的设计。
实施例5设置有六个吸附模块和两个脱附模块的气体吸附浓集装置
参见附图6，该装置设置有六个吸附模块和两个脱附模块。单个吸附模块和脱附模块的具体设置与实施例3无异，六个吸附模块呈并联关系，吸附单元可以在六个吸附模块和两个脱附模块之间流转。在废气浓度降低时可以关闭其中一个脱附模块，进一步提高废气的浓缩比，降低脱附能耗。
实施例6设置有吸附单元存储部的气体吸附浓集装置
参见附图7，该装置在实施例2的基础上增加了一个热回收吸附单元和一个待脱附吸附单元，其作用在实施例3中已有叙述，在此之上设置了吸附单元存储部。吸附单元存储部分成两部分，分列于吸附部S1和再生部S2的两侧。吸附部S1中吸附单元的运输方式可以采用与吸附部S1和再生部S2相同的方式。
通过设计吸附单元存储部，允许吸附浓集装置的吸附功能和脱附功能在时间上能够分离。例如两者之一连续工作而另一个断续工作，或者两者均断续工作，但工作在完全不同的时段等等。在具体应用中，脱附功能连续工作而吸附功能断续工作，高浓度、大风量且断续作业的排放源的脱附与摧毁流程能够连续工作，而无需进入开关机时的高能耗和不稳定状态，从而达到节能降耗的目的。
Claims (8)
1.一种气体吸附浓集装置，包括吸附部(S1)和再生部(S2)，
所述吸附部(S1)包括至少一个设置有多级吸附单元(S01)的吸附模块(S11)，所述吸附单元(S01)构成为设置有吸附剂的固定吸附床，当含有吸附质和基础成分的吸附气体穿过所述吸附模块(S11)时，所述吸附质被所述吸附单元(S01)内的所述吸附剂吸附，
所述再生部(S2)包括至少一个设置有多级吸附单元(S01)的脱附模块(S21)，当高温脱附气体通过所述脱附模块(S21)时，所述吸附单元(S01)内的所述吸附质被脱附并由脱附气体携带流出，
其中，所述吸附单元(S01)通过吸附单元移动装置在所述吸附部(S1)和所述再生部(S2)之间传递，并在吸附和脱附过程中循环流转。
2.如权利要求1所述的气体吸附浓集装置，其特征在于，当所述吸附部(S1)包括多个吸附模块(S11)时，所述吸附模块(S11)以并联的关系布置。
3.如权利要求1所述的气体吸附浓集装置，其特征在于，所述气体吸附浓集装置还包括设有活动接口(S031)的连接管路(S03)，所述连接管路(S03)实现所述吸附部(S1)的各吸附模块(S11)内的所述吸附单元(S01)的串联连接以及各吸附模块(S11)之间的并联连接。
4.如权利要求1所述的气体吸附浓集装置，其特征在于，所述气体吸附浓集装置还包括设有活动接口(S031)的连接管路(S03)，所述连接管路(S03)实现所述再生部(S2)的各脱附模块(S21)内的所述吸附单元(S01)的串联连接以及各脱附模块(S21)之间的并联连接。
5.如权利要求1所述的气体吸附浓集装置，其特征在于，所述吸附单元移动装置具有棋盘式传输装置的型式，所述棋盘式传输装置由固定在地面的多个呈棋盘式分布的动力托轮动盘(S02)和固定在所述吸附单元(S01)上且与所述动力托轮动盘(S02)匹配的移动轨道底座(S011)组成，承载所述吸附单元(S01)的所述移动轨道底座(S011)在所述动力托轮动盘(S02)之间沿相互垂直的两个方向移动，由此实现所述吸附单元(S01)在所述吸附部(S1)与所述再生部(S2)之间的传递，以及所述吸附单元(S01)在所述吸附模块(S11)与所述脱附模块(S21)内部的传递。
6.如权利要求5所述的气体吸附浓集装置，其特征在于，所述动力托轮动盘(S02)的托轮(S021)设置有液压升降油缸(S022)，所述液压升降油缸(S022)通过控制所述托轮(S021)的升降来实现所述吸附单元接口(S012)与其下方的连接管路(S03)的活动接口(S031)之间的对接和脱离。
7.如权利要求1所述的气体吸附浓集装置，其特征在于，所述脱附模块为变温变压脱附装置。
8.如权利要求1所述的气体吸附浓集装置，其特征在于，所述气体吸附浓集装置还设置有分列于所述吸附部(S1)和所述再生部(S2)两侧的吸附单元存储部，所述吸附单元存储部将完成饱和吸附的饱和吸附单元脱离所述吸附部(S1)和/或将完成脱附再生的空白吸附单元脱离所述再生部(S2)的所述连接管路(S03)并根据需要重新加入所述连接管路(S03)。
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