CN116867560A - 流化床吸附装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种吸附处理包括异味或挥发性有机化合物的有害成分的流化床吸附装置。本发明的用于使用吸附剂吸附废气中的污染成分的流化床吸附装置，包括：流化床腔室，具有废气流入部、废气排出部、吸附剂流入部和吸附剂排出部，并且用于吸附剂流动；以及多个板，在所述腔室内部，在所述吸附剂流入部和所述吸附剂排出部之间的空间中以多级形式配置，以形成所述吸附剂的多级流化床，所述多级流化床包括至少一个逆流流化床和至少一个并流流化床。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用吸附剂处理挥发性有机化合物和异味的装置，更详细地，涉及一种吸附处理包括异味或挥发性有机化合物的有害成分的流化床吸附装置。
背景技术
可使用多种方法来去除在工业现场中产生的包括异味或挥发性有机化合物(volatile organic compound)的废气。例如，可使用燃烧法、生物处理法、药液清洗法及吸附法等。
其中，吸附法是利用活性炭或沸石等吸附剂吸附挥发性有机化合物并将其脱附以处理浓缩的挥发性有机化合物的方法。作为吸附剂，活性炭具有无数的微孔和较宽的表面积，因此当苯或甲苯气体等分子量较大的挥发性有机化合物通过活性炭层时，大部分挥发性有机化合物通过范德华力流入低压的毛细管内部，挥发性有机化合物在该毛细管内部以冷凝的状态被吸附。这种吸附-脱附式浓缩氧化法具有可应用浓度范围广，安装成本和运行成本低，并且操作简单的优点。
通常，利用活性炭等吸附剂的挥发性有机化合物处理装置有设置填充吸附剂的多个吸附塔并交替反复执行吸附和脱附的固定式装置。这种方式的装置在需要处理的气体量大时通过反应器的气相的速度变快，因此可能会增加反应器的压力损失，并且在长期使用时可能会因其他异物污染而发生堵塞。
作为其他方式的挥发性有机化合物处理装置有使用蜂窝形态的旋转型吸附剂并利用转子旋转吸附剂以使气相通过蜂窝单元并与吸附剂接触的移动式装置，这种方式的装置具有系统昂贵且在长期使用时需要更换整个蜂窝转子的问题。
另一方面，已知有一种流化床式装置，其从塔上端降落活性炭，并通过从塔下端流入的废气使吸附剂流动，同时吸附挥发性有机化合物，并且使用单独设置的脱附装置对从塔下端获得的吸附剂进行脱附。通过吸附剂浓缩的挥发性有机化合物在温度和压力的作用下从吸附剂脱附，然后被燃烧和冷凝回收，并被再利用到发电、重整等后处理工艺中，而吸附剂得到再生。这种流化床式装置具有以下缺点，即，根据低流化速度而反应器尺寸受限，并且需要配套设备收集悬浮的固相物质，当提高流化速度时，固相颗粒可能会在气相上升力的作用下被排出，因此需要构建单独的收集设备。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种具有与包括挥发性有机化合物的废气的路径正交的吸附剂投入路径的流化床吸附装置。
并且，本发明的目的在于提供一种相对于废气流动形成逆流流化床和并流流化床以提高吸附效率的流化床吸附装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种流化床吸附装置，用于使用吸附剂吸附废气中的污染成分，其特征在于包括：流化床腔室，具有废气流入部、废气排出部、吸附剂流入部和吸附剂排出部，并且用于吸附剂流动；以及多个板，在所述腔室内部，在所述吸附剂流入部和所述吸附剂排出部之间的空间中以多级形式配置，以形成所述吸附剂的多级流化床，所述多级流化床包括至少一个逆流流化床和至少一个并流流化床。
在本发明中，所述吸附剂流入部可以被配置在所述腔室的上部，所述吸附剂排出部可以被配置在所述腔室的下部。
此时，所述废气流入部可以形成在所述腔室的第一侧部，所述废气排出部可以形成在面对所述废气流入部的所述腔室的第二侧部。
并且，在本发明中，所述多个板中的每一个可以具有面对所述第一侧部的一端和面对所述第二侧部的另一端，所述板的一端或另一端被配置为与所述腔室之间形成间隔。
在本发明中，所述废气流入部和所述废气排出部分别可以包括用于废气通过的网格或穿孔板。
在本发明中，所述多个板中的至少一部分板可以相对于垂直于重力的方向倾斜。
并且，在本发明中，所述多个板中的至少一部分板可以与垂直于重力的方向平行。
在本发明中，所述多个板中的至少一部分板可以具有用于废气通过的通气结构。所述通气结构可以由穿孔或打孔形成诸如圆形、四边形等多种形状的孔(hole)或狭缝的结构或者网格结构实现。
在本发明中，所述吸附剂流入部可以包括定量供应装置。并且，所述吸附剂排出部可以包括定量排出装置。
所述定量供应装置可以使用机械投入或利用气体的投入方法，但优选在使用两种方法时均构成在从上部流入的吸附剂沿着板流动时使其能够均匀移动的装置。优选地，使用长缸体形态的旋转阀，当在某一部分局部投入时，优选设置挡板(baffle)或扩散器(diffuser)，以向分散板均匀投入。
在本发明中，所述板可以具有平面、弯曲表面或波形表面。
(三)有益效果
根据本发明，在吸附腔室内的吸附剂中提供较长的流动路径，从而可以提高吸附效率。
并且，本发明可以提供一种相对于废气流动提供逆流和并流的吸附流动路径，从而具有高效率的流化床吸附装置。
附图说明
图1a和图1b分别是示意表示根据本发明的实施例的吸附装置的立体图和平面图。
图2是示出本发明的流化床吸附装置的向腔室流入和从腔室排出的废气和吸附剂的流动的示意图。
图3是用于说明本发明的流化床吸附装置中的流化床吸附机制的示意图。
图4a至图4c是示出根据本发明的另一实施例的吸附装置100的示意图。
图5是示出根据本发明的又一实施例的吸附装置100的示意图。
图6和图7是示出根据本发明的一个实施例的模块化的吸附系统的一个示例的图。
最佳实施方式
下面，参照附图详细描述本发明。
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。在描述本发明时，判断相关公知结构或功能的具体说明会混淆本发明的主旨的情况下，将省略其详细说明。
下面，在本发明的说明书中，术语挥发性有机化合物即指废气中的有机溶剂等挥发性有机化合物成分，也指异味成分等污染成分或有害成分。因此，在本发明的说明书中，术语挥发性有机化合物的成分可根据废气种类而不同，例如可以仅指异味成分，还可以指挥发性有机化合物成分，并且还可以指异味成分和挥发性有机化合物成分。
图1a和图1b分别是示意表示根据本发明的实施例的吸附装置的立体图和平面图。
参照图1a和图1b，流化床吸附装置100具有腔室110前表面部的用于包括挥发性有机化合物的废气流入的流入部130A和腔室110后表面部的废气排出部130B。
所述废气流入部130A和废气排出部130B具有废气通过的通气结构，通气结构可以由覆盖整个或部分所述前表面部或后表面部的网格实现。所述流入部130A和排出部130B优选形成在彼此面对的位置，但不限于此。
另外，所述腔室110上部具有用于吸附剂流入的吸附剂流入部150A和排出在腔室内部流动以吸附废气的吸附剂的吸附剂排出部150B。
如图所示，所述吸附剂流入部150A可以由形成在腔室上部的部分处的流入口或流入管道实现，排出部150B也是如此。
另外，在图1a和图1b中所述吸附剂流入部150A由圆形口实现，但本发明不限于此。例如，流入部150A可以包括流入机构，其使吸附剂在腔室整个上表面被均匀分散而流入。例如，可以包括在腔室上表面的长度方向上延伸的缸体形状的定量投入装置，例如缸体形旋转阀，并且在腔室上部可以具有与所述定量投入装置的缸体形状对应的长槽形态的口。
另外，在图中，所述流入部150A和排出部150B彼此面对而形成，但不限于此。并且，所述流入部150A或排出部150B还可以形成在邻接腔室的上表面或下表面的任意位置，而非形成在腔室的上表面或下表面。
另外，图1a和图1b示出了流化床吸附装置100为六边形的外观，但本发明的流化床吸附装置100的外观形状不限于此。例如，吸附装置的腔室可以由圆柱形状实现。此时，所述废气流入部130A和排出部130B可以在圆柱形的侧面形成在彼此面对的位置。
图2是示出本发明的流化床吸附装置的向腔室110流入和从腔室110排出的废气和吸附剂的流动的示意图。参照图2，从流化床吸附装置的角度来看，流入/排出的废气的流动和吸附剂的流动实质上是正交。
另外，与图1a和图1b不同，图2中示出了在废气流入部130A和排出部130B上附加了用于废气流入和废气排出的管道170A、170B的状态。由此，它可以连续地设置在其他有害气体处理设备之前或之后，以用作改善处理效率或选择性地处理预定成分的设备。
图3是用于说明本发明的流化床吸附装置100中的流化床吸附机制的示意图，其为从图1b的A-A'方向上观看的截面图。
參照图3，吸附剂10在流化床腔室110内部流动。吸附剂10沿着由多个板112形成的流动路径。
在本发明中，作为吸附剂，可以使用活性炭、氧化铝、二氧化硅、沸石、硅藻土、碳酸钙、珍珠岩等多孔物质的粉末或由这些多孔物质组合的粉末，或者使用通过热分解(pyrolysis)和活化(activation)球形树脂或沥青(pitch)而制成的单体活性炭即球状活性炭。优选地，作为本发明的吸附剂，最好使用流动性优异的球形颗粒。
所述多个板112将腔室内部分隔成流动区域C、D。吸附剂在腔室内部沿着通过板112分隔的流动区域C、D流动，最终吸附剂的流动呈之字形态，使得流化床的流动方向交替变化，并形成多级的流化床。
在本发明中，吸附剂在重力和废气流动的作用下在腔室内部流动。当然，本发明并不排除引入除废气流动以外的附加载气的流动。
在图3中，通过吸附剂流入口150A从腔室上端流入的吸附剂通过废气流动而流经板，并通过形成在第一个板末端的间隙向下一个板流动。如虚线箭头表示，在流动区域C中吸附剂的流动方向与废气流动方向相反。接着，通过流动区域C的吸附剂流入流动区域D，在此，如虚线箭头表示，吸附剂的流动方向与废气流动方向平行。
在本发明的说明书中，将吸附剂的流动方向具有面向废气流动方向的方向分量的流动称为逆流(counter-current flow)，将吸附剂的流动方向具有与废气流动方向相同的方向分量的流动称为并流(co-current flow)。因此，在图3中，在流动区域C中吸附剂形成逆流流化床，在流动区域D中吸附剂形成并流流化床。如图所示，在本发明中，流动区域C和流动区域D可以交替设计。
并且，如图所示，在逆流流化床和并流流化床之间可以具有吸附剂向下降落的降落区间。
在本发明中，为了形成逆流流化床和并流流化床，在多个板中全部或至少部分板可相对于地面(垂直于重力的方向)具有预定的倾斜角。在本发明中，倾斜(或倾斜度)可包括相对于地面的向上倾斜和向下倾斜。如图所示，流动区域C(逆流区域)是板相对于地面具有向下倾斜(θ1)的下坡(downhill)区间，流动区域D(并流区域)是板相对于地面具有向上倾斜(θ2)的上坡(uphill)区间。例如，在本发明中，相对于地面向上或向下的倾斜角可以是0°、1°以上、2°以上、3°以上、4°以上或5°以上。
并且，可以适当限制倾斜角的上限值，以形成流化床。例如，板相对于地面可以具有45°以下的倾斜角。所述上限值可以由箭头方向的气体流动的线速度(linear velocity)确定，当线速度快时，向上的倾斜角可能变大。当向下的倾斜角过大时，倾斜板失去作用，只能作为流体流动的阻力。虽然会根据情况而不同，但倾斜角优选为45度以下。
并且，在本发明中，所述多个板中的至少一部分板可以是供废气通过的通气结构。此时，所述通气结构可以由穿孔或打孔形成诸如圆形、四边形等多种形状的孔(hole)或狭缝的结构或者网格结构实现。
另外，虽然图3中示出的板是平面的，但本发明并不限于此。例如，板可以具有折曲或弯曲的表面。这种形状可能会影响吸附剂的流动。例如，具有折曲表面或弯曲表面的板可以根据流动位置而被赋予不同的倾斜角。由此，可以对一个板赋予多种倾斜度以调节流动。
作为另一个例子，所述板还可以具有曲面。例如，所述板还可以具有上下变动的波形表面，并在板中形成与吸附剂流动方向平行的多个峰和谷，从而使吸附剂在板的整个宽度上均匀分布而流动。
在腔室内部流动的吸附剂10通过下端的排出口150B被排出到腔室外部。用于处理被排出的吸附剂的系统可以设置在所述吸附装置后端。例如，可以具有用于脱附被吸附到吸附剂中的挥发性有机化合物的微波、红外灯、面状加热件、蜂窝式加热件或减压装置等脱附装置、通过氧化或冷凝由脱附装置进行脱附的空气来去除挥发性有机化合物的挥发性有机化合物去除装置。氧化脱附空气的方式有多种，例如可以应用催化氧化方法。
具体实施方式
图4a至图4c是示出根据本发明的另一实施例的吸附装置100的示意图。
首先，参照图4a，示出了由多个板112分隔的流动区域C、D。在图4a中，流动区域C是板相对于地面向下倾斜的下坡(downhill)区间，对应于逆流区域，流动区域D是板相对于地面向下倾斜的下坡区间，相当于并流区域。可知图4a的逆流区域和并流区域均由下坡区间构成。
接着，参照图4b，流动区域C、D均由平行于地面的板分隔。这种结构是难以通过自重而发生吸附剂的流动的结构，因此可以附加用于吸附剂流动的单独的降落机构，这将在后面结合图5进行说明。例如，在所述板112和腔室的后表面部之间可以具有用于吸附剂向下降落的槽。这种结构可以抑制被废气堆积的吸附剂过多地滞留在没有流体力作用的区域。
并且，该技术领域的普通技术人员应该知晓用倾斜板代替部分平行于地面的板可以诱导逆流的流动。
另外，参照图4c，吸附装置中同时使用用于分隔流动区域C、D的倾斜板112和平行板112。
流动区域C是相对于地面向下倾斜的下坡(downhill)区间，对应于逆流区域，流动区域D是板相对于地面不倾斜的平行区间，对应于并流区域。
图5是示出根据本发明的又一实施例的吸附装置100的示意图。
参照图5，板112的前端与废气流入部130A隔开df距离，后端与废气排出部130B隔开dr距离。隔开距离用作吸附剂从一个流动通道流动到另一个流动通道的通路。在本发明中，可以考虑吸附剂的流动而适当地设计各板的前端部隔开距离df和后端部隔开距离dr。并且，各板的前端部隔开距离和后端部隔开距离可以具有不同的值。如上所述的隔开距离可以实现吸附剂向下降落，从而能够抑制流动停滞。
本发明的吸附装置可以以模块化的系统来提供。图6和图7是示出根据本发明的一个实施例的模块化的吸附系统的一个示例的图。
参照图6，吸附装置100A和吸附装置100B相对于废气流入路径并联连接。这种吸附装置的配置具有能够大面积、大容量地处理废气的优点。
参照图7，吸附装置100C和吸附装置100D相对于废气流入路径串联连接。这种吸附装置的配置具有能够提高废气处理效率的优点。
虽然没有另行说明，但本领域的普通技术人员能够知晓还可以同时采用图6的并联连接和图7的串联连接来处理大容量的气体并提高处理效率。
工业实用性
本发明可用于工业现场等的挥发性有机化合物和异味等废气吸附处理装置中。
Claims (12)
1.一种流化床吸附装置，用于使用吸附剂吸附废气中的污染成分，其特征在于，包括：
流化床腔室，具有废气流入部、废气排出部、吸附剂流入部和吸附剂排出部，并且用于吸附剂流动；以及
多个板，在所述腔室内部，在所述吸附剂流入部和所述吸附剂排出部之间的空间中以多级形式配置，以形成所述吸附剂的多级流化床，
所述多级流化床包括至少一个逆流流化床和至少一个并流流化床。
2.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述吸附剂流入部被配置在所述腔室的上部，
所述吸附剂排出部被配置在所述腔室的下部。
3.根据权利要求2所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述废气流入部形成在所述腔室的第一侧部，
所述废气排出部形成在面对所述废气流入部的所述腔室的第二侧部。
4.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述多个板中的每一个具有面对所述第一侧部的一端和面对所述第二侧部的另一端，
所述板的一端或另一端被配置为与所述腔室之间形成间隔。
5.根据权利要求3所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述废气流入部和所述废气排出部分别包括用于废气通过的网格或穿孔板。
6.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述多个板中的至少一部分板相对于垂直于重力的方向倾斜。
7.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，所述多个板中的至少一部分板与垂直于重力的方向平行。
8.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述多个板中的至少一部分板具有用于废气通过的通气结构。
9.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述吸附剂流入部包括定量供应装置。
10.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述吸附剂排出部包括定量排出装置。
11.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述板具有弯曲表面。
12.根据权利要求1所述的流化床吸附装置，其特征在于，
所述板具有波形表面。
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