CN117427457A - 一种灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，属于有机废气治理工艺。本发明针对低浓度挥发性有机废气连续或不连续生产的工况，整体采用预处理+沸石分子筛吸附+催化燃烧脱附的工艺进行治理，系统采用多组并联的吸附装置和脱附装置进行配置，可实现吸附‑脱附的自由切换；脱附工艺采用三级换热和催化燃烧工艺，一方面对脱附出来的高浓度有机废气进行氧化分解，另一方面为脱附的新风提供热量。采用三级换热工艺对脱附过程中热量进行分阶段回收，最大限度降低整个脱附系统的能耗，具有处理更高效、运行成本更低的优势。
Description
技术领域
本发明属于有机废气治理工艺的领域，具体涉及一种灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺。
背景技术
在废气治理领域除了粉尘治理、二氧化硫、氮氧化物减排开始较早，也是目前治理效果比较好的板块。有机废气治理是近些年才受到越来越大的重视。尤其是在《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822-2019）发布之后，挥发性有机废气的治理工作提升了新的台阶，尤其在喷涂、印刷、电子等行业，加强挥发性有机废气的收集效率与治理效果成为大家的共识。
目前在有机废气治理领域主要采用的工艺有：吸附法、吸收法、燃烧/催化燃烧法、高级氧化法、生物法和掩蔽法。针对废气连续产生的工况，通常采用沸石转轮吸附+蓄热式热力焚烧/催化燃烧工艺。针对废气不连续产生的工况，通常采用活性炭吸附+催化燃烧脱附工艺，传统的脱附工艺很难实现吸附、脱附的灵活切换，并且脱附工程会造成大量的热损失，造成较严重的资源浪费。
因此，针对低浓度、非连续产生有机废气工况，开发更高效、增强热量回收、运行成本更低的治理工艺将非常有意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提出了一种灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，有效处理挥发性有机废气的同时，最大限度地降低脱附系统的能耗。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，包括吸附工艺、脱附工艺和冷却工艺，在吸附工艺-脱附工艺-冷却工艺互不影响的前提下，实现吸附-脱附-冷却的自由切换；所述脱附工艺通过引入新风，先利用热泵和脱附换热器进行二级升温，调节阀门控制对应吸附装置进行热风脱附处理，脱附出来的有机物会伴随热风在热管换热器进行第三次升温，再进入催化燃烧炉进行氧化分解，分解后的气体进行热管换热器-脱附换热器-热泵的三级降温后排入大气；脱附过程采用三级换热，满足脱附和催化燃烧两种工况温度的需求，对废气中的热量分步回收，降低系统脱附工艺过程中的热量损耗。
进一步地，所述吸附工艺为：根据收集到的有机废气的量，在离心风机的作用下，排入其中一台或两台吸附装置中或同时排入三台吸附装置进行吸附，废气中的有机成分会被吸附剂吸附，剩下净化后的气体通过排气筒排入大气。
进一步地，所述脱附工艺为：当单台或多台吸附装置吸附至饱和时，通过引入新风，并利用三级换热装置对新风逐步加热，调节阀门控制对应吸附装置进行热风脱附处理，脱附出来的有机物会伴随热风进入催化燃烧炉进行氧化分解。
进一步地，所述冷却工艺为：经过脱附处理之后的吸附剂需要冷却后，才能再次进入吸附工作状态，根据需要调节对应的阀门，通过新风对吸附剂进行降温，待吸附剂温度降至35℃以下，即可重新进入吸附工作状态。
进一步地，所述三级换热为，
脱附前新风升温阶段：新风进入热泵冷凝器进行第一次换热升温-新风进入脱附换热器进行第二次换热升温-脱附后的废气进入热管换热器实现第三次换热升温；
脱附后的新风降温阶段：流出催化燃烧炉的气体经过热管换热器进行第一次换热降温-在脱附换热器中进行第二次换热降温-到达热泵进行第三次的降温。
进一步地，所述脱附温度为120℃-180℃。
进一步地，所述催化燃烧温度为250℃-300℃。
进一步地，所述吸附装置中的吸附剂为沸石分子筛。
进一步地，所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺的步骤如下：
（1）每台沸石分子筛吸附装置的前后脱附阀关闭，根据收集到的有机废气的量，打开吸附阀，在离心风机的作用下，排入其中一台或两台吸附装置中或同时排入三台吸附装置进行吸附，废气中的有机成分会被吸附剂吸附，剩下净化后的气体通过排气筒排入大气；
（2）当单台或多台吸附装置吸附至饱和时，进入脱附状态，其前后吸附阀门关闭，脱附阀门打开，脱附总阀01和脱附总阀02打开，内循环阀打开，降温排气阀关闭；引入新风，在脱附风机的作用下，新风经过滤器过滤后，首先进入热泵系统的冷凝器，初步升温至80℃；再经过脱附换热器升温，提升至120℃，然后进入需要脱附的吸附装置，在热风作用下，吸附的有机物从吸附剂中脱附出来，经过阻火器、脱附风机后，进入热管换热器，温度提升至250℃，然后进入催化燃烧炉，在催化剂的作用下有机物被氧化分解，净化后的高温气体经过热管换热器初步降温至200℃，到达脱附换热器进行第二次降温，降温至130℃-150℃；再流入热泵进行第三次降温，最终通过排气筒排入大气，温度低于70℃；
（3）经过脱附之后的吸附剂需要冷却后，才能再次进入吸附工作状态，此时保持吸附装置前后脱附阀门打开，吸附阀门关闭，脱附总阀01打开，脱附总阀02关闭，内循环阀关闭，降温排气阀打开，通过新风对吸附剂进行降温，待吸附剂温度降至35℃，重新进入吸附工作状态。
进一步地，整个系统中的吸附、脱附工艺灵活切换，脱附启动时间短。
相比于现有技术，本发明的优点：
1）本发明的系统吸附、脱附可灵活切换，脱附启动时间短，可根据生产工艺开机实际，灵活调整工作状态，确保有机废气得到高效净化的前提下，降低系统能耗，节约成本。
2）本发明采用三级换热，满足脱附温度和催化燃烧两种不同工况的温度需求，同时采用热泵技术对废气中的余热进一步回收，降低系统脱附过程中的热量损耗。
3）本发明通过设置内循环阀及管路，提升脱附风量，加快吸附剂升温，缩短脱附时间，同时通过内循环阀和脱附总阀的开度调整，对进入催化燃烧炉的有机物浓度进行控制，确保催化燃烧炉出于最优工作状态。
4）本发明设置单独的降温管路及降温排气阀，可以在对吸附剂降温的同时，保持催化燃烧炉的炉温，待吸附降温完成后可快速切换其他吸附装置进入脱附状态，无需等待催化燃烧炉再次升温。提升工作效率。
5）本发明采用沸石分子筛作为吸附剂，可以满足更高的脱附温度，同时由于沸石分子筛本身为无机材料，安全性更好。
附图说明
图1为本发明VOCs废气治理工艺的流程文字说明图。
图2为本发明VOCs废气治理工艺中吸附阶段的流程文字说明图。
图3为本发明VOCs废气治理工艺中脱附阶段的流程文字说明图。
图4为本发明VOCs废气治理工艺中冷却阶段的流程文字说明图。
图5为现有技术公开的VOCs废气治理工艺的流程文字说明图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种VOCs废气治理工艺所需装置，包括：吸附工艺装置、脱附工艺装置和三级换热装置。
如图2所示，吸附工艺装置包括：有机废气收集装置、吸附阀01、吸附阀02、吸附阀03、吸附阀04、吸附阀05、吸附阀06、沸石分子筛吸附装置、离心风机和排气筒；其中，所述有机废气装置用于收集连续或不连续生产的低浓度喷涂油漆过程中产生的VOCs，有机废气收集装置通过吸附阀01、吸附阀03和吸附阀05分别与三台沸石分子筛吸附装置并联连接，三台沸石分子筛吸附装置通过吸附阀02、吸附阀04和吸附阀06与离心风机相连，离心风机再通过连接的排气筒，将吸附VOCs净化后的气体排入大气中。
如图3所示，脱附工艺装置包括：新风过滤器、热泵（蒸发器、压缩机和冷凝器）、脱附换热器、脱附总阀01、脱附阀01、脱附阀02、脱附阀03、脱附阀04、脱附阀05、脱附阀06、沸石分子筛吸附装置、阻火器、脱附风机、内循环阀、脱附总阀02、热管换热器、催化燃烧炉、排气筒；其中，脱附工艺主要包括，在脱附风机的作用下，当新风经过新风过滤器过滤时，会进入热泵的冷凝器进行初次升温，升温后新风由室温升高至80℃左右，此时进入脱附换热器进行第二次升温，在经过脱附换热器第二次升温后，新风温度提升至120℃左右，然后通过打开脱附总阀01和根据实际需要选择性打开脱附阀01、脱附阀03和脱附阀05，使热风分别进入需要脱附的吸附装置。在热风作用下，吸附装置中吸附的有机物会从吸附剂中脱附出来，并在热风的带动下，经过阻火器、脱附风机后，由于需要保证催化燃烧炉中反应正常高效地进行，避免所有的热风全部进入催化燃烧炉造成催化燃烧的不彻底，所以设置内循环阀，使一部分气流重新汇入新风，进行对吸附装置的循环脱附；一部分热风经过内循环阀与后续新风共同继续对吸附装置进行脱附，一部分通过脱附总阀02进入热管换热器，在热管换热器的升温作用下，温度上升为250℃并流入催化燃烧炉，催化燃烧炉的炉温为250℃-300℃，在催化剂的作用下有机物被氧化分解，净化后的高温气体经过热管换热器，进行第一次换热降温，温度降低为200℃，到达脱附换热器，进行第二次换热降温，温度降低为130℃-150℃；流出脱附换热器的气体再流入热泵的蒸发器，经过压缩机的带动下到达冷凝器进行第三次换热降温，换热后的气体温度降低为80℃以下，最后从冷凝器排出的气体通过蒸发器流进排气筒，实现气体的净化和热量的三级换热回收。
如图4所示，冷却工艺装置包括：新风过滤器、冷凝器、脱附换热器、脱附总阀01、脱附阀01、脱附阀02、脱附阀03、脱附阀04、脱附阀05、脱附阀06、沸石分子筛吸附装置、阻火器、脱附风机、降温排气阀和排气筒；其中，在脱附风机的作用下，新风从新风过滤器进入冷凝器，此时不需要进行换热直接流出并进入脱附换热器，由于脱附工艺完成后，才进行冷却工艺，所以只需关闭脱附工艺中的催化燃烧炉，停止热源的供应，流入脱附换热器中新风不需进行换热，继续通过脱附总阀01和根据需要冷却的沸石分子筛吸附剂，打开对应的脱附阀01、脱附阀03和脱附阀05对吸附剂进行冷却，新风带走吸附剂中的热量后通过脱附阀02、脱附阀04或/和脱附阀06汇入阻火器和脱附风机，最终通过降温排气阀流入排气筒，排进大气中。
实施例2
一种灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺是采用实施例1中的各装置及其连接方式进行，针对低浓度挥发性有机废气采用预处理+沸石分子筛吸附+催化燃烧脱附的工艺进行治理，步骤如下：
（1）对喷涂油漆过程中，连续或者不连续生产的有机废气（主要为：苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、异丁醇和丙酮等）进行收集；
（2）收集到的有机废气，在离心风机的作用下，同时排入三台沸石分子筛吸附装置进行吸附，如图1或图2所示，此时每台沸石分子筛吸附装置的前后脱附阀关闭，吸附阀打开，有机废气在离心风机的作用下通过沸石分子筛吸附装置，其中的有机成份会被吸附介质吸附，剩下净化后的气体通过排气筒排入大气；
（3）当单台或多台吸附装置吸附至饱和时，如果直接再进行有机废气的处理，其吸附效率会大打折扣。此时就需进入脱附状态，根据实际每台吸附装置的沸石分子筛吸附情况，自主选择对三台沸石分子筛吸附装置前后吸附阀门的关闭，脱附阀门打开、脱附总阀01和脱附总阀02打开、内循环阀打开，降温排气阀关闭。如图3所示，在脱附风机的作用下，新风经新风过滤器过滤后，首先进入热泵系统的冷凝器进行初步升温，升温后新风由常温升高至80℃，再进入脱附换热器进行第二次换热升温，在经过脱附换热器升温后，新风温度提升至120℃左右，然后通过脱附总阀01和脱附阀01、脱附阀03和脱附阀05分别进入需要脱附的吸附装置。在热风作用下，吸附装置中吸附的有机物会从吸附剂中脱附出来，在热风的带动下，经过阻火器、脱附风机后，一部分经过内循环阀与后续新风共同继续对吸附装置进行脱附，一部分通过脱附总阀02进入热管换热器，在热管换热器的升温作用下，温度上升为250℃并流入催化燃烧炉，催化燃烧炉的炉温为250℃-300℃，在催化剂的作用下有机物被氧化分解，净化后的高温气体经过热管换热器，进行第一次换热降温，温度降低为200℃，到达脱附换热器，进行第二次换热降温，温度降低为130℃-150℃；流出脱附换热器的气体再流入热泵的蒸发器，经过压缩机的带动下到达冷凝器进行第三次换热降温，换热后的气体温度降低为80℃以下，最后从冷凝器排出的气体通过蒸发器流进排气筒，实现气体的净化和热量的三级换热回收。最大限度地降低整个脱附系统运行时的能耗，最后，得到的气体通过排气筒排入大气，排放时气体的温度低于70℃；
（4）经过脱附处理之后的吸附剂需要冷却后，才能再次进入吸附工作状态。如图4所示，此时保持吸附装置前后脱附阀门打开，吸附阀门关闭，脱附总阀01打开，脱附总阀02关闭，内循环阀关闭，降温排气阀打开，通过新风对吸附剂进行降温，待吸附剂温度降至35℃，即可重新进入吸附工作状态。
相较于现有VOCs废气治理工艺，如图5所示。本发明将“吸附-脱附-冷却”三大工序进行一体式结合，通过阀门和吸附-脱附工艺装置的并联组合，在互不影响吸附或脱附工艺的基础上，可以实现边吸附边脱附过程和选择性对吸附装置的脱附处理；采用沸石分子筛作为吸附剂，既可以满足高脱附温度，又能利用本身为无机材料的特性，具有更高的安全性能。当吸附至吸附剂饱和状态时，利用工艺上自身的优势排入新风，并利用脱附换热器对新风进行升温，得到的热风可以直接对吸附剂进行脱附处理，加快吸附剂升温，缩短脱附时间，将吸附剂里的有机物脱附出来，然后进入催化燃烧炉，在催化剂的作用下有机物被氧化分解，通过设置内循环阀及管路，有效地提升脱附风量，同时通过内循环阀和脱附总阀02的开度调整，对进入催化燃烧炉的有机物浓度进行控制，确保催化燃烧炉始终处于最优的工作状态，并大大降低了催化燃烧的成本；采用“热管换热-脱附换热器换热-热泵”的三级换热，在满足脱附温度和催化燃烧两种不同工况的温度需求的同时，分级对净化后废气中的余热进一步回收，极大地降低系统脱附过程中的热量损耗；设置单独的降温管路及降温排气阀，可以在对吸附剂降温的同时，保持催化燃烧炉的炉温，待吸附降温完成后可快速切换其他吸附装置进入脱附状态，无需等待催化燃烧炉再次升温，大大提升了整个工艺的工作效率。
本发明整个工艺系统的吸附、脱附可灵活切换，脱附启动时间短，可根据生产工艺开机实际，灵活调整工作状态，确保有机废气得到高效净化的前提下，降低系统能耗，有利于节约成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，包括吸附工艺、脱附工艺和冷却工艺，其特征在于，在吸附工艺-脱附工艺-冷却工艺互不影响的前提下，实现吸附-脱附-冷却的自由切换；所述脱附工艺通过引入新风，先利用热泵和脱附换热器进行二级升温，调节阀门控制对应吸附装置进行热风脱附处理，脱附出来的有机物会伴随热风在热管换热器进行第三次升温，再进入催化燃烧炉进行氧化分解，分解后的气体进行热管换热器-脱附换热器-热泵的三级降温后排入大气；脱附过程采用三级换热，满足脱附和催化燃烧两种工况温度的需求，对废气中的热量分步回收，降低系统脱附工艺过程中的热量损耗；
所述吸附-脱附-冷却的切换工艺为：当单台或多台吸附装置吸附至饱和时，进入脱附状态，根据实际每台吸附装置的沸石分子筛吸附情况，自主选择对沸石分子筛吸附装置前后吸附阀门的关闭，脱附阀门打开、脱附总阀01和脱附总阀02打开、内循环阀打开，降温排气阀关闭，实现吸附-脱附的自由切换；经过脱附之后的吸附剂需要冷却后，才能再次进入吸附工作状态，此时保持吸附装置前后脱附阀门打开，吸附阀门关闭，脱附总阀01打开，脱附总阀02关闭，内循环阀关闭，降温排气阀打开，实现脱附-冷却的自由切换。
2.根据权利要求1所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，所述吸附工艺为：根据收集到的有机废气的量，在离心风机的作用下，排入其中一台或两台吸附装置中或同时排入三台吸附装置进行吸附，废气中的有机成分会被吸附剂吸附，剩下净化后的气体通过排气筒排入大气。
3.根据权利要求1所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，所述脱附工艺为：当单台或多台吸附装置吸附至饱和时，通过引入新风，并利用三级换热装置对新风逐步加热，调节阀门控制对应吸附装置进行热风脱附处理，脱附出来的有机物会伴随热风进入催化燃烧炉进行氧化分解。
4.根据权利要求1所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，所述冷却工艺为：经过脱附处理之后的吸附剂需要冷却后，才能再次进入吸附工作状态，根据需要调节对应的阀门，通过新风对吸附剂进行降温，待吸附剂温度降至35℃以下，即重新进入吸附工作状态。
5.根据权利要求1所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，所述三级换热为，
脱附前新风升温阶段：新风进入热泵冷凝器进行第一次换热升温-新风进入脱附换热器进行第二次换热升温-脱附后的废气进入热管换热器实现第三次换热升温；
脱附后的新风降温阶段：流出催化燃烧炉的气体经过热管换热器进行第一次换热降温-在脱附换热器中进行第二次换热降温-到达热泵进行第三次的降温。
6.根据权利要求1所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，所述脱附温度为120℃-180℃。
7.根据权利要求1所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，所述催化燃烧温度为250℃-300℃。
8.根据权利要求2所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，所述吸附装置中的吸附剂为沸石分子筛。
9.根据权利要求1-8任一所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，整个工艺步骤如下：
（1）每台沸石分子筛吸附装置的前后脱附阀关闭，根据收集到的有机废气的量，打开吸附阀，在离心风机的作用下，排入其中一台或两台吸附装置中或同时排入三台吸附装置进行吸附，废气中的有机成分会被吸附剂吸附，剩下净化后的气体通过排气筒排入大气；
（2）当单台或多台吸附装置吸附至饱和时，进入脱附状态，其前后吸附阀门关闭，脱附阀门打开，脱附总阀01和脱附总阀02打开，内循环阀打开，降温排气阀关闭；引入新风，在脱附风机的作用下，新风经过滤器过滤后，首先进入热泵系统的冷凝器，初步升温至80℃；再经过脱附换热器升温，提升至120℃，然后进入需要脱附的吸附装置，在热风作用下，吸附的有机物从吸附剂中脱附出来，经过阻火器、脱附风机后，进入热管换热器，温度提升至250℃，然后进入催化燃烧炉，在催化剂的作用下有机物被氧化分解，净化后的高温气体经过热管换热器初步降温至200℃，到达脱附换热器进行第二次降温，降温至130℃-150℃；再流入热泵进行第三次降温，最终通过排气筒排入大气，温度低于70℃；
（3）经过脱附之后的吸附剂需要冷却后，才能再次进入吸附工作状态，此时保持吸附装置前后脱附阀门打开，吸附阀门关闭，脱附总阀01打开，脱附总阀02关闭，内循环阀关闭，降温排气阀打开，通过新风对吸附剂进行降温，待吸附剂温度降至35℃，重新进入吸附工作状态。
10.根据权利要求1-9任一所述的灵活切换吸附、脱附并增强热量回收的VOCs废气治理工艺，其特征在于，整个系统中的吸附、脱附工艺灵活切换，脱附启动时间短。
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Denomination of invention: A flexible VOCs waste gas treatment process that switches adsorption, desorption, and enhances heat recovery Granted publication date: 20240430 Pledgee: Wuxi rural commercial bank Limited by Share Ltd. Yixing branch Pledgor: JIANGSU TONGYONG ENVIRONMENTAL PROTECTION GROUP Co.,Ltd. Registration number: Y2024980057777 |