CN205549968U - 一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，属于工业废气净化领域。包括废气进气口、吸附脱附室和催化分解室，还包括换热器、加热器和内部循环风机，其中，吸附脱附室内设有吸附剂，吸附脱附室上设有废气进气口、脱附气出气口、排气口和脱附气进口，脱附气进口与内部循环风机的一端通过管道连通，内部循环风机的另一端、换热器、加热器和催化分解室的一端依次连接，催化分解室的另一端与换热器连接，换热器与脱附气出气口连通。它采用多级吸附系统使得吸附力较弱的污染物组分的去除更加有效，异味净化效率提高，多组分废气稳定达标；提高了有机废气的吸附效率，催化尾气余热回用节能效果显著。

Description

一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备

技术领域

本发明涉及工业废气净化领域，尤其涉及一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备。

背景技术

“浓度低、气量大、组分多、异味浓”是常见工业有机废气的产污特点。随着居民对周边大气质量要求的不断提升，越来越多的排污企业面临着“异味投诉”困扰，同时，排污收费制度的实施也给排污企业敲响了警钟，企业要想长期稳定的发展，必须解决废气异味问题。而目前常见的一些有机废气治理技术，如高温焚烧法、吸收法、等离子体法、光催化氧化法等，由于经济、技术及管理等多方面的原因，很难满足当今及今后的环保要求。

传统的吸附-催化分解工艺由于竞争吸附，导致多组分污染物的净化效率受到制约，如果吸附剂的吸附带过长容易在脱附过程中出现峰值导致安全问题，也容易引起脱附不干净导致下一轮吸附效率降低问题。

目前常用的吸附装置存在如下问题：①运行费用高。由于吸附剂的更换或蒸汽再生，造成系统运行费用较高，导致系统运行率低，多为摆设装置。②稳定达标难。由于工业异味废气的多组分的竞争吸附问题，导致异味净化效率不高，难以保证异味的稳定达标。③操作管理复杂。定期的更换吸附剂或蒸汽再生法很难实现自动化控制，增大了操作工人的难度和工作量。④安全隐患。传统的吸附-催化分解工艺由于吸附带过长容易出现脱附不稳定，出现安全问题。近些年总会出现吸附装置燃烧问题，轻则损伤设备，重则发生爆炸，归结原因主要是气体浓度发生突变，达到燃烧限。气体浓度发生突变一种情况是气源条件不稳定，浓度波动造成，另外就是吸附带过长，脱附不稳定，出现瞬时浓度超限。

中国发明专利，公布号：CN 103438467A，公布日：2013.12.11，公开了一种有机废气吸脱附浓缩催化燃烧设备系统，包括干式过滤装置，所述干式过滤装置下端连接有催化燃烧床，所述催化燃烧床右端连接有阻火器a，所述阻火器a右下端连接有补冷风阀，所述催化燃烧床下端还连接有温度调节阀。该发明活性炭的更换时间大大提升，减少了活性炭的更换时间，活性炭可有效的脱附再生循环使用，脱附后的有机废气经催化燃烧后彻底分解为CO2和H2O，无二次污染，系统采用PLC及人机界面控制操作系统，操作简单，减少误操作可能。其不足之处是：首先，该专利中吸附工艺采用常规两塔切换使用，一塔在线吸附，一塔在线脱附，吸附塔在进行吸附操作时易出现吸附带过长、吸附效率低、脱附不干净等问题。其次，脱附气回用同样实现了浓缩能源化，相比传统的吸附脱附工艺有着很大优势，但是催化反应本身对温度条件要求较高，一般在200～450℃，该专利中脱附后气体温度很难达到催化要求，即便达到催化反应温度，有机组分分解产生的反应热会使得气体温度进一步增加，这会带来两方面的问题：一是高温气体本身不安全，易使吸附剂着火，温度越高，危险性越大，因着火使设备完全损坏或者发生爆炸的事情近年来屡见报道；另一方面脱附温度一般在260℃以下，过高的气体温度会造成额外的能源浪费。

中国实用新型专利，授权公告号：CN 204601947U，授权公告日：2015.09.02，公布了一种集吸附—脱附—催化燃烧于一体的挥发性有机废气处理装置，涉及环境保护领域中挥发性有机废气的处理装置，其特征是：催化燃烧装置安装在吸附装置中，吸附剂装填在吸附装置和催化燃烧装置形成的夹套中，催化燃烧过程中产生的热量加热吸附剂完成脱附，脱附后的气体进入催化燃烧装置形成循环，有效解决传统的吸附/脱附-催化燃烧装置中各自独投资较大、能耗高，运行费用高等问题。其不足之处在于：该专利由于吸附与催化共用了一套气体管路，实现需求性的开启、关闭催化模块困难，且无法实现连续生产；此外，该专利同样出现前述专利(中国发明专利，公布号：CN 103438467A，公布日：2013.12.11)同样的问题，甚至更为严峻，即催化反应需要达到一定温度条件，该专利中并未出现任何加热设备；再者，吸附过程是典型的放热过程，由于催化反应热通过器壁会使吸附剂床层温度升高，对吸附过程非常不利，因此该专利工程化应用会遇到很多问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术的有机废气吸附效率低的问题，本发明提供了一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备。它提高了有机废气的吸附效率。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，包括废气进气口、吸附脱附室和催化分解室，还包括换热器、加热器和内部循环风机，其中，吸附脱附室内设有吸附剂，吸附脱附室上设有废气进气口、脱附气出气口、排气口和脱附气进口，脱附气进口与内部循环风机的一端通过管道连通，内部循环风机的另一端、换热器、加热器和催化分解室的一端依次连接，催化分解室的另一端与换热器连接，换热器与脱附气出气口连通。

优选地，吸附脱附室包括一级吸附脱附室和二级吸附脱附室，一个脱附气进口、废气进气口和脱附气出气口均设在一级吸附脱附室上，一级吸附脱附室和二级吸附脱附室连通，另一个脱附气进口和排气口均设在二级吸附脱附室上。

优选地，换热器由一级换热器、二级换热器和三级换热器依次串联组成，一级换热器的上侧面和二级换热器的上侧面连通，二级换热器的下侧面和三级换热器的下侧面连通，三级换热器与加热器的进口连通，三级换热器的上侧面与催化分解室连通，一级换热器与脱附气出气口连通。

优选地，一级吸附脱附室、二级吸附脱附室所使用的吸附剂，根据气源的组成和浓度分布，为同种吸附剂材料。

优选地，一级吸附脱附室、二级吸附脱附室所使用的吸附剂，根据气源的组成和浓度分布，是不同种类的吸附剂材料。

优选地，换热器的级数可调，换热器级数根据换热后气体温度确定，换热后气体温度范围为80～200℃。

优选地，一级吸附脱附室和二级吸附脱附室内的吸附剂床层分层布置。

一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化工艺，工业废气通过以上所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备进行处理，其步骤为：

A、从废气进气口进入的工业废气通过一级吸附脱附室，一部分污染物组分在一级吸附脱附室的吸附剂上吸附去除；

B、另一部分吸附力较弱的剩余污染物组分进入二级吸附脱附室，被二级吸附脱附室的吸附剂吸附，洁净空气由排气口排出，这是吸附过程；

C、内部循环风机抽吸多级换热器排出的洁净、高温空气；由两个脱附气进口同时进入二级吸附脱附室和一级吸附脱附室内；

D、经热力脱附，二级吸附脱附室和一级吸附脱附室内的吸附剂表面及孔道中附着的气体分子解析，重新回至气相，与载气混合，形成低温混合气，由脱附气出气口排出，这是脱附过程；

E、脱附后的低温混合气依次经过一级换热器、二级换热器、三级换热器和加热器升温至催化分解温度，进入催化分解室燃烧，这是催化燃烧过程；

F、催化燃烧过程释放热量，高温气体所携热量一部分作为换热器的热源加热吸附脱附室排出的低温混合气，另一部分热量随载气由内部循环风机抽吸，分别同时送入一级吸附脱附室与二级吸附脱附室对吸附剂热力脱附，重复步骤C、D和E。

优选地，催化分解室、换热器和加热器的进出口温度均能够根据工艺需要调整催化分解前的气体温度可以通过加热器补偿至催化氧化所需温度；

优选地，催化分解需要在一定温度下才能进行，其温度范围为300～380℃。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)传统的吸附-催化分解工艺由于竞争吸附，导致多组分污染物的净化效率受到制约，如果吸附剂的吸附带过长容易在脱附过程中出现峰值导致安全问题，也容易引起脱附不干净导致下一轮吸附效率降低问题；本发明采用两级吸附系统，即吸附脱附室包括一级吸附脱附室和二级吸附脱附室，从废气进气口进入的工业废气通过一级吸附脱附室，一大部分污染物组分在一级吸附脱附室的吸附剂上吸附去除，吸附力较弱的剩余污染物组分进入二级吸附脱附室再次吸附，洁净空气由排气口排出，避免了区域性竞争吸附，提高了多组分污染物的吸附效率；

(2)本发明采用多级吸附系统使得吸附力较弱的污染物组分的去除更加有效，异味净化效率提高，多组分废气稳定达标；

(3)本发明的换热器采用多级串联，催化反应后的高温气体将热量传至脱附低温气，整个换热过程平稳、换热效率与能量利用率高，能量回用使得补充热量少，运行费用明显降低；

(4)本发明催化分解过程释放热量，高温气体所携热量一部分作为换热器的热源加热吸附脱附室排出的低温混合气，另一部分热量随载气由内部循环风机抽吸，分别同时送入一级吸附脱附室与二级吸附脱附室对吸附剂热力脱附，重复步骤C、D和E，自动循环进行脱附和催化分解，吸附剂热空气再生完全实现自动化控制，明显减少现场操作工人的难度和工作量。

附图说明

图1是本发明低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备结构示意图；

图2是本发明低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化工艺流程示意图。

示意图中的标号说明：

1、废气进气口；2、一级吸附脱附室；3、二级吸附脱附室；4、排气口；5、脱附气进口；6、脱附气出气口；71、一级换热器；72、二级换热器；73、三级换热器；8、加热器；9、催化分解器；10、内部循环风机。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

结合图1-2，一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，包括废气进气口1、吸附脱附室、催化分解室9、换热器、加热器8和内部循环风机10，其中，吸附脱附室内设有吸附剂，吸附脱附室上设有废气进气口1、脱附气出气口6、排气口4和脱附气进口5，脱附气进口5与内部循环风机10的一端通过管道连通；

吸附脱附室包括一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3，一个脱附气进口5、废气进气口1和脱附气出气口6均设在一级吸附脱附室2上，一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3连通，另一个脱附气进口5和排气口4均设在二级吸附脱附室3上。

传统的吸附-催化分解工艺由于竞争吸附，导致多组分污染物的净化效率受到制约，如果吸附剂的吸附带过长容易在脱附过程中出现峰值导致安全问题，也容易引起脱附不干净导致下一轮吸附效率降低问题。本发明为解决该问题，采用两级吸附系统，即吸附脱附室包括一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3，从废气进气口1进入的工业废气通过一级吸附脱附室2，一大部分污染物组分在一级吸附脱附室2的吸附剂上吸附去除，吸附力较弱的剩余污染物组分进入二级吸附脱附室3再次吸附，洁净空气由排气口4排出，避免了区域性竞争吸附，多组分污染物的吸附效率可以提高5％～30％。多级吸附系统使得吸附力较弱的污染物组分的去除更加有效，异味净化效率同步提高5％～30％，多组分废气稳定达标。

一级吸附脱附室2、二级吸附脱附室3所使用的吸附剂可以为活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、硅胶、活性氧化铝、合成沸石分子筛等，根据气源的组成和浓度分布，一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3可以为同种吸附剂材料，或者是不同种类的吸附剂材料。

内部循环风机10的另一端、换热器、加热器8和催化分解室9的一端依次连接，催化分解室9的另一端与换热器连接，换热器与脱附气出气口6连通。

换热器由一级换热器71、二级换热器72和三级换热器73依次串联组成，一级换热器71的上侧面和二级换热器72的上侧面连通，二级换热器72的下侧面和三级换热器73的下侧面连通，三级换热器73与加热器8的进口连通，三级换热器73的上侧面与催化分解室9连通，一级换热器71与脱附气出气口6连通。换热器串联，之所以采用三级是受限于目前换热器的效率，实现大温差换热，一级换热器技术上很难实现，所以通过增加级数来获得所需要的温度值，充分保证了换热效果，使得脱附温度始终保持在规定的温度范围。

换热器的级数可调，换热器级数根据换热后气体温度确定，换热后气体温度范围为80～200℃。一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3内的吸附剂床层分层布置，接触面积增大，气流阻力降低；吸附效果增强。

一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化工艺，工业废气通过以上所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备进行处理，其步骤为：

A、从废气进气口1进入的工业废气通过一级吸附脱附室2，一部分污染物组分在一级吸附脱附室2的吸附剂上吸附去除；

B、另一部分吸附力较弱的剩余污染物组分进入二级吸附脱附室3，被二级吸附脱附室3的吸附剂吸附，洁净空气由排气口4排出，这是吸附过程；如图1所示，一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3是一体化的，两者之间相通，这就是一体化两级串联吸附系统；

C、内部循环风机10抽吸一级换热器71排出的洁净、高温空气(没有专门的空气进气口，首次使用空气来源有两种方式：一是整个吸附脱附室里的空气；二是风机叶轮部分漏进来的补充空气，因气体一直在脱附、催化、换热、脱附之间循环，没有气体消耗，正常运行后，不需要额外补充空气。)；由两个脱附气进口5(只能进气)同时进入二级吸附脱附室3和一级吸附脱附室2内，这是并联脱附系统；与步骤B中的吸附系统，共同使用一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3，形成“一体化两级串联吸附-并联脱附系统”；

D、经热力脱附，二级吸附脱附室3和一级吸附脱附室2内的吸附剂表面及孔道中附着的气体分子解析，重新回至气相，与载气(即洁净、高温空气)混合，形成低温混合气，由脱附气出气口6排出，这是脱附过程，整个过程实现热量回用，热空气自动化再生，形成热空气自动化再生系统，大幅节约能源消耗，降低运行成本。

E、脱附后的低温混合气依次经过一级换热器71、二级换热器72、三级换热器73和加热器8升温至催化分解温度，其温度范围为300～380℃，进入催化分解室9燃烧，这是催化燃烧系统，催化燃烧与催化分解是一个意思，产物基本是CO₂和H₂O，直接和热量一起进入换热器；催化分解室9里因发生燃烧反应会放出大量热，排出的高温、洁净空气经换热器会转移走一部分热量，脱附过程又会耗散另一部分热量，脱附使吸附在表面的气态分子重新拥有动能，并分布在气体中，因此，脱附气(即混合气)的温度较低。

F、催化分解过程释放热量，高温气体(其实就是催化反应热把混合气体温度提高，变成高温气体)所携热量一部分作为换热器的热源加热吸附脱附室排出的低温混合气，另一部分热量随载气由内部循环风机10抽吸，分别同时送入一级吸附脱附室2与二级吸附脱附室3对吸附剂热力脱附，重复步骤C、D和E。自动循环进行脱附和催化分解，吸附剂热空气再生完全实现自动化控制，明显减少现场操作工人的难度和工作量。

通过本发明可解决废气因多组分竞争吸附导致的异味去除率不高问题，有效保证异味去除效果的同时，充分利用污染物的分解热，降低系统的运行费用，保证系统的安全稳定运行。

催化分解室9、换热器和加热器8的进出口温度均可根据工艺需要调整。工艺需要是指不同物系脱附温度不同，比如苯的脱附温度在80℃，二甲苯的脱附温度为140度，其它物系的脱附温度会根据其物性参数(沸点)在工艺流程中给出；本发明是一台设备，可适用于各种物系，所以温度需要根据工艺需要调整。

实施例1

结合图1-2，一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，包括废气进气口1、吸附脱附室和催化分解室9，还包括换热器、加热器8和内部循环风机10，其中，吸附脱附室内设有吸附剂，吸附脱附室上设有废气进气口1、脱附气出气口6、排气口4和脱附气进口5，脱附气进口5与内部循环风机10的一端通过管道连通，吸附脱附室包括一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3，一个脱附气进口5、废气进气口1和脱附气出气口6均设在一级吸附脱附室2上，一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3连通，另一个脱附气进口5和排气口4均设在二级吸附脱附室3上。

一级吸附脱附室2和二级吸附脱附室3内的吸附剂床层分层布置；一级吸附脱附室2、二级吸附脱附室3所使用的吸附剂，根据气源的组成和浓度分布，为同种吸附剂材料。

内部循环风机10的另一端、换热器、加热器8和催化分解室9的一端依次连接，催化分解室9的另一端与换热器连接，换热器与脱附气出气口6连通。

换热器由一级换热器71、二级换热器72和三级换热器73依次串联组成，一级换热器71的上侧面和二级换热器72的上侧面连通，二级换热器72的下侧面和三级换热器73的下侧面连通，三级换热器73与加热器8的进口连通，三级换热器73的上侧面与催化分解室9连通，一级换热器71与脱附气出气口6连通。

换热器的级数可调，换热器级数根据换热后气体温度确定，换热后气体温度范围为80℃。

一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化工艺，工业废气通过以上所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备进行处理，其步骤为：

A、从废气进气口1进入的工业废气通过一级吸附脱附室2，一部分污染物组分在一级吸附脱附室2的吸附剂上吸附去除；

B、另一部分吸附力较弱的剩余污染物组分进入二级吸附脱附室3，被二级吸附脱附室3的吸附剂吸附，洁净空气由排气口4排出，这是吸附过程；

C、内部循环风机10抽吸换热器排出的洁净、高温空气；由两个脱附气进口5同时进入二级吸附脱附室3和一级吸附脱附室2内；

D、经热力脱附，二级吸附脱附室3和一级吸附脱附室2内的吸附剂表面及孔道中附着的气体分子解析，重新回至气相，与载气混合，形成低温混合气，由脱附气出气口6排出，这是脱附过程；

E、脱附后的低温混合气依次经过一级换热器71、二级换热器72、三级换热器73和加热器8升温至催化分解温度，温度范围为300℃，进入催化分解室9燃烧，这是催化燃烧过程；催化分解室9、换热器和加热器8的进出口温度均能够根据工艺需要调整催化分解前的气体温度可以通过加热器8补偿至催化氧化所需温度；

F、催化燃烧过程释放热量，高温气体所携热量一部分作为换热器的热源加热吸附脱附室排出的低温混合气，另一部分热量随载气由内部循环风机10抽吸，分别同时送入一级吸附脱附室2与二级吸附脱附室3对吸附剂热力脱附，重复步骤C、D和E。

实施例2

本实施例与实施例1类似，其中不同之处在于，换热器的级数可调，换热器级数根据换热后气体温度确定，换热后气体温度范围为200℃。

一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化工艺，步骤E中脱附后的低温混合气依次经过一级换热器71、二级换热器72、三级换热器73和加热器8升温至催化分解温度，温度范围为380℃，进入催化分解室9燃烧。

实施例3

本实施例与实施例1类似，其中不同之处在于，换热器的级数可调，换热器级数根据换热后气体温度确定，换热后气体温度范围为100℃。

一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化工艺，步骤E中脱附后的低温混合气依次经过一级换热器71、二级换热器72、三级换热器73和加热器8升温至催化分解温度，温度范围为350℃，进入催化分解室9燃烧。

实施例4

本实施例与实施例1-3均类似，其中不同之处在于，一级吸附脱附室2、二级吸附脱附室3所使用的吸附剂，根据气源的组成和浓度分布，是不同种类的吸附剂材料。

低浓度、大风量、高异味废气主要存在的问题是由于竞争吸附存在异味去除不彻底，即便达标排放，异味扰民问题也会使企业不断遭到居民投诉。本发明通过增加二级吸附脱附室，有效避开不同组分之间的吸附竞争，吸附力强的组分在一级吸附室中去除，吸附力弱的组分在二级吸附室中再次去除，异味净化完全。

同时，低浓度大风量废气直接催化、燃烧处理成本及运行费用高、技术难度大，本发明通过吸附浓缩，使低浓度废气污染物组分浓度提高5～10倍，催化焚烧难度降低，且通过多级换热器，实现催化反应热能源化回收利用，节能效果显著。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，包括废气进气口(1)、吸附脱附室和催化分解室(9)，其特征在于，还包括换热器、加热器(8)和内部循环风机(10)，其中，吸附脱附室内设有吸附剂，吸附脱附室上设有废气进气口(1)、脱附气出气口(6)、排气口(4)和脱附气进口(5)，脱附气进口(5)与内部循环风机(10)的一端通过管道连通，内部循环风机(10)的另一端、换热器、加热器(8)和催化分解室(9)的一端依次连接，催化分解室(9)的另一端与换热器连接，换热器与脱附气出气口(6)连通。

2.根据权利要求1所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，其特征在于，吸附脱附室包括一级吸附脱附室(2)和二级吸附脱附室(3)，一个脱附气进口(5)、废气进气口(1)和脱附气出气口(6)均设在一级吸附脱附室(2)上，一级吸附脱附室(2)和二级吸附脱附室(3)连通，另一个脱附气进口(5)和排气口(4)均设在二级吸附脱附室(3)上。

3.根据权利要求1或2所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，其特征在于，换热器由一级换热器(71)、二级换热器(72)和三级换热器(73)依次串联组成，一级换热器(71)的上侧面和二级换热器(72)的上侧面连通，二级换热器(72)的下侧面和三级换热器(73)的下侧面连通，三级换热器(73)与加热器(8)的进口连通，三级换热器(73)的上侧面与催化分解室(9)连通，一级换热器(71)与脱附气出气口(6)连通。

4.根据权利要求2所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，其特征在于，一级吸附脱附室(2)、二级吸附脱附室(3)所使用的吸附剂，根据气源的组成和浓度分布，为同种吸附剂材料。

5.根据权利要求2所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，其特征在于，一级吸附脱附室(2)、二级吸附脱附室(3)所使用的吸附剂，根据气源的组成和浓度分布，是不同种类的吸附剂材料。

6.根据权利要求1所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，其特征在于，换热器的级数可调，换热器级数根据换热后气体温度确定，换热后气体温度范围为80～200℃。

7.根据权利要求2所述的一种低浓度、大风量、高异味废气浓缩能源化设备，其特征在于，一级吸附脱附室(2)和二级吸附脱附室(3)内的吸附剂床层分层布置。