CN214345408U - 一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于VOCs吸附‑催化燃烧一体化的反应系统,该系统包括催化燃烧室、吸附室、加热层、均流装置、布风板、吸附剂、催化剂、催化剂颗粒捕集装置、蓄热式换热器、气水分离装置、CO2储存罐、H2O储存罐、浓度检测仪、阀门控制器以及不同的进气阀门。实现VOCs的吸附、脱附、催化燃烧过程,保证VOCs处理过程的连续性,减少处理过程中VOCs的泄露。通过控制O2/空气的进气流量实现VOCs的流化床催化燃烧,提高VOCs去除效率,设置三级不同的催化剂颗粒回收装置,并对催化燃烧过程中产生的热量进行回收利用,对催化燃烧过程中产生的CO2和H2O进行分离和储存,节约能源,降低成本,减少对环境的污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及VOCs废气处理技术领域,尤其涉及一种用于 VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统。
背景技术
众所周知,排放到大气中的VOCs是光化学烟雾和PM2.5的重要前驱体,破坏大气层,严重污染环境,危害人体健康和动植物的生长,是一类对人类和环境都有严重危害的气体。VOCs的来源包括自然源和人为源,其中人为源的排放在VOCs排放中起主导作用。近年来,我国VOCs相关的政策标准和法律法规也在不断制定和日趋完善, VOCs的排放标准也更加严格,因此VOCs的治理得到了越来越多的关注。
VOCs治理技术主要包括预防性手段和净化性手段,目前治理 VOCs的技术更加侧重于净化性手段。净化性手段包括回收技术和销毁技术两种,其中回收技术中的吸附法和销毁技术中的催化燃烧法应用最广。
目前研究较多的是关于吸附法和催化燃烧法的单一处理方法,且多集中在吸附剂和催化剂材料的选择和制备上,关于反应系统及方法的研究较少。在VOCs催化燃烧过程中,相比于固定床反应,流化床催化燃烧具有更高的VOCs去除效率,但目前关于VOCs流化床催化燃烧的研究较少。
由不同单一处理技术组合而成的组合处理技术因其较高的VOCs 去除效率得到了广泛的关注,特别是吸附-催化燃烧组合处理技术,但目前关于该组合处理技术的反应系统和方法存在处理过程不连续、处理过程VOCs易泄漏等问题。
实际工业生产中所排放的VOCs气体种类和浓度存在不稳定性,开发能够根据实际VOCs气体的种类和浓度从而选择合适处理方式的反应系统和方法是十分有必要的。
发明内容
本实用新型的目的就是提出一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统,该系统能够通过VOCs的种类和浓度选择合适的处理方法,保证VOCs处理过程的高效性和连续性,减少VOCs的泄露,同时设置一系列的装置进行催化剂颗粒及燃烧产物的回收和利用,达到节约能源、保护环境和降低成本的三重目标。
为了实现上述目的,本实用新型采用如下的技术方案:
一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统,包括催化燃烧室1、左侧吸附室2-1、右侧吸附室2-2、加热层3、均流装置4、布风板5、吸附剂6、催化剂7、一级催化剂颗粒捕集装置8、二级催化剂颗粒捕集装置9、振打装置10、三级催化剂颗粒捕集装置11、蓄热式换热器12、气水分离装置13、CO2储存罐14和H2O储存罐 15,加热层3位于催化燃烧室1的外侧周围,左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2分别位于加热层3外的左侧和右侧,均流装置4位于催化燃烧室1的进气口附近,吸附剂6位于吸附室2内,催化剂7位于催化燃烧室1中的布风板5上,一级催化剂颗粒捕集装置8位于催化燃烧室1的上部,二级催化剂颗粒捕集装置9和振打装置10位于催化燃烧室1的顶部内侧周围,三级催化剂颗粒捕集装置11与催化燃烧室1的排气口相连,蓄热式换热器12位于三级催化剂颗粒捕集装置 11和气水分离装置13之间,气水分离装置13分别与CO2储存罐14 和H2O储存罐15相连;
所述VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统还包括浓度检测仪 16、阀门控制器17、左侧低浓度VOCs进气阀门18和右侧低浓度 VOCs进气阀门19、高浓度VOCs进气阀门20、O2/空气进气阀门21、左侧脱附VOCs进气阀门22和右侧脱附VOCs进气阀门23、左侧 N2进气阀门24和右侧N2进气阀门25,浓度检测仪16和阀门控制器 17与VOCs进气口、左侧吸附室2-1上部进气或排气口和下部进气或排气口以及右侧吸附室2-2上部进气或排气口和下部进气或排气口相连接,左侧低浓度VOCs进气阀门18和右侧低浓度VOCs进气阀门 19分别与左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2下部的进气或排气口相连接,高浓度VOCs进气阀门20和O2/空气进气阀门21与催化燃烧室 1下部的进气口相连接,左侧脱附VOCs进气阀门22和右侧脱附VOCs进气阀门23分别位于左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2下部的进气或排气口与催化燃烧室1下部的进气口之间,左侧N2进气阀门 24和右侧N2进气阀门25分别位于蓄热式换热器12与左侧吸附室2-1 和右侧吸附室2-2上部的进气或排气口之间。
根据进气口VOCs的种类选择适配的吸附剂6和催化剂7并进行更换,提高吸附和催化燃烧的效率。
通过浓度检测仪16检测进气口VOCs的浓度并通过阀门控制器 17选择并控制VOCs的吸附、脱附与催化燃烧过程,实现VOCs吸附、脱附、催化燃烧的连续性和一体化。
所述左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2中的吸附剂6以螺旋方式布置,一方面延长了VOCs的吸附穿透时间,提高吸附效率,另一方面减少了吸附室的体积。
通过控制O2/空气进气流量使催化剂7处于悬浮状态并在催化燃烧室1中位于一定高度,实现VOCs的流化床催化燃烧,增加了VOCs 与催化剂的接触面积,大大提高催化燃烧效率。
通过设置三级不同的催化剂颗粒捕集装置对细微催化剂颗粒进行回收,减少催化剂颗粒的损失,降低成本。
VOCs在催化燃烧室1中催化燃烧所产生的热量,一部分通过蓄热式换热器12加热N2实现VOCs在左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2 中的脱附,一部分用于VOCs在催化燃烧室1中的催化燃烧,实现 VOCs的自稳燃,实现热量的回收利用。
通过设置气水分离装置13将催化燃烧过程中产生的CO2和H2O 进行分离并分别储存在CO2储存罐14和H2O储存罐15中,可用于其他工业农业生产中。
所述的一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统的工作方法,根据VOCs的种类选择和更换吸附剂6和催化剂7,根据VOCs 浓度的不同选择不同的VOCs处理方法,入口处VOCs经浓度检测仪 16进行浓度检测,通过阀门控制器17控制不同阀门的开关,进行VOCs的吸附、脱附、催化燃烧过程;
入口VOCs浓度较高时,高浓度VOCs进气阀门20和O2/空气进气阀门21打开,其他阀门关闭,同时加热层3开始工作,通过控制 O2/空气进气流量进行VOCs的流化床催化燃烧;
入口VOCs浓度较低时,左侧低浓度VOCs进气阀门18打开,其他阀门关闭,在左侧吸附室2-1中进行VOCs吸附,当左侧吸附室 2-1上部的浓度检测仪16检测到吸附饱和时,通过阀门控制器17关闭左侧低浓度VOCs进气阀门18,打开左侧N2进气阀门24、左侧脱附VOCs进气阀门22和O2/空气进气阀门21,加热层3开始工作,进行左侧吸附室2-1中的VOCs脱附并在催化燃烧室1中进行催化燃烧,同时打开右侧低浓度VOCs进气阀门19进行右侧吸附室2-2中的VOCs吸附;
当左侧吸附室2-1下部的浓度检测仪16检测到脱附完成时,通过阀门控制器17关闭左侧N2进气阀门24,催化燃烧完成后,关闭左侧脱附VOCs进气阀门22和O2/空气进气阀门21,同时再次打开左侧低浓度VOCs进气阀门18进行左侧吸附室2-1中的VOCs吸附;
当右侧吸附室2-2上部的浓度检测仪16检测到吸附饱和时,通过阀门控制器17关闭右侧低浓度VOCs进气阀门19,打开右侧N2进气阀门25、右侧脱附VOCs进气阀门23和O2/空气进气阀门21,加热层3开始工作,进行右侧吸附室2-2中的VOCs脱附并在催化燃烧室1中进行催化燃烧;
当右侧吸附室2-2下部的浓度检测仪16检测到脱附完成时,通过阀门控制器17关闭右侧N2进气阀门25,催化燃烧完成后,关闭右侧脱附VOCs进气阀门23和O2/空气进气阀门21,同时再次打开右侧低浓度VOCs进气阀门19进行右侧吸附室2-2中的VOCs吸附;
重复以上左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2中的VOCs吸附与脱附过程,保证VOCs吸附、脱附、催化燃烧过程的连续性;
通过一级催化剂颗粒捕集装置8、二级催化剂颗粒捕集装置9和振打装置10和三级催化剂颗粒捕集装置11对VOCs流化床催化燃烧过程中的细微催化剂颗粒进行回收;
催化燃烧所产生的热量,一部分通过蓄热式换热器12加热N2实现VOCs在左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2中的脱附,一部分用于VOCs在催化燃烧室1中的催化燃烧,实现VOCs的自稳燃;
催化燃烧产生的CO2和H2O经气水分离装置13后分别被储存在 CO2储存罐14和H2O储存罐15中。
本实用新型和现有技术相比,通过根据VOCs的种类选择和更换合适的吸附剂和催化剂,根据VOCs浓度的不同控制不同阀门的开关从而选择不同的VOCs处理方式,入口处低浓度VOCs首先在固定床上完成吸附与脱附过程,然后将脱附生成的高浓度VOCs在流化床中进行催化燃烧,入口处高浓度VOCs则直接在流化床中进行催化燃烧,设置多个吸附室交替进行吸附与脱附过程,保证VOCs处理过程的连续性,减少处理过程中VOCs的泄露。VOCs的流化床催化燃烧通过控制O2/空气的进气流量来实现,大大提高VOCs去除效率。通过设置三级不同的催化剂颗粒捕集装置对催化剂颗粒进行回收利用,设置蓄热式换热器对催化燃烧过程中的产生的热量进行回收利用,同时对催化燃烧产物中的CO2和H2O进行分离和储存,节约能源,降低成本,减少对环境的污染。
附图说明
图1为本实用新型一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统示意图。
1-催化燃烧室、2-1-左侧吸附室、2-2-右侧吸附室、3-加热层、4- 均流装置、5-布风板、6-吸附剂、7-催化剂、8-一级催化剂颗粒捕集装置、9-二级催化剂颗粒捕集装置、10-振打装置、11-三级催化剂颗粒捕集装置、12-蓄热式换热器、13-气水分离装置、14-CO2储存罐、15-H2O储存罐、16-浓度检测仪、17-阀门控制器、18-左侧低浓度VOCs 进气阀门、19-右侧低浓度VOCs进气阀门、20-高浓度VOCs进气阀门、21-O2/空气进气阀门、22-左侧脱附VOCs进气阀门、23-右侧脱附VOCs进气阀门、24-左侧N2进气阀门、25-右侧N2进气阀门。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明:
本实用新型根据VOCs的种类选择和更换合适的吸附剂和催化剂,同时根据VOCs的浓度控制不同阀门的开关从而选择不同的VOCs处理方法,实现VOCs的吸附、脱附、催化燃烧过程,保证 VOCs处理过程的连续性,减少处理过程中VOCs的泄露。通过控制 O2/空气的进气流量实现VOCs的流化床催化燃烧,大大提高VOCs 去除效率,设置三级不同的催化剂颗粒捕集装置对催化剂颗粒进行回收利用,设置蓄热式换热器对催化燃烧过程中产生的热量进行回收利用,同时对催化燃烧产物中的CO2和H2O进行分离和储存,可用于其他工业农业生产中。
具体来说,本实用新型一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统,如图1所示,包括催化燃烧室1、左侧吸附室2-1、右侧吸附室2-2、加热层3、均流装置4、布风板5、吸附剂6、催化剂7、一级催化剂颗粒捕集装置8、二级催化剂颗粒捕集装置9和振打装置 10、三级催化剂颗粒捕集装置11、蓄热式换热器12、气水分离装置 13、CO2储存罐14和H2O储存罐15,加热层3位于催化燃烧室1的外侧周围,左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2分别位于加热层3外的左侧和右侧,均流装置4位于催化燃烧室1的进气口附近,吸附剂6 位于吸附室2内,催化剂7位于催化燃烧室1中的布风板5上,一级催化剂颗粒捕集装置8位于催化燃烧室1的上部,二级催化剂颗粒捕集装置9和振打装置10位于催化燃烧室1的顶部内侧周围,三级催化剂颗粒捕集装置11与催化燃烧室1的排气口相连,蓄热式换热器 12位于三级催化剂颗粒捕集装置11和气水分离装置13之间,气水分离装置13分别与CO2储存罐14和H2O储存罐15相连;
所述VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统还包括浓度检测仪 16、阀门控制器17、左侧低浓度VOCs进气阀门18和右侧低浓度 VOCs进气阀门19、高浓度VOCs进气阀门20、O2/空气进气阀门21、左侧脱附VOCs进气阀门22和右侧脱附VOCs进气阀门23、左侧 N2进气阀门24和右侧N2进气阀门25,浓度检测仪16和阀门控制器 17与VOCs进气口、左侧吸附室2-1上部进气或排气口和下部进气或排气口以及右侧吸附室2-2上部进气或排气口和下部进气或排气口相连接,左侧低浓度VOCs进气阀门18和右侧低浓度VOCs进气阀门 19分别与左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2下部的进气或排气口相连接,高浓度VOCs进气阀门20和O2/空气进气阀门21与催化燃烧室 1下部的进气口相连接,左侧脱附VOCs进气阀门22和右侧脱附VOCs进气阀门23分别位于左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2下部的进气或排气口与催化燃烧室1下部的进气口之间,左侧N2进气阀门 24和右侧N2进气阀门25分别位于蓄热式换热器12与左侧吸附室2-1 和右侧吸附室2-2上部的进气或排气口之间。
通过根据VOCs的种类选择和更换合适的吸附剂和催化剂,同时根据VOCs的不同浓度控制不同阀门的开关来选择不同的VOCs处理方式,实现VOCs的吸附、脱附、催化燃烧过程,保证VOCs处理过程的连续性。通过控制O2/空气的进气流量实现VOCs的流化床催化燃烧,同时设置三级不同的催化剂颗粒回收装置,并对催化燃烧过程中产生的热量进行回收利用,对催化燃烧过程中所产生的CO2和H2O 进行分离和储存。
本实用新型用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统的工作方法如下:
根据VOCs的种类选择和更换吸附剂6和催化剂7,根据VOCs 浓度的不同选择不同的VOCs处理方法,入口处VOCs经浓度检测仪 16进行浓度检测,通过阀门控制器17控制不同阀门的开关,进行 VOCs的吸附、脱附、催化燃烧过程。
入口VOCs浓度较高时,高浓度VOCs进气阀门20和O2/空气进气阀门21打开,其他阀门关闭,同时加热层3开始工作,通过控制 O2/空气进气流量进行VOCs的流化床催化燃烧。
入口VOCs浓度较低时,左侧低浓度VOCs进气阀门18打开,其他阀门关闭,在左侧吸附室2-1中进行VOCs吸附,当左侧吸附室 2-1上部的浓度检测仪16检测到吸附饱和时,通过阀门控制器17关闭左侧低浓度VOCs进气阀门18,打开左侧N2进气阀门24、左侧脱附VOCs进气阀门22和O2/空气进气阀门21,加热层3开始工作,进行左侧吸附室2-1中的VOCs脱附并在催化燃烧室1中进行催化燃烧,同时打开右侧低浓度VOCs进气阀门19进行右侧吸附室2-2中的VOCs吸附。
当左侧吸附室2-1下部的浓度检测仪16检测到脱附完成时,通过阀门控制器17关闭左侧N2进气阀门24,催化燃烧完成后,关闭左侧脱附VOCs进气阀门22和O2/空气进气阀门21,同时再次打开左侧低浓度VOCs进气阀门18进行左侧吸附室2-1中的VOCs吸附。
当右侧吸附室2-2上部的浓度检测仪16检测到吸附饱和时,通过阀门控制器17关闭右侧低浓度VOCs进气阀门19,打开右侧N2进气阀门25、右侧脱附VOCs进气阀门23和O2/空气进气阀门21,加热层3开始工作,进行右侧吸附室2-2中的VOCs脱附并在催化燃烧室1中进行催化燃烧;
当右侧吸附室2-2下部的浓度检测仪16检测到脱附完成时,通过阀门控制器17关闭右侧N2进气阀门25,催化燃烧完成后,关闭右侧脱附VOCs进气阀门23和O2/空气进气阀门21,同时再次打开右侧低浓度VOCs进气阀门19进行右侧吸附室2-2中的VOCs吸附。
重复以上左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2中的VOCs吸附与脱附过程,保证VOCs吸附、脱附、催化燃烧过程的连续性。
吸附室2中的吸附剂6以螺旋方式布置,一方面延长了VOCs 的吸附穿透时间,提高吸附效率,另一方面减少了吸附室的体积。
通过控制O2/空气进气流量使催化剂7处于悬浮状态并在催化燃烧室1中位于一定高度,实现VOCs的流化床催化燃烧,增加了VOCs 与催化剂的接触面积,大大提高催化燃烧效率。
通过一级催化剂颗粒捕集装置8、二级催化剂颗粒捕集装置9和振打装置10和三级催化剂颗粒捕集装置11对VOCs流化床催化燃烧过程中的细微催化剂颗粒进行回收,减少催化剂颗粒的损失,降低成本。
催化燃烧所产生的热量,一部分通过蓄热式换热器12加热N2实现VOCs在左侧吸附室2-1和右侧吸附室2-2中的脱附,一部分用于VOCs在催化燃烧室1中的催化燃烧,实现VOCs的自稳燃。
催化燃烧产生的CO2和H2O经气水分离装置13后分别被储存在 CO2储存罐14和H2O储存罐15中,可用于其他工业农业生产中。
Claims (5)
1.一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统,其特征在于:包括催化燃烧室(1)、左侧吸附室(2-1)、右侧吸附室(2-2)、加热层(3)、均流装置(4)、布风板(5)、吸附剂(6)、催化剂(7)、一级催化剂颗粒捕集装置(8)、二级催化剂颗粒捕集装置(9)、振打装置(10)、三级催化剂颗粒捕集装置(11)、蓄热式换热器(12)、气水分离装置(13)、CO2储存罐(14)和H2O储存罐(15),加热层(3)位于催化燃烧室(1)的外侧周围,左侧吸附室(2-1)和右侧吸附室(2-2)分别位于加热层(3)外的左侧和右侧,均流装置(4)位于催化燃烧室(1)的进气口附近,吸附剂(6)位于吸附室(2)内,催化剂(7)位于催化燃烧室(1)中的布风板(5)上,一级催化剂颗粒捕集装置(8)位于催化燃烧室(1)的上部,二级催化剂颗粒捕集装置(9)和振打装置(10)位于催化燃烧室(1)顶部内侧周围,三级催化剂颗粒捕集装置(11)与催化燃烧室(1)的排气口相连,蓄热式换热器(12)位于三级催化剂颗粒捕集装置(11)与气水分离装置(13)之间,气水分离装置(13)分别与CO2储存罐(14)和H2O储存罐(15)相连;
所述用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统还包括浓度检测仪(16)、阀门控制器(17)、左侧低浓度VOCs进气阀门(18)、右侧低浓度VOCs进气阀门(19)、高浓度VOCs进气阀门(20)、O2/空气进气阀门(21)、左侧脱附VOCs进气阀门(22)、右侧脱附VOCs进气阀门(23)、左侧N2进气阀门(24)和右侧N2进气阀门(25),浓度检测仪(16)和阀门控制器(17)与VOCs进气口、左侧吸附室(2-1)上部进气或排气口和下部进气或排气口以及右侧吸附室(2-2)上部进气或排气口和下部进气或排气口相连接,左侧低浓度VOCs进气阀门(18)和右侧低浓度VOCs进气阀门(19)分别与左侧吸附室(2-1)和右侧吸附室(2-2)下部的进气或排气口相连接,高浓度VOCs进气阀门(20)和O2/空气进气阀门(21)与催化燃烧室(1)下部的进气口相连接,左侧脱附VOCs进气阀门(22)和右侧脱附VOCs进气阀门(23)分别位于左侧吸附室(2-1)和右侧吸附室(2-2)下部的进气或排气口与催化燃烧室(1)下部的进气口之间,左侧N2进气阀门(24)和右侧N2进气阀门(25)分别位于蓄热式换热器(12)与左侧吸附室(2-1)和右侧吸附室(2-2)上部的进气或排气口之间。
2.根据权利要求1所述的一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统,其特征在于:根据进气口VOCs的种类选择适配的吸附剂(6)和催化剂(7)并进行更换。
3.根据权利要求1所述的一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统,其特征在于:通过浓度检测仪(16)检测进气口VOCs的浓度并通过阀门控制器(17)选择和控制VOCs的吸附、脱附与催化燃烧过程。
4.根据权利要求1所述的一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统,其特征在于:左侧吸附室(2-1)和右侧吸附室(2-2)中的吸附剂(6)以螺旋方式布置。
5.根据权利要求1所述的一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统,其特征在于:通过控制O2/空气进气流量使催化剂(7)处于悬浮状态并在催化燃烧室(1)中位于一定高度,实现VOCs的流化床催化燃烧。
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CN202023193694.5U CN214345408U (zh) | 2020-12-27 | 2020-12-27 | 一种用于VOCs吸附-催化燃烧一体化的反应系统 |
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CN114699913A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-05 | 福建工程学院 | 一种光催化氧化废气处理设备及其控制方法 |
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- 2020-12-27 CN CN202023193694.5U patent/CN214345408U/zh active Active
Cited By (2)
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CN114699913B (zh) * | 2022-04-29 | 2024-03-29 | 福建工程学院 | 一种光催化氧化废气处理设备及其控制方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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