CN219462967U - 一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，包括:沸石转轮吸附浓缩装置，沸石转轮吸附浓缩装置包括沸石转轮和热交换器，沸石转轮包括吸附区、脱附区和冷却区，热交换器的进风口和冷却区连接，热交换器的出风口和脱附区连接；树脂吸附装置，树脂吸附装置和脱附区连接，树脂吸附装置包括吸附罐，吸附罐内部设置有树脂吸附材料。沸石转轮吸附浓缩装置和树脂吸附装置的设置，可将大风量低浓度的挥发性有机物转换成中小风量中高浓度的挥发性有机物，然后通过树脂吸附装置进行吸附。与其他治理装置相比，该种组合式挥发性有机物治理系统具有占地面积小、运行成本低、投资少、运行安全可靠、处理效率高以及可回收套用等优点。

Description

一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统

技术领域

本实用新型涉及有机废气治理领域，具体涉及一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统。

背景技术

精细化工企业在生产中会经常产生大风量、低浓度及种类较为单一的的挥发性有机物，如风量在20000m³/h以上，浓度为100～400mg/m³之间，挥发性有机物种类单一或者种类只有两种的这种工况。针对这种工况，常用的治理方法有以下几种：

(1)直接氧化法。如采用蓄热式高温热氧化炉(RTO)进行氧化分解，实现达标排放；也有的用催化氧化法，如采用蓄热式催化氧化炉(RCO)或催化氧化炉(CO)进行催化氧化分解；

(2)吸附法。如直接采用活性炭或碳纤维进行吸附回收治理的工艺，由于风量超过20000m³/h，所以很难用非极性树脂直接吸附法，主要是投资成本过高的缘故；

(3)“沸石转轮浓缩+氧化”工艺。此种工艺原理：前端采用沸石转轮进行吸附浓缩，然后在通过脱附(热风)转变成小风量及中高浓度的尾气，之后进入蓄热式高温热氧化炉(RTO)、蓄热式催化氧化炉(RCO)或催化氧化炉(CO)进行氧化分解。

对于这种排放种类单一、风量较大、浓度较低的挥发性有机物，现有的治理方法主要有以下缺点：

(1)直接氧化法。如采用蓄热式高温热氧化炉(RTO)或蓄热式催化氧化炉(RCO)工艺，则投资成本较高，运行成本也较高，RTO或者RCO维持低能耗运行的进气浓度范围为1.5～6g/m³，浓度较低的工况下，RTO需要消耗大量的天然气或柴油来维持高温氧化分解，而RCO则需要较大功率的电加热能耗来维持在一定温度区间内进行催化氧化。如采用催化氧化(CO)法，则能耗更高，且催化氧化效果不甚理想。

(2)吸附法。如直接采用活性炭或碳纤维进行吸附回收治理的工艺，其适宜的处理风量范围只能在2000m³/h以下，风量高于2000m³/h时投资成本和运行能耗均较高，吸附材料更换也较为频繁。

(3)“沸石转轮浓缩+氧化”工艺。此种工艺相比以上工艺具有能耗低、投资成本小的优势，但无法回收和利用排放种类较为单一的有机物，直接氧化产生的大量二氧化碳也不符合未来环保中对“低碳排放”的要求。

实用新型内容

为克服上述缺点，针对精细化工企业在生产中产生大风量、低浓度及种类较为单一的的挥发性有机物，本实用新型采转轮浓缩和树脂吸附相结合的治理工艺，该工艺具有投资成本低、安全性高、稳定性高、运行能耗低、工艺设备占地面积小等优势，同时可对挥发性有机物进行回收套用，即可产生较好的经济效益，也可以产生较好的生态环境效益。

为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，包括:

沸石转轮吸附浓缩装置，所述沸石转轮吸附浓缩装置包括沸石转轮和热交换器，所述沸石转轮包括吸附区、脱附区和冷却区，所述热交换器的进风口和所述冷却区连接，所述热交换器的出风口和所述脱附区连接；

树脂吸附装置，所述树脂吸附装置和所述脱附区连接，所述树脂吸附装置包括吸附罐，所述吸附罐内部设置有树脂吸附材料。

沸石转轮吸附浓缩装置和树脂吸附装置的设置，挥发性有机物通过沸石转轮的吸附区，在吸附区被沸石吸附剂吸附净化，净化后直接从吸附区排出，处理效率一般为95％以上。吸附到一定时间后，沸石转轮转动，部分吸附区转成脱附区，此时利用热交换器将一定气量空气转变成高温气体对脱附区进行脱附，脱附温度一般为150～220℃，脱附气量一般为吸附区进气量的3～10％，根据浓缩的倍数而定。脱附下来的挥发性有机物经过脱附区排出，然后进入后端的树脂吸附装置进行吸附回收和达标治理。刚再生后的脱附区在转轮转动下变成冷却区，利用再生风机对其进行冷却，冷却排气经过热交换器继续升温然后对脱附区进行再生。整套沸石转轮持续以一定的的转速旋转，周而复始的转动,实现对挥发性有机物的吸附和浓缩，可将大风量低浓度(浓度范围为100～400mg/m³)的挥发性有机物转换成中小风量(为进气风量的3～10％)中高浓度(为进气浓度的10～30倍)的挥发性有机物，然后通过树脂吸附装置进行吸附。

进一步地，所述沸石转轮吸附浓缩装置还包括旋转机构，所述旋转机构和所述沸石转轮连接，所述沸石转轮的圆心位置设置有转轴，所述沸石转轮在旋转机构的作用下能以所述转轴为圆心进行自转。

进一步地，有机物治理系统还包括预处理装置，所述预处理装置包括过滤器和第一冷凝器，所述第一冷凝器的进气口和所述过滤器连接，所述第一冷凝器的出气口和所述沸石转轮吸附浓缩装置连接。

进一步地，所述沸石转轮为筒式转轮或盘式转轮。

进一步地，有机物治理系统还包括冷凝装置，所述冷凝装置包括相连的第一级冷凝换热器和第二级冷凝换热器，所述第一级冷凝换热器和所述沸石转轮吸附浓缩装置连接，所述第二级冷凝换热器和所述树脂吸附装置连接。

进一步地，所述树脂吸附装置还包括蒸汽管道，所述蒸汽管道和所述吸附罐的进气口连接。

进一步地，所述树脂吸附装置还包括第二冷凝器和分层罐，所述第二冷凝器和所述吸附罐连接，所述分层罐和所述第二冷凝器连接。

进一步地，所述树脂吸附装置还包括溶剂罐和废水罐，所述溶剂罐的进液口和所述分层罐的第一出液口连接，所述废水罐的进液口和所述分层罐的第二出液口连接。

进一步地，所述溶剂罐、所述分层罐和所述废水罐的出气口均和所述冷凝装置连接。

进一步地，所述树脂吸附装置还包括树脂降温结构，所述树脂降温结构包括降温风机和第三冷凝器，所述第三冷凝器和所述降温风机依次通过管道和所述吸附罐连接。

本实用新型的有益效果是：沸石转轮吸附浓缩装置和树脂吸附装置的设置，可将大风量低浓度(浓度范围为100～400mg/m³)的挥发性有机物转换成中小风量(为进气风量的3～10％)中高浓度(为进气浓度的10～30倍)的挥发性有机物，然后通过树脂吸附装置进行吸附。与其他治理装置相比，该种组合式挥发性有机物治理系统具有占地面积小、运行成本低、投资少、运行安全可靠、处理效率高以及可回收套用等优点。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的有机物治理系统连接示意图。

图中：

1、预处理装置；11、过滤器；12、第一冷凝器；13、送风机；2、沸石转轮吸附浓缩装置；21、沸石转轮；211、吸附区；212、脱附区；213、冷却区；22、热交换器；23、脱附风机；3、冷凝装置；31、第一级冷凝换热器；32、第二级冷凝换热器；4、树脂吸附装置；41、吸附罐；42、第二冷凝器；43、分层罐；44、溶剂罐；45、废水罐；46、蒸汽管道；47、烟囱；48、树脂降温结构；481、降温风机；482、第三冷凝器。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

参见附图1所示，本实施例中的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，包括依次连接的预处理装置1、沸石转轮吸附浓缩装置2、冷凝装置3和树脂吸附装置4，大风量低浓度挥发性有机物能依次经过预处理装置1、沸石转轮吸附浓缩装置2、冷凝装置3和树脂吸附装置4。

在一些实施例中，预处理装置1包括通过气体管道连接的过滤器11和第一冷凝器12，有机气体首先经过过滤器11进行过滤，以除去有机气体中大的颗粒物，然后进过第一冷凝器12进行冷凝，第一冷凝器12主要起到降低进气温度以及去除废气中微量粉尘和高沸点物质的作用。

在一些实施例中，沸石转轮吸附浓缩装置2通过送风机13和第一冷凝器12连接，沸石转轮吸附浓缩装置2包括沸石转轮21，所述沸石转轮21可采用占地面积小、更换关键材料方便的筒式转轮，也可以采用易加工的盘式转轮。沸石转轮吸附浓缩装置2还包括旋转机构，所述旋转机构和沸石转轮21连接，沸石转轮21的圆心位置设置有转轴，沸石转轮21在旋转机构的作用下能以转轴为圆心进行自转，沸石转轮21包括吸附区211、脱附区212及冷却区213，沸石转轮21在各个区内连续运转。挥发性有机物通过前置的预处理装置1预处理后，通过吸附区211，在吸附区211被喷涂在瓦楞纸结构或蜂窝状结构陶瓷纤维基材上的沸石吸附剂吸附净化，净化后直接从吸附区211排出，处理效率一般为95％以上。

在一些实施例中，沸石转轮吸附浓缩装置2还包括热交换器22和脱附风机23，热交换器22的进风口和冷却区213连接，出风口和脱附区212连接，所述脱附风机23位于沸石转轮21远离热交换器22的一端，脱附风机23和沸石转轮21的脱附区212连接。吸附区211吸附到一定时间后，在旋转机构的带动下，沸石转轮21转动，部分吸附区211转成脱附区212，此时利用脱附风机23和热交换器22将一定气量空气转变成高温气体对脱附区212进行脱附，脱附温度一般为150～220℃，脱附气量一般为吸附区211进气量的3～10％，根据浓缩的倍数而定。脱附下来的挥发性有机物经过脱附区212排出，排气温度一般为60～80℃，此部分气体为高温、中高浓度有机气体，需要冷凝降温后进入后端的树脂吸附装置4进行吸附回收和达标治理。刚再生后的脱附区212在转轮转动下变成冷却区213，利用再生风机对其进行冷却，冷却排气经过热交换器22继续升温然后对脱附区212进行再生。整套沸石转轮21持续以一定的的转速旋转，周而复始的转动,实现对挥发性有机物的吸附和浓缩，可将大风量低浓度(浓度范围为100～400mg/m³)的挥发性有机物转换成中小风量(为进气风量的3～10％)中高浓度(为进气浓度的10～30倍)的挥发性有机物。

在一些实施例中，冷凝装置3包括相连的第一级冷凝换热器31和第二级冷凝换热器32，所述第一级冷凝换热器31和脱附区212连接，冷凝装置3主要是将沸石转轮21的脱附区212脱附下来的中小风量中高浓度挥发性有机物进行冷凝，冷凝装置3采用二级冷凝模式，第一级冷凝换热器31采用翅片换热器或者板式换热器，冷媒采用常温循环水，将出气温度控制在30～45℃之间；第二级冷凝换热器32采用板式换热器或者管壳式换热器，冷媒采用3～10℃的浅冷水，将出气温度控制在8～15℃之间，较低的出气温度有利于提高后端吸附设备的吸附效率。

在一些实施例中，树脂吸附装置4和第二级冷凝换热器32连接，树脂吸附装置4包括吸附罐41，吸附罐41内部设置有树脂吸附材料，通过吸附罐41对经过第二级冷凝换热器32冷凝的有机气体进行吸附。吸附罐41和蒸汽管道46连接。吸附罐41使用一段时间后，需对吸附罐41进行脱附，在使用蒸汽或者热氮气对吸附到一定阶段的树脂吸附材料进行脱附时，关闭进气阀，打开出气阀，高温蒸汽通过蒸汽管道46进入吸附罐41进行脱附，脱附后的高温挥发性有机物进入第二冷凝器42进行降温冷凝，冷凝后的液体进入分层罐43进行分层回收。

在一些实施例中，树脂吸附装置4还包括溶剂罐44和废水罐45，溶剂罐44的进液口和分层罐43的第一出液口连接，废水罐45的进液口和分层罐43的第二出液口连接，溶剂罐44和冷凝装置3连接。液体经过分层罐43分层后，有机溶液进入溶剂罐44，溶剂罐44回收的有机溶剂可回收再利用。溶剂罐44在静止或者转料时都存在一定量的呼吸气，呼吸气中含有较高浓度的挥发性有机物。挥发性有机物通过冷凝装置3冷凝后再次进入树脂吸附装置4。

在一些实施例中，树脂吸附装置4还包括树脂降温结构48，树脂降温结构包括降温风机481和第三冷凝器482，第三冷凝器482和降温风机481依次通过管道和吸附罐41连接，再生后的树脂吸附罐罐41需引入空气对其以及其所载的非极性介孔树脂进行冷却。

树脂吸附装置4主要由后交联型非极性树脂作为吸附材料的吸附系统及配套的自动化调节装置组成，由于进气浓度非较高浓度，基本低于40mg/m³，因此可以采用一级吸附模式，即两个树脂吸附罐41，一吸一备，整套设备通过PLC程序控制，自动切换，交替进行。

具体的工艺流程如下：

1)过滤。根据大风量挥发性有机物的工况特点选择是否通过过滤器11进行过滤，如有微量粉尘可采用初效过滤、中效过滤以及高效过滤三种不同处理级别的过滤方式相结合来去除挥发性有机物中的粉尘。

2)进气降温。对大风量、低浓度挥发性有机物进行降温以及去除前道工序中可能残留的微量粉尘及高沸点物质，第一冷凝器12进出口设置压差计和旁通管路，以便检修，降温也可起到削峰降浓的目的，尤其针对排放浓度极其不稳定的工况，既可以降低挥发性有机物进入沸石转轮前的湿度，也可以避免水滴进入，以免影响沸石的吸附效率。

3)转轮浓缩。将经过预处理(过滤或者冷水喷淋及除雾)后的大风量、低浓度挥发性有机物进入沸石转轮吸附浓缩装置2进行吸附浓缩，从而转换成小风量、高浓度的挥发性有机物，浓缩倍数最高可达25甚至30倍。首先，经过沸石转轮吸附浓缩装置2的吸附区211吸附后的排气直接排入烟囱，针对100～400mg/m³的进气浓度，选择好适宜的沸石转轮后，直接排气浓度可为60mg/m³以内，甚至可满足更为严格的排放标准；其次，而通过热风脱附后的高浓度、小风量尾气(也是沸石转轮浓缩后的气体)需要经过第一级冷凝换热器31和第二级冷凝换热器32进行二级冷凝(两个换热器串联，分别采用循环水和低温冷媒)后以较低的温度进入末端的树脂吸附装置4，热风即为通过热交换器22加热后的空气，加热方式采用电加热管道进行加热，也可以采用二级加热管到进行加热，第一级为预热，第二级将预热后的空气加热到150～220℃。

4)树脂吸附净化。经过吸附浓缩后的小风量、高浓度的挥发性有机物进入末端非极性介孔树脂吸附装置4进行吸附，最后净化过的废气通过烟囱47排入大气中也可以回到进气前段与进气耦合进行二次吸附或者起到稀释进气浓度的目的。吸附采用一吸附模式，以达到极高的净化效率，实现达标排放。吸附模式示意图如下所示：

备注：2个阶段为一个周期，周而复始。

5)树脂再生及液化回收。吸附到一定程度后的树脂吸附罐41，采用蒸汽(100～110℃)首先进行脱附，非极性介孔树脂的脱附时间较短，所消耗蒸汽较少，脱附出的有机物和水蒸气进入第二冷凝器42进行冷凝，冷凝采用二级冷凝模式，第一级冷凝器的冷媒可采用循环水，第二级冷凝器的冷媒可采用低温冷媒(0～10℃)，冷凝液化后的有机物和水一起进入分层罐43进行重力分层，分层后的有机物和水相各自进入溶剂罐44和废水罐45。如有机物易溶于水或者和水混溶，则混合的有机物水溶液则可去精馏提纯以便生产套用！

6)树脂降温干燥。再生后的树脂吸附罐器需引入空气对其以及其所载的非极性介孔树脂进行冷却，和其他吸附材料不同，介孔树脂的冷却时间较短，冷却时产生的挥发性气体可再次回到树脂吸附装置前端进行吸附，以防止冷却时超标排放。

7)其他工艺。除此之外，还有积液处理工艺、不凝汽二次吸附工艺、放高温应急工艺以及冷却时防止产生白雾等工艺。以上过程均由PLC程序控制，自动切换，交替进行。控制系统采用西门子PLC程序控制，对设备进行全自动监测与控制。根据工艺要求，自动运行时的吸附时间、脱附时间、冷却时间和间歇时间可通过程序来设定。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，包括:

沸石转轮吸附浓缩装置(2)，所述沸石转轮吸附浓缩装置(2)包括沸石转轮(21)和热交换器(22)，所述沸石转轮(21)包括吸附区(211)、脱附区(212)和冷却区(213)，所述热交换器(22)的进风口和所述冷却区(213)连接，所述热交换器(22)的出风口和所述脱附区(212)连接；

树脂吸附装置(4)，所述树脂吸附装置(4)和所述脱附区(212)连接，所述树脂吸附装置(4)包括吸附罐(41)，所述吸附罐(41)内部设置有树脂吸附材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，所述沸石转轮吸附浓缩装置(2)还包括旋转机构，所述旋转机构和所述沸石转轮(21)连接，所述沸石转轮(21)的圆心位置设置有转轴，所述沸石转轮(21)在所述旋转机构的作用下能以所述转轴为圆心进行自转。

3.根据权利要求1所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，有机物治理系统还包括预处理装置(1)，所述预处理装置(1)包括过滤器(11)和第一冷凝器(12)，所述第一冷凝器(12)的进气口和所述过滤器(11)连接，所述第一冷凝器(12)的出气口和所述沸石转轮吸附浓缩装置(2)连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，所述沸石转轮(21)为筒式转轮或盘式转轮。

5.根据权利要求1所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，有机物治理系统还包括冷凝装置(3)，所述冷凝装置(3)包括相连的第一级冷凝换热器(31)和第二级冷凝换热器(32)，所述第一级冷凝换热器(31)和所述沸石转轮吸附浓缩装置(2)连接，所述第二级冷凝换热器(32)和所述树脂吸附装置(4)连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，所述树脂吸附装置(4)还包括蒸汽管道(46)，所述蒸汽管道(46)和所述吸附罐(41)的进气口连接。

7.根据权利要求5所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，所述树脂吸附装置(4)还包括第二冷凝器(42)和分层罐(43)，所述第二冷凝器(42)和所述吸附罐(41)连接，所述分层罐(43)和所述第二冷凝器(42)连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，所述树脂吸附装置(4)还包括溶剂罐(44)和废水罐(45)，所述溶剂罐(44)的进液口和所述分层罐(43)的第一出液口连接，所述废水罐(45)的进液口和所述分层罐(43)的第二出液口连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，所述溶剂罐(44)、所述分层罐(43)和所述废水罐(45)的出气口均和所述冷凝装置(3)连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种用于大风量低浓度挥发性有机物治理系统，其特征在于，所述树脂吸附装置(4)还包括树脂降温结构(48)，所述树脂降温结构(48)包括降温风机(481)和第三冷凝器(482)，所述第三冷凝器(482)和所述降温风机(481)依次通过管道和所述吸附罐(41)连接。