揮發性有機廢氣處理系統及方法
2023-08-07 08:20:06 1
揮發性有機廢氣處理系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種揮發性有機廢氣處理系統及方法，該方法包括：有機廢氣輸入到活性炭吸附床的吸附區進行吸附處理後輸出到煙囪排出；常溫新鮮空氣輸送至活性炭吸附床的冷卻區，對活性炭吸附轉輪進行降溫處理後再與再生區輸出的再生廢氣進行熱交換，並輸送至三段式生物降解裝置，經三段式生物降解裝置處理後輸送至煙囪排出；經熱交換後的新鮮空氣經加熱器形成高溫再生氣體輸送至再生區。本發明，將活性炭吸附轉輪降溫處理後形成的中溫新鮮空氣與再生區輸出的再生廢氣進行熱交換，再輸送至再生區，從而有效利用了能源，且流程簡單，成本低，廢氣去除率為98.5％以上，可處理流量達95000m3/h以上的廢氣，可處理濃度為0～1500ppm的廢氣。
【專利說明】揮發性有機廢氣處理系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及廢氣處理裝置，具體涉及揮發性有機廢氣處理系統及方法。
【背景技術】
[0002] 揮發性有機廢氣的治理研究和應用都比較晚，隨著工業化的發展，各行各業（如 印刷、製藥、石油化工、塗裝、噴漆、皮革、電子等）產生的揮發性有機廢氣的數量及種類也 越來越多。目前有機廢氣的治理方法主要有三種：
[0003] 第一種：催化燃燒法，利用某種催化劑來分解或使有機廢氣燃燒後變成無害氣 體；
[0004] 第二種：吸收法，以特定的某種化學液體來吸收有機廢氣，然後進行去除；
[0005] 第三種：吸附法，以活性炭物理吸附為主。
[0006] 但是對於處理大風量、低濃度、成份複雜的有機氣體，上述方法均存在投資費用 1?、運行成本1?、去除效率低、能耗1?等缺點。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是，現有的揮發性有機廢氣治理裝置存在投資費用 高、運行成本高、去除效率低、能耗高、安全性能差等問題。
[0008] 為了解決上述問題，本發明提供了一種揮發性有機廢氣處理系統，包括活性炭吸 附床、三段式生物降解裝置、冷卻風供給裝置和再生風供給裝置，所述活性炭吸附床內轉動 設有活性炭吸附轉輪，沿所述活性炭吸附轉輪的周向依次設有吸附區、再生區和冷卻區，所 述活性炭吸附轉輪循環反覆順序經過所述吸附區、再生區和冷卻區，有機廢氣輸入到所述 吸附區進行吸附處理後經第一管路輸出到煙囪排出，所述再生風供給裝置包括：
[0009] 換熱器，常溫新鮮空氣通過所述冷卻風供給裝置輸送至所述冷卻區，對所述活性 炭吸附轉輪進行降溫處理後形成中溫新鮮空氣，所述中溫新鮮空氣通過第二管路輸送至所 述換熱器；所述再生區輸出的高溫再生廢氣輸送至所述換熱器與所述中溫新鮮空氣進行熱 交換後輸送至所述三段式生物降解裝置，經所述三段式生物降解裝置處理後通過第三管路 輸送至所述煙囪排出；
[0010] 加熱器，熱交換後的所述中溫新鮮空氣經所述加熱器輸送至所述再生區。
[0011] 在上述系統中，所述三段式生物降解裝置自下而上依次設有第一填料層、第二填 料層和第三填料層，所述第一填料層由碎石、陶瓷填料組成，所述第二填料層由碎木塊填料 組成，所述第三填料層由惰性填料組成，每層填料層中設有均生物膜。
[0012] 在上述系統中，所述活性炭吸附轉輪具有蜂窩狀結構。
[0013] 在上述系統中，所述第一管路上設有吸附風機。
[0014] 在上述系統中，所述第二管路上設有溫度傳感器，PLC控制器根據所述溫度傳感器 的檢測結果控制所述加熱器啟動或停止。
[0015] 在上述系統中，所述第三管路上設有揮發性有機化合物濃度檢測儀和控制閥組， 所述控制閥組的輸入口連接所述換熱器的廢氣排出口，第一輸出口連接所述三段式生物降 解裝置，第二輸出口連接所述再生區；所述揮發性有機化合物濃度檢測儀檢測所述第二管 路中的氣體是否符合所述三段式生物降解裝置的處理標準，如果符合則將所述控制閥組的 輸入口與所述第一輸出口接通，否則將所述控制閥組的輸入口與所述第二輸出口接通。
[0016] 本發明還提供了一種有機廢氣處理方法，包括以下步驟：
[0017] 有機廢氣輸入到活性炭吸附床的吸附區進行吸附處理後輸出到煙囪排出；
[0018] 常溫新鮮空氣輸送至活性炭吸附床的冷卻區，對活性炭吸附床的活性炭吸附轉輪 進行降溫處理後形成中溫新鮮空氣輸送至換熱器；
[0019] 再生區輸出的再生廢氣輸送至換熱器與所述中溫新鮮空氣進行熱交換後輸送至 三段式生物降解裝置，經所述三段式生物降解裝置處理後輸送至煙?排出；
[0020] 所述中溫新鮮空氣經加熱器輸送至所述再生區。
[0021] 在上述方法中，還包括以下步驟：檢測所述再生廢氣是否符合所述三段式生物降 解裝置的處理標準，如果符合則輸出至所述三段式生物降解裝置，否則輸送至所述吸附區。
[0022] 在上述方法中，還包括以下步驟：檢測所述中溫新鮮空氣的溫度，並根據檢測結果 控制所述加熱器啟動或停止。
[0023] 本發明，將對活性炭吸附轉輪降溫處理後形成的中溫新鮮空氣與再生區輸出的再 生廢氣進行熱交換，然後輸送至再生區，從而有效利用了能源，廢氣去除率為98. 5%以上， 可處理流量達95000m3/h以上的廢氣，可處理濃度為0?1500ppm的廢氣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明提供的揮發性有機廢氣處理系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合說明書附圖對本發明作出詳細的說明。
[0026] 如圖1所示，本發明提供的有機廢氣處理系統包括活性炭吸附床10、三段式生物 降解裝置30以及冷卻風供給裝置和再生風供給裝置。
[0027] 活性炭吸附床10內轉動設有具有蜂窩狀結構的活性炭吸附轉輪，並沿活性炭吸 附轉輪的周向依次設有吸附區11、再生區12和冷卻區13,再生區溫度控制在100?120°C， 吸附區11、再生區12和冷卻區13分別通過分隔板相互隔離。活性炭吸附轉輪選用蜂窩狀 活性炭，厚度較小，風阻為200Pa以下。蜂窩狀活性炭經過耐水處理和二次燒制，蜂窩狀通 道的比表面積一般可達2760 m2 /m3以上，具有機械強度高、耐水、耐酸、耐鹼、壓降小、使用 壽命長等特性。活性炭吸附轉輪在調速馬達的驅動下以每小時4?7轉的速度緩慢迴轉， 循環反覆順序經過吸附區11、再生區12和冷卻區13。為了防止吸附區11、再生區12和冷 卻區13之間串風以及活性炭吸附轉輪的圓周與活性炭吸附床10的殼體之間的空氣洩露， 吸附區11、再生區12和冷卻區13的分隔板與活性炭吸附轉輪的殼體內壁之間、活性炭吸附 轉輪的圓周與殼體之間均裝有耐高溫、耐溶解的氟橡膠密封材料。
[0028] 吸附區11通過第一管路與煙囪80連接，第一管路上設有吸附風機20,在吸附風機 20的作用下，揮發性有機廢氣進入吸附區11進行吸附處理，吸附處理後的廢氣通過第一管 路輸送至煙囪80並排放到大氣中。
[0029] 再生區12設有一個再生氣體輸入口和一個再生廢氣輸出口，冷卻區13設有一個 新鮮空氣輸入口和一個新鮮空氣輸出口，新鮮空氣輸入口通過過濾器70與外界常溫新鮮 空氣連通，外界常溫新鮮空氣經過濾器70過濾後進入冷卻區13,對活性炭吸附轉輪再生後 的空氣進行冷卻處理，在此過程中，常溫新鮮空氣變為中溫新鮮空氣從新鮮空氣輸出口輸 出。
[0030] 再生風供給裝置包括換熱器50和加熱器60,再生區12的再生氣體輸入口與加熱 器60的輸出口連接，再生區12的再生廢氣輸出口通過脫附風機40與換熱器50的第一輸 入口連接，冷卻區13的新鮮空氣輸出口與換熱器50的第二輸入口連通，冷卻區13輸出的 中溫新鮮空氣與再生區12輸出的高溫再生廢氣在換熱器50內進行熱交換。換熱器50的 第一輸出口通過第三管路連接三段式生物降解裝置30,換熱器50的第二輸出口通過第二 管路與加熱器60的輸入口連通，換熱器50的第一輸入口與第一輸出口連通，換熱器50的 第二輸入口與第二輸出口連通。
[0031] 三段式生物降解裝置30的上端與煙囪80連接。三段式生物降解裝置30的內部 自下而上依次設有第一填料層、第二填料層和第三填料層，第一填料層由碎石、陶瓷填料組 成，第二填料層由碎木塊填料組成，第三填料層由惰性填料組成（惰性填料是現有市售產 品，具有高強度、高化學穩定性和熱穩定性的特性，耐高溫、高壓和酸、鹼、鹽及各種有機溶 劑的腐蝕，廣泛應用於石油、化工、化肥、天然氣及環保等行業），第一填料層、第二填料層和 第三填料層中均設有生物膜填料，生物膜的厚度為1?3mm，構成生物膜的微生物中95%以 上為短桿菌，脫附出來的氣體在生物膜上的停留時間設為30?123秒。三段式生物降解裝 置內不同填料層添加不同的微生物種類，可有效解決高濃度、成份發雜的揮發性廢氣的治 理。
[0032] 本發明提供的方案，將對活性炭吸附轉輪降溫處理後形成的中溫新鮮空氣與再生 區輸出的再生廢氣進行熱交換，然後輸送至再生區，從而有效利用了能源。
[0033] 另外，本發明提供的有機廢氣處理系統中設有PLC控制器，第二管路上設有溫度 傳感器，溫度傳感器的檢測結果傳送至PLC控制器，由PLC控制器判斷經過熱交換後的新 鮮空氣是否達到再生處理的溫度要求，如果達到則直接輸送至再生區12,否則啟動加熱器 60,將新鮮空氣加熱到再生處理所要求的溫度後再輸送至再生區12。這樣，加熱器60無須 一直工作，進一步節約了能源。
[0034] 第三管路上設有揮發性有機化合物濃度檢測儀和控制閥組，控制閥組具有一個輸 入口和第一、第二兩個輸出口，其中，控制閥組的輸入口連接換熱器50的再生廢氣排出口， 第一輸出口連接三段式生物降解裝置，第二輸出口連接再生區12。揮發性有機化合物濃度 檢測儀檢測第三管路中的氣體是否符合三段式生物降解裝置的處理標準，如果符合則將控 制閥組的輸入口與第一輸出口接通，於是再生廢氣進入三段式生物降解裝置進行處理；否 則將控制閥組的輸入口與第二輸出口接通，再生廢氣返回吸附區與新輸入的揮發性有機廢 氣一起再次進行吸附處理。
[0035] 控制閥組也由PLC控制器控制，揮發性有機化合物濃度檢測儀將檢測結果傳送到 PLC控制器，PLC控制器根據檢測結果判斷第三管路中的氣體是否符合三段式生物降解裝 置的處理標準，並控制控制閥組的工作狀態。
[0036] 控制閥組可選用一個三通控制閥或三個單獨的開關閥。
[0037] 本發明提供的揮發性有機廢氣處理系統工作過程如下：
[0038] 隨著活性炭吸附轉輪的轉動，活性炭吸附轉輪依次進入吸附區11、再生區12和冷 卻區13。含有揮發性有機化合物V0Cs(volatile organic compounds)的有機廢氣在吸附風 機20的作用下進入吸附區11，在吸附區11停留3?6s，廢氣中的VOCs (volatile organic compounds，揮發性有機）被蜂窩狀結構的活性炭吸附轉輪吸附，吸附處理後的達標氣體在 吸附風機20的作用下由煙囪80直接排放至大氣中。
[0039] 接下來，活性炭吸附轉輪接近吸附飽和狀態的部分進入再生區12,加熱器60將高 溫再生氣體輸入再生區12,對活性炭吸附轉輪接近吸附飽和狀態的部分進行脫附處理。
[0040] 最後，活性炭吸附轉輪脫附處理後的部分進入冷卻區13進行降溫處理，降溫後再 次進入吸附區11對揮發性有機廢氣進行吸附處理，如此反覆循環運行。
[0041] 冷卻區13的冷卻空氣是常溫新鮮空氣，常溫新鮮空氣經空氣過濾器70過濾後在 脫附風機40的作用下進入冷卻區13。
[0042] 提供給再生區12的高溫氣體採用如下方式獲得：
[0043] 從再生區12完成脫附的高溫再生廢氣（溫度為100?120°C )通過換熱器50的第 一輸入口進入換熱器50,常溫新鮮空氣在冷卻區13對活性炭吸附轉輪進行冷卻處理後變 為中溫新鮮空氣並通過換熱器50的第二輸入口進入換熱器50,在換熱器50內中溫新鮮空 氣與完成脫附的高溫再生廢氣進行熱交換，於是中溫新鮮空氣被再次加熱至50?KKTC， 而再生廢氣則降溫至30?50°C。被再次加熱的中溫新鮮空氣經換熱器50的第二輸出口輸 送到加熱器60,加熱器60上的溫度傳感器檢測檢測此時新鮮空氣的溫度，若沒有達到脫附 溫度100?120°C，則在PLC的控制下，自動開啟加熱器，將新鮮空氣加熱至脫附溫度100? 120°C再送入再生區12,否則直接送入再生區12進行脫附再生處理。
[0044] 降溫後的再生廢氣經換熱器50的第一輸出口通過第三管路輸出至三段式生物降 解裝置30,第三管路上設有新風風機90, VOCs濃度檢測儀在線監測第三管路中再生廢氣的 VOCs濃度，並通過新風風機90向第三管路中補充新風，將再生廢氣中的VOCs濃度控制在 1500ppm以下且在其爆炸極限下限的25%以下，同時溫度降至15?30°C，如果此時第三管 路中的再生廢氣符合三段式生物降解裝置30的處理標準，則輸送到三段式生物降解裝置 30進行處理，三段式生物降解裝置30的內腔上部設有噴淋裝置，噴淋裝置將微生物營養液 噴淋在生物膜上，通過第三填料層的廢氣最後經生物膜填料層進行生物降解，將VOCs分解 成C0 2和H20,達標的氣體由煙囪直接排放到大氣中。其中微生物營養液保存在儲存罐內， pH為6?7。
[0045] 如果檢測到第三管路中再生廢氣所含VOCs不符合三段式生物降解裝置30的生物 降解條件時，則將廢氣再次引入吸附區，以免對三段式生物降解裝置30中的生物膜造成衝 擊。
[0046] 活性炭吸附轉輪再生後的部分經過冷卻區13冷卻降溫後，返回到吸附區11，完成 吸附一脫附一冷卻的循環過程。
[0047] 本發明中，再生空氣的風量設計僅為處理風量的1/10?1/20,再生過程出口氣體 中VOCs濃度被濃縮為處理空氣濃度的10?20倍。吸附過程廢氣速度設為1. 5?2. Om/s。 再生區風速設為1. 8?2. 4m/s。
[0048] PLC控制器使整套系統工藝實現了自動化控制，通過採集與傳輸溫度、PH值、壓力 的參數變化信號來達到自控氧化與自控聯鎖的安全保護功能。對三段式生物降解裝置30 中關鍵設備的運行狀態、關鍵點的溫度和壓力加以監測，實現系統的正常運行，實現處理過 程的現代化生產管理，整個工藝過程壓力損失< 1200Pa。特別適合大風量、低濃度、廢氣成 分複雜的廢氣治理工程。投資少且節省運行成本。投資費用和運行成本僅為其他的吸附濃 縮一脫附降解工藝的三分之一左右，工藝環保、無二次汙染，廢氣去除率在98. 5%以上，流 程簡單，成本低，大大提高了廢氣去除率，具有很高的實用性。
[0049] 在此基礎上，本發明還提供了一種有機廢氣處理方法，包括以下步驟：
[0050] 有機廢氣輸入到活性炭吸附床的吸附區進行吸附處理後輸出到煙囪排出；
[0051] 常溫新鮮空氣輸送至活性炭吸附床的冷卻區，對活性炭吸附床的活性炭吸附轉輪 進行降溫處理後形成中溫新鮮空氣輸送至換熱器；
[0052] 再生區輸出的再生廢氣輸送至換熱器與所述中溫新鮮空氣進行熱交換後輸送至 三段式生物降解裝置，經所述三段式生物降解裝置處理後輸送至煙?排出；
[0053] 所述中溫新鮮空氣經加熱器輸送至所述再生區。
[0054] 本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明的啟示下作出的結 構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 揮發性有機廢氣處理系統，包括活性炭吸附床、三段式生物降解裝置、冷卻風供給裝 置和再生風供給裝置，所述活性炭吸附床內轉動設有活性炭吸附轉輪，沿所述活性炭吸附 轉輪的周向依次設有吸附區、再生區和冷卻區，所述活性炭吸附轉輪循環反覆順序經過所 述吸附區、再生區和冷卻區，有機廢氣輸入到所述吸附區進行吸附處理後經第一管路輸出 到煙@排出，其特徵在於，所述再生風供給裝置包括 ： 換熱器，常溫新鮮空氣通過所述冷卻風供給裝置輸送至所述冷卻區，對所述活性炭吸 附轉輪進行降溫處理後形成中溫新鮮空氣，所述中溫新鮮空氣通過第二管路輸送至所述換 熱器；所述再生區輸出的高溫再生廢氣輸送至所述換熱器與所述中溫新鮮空氣進行熱交換 後輸送至所述三段式生物降解裝置，經所述三段式生物降解裝置處理後通過第三管路輸送 至所述煙囪排出； 加熱器，熱交換後的所述中溫新鮮空氣經所述加熱器輸送至所述再生區。
2. 如權利要求1所述的揮發性有機廢氣處理系統，其特徵在於，所述三段式生物降解 裝置自下而上依次設有第一填料層、第二填料層和第三填料層，所述第一填料層由碎石、陶 瓷填料組成，所述第二填料層由碎木塊填料組成，所述第三填料層由惰性填料組成，每層填 料層中設有生物膜。
3. 如權利要求1所述的揮發性有機廢氣處理系統，其特徵在於，所述活性炭吸附轉輪 具有蜂窩狀結構。
4. 如權利要求1所述的揮發性有機廢氣處理系統，其特徵在於，所述第一管路上設有 吸附風機。
5. 如權利要求1所述的揮發性有機廢氣處理系統，其特徵在於，所述第二管路上設有 溫度傳感器，PLC控制器根據所述溫度傳感器的檢測結果控制所述加熱器啟動或停止。
6. 如權利要求1所述的揮發性有機廢氣處理系統，其特徵在於，所述第三管路上設有 揮發性有機化合物濃度檢測儀和控制閥組，所述控制閥組的輸入口連接所述換熱器的廢氣 排出口，第一輸出口連接所述三段式生物降解裝置，第二輸出口連接所述再生區；所述揮發 性有機化合物濃度檢測儀檢測所述第二管路中的氣體是否符合所述三段式生物降解裝置 的處理標準，如果符合則將所述控制閥組的輸入口與所述第一輸出口接通，否則將所述控 制閥組的輸入口與所述第二輸出口接通。
7. 有機廢氣處理方法，其特徵在於，包括以下步驟： 有機廢氣輸入到活性炭吸附床的吸附區進行吸附處理後輸出到煙囪排出； 常溫新鮮空氣輸送至活性炭吸附床的冷卻區，對活性炭吸附床的活性炭吸附轉輪進行 降溫處理後形成中溫新鮮空氣輸送至換熱器； 再生區輸出的再生廢氣輸送至換熱器與所述中溫新鮮空氣進行熱交換後輸送至三段 式生物降解裝置，經所述三段式生物降解裝置處理後輸送至煙?排出； 所述中溫新鮮空氣經加熱器輸送至所述再生區。
8. 如權利要求7所述的有機廢氣處理方法，其特徵在於，還包括以下步驟：檢測所述再 生廢氣是否符合所述三段式生物降解裝置的處理標準，如果符合則輸出至所述三段式生物 降解裝置，否則輸送至所述吸附區。
9. 如權利要求7所述的有機廢氣處理方法，其特徵在於，還包括以下步驟：檢測所述中 溫新鮮空氣的溫度，並根據檢測結果控制所述加熱器啟動或停止。
【文檔編號】B01D53/44GK104107633SQ201410387082
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】田兆龍, 王瑞強, 呂昌剛, 呂同春 申請人:青島路博宏業環保技術開發有限公司