CN104399352B - 一种新型VOCs处理设备及处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种新型VOCs处理设备及处理工艺，包括吸附器罐体、固定板、吸附材料、进气口、出气口、在线检测仪、进惰性载体口、出料口、储槽，进气口通入VOCs气源或热载体；吸附器罐体上设置有超声脱附装置，其包括超声发生器、超声传导器。本发明通过吸附材料将废气中的VOCs进行吸附，通过超声脱附装置将吸附有VOCs的吸附材料进行超声脱附实现再生，再将溶有VOCs的惰性载体进行分离，其中的VOCs废物利用，惰性载体重复利用，最后再使用热载体对吸附材料进行吹脱以实现吸附材料的进一步再生。本发明具有操作简单、吸附材料吸附能力不会减弱、吸附脱附可在一个设备中完成、脱附下的VOCs能够进行废物利用、脱附用的惰性载体可以重复利用的优点。

Description

一种新型VOCs处理设备及处理工艺

技术领域

本发明属于VOCs处理技术领域，涉及一种利用超声脱附的新型VOCs处理设备及处理工艺。

背景技术

VOCs是挥发性有机化合物的简称，是继SO₂、NO_x和氟利昂之后世界各国又一关注的废气污染焦点。VOCs指的是挥发性的碳氢化合物及其衍生物，包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、胺类、有机酸等。常温下VOCs蒸发速率较大，极易挥发，会对环境造成严重危害，主要表现在以下几个方面：(1)阳光照射下，大气中的VOCs会和NO_x发生光化学反应，生成臭氧、过氧硝基酰(PAN)、醛类等光化学烟雾，刺激人的眼睛和呼吸***，危害人的身体健康，同时会危害农作物的生长，甚至导致农作物的死亡；(2)大多数VOCs有毒、有恶臭，会使人感染积累性呼吸道疾病，在高浓度突然作用下，会造成急性中毒，甚至死亡，有些VOCs(如3，4-苯并芘、氯乙烯)能致癌；(3)大多数VOCs易燃易爆，在高浓度排放时易酿成火灾和***；(4)部分VOCs会破坏臭氧层。

工业排放是VOCs的主要来源，将VOCs进行处理从而减少和消除VOCs工业排放是控制VOCs污染的有效手段。目前，主要的工业处理工艺是消除法和回收法。消除法是通过化学或生物反应，用光、热、催化剂和微生物等将挥发性有机物转化为水和二氧化碳，主要包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法、光分解法等。回收法是通过物理处理工艺，在一定温度、压力下，用选择性吸收剂、吸附剂和选择性渗透膜等处理工艺来分离，主要包括溶液吸收、活性材料吸附、变压吸附和冷凝法等。

其中活性材料吸附作为应用最广泛的一种VOCs工业处理工艺，具有工艺成熟、去除率高、净化彻底、易于推广的优点，然而VOCs处理过程中吸附材料吸附能力会减弱、吸附材料不能够重复利用造成VOCs脱附效率低、成本高，中国专利号201210186938.8的发明专利公开了用以净化总挥发性有机物的装置及方法，此装置由活性碳吸附装置对TVOC吸附净化后，吸附上的TVOC再由超声波脱附发射器对吸附的TVOC进行脱附并排至冷燃烧室进行燃烧分解处理，一方面，超声波脱附发射器工作时，此方案只能由补新风口通入空气进行协助脱附，通入空气作为协助具有脱附效果差的缺点，不能实现分子级的完全脱附再生，而且通入空气也并不能很好的对活性碳吸附装置进行清洗，长时间工作后，吸附效果会降低，吸附能力会减弱，另一方面，TVOC虽然会对大气造成污染，但是其收集后在工业生产有很大用途，脱附下的TVOC进行燃烧分解处理不仅将资源白白浪费而且此过程还会消耗大量的电能，因此此方案具有脱附下的TVOC不能够进行废物利用、资源消耗大浪费严重的缺点。

发明内容

本发明提出一种新型VOCs处理设备及处理工艺，解决了现有技术中VOCs活性碳吸附后的超声脱脱附以空气协助超声脱附效果差，不能对吸附材料进行清洗，不能实现分子级的完全脱附再生，长时间使用吸附能力会减弱，且脱附下的VOCs排至冷燃烧室进行燃烧分解处理不能够进行废物利用、资源消耗大浪费严重的技术问题。

一种新型VOCs处理设备，包括：

吸附器罐体、设置在所述吸附器罐体内的固定板、均匀设置在所述固定板上的吸附材料、设置在所述吸附器罐体上的进气口和出气口、设置在所述出气口上的在线检测仪；所述吸附器罐体上设置有超声脱附装置，所述超声脱附装置包括设置在所述吸附器罐体外部的超声发生器、与所述超声发生器连接且延伸至所述吸附器罐体内部的超声传导器，所述吸附材料与所述超声传导器轴向平行；所述进气口分别与VOCs气源和热载体源流体连通，从而可以由所述进气口通入含有VOCs的废气，以及由所述进气口通入热载体至所述吸附器罐体，所述吸附器罐体上还设置有进惰性载体口和出料口，所述出料口连接有储槽。

作为进一步的技术方案，所述吸附材料与所述超声传导器轴向平行。

作为进一步的技术方案，所述吸附器罐体内还设置有过滤板。

一种利用所述新型VOCs处理设备的新型VOCs处理工艺，包括如下步骤：

步骤1：所述进气口通入含有VOCs的废气，VOCs截留在所述吸附材料上，检测所述出气口VOCs排放浓度达到设定值时，切换进行超声脱附；

步骤2：所述进惰性载体口通入惰性载体至所述吸附器罐体内；

步骤3：开启所述超声脱附装置，持续工作，关闭所述超声脱附装置，静置，此过程重复至少1次；

步骤4：所述吸附器罐体内的惰性载体通过所述出料口送入所述储槽，静置分相；

步骤5：所述进气口通入热载体至所述吸附器罐体，对所述吸附材料进行吹脱处理。

进一步，所述步骤3中所述超声脱附装置工作的频率控制在20～25kHz、温度控制在20～50℃，1次持续工作时间20～30min、静置时间5～10min。

进一步，所述步骤4中惰性载体静置10min以上分相。

进一步，所述步骤5中吹脱处理持续工作60min以上，温度控制在30～200℃。

进一步，惰性载体具体为水。

进一步，热载体具体为热空气。

本发明通过吸附材料将废气中的VOCs进行吸附，通过超声脱附装置在惰性载体中将吸附有VOCs的吸附材料进行超声脱附实现再生，再将溶有VOCs的惰性载体进行分离，其中的VOCs废物利用，惰性载体重复利用，最后再使用热载体对吸附材料进行吹脱以实现吸附材料的进一步再生。可见，本发明具有操作简单、吸附材料吸附能力不会减弱、吸附脱附可在一个设备中完成、脱附下的VOCs能够进行废物利用、脱附用的惰性载体可以重复利用的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中固定板结构示意图；

图3为本发明流程图。

图中：1-吸附器罐体，2-固定板，3-吸附材料，4-进气口，5-出气口，6-超声脱附装置，61-超声发生器，62-超声传导器，7-进惰性载体口，8-出料口，9-储槽，10-在线检测仪，11-过滤板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图2所示，本发明一种实施例，一种新型VOCs处理设备，包括吸附器罐体1、设置在吸附器罐体1内的固定板2、均匀设置在固定板2上的吸附材料3、设置在吸附器罐体1上的进气口4和出气口5、设置在出气口5上的在线检测仪10；吸附器罐体1上设置有超声脱附装置6，超声脱附装置6包括设置在吸附器罐体1外部的超声发生器61、与超声发生器61连接且延伸至吸附器罐体1内部的超声传导器62，吸附材料3与所述超声传导器62轴向平行；进气口4分别与VOCs气源和热载体源流体连通，从而可以由进气口4通入含有VOCs的废气，以及由进气口4通入热载体至吸附器罐体1，所述吸附器罐体1上还设置有进惰性载体口7和出料口8，出料口8连接有储槽9。

固定板2设置在吸附器罐体1的上部且为网状，这样使得惰性载体以及热载体可以完全没过吸附材料3且自由进出吸附器罐体1内部，使得废气被吸附材料3吸附掉VOCs变成的可排放空气可以自由进出吸附器罐体1内部。

出气口5上设置的在线检测仪10，是型号为FG10-PID的有机气体探测器，对出气口5排放的空气浓度进行实时监测，当排放浓度达到设定值时，判定吸附材料3达到吸附饱和状态，切换进行吸附材料3的VOCs脱附。

吸附器罐体1上设置的四个口为两个进口和两个出口，分别是进气口4、出气口5、进惰性载体口7和出料口8，其中进气口4有两个作用，一是将含有VOCs的废气通过进气口4输入至吸附器罐体1内，使废气中VOCs与吸附材料充分吸附，二是将热载体通过进气口4输入至吸附器罐体1内，对吸附脱附过VOCs的吸附材料进行吹脱再生。由此可见，本设备操作简单，可以实现吸附脱附在一个设备中完成，而且吸附材料吸附能力不会减弱。

超声波发生器61产生高频高压并转化成高频共振，高频共振带动超声传导器62将超声波传导至吸附器罐体1中的惰性载体中，从而使得惰性载体受超声波作用对吸附材料3进行洗净。利用超声波的空化作用，超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性高频变换方式向惰性载体进行透射，在减压力作用时，惰性载体中产生真空核群泡现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎产生强大冲击力，由此剥离吸附材料3表面的VOCs，从而达到VOCs脱附的目的。

吸附材料3与超声传导器62轴向平行，这样使超声波在传播方向上带动惰性载体的直流进作用垂直作用在吸附材料3表面，通过此直流进作用使吸附材料3表面的VOCs产生振动，同时惰性载体产生对流，使溶解速度加快，对VOCs的搬运起到更好的作用效果。

吸附器罐体1内还设置有过滤板11，过滤板11的作用是将废气中的颗粒废渣进行过过滤，从而保证废气中的固体物质进行过滤。

如图3所示，一种利用新型VOCs处理设备的新型VOCs处理工艺，包括如下步骤：

步骤1：进气口4通入含有VOCs的废气，VOCs截留在所述吸附材料3上，检测出气口5VOCs排放浓度达到设定值时，切换进行超声脱附；

步骤2：进惰性载体口7通入惰性载体至吸附器罐体1内；

步骤3：开启超声脱附装置6，持续工作，关闭超声脱附装置6，静置，此过程重复至少1次；

步骤4：吸附器罐体1内的惰性载体通过出料口8送入储槽9，静置分相；

步骤5：进气口4通入热载体至吸附器罐体1，对吸附材料3进行吹脱处理。

进一步，步骤1具体为：进气口4通入含有VOCs的废气，废气中的VOCs截留在吸附材料3上，在线检测仪10检测出气口5的VOCs排放浓度，排放浓度达到设定值时，判定吸附材料3达到吸附饱和状态，切换进行超声脱附。

废气中会有颗粒状固体颗粒、VOCs和无害空气，颗粒状固体颗粒被过滤板11过滤，VOCs被截留在吸附材料上，剩下的无害空气经在线检测仪10检测符合标准才能通过出气口5进行排放。

进一步，步骤3具体为：开启超声脱附装置6，频率控制在20～25kHz，持续时间20～30min，温度控制在20～50℃，为超声波脱附的最佳工作温度，关闭超声脱附装置6，静置5～10min，使脱附下的VOCs不至于再次吸附，此过程重复2～4次，从而使VOCs充分脱附，直至吸附材料3吸附的VOCs均转移至惰性载体中。惰性载体可以为水，经过超声脱附的VOCs被超声波打成细小分子分散于水中，但VOCs大部分并不溶于水，因此超声脱附一段时间后，需要将溶有VOCs的水进行静置，从而使VOCs与水初步分离。

整个超声脱附过程在惰性载体中进行，利用超声的空化作用和直流进作用将吸附材料上的VOCs转移至惰性载体中，超声作用与静置作用的不断重复，从而实现吸附材料的VOCs脱附过程。

进一步，步骤4具体为：吸附器罐体1内的惰性载体通过出料口8送入储槽9，静置20～30min分相，VOCs精馏处理，惰性载体重复利用。

按照此处理工艺，脱附下的VOCs便能够进行废物利用，进行分馏后即可用于其他工业用途，同时脱附用的惰性载体也可以重复利用，从而节省了脱附成本。

进一步，步骤5具体为：进气口4通入热载体至吸附器罐体1，对吸附材料3进行吹脱处理，持续工作60～120min，温度控制在30～200℃，吹脱处理的热载体可以为热空气，通过热空气出脱处理吸附材料3上残留的惰性载体即可将VOCs全部去除，至此吸附材料3实现再生，以用于下次吸附使用，从而实现了VOCs吸附脱附在整个设备中的循环进行。因此本处理工艺操作简单，可以实现吸附脱附在一个设备中完成，而且吸附材料吸附能力不会减弱。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种新型VOCs处理设备，包括吸附器罐体(1)、设置在所述吸附器罐体(1)内的固定板(2)、均匀设置在所述固定板(2)上的吸附材料(3)、设置在所述吸附器罐体(1)上的进气口(4)和出气口(5)、设置在所述出气口(5)上的在线检测仪(10)，其特征在于：所述吸附器罐体(1)上设置有超声脱附装置(6)，所述超声脱附装置(6)包括设置在所述吸附器罐体(1)外部的超声发生器(61)、与所述超声发生器(61)连接且延伸至所述吸附器罐体(1)内部的超声传导器(62)，所述吸附材料(3)与所述超声传导器(62)轴向平行；所述进气口(4)分别与VOCs气源和热载体源流体连通，从而可以由所述进气口(4)通入含有VOCs的废气，以及由所述进气口(4)通入热载体至所述吸附器罐体(1)，所述吸附器罐体(1)上还设置有进惰性载体口(7)和出料口(8)，所述出料口(8)连接有储槽(9)。

2.根据权利要求1所述的一种新型VOCs处理设备，其特征在于：所述吸附器罐体(1)内还设置有过滤板(11)。

3.一种利用权利要求1～2中任意一项所述新型VOCs处理设备的新型VOCs处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：所述进气口(4)通入含有VOCs的废气，VOCs截留在所述吸附材料(3)上，检测所述出气口(5)VOCs排放浓度达到设定值时，切换进行超声脱附；

步骤2：所述进惰性载体口(7)通入惰性载体至所述吸附器罐体(1)内；

步骤3：开启所述超声脱附装置(6)，持续工作，关闭所述超声脱附装置(6)，静置，此过程重复至少1次；

步骤4：所述吸附器罐体(1)内的惰性载体通过所述出料口(8)送入所述储槽(9)，静置分相；

步骤5：所述进气口(4)通入热载体至所述吸附器罐体(1)，对所述吸附材料(3)进行吹脱处理。

4.根据权利要求3所述的一种新型VOCs处理工艺，所述步骤3中所述超声脱附装置(6)工作的频率控制在20～25kHz、温度控制在20～50℃，1次持续工作时间20～30min、静置时间5～10min。

5.根据权利要求3所述的一种新型VOCs处理工艺，所述步骤4中惰性载体静置10min以上分相。

6.根据权利要求3所述的一种新型VOCs处理工艺，所述步骤5中热载体吹脱处理持续工作60min以上，温度控制在30～200℃。

7.根据权利要求3或5所述的一种新型VOCs处理工艺，其特征在于：惰性载体具体为水。

8.根据权利要求3或6所述的一种新型VOCs处理工艺，其特征在于：热载体具体为热空气。