CN110425554A - 一种选择性VOCs净化***及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性VOCs净化***及运行方法。***包括气体检测调控装置、分子筛转轮吸附装置、蓄热燃烧装置、热量回收装置和高能离子反应装置。高能离子反应装置包括若干个高能离子反应单元。气体检测调控装置包括VOCs浓度传感器和控制阀，气体经VOCs浓度传感器检测后，通过控制阀分为两路管路。高浓度有机气体直接进入蓄热燃烧装置燃烧，或者经过分子筛转轮吸附装置进一步浓缩VOCs后再进入蓄热燃烧装置燃烧。燃烧烟气通过热量回收装置回收热量后进入高能离子反应装置进一步净化烟气。低浓度有机气体或分子筛吸附后的微污染气体进入高能离子反应装置净化。本发明具有全工况处理VOCs气体污染物、操作便捷等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种选择性VOCs净化***及运行方法，属于气体污染物处理领域。
背景技术
挥发性有机化合物（简称VOCs），是指在常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在50~260℃以内的有机化合物。
VOCs主要来源于工业生产活动、机动车排放、固定燃烧等，其中工业生产活动是一个极为重要的VOCs排放来源。工业VOCs主要来源于石油化工、合成材料、印刷包装、制药、制鞋、装备制造喷涂、服装家具等行业。
蓄热式催化燃烧装置（RCO）可直接应用于中高浓度（1000 mg/m3－10000mg/m3）的有机废气净化，也可应用于活性炭吸附浓缩催化燃烧***，用于替代催化燃烧和加热器部分。RCO处理技术特别适用于热回收率需求高的场合，也适用于同一生产线上因产品不同，废气成分经常发生变化或废气浓度波动较大的场合。
非平衡态高能离子技术在常温常压条件下即可产生大量高能电子、羟基自由基、氧自由基等强氧化性的活性粒子，与VOCs废气反应降解生成CO2、H2O等小分子物质，在处理低浓度废气（＜1000 mg/m3）时相对其他处理技术的科技性和高效性，具有设备投资少、工艺简单、能耗低、处理效果好及二次污染少等优点，逐渐被广泛应用于实际生产中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种选择性VOCs净化***及运行方法，通过VOCs浓度传感器的实时检测结果控制控制阀的切换，使高浓度VOCs气体和低浓度VOCs气体切换进入不同处理路径，达到全工况运行的效果。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种选择性VOCs净化***，包括气体检测调控装置以及依次相连的蓄热燃烧装置、热量回收装置和高能离子反应装置；所述气体检测调控装置包括VOCs浓度传感器和控制阀，所述VOCs浓度传感器出口通过所述控制阀分别设有第一管路、第二管路与所述蓄热燃烧装置和所述高能离子反应装置相连，且能够通过所述控制阀选择连通第一管路或第二管路；所述蓄热燃烧装置内设置有蓄热区和燃烧区；所述高能离子反应装置包括高能离子反应器壳体、高能离子电源模块和高能离子反应单元，形成高能离子场。
上述技术方案中，所述***还包括分子筛转轮吸附装置；所述分子筛转轮吸附装置连接在所述控制阀与所述蓄热燃烧装置之间，使得所述VOCs浓度传感器出口能够通过所述控制阀和第一管路与所述分子筛转轮吸附装置相连；所述分子筛转轮吸附装置还设有气体通道与所述高能离子反应装置相连；所述热量回收装置设有热工质通道与所述分子筛转轮吸附装置相连。
上述技术方案中，所述分子筛转轮吸附装置内设置有分子筛转轮，所述分子筛转轮布置有分子筛；所述反应装置壳体内包括吸附浓缩区、脱附再生区和冷却区，所述分子筛转轮能够在所述吸附浓缩区、脱附再生区和冷却区旋转切换；所述热量回收装置的热工质通道与所述脱附再生区连通。
上述技术方案中，所述脱附再生区还连接有再生加热器及热风管道。
上述技术方案中，所述蓄热区选用陶瓷材料填充。
上述技术方案中，所述燃烧区设置有燃烧器。
上述技术方案中，所述蓄热燃烧装置还设置有装填催化剂的催化剂填料。
上述技术方案中，所述高能离子反应单元设置若干个，且若干高能离子反应单元呈并联和/或串联设置。
一种选择性VOCs净化***运行方法，所述方法包括：
使含有VOCs的待处理气体进入气体检测调控装置并通过所述VOCs浓度传感器检测，实时获得VOCs浓度值；
当VOCs浓度值大于等于1000mg/Nm3，通过控制阀使所述待处理气体作为高浓度有机气体通过第一管路进入所述蓄热燃烧装置燃烧，生成包括水和二氧化碳气体的高温烟气；燃烧产生的一部分热量被蓄热燃烧装置的蓄热区和燃烧区积蓄使得其内部温度升高，其余热量则随着高温烟气通过热量回收装置使换热工质吸热升温成为热工质进行后续利用；高温烟气温度降低后进入高能离子反应装置；
当VOCs浓度值小于1000mg/Nm3，通过控制阀使所述待处理气体作为低浓度有机气体通过第二管路进入所述高能离子反应装置；
使温度降低后的高温烟气中残存的污染物或低浓度有机气体中的VOCs在所述高能离子反应装置的高能离子场的作用下分解转化成无害气体。
上述技术方案中，当所述***还包括分子筛转轮吸附装置；所述分子筛转轮吸附装置连接在所述控制阀与所述蓄热燃烧装置之间，使得所述VOCs浓度传感器出口能够通过所述控制阀和第一管路与所述分子筛转轮吸附装置相连；所述分子筛转轮吸附装置还设有气体通道与所述高能离子反应装置相连；所述热量回收装置设有热工质通道与所述分子筛转轮吸附装置相连；所述方法包括：
使含有VOCs的待处理气体进入气体检测调控装置并通过所述VOCs浓度传感器检测，实时获得VOCs浓度值；
当VOCs浓度值大于等于1000mg/Nm3，通过控制阀使所述待处理气体作为高浓度有机气体通过第一管路进入所述分子筛转轮吸附装置中，将高浓度有机气体中的VOCs吸附浓缩并转换成浓缩气体，同时所述高浓度有机气体成为微污染气体并进入高能离子反应装置；使浓缩气体进入所述蓄热燃烧装置燃烧，生成包括水和二氧化碳气体的高温烟气；燃烧产生的一部分热量被蓄热燃烧装置的蓄热区和燃烧区积蓄使得其内部温度升高，其余热量则随着高温烟气通过热量回收装置使换热工质吸热升温成为热工质，所述热工质携带热量回到所述分子筛转轮吸附装置成为浓缩气体中VOCs的载气；高温烟气温度降低后进入高能离子反应装置；
当VOCs浓度值小于1000mg/Nm3，通过控制阀使所述待处理气体作为低浓度有机气体通过第二管路进入所述高能离子反应装置；
使微污染气体中的污染物、温度降低后的高温烟气中残存的污染物或低浓度有机气体中的VOCs在所述高能离子反应装置的高能离子场的作用下分解转化成无害气体。
上述技术方案中，当所述分子筛转轮吸附装置内设置有分子筛转轮，所述分子筛转轮布置有分子筛；所述反应装置壳体内包括吸附浓缩区、脱附再生区和冷却区，所述分子筛转轮能够在所述吸附浓缩区、脱附再生区和冷却区旋转切换；所述热量回收装置的热工质通道与所述脱附再生区连通；所述方法还包括：
使所述高浓度有机气体通过第一管路进入所述分子筛转轮吸附装置，所述高浓度有机气体中的VOCs在吸附浓缩区被所述分子筛转轮的分子筛吸附，使得高浓度有机气体成为微污染气体；
使吸附了VOCs的分子筛转轮旋转进入脱附再生区，在来自热量回收装置热工质通道的热工质的加热下VOCs从分子筛脱附进入热工质中成为VOCs浓缩气体，分子筛获得再生；使分子筛转轮继续旋转进入冷却区冷却；
使浓缩气体进入蓄热燃烧装置燃烧，生成包括水和二氧化碳气体的高温烟气；
燃烧产生的一部分热量被蓄热燃烧装置的蓄热区301和燃烧区302积蓄使得其内部温度升高，其余热量则随着高温烟气通过热量回收装置使换热工质吸热升温成为热工质，所述热工质携带热量回到所述分子筛转轮吸附装置脱附再生区加热分子筛，使分子筛吸附的VOCs脱附进入热工质成为浓缩气体，热工质作为浓缩气体中VOCs的载气。
上述技术方案中，所述方法还包括：将冷空气通入所述冷却区对所述分子筛转轮进行冷却，然后使冷却后的空气进入所述热量回收装置作为换热工质吸收高温烟气的热量成为热工质。
本发明具有以下优点及有益效果：能够兼顾高低VOCs浓度有机气体的处理，反应器之间可以根据现场污染物工况和浓度实时进行切换，实现了VOCs高效无害化治理。
附图说明
图1为本发明所涉及的其中一种实施方式的选择性VOCs净化***示意图。
图2为本发明所涉及的其中一种实施方式的选择性VOCs净化***示意图。
图3为本发明所涉及的其中一种实施方式的高能离子反应装置示意图。
图中：1－气体检测调控装置；101－VOCs浓度传感器；102－控制阀；2－分子筛转轮吸附装置；201－分子筛转轮；202－吸附浓缩区；203－脱附再生区；204－冷却区；205－再生加热器；3－蓄热燃烧装置；301－蓄热区；302－燃烧区；303－燃烧器；4－热量回收装置；5－高能离子反应装置；501－高能离子反应器壳体；502－高能离子反应单元；503－介质；504－电极；505－支架；6－风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种选择性VOCs净化***，气体检测调控装置1以及依次相连的蓄热燃烧装置3、热量回收装置4和高能离子反应装置5。气体检测调控装置包括VOCs浓度传感器101和控制阀102。VOCs浓度传感器101出口通过控制阀102分别设有第一管路、第二管路与蓄热燃烧装置3和高能离子反应装置5相连，且能够通过所述控制阀102选择连通第一管路或第二管路。蓄热燃烧装置3内设置有蓄热区301和燃烧区302。高能离子反应装置5包括高能离子反应器壳体501、高能离子电源模块和高能离子反应单元502，形成高能离子场。
在此实施方式下，使含有VOCs的待处理气体通过风机6进入气体检测调控装置1并通过所述VOCs浓度传感器101检测，实时获得VOCs浓度值。
当VOCs浓度值大于等于1000mg/Nm3，通过控制阀102使所述待处理气体作为高浓度有机气体通过第一管路进入蓄热燃烧装置3燃烧，生成包括水和二氧化碳气体的高温烟气；燃烧产生的一部分热量被蓄热燃烧装置3的蓄热区301和燃烧区302积蓄使得其内部温度升高，其余热量则随着高温烟气通过热量回收装置5使换热工质吸热升温成为热工质进行后续利用；高温烟气温度降低后进入高能离子反应装置5。使温度降低后的高温烟气中残存的污染物或低浓度有机气体中的VOCs在高能离子反应装置5的高能离子场的作用下分解转化成无害气体。
而当VOCs浓度值小于1000mg/Nm3，通过控制阀102使待处理气体作为低浓度有机气体通过第二管路进入所述高能离子反应装置5。使低浓度有机气体中的VOCs在所述高能离子反应装置5的高能离子场的作用下分解转化成无害气体。
蓄热区301选用陶瓷材料进行蓄热保温。燃烧区302设置有燃烧器303，将高浓度有机气体点燃使其燃烧。通常蓄热区301为两个，分别设置在燃烧区的进出口端，能够通过管路交互改变进出方向，使蓄热区301的热量能够充分利用。
蓄热燃烧装置3还设置有装填催化剂的催化剂填料，能够使蓄热燃烧装置扩展为催化蓄热燃烧装置，通过催化剂的催化作用，使高浓度有机气体能够在较低温度下燃烧且燃烧得更充分。
如图2所示，***还进一步包括分子筛转轮吸附装置2。分子筛转轮吸附装置2连接在控制阀102与蓄热燃烧装置3之间，使得VOCs浓度传感器101出口能够通过控制阀102和第一管路与分子筛转轮吸附装置2相连。分子筛转轮吸附装置2还设有气体通道与高能离子反应装置5相连。热量回收装置4设有热工质通道与分子筛转轮吸附装置2相连。
分子筛转轮吸附装置2内设置有分子筛转轮201，所述分子筛转轮201布置有分子筛；所述反应装置壳体201内包括吸附浓缩区202、脱附再生区203和冷却区204，所述分子筛转轮201能够在所述吸附浓缩区202、脱附再生区203和冷却区204旋转切换；所述热量回收装置4的热工质通道与所述脱附再生区203连通。
此时，当VOCs浓度值大于等于1000mg/Nm3，通过控制阀102使所述待处理气体作为高浓度有机气体通过第一管路进入所述分子筛转轮吸附装置2中，所述高浓度有机气体中的VOCs在吸附浓缩区202被所述分子筛转轮201的分子筛吸附，使得高浓度有机气体成为微污染气体。
使吸附了VOCs的分子筛转轮201旋转进入脱附再生区203，在来自热量回收装置4热工质通道的热工质的加热下VOCs从分子筛脱附进入热工质中成为VOCs浓缩气体，分子筛获得再生；使分子筛转轮201继续旋转进入冷却区204冷却。
使浓缩气体进入蓄热燃烧装置3燃烧，生成包括水和二氧化碳气体的高温烟气；燃烧产生的一部分热量被蓄热燃烧装置3的蓄热区301和燃烧区302积蓄使得其内部温度升高，其余热量则随着高温烟气通过热量回收装置4使换热工质吸热升温成为热工质，所述热工质携带热量回到所述分子筛转轮吸附装置3脱附再生区203加热分子筛，使分子筛吸附的VOCs脱附进入热工质成为浓缩气体，热工质作为浓缩气体中VOCs的载气。
作为一种优化方案，脱附再生区203还连接有再生加热器205及热风管道。***启动时，首先通过再生加热器205提供分子筛脱附再生所需的热风，形成浓缩气体供蓄热燃烧装置3燃烧产生热量并通过空气等工质吸热成为热工质进入吸附再生区。
作为进一步优化的技术方案，将冷空气通入所述冷却区203对所述分子筛转轮201进行冷却，然后使冷却后的空气进入所述热量回收装置5作为换热工质吸收高温烟气的热量成为热工质。
高能离子反应装置5的实施方式包括图1或图2所示的方式。图3为图1所示高能离子反应装置5的侧视图。两种实施方式中，高能离子反应装置均能够包括若干高能离子反应单元502，且这些高能离子反应单元502呈并联和/或串联设置。
图1和图3所示的其中一种实施方式的高能离子反应装置5，其高能离子反应器壳体为介质材料，在反应器壳体表面布设均为环绕的金属丝线形成的致密金属网，金属网接地作为接地极，反应器壳体内部轴心位置设有线状放电极。
图2所示为另一种实施方式的高能离子反应装置5，高能离子反应单元502包括金属放电管，选用同心圆式双层线管式结构，其内管为金属材质电极管且外管为石英管。高能离子反应器壳体501作为接地极。放电管连接有高能离子电源模块，其包括电流变换、变压等组件。
高能离子反应装置5还可以选用：高能离子反应器壳体为钢材料，反应器壳体内部均匀布设有针状或线状或板状放电极和线状或板状接地极，在放电极和接地极之间有或没有介质材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种选择性VOCs净化***，其特征在于，所述***包括气体检测调控装置（1）以及依次相连的蓄热燃烧装置（3）、热量回收装置（4）和高能离子反应装置（5）；所述气体检测调控装置包括VOCs浓度传感器（101）和控制阀（102），所述VOCs浓度传感器（101）出口通过所述控制阀（102）分别设有第一管路、第二管路与所述蓄热燃烧装置（3）和所述高能离子反应装置（5）相连，且能够通过所述控制阀（102）选择连通第一管路或第二管路；所述蓄热燃烧装置（3）内设置有蓄热区（301）和燃烧区（302）；所述高能离子反应装置（5）包括高能离子反应器壳体（501）、高能离子电源模块和高能离子反应单元（502），形成高能离子场。
2.根据权利要求1所述的选择性VOCs净化***，其特征在于，所述***还包括分子筛转轮吸附装置（2）；所述分子筛转轮吸附装置（2）连接在所述控制阀（102）与所述蓄热燃烧装置（3）之间，使得所述VOCs浓度传感器（101）出口能够通过所述控制阀（102）和第一管路与所述分子筛转轮吸附装置（2）相连；所述分子筛转轮吸附装置（2）还设有气体通道与所述高能离子反应装置（5）相连；所述热量回收装置（4）设有热工质通道与所述分子筛转轮吸附装置（2）相连。
3.根据权利要求2所述的选择性VOCs净化***，其特征在于，所述分子筛转轮吸附装置（2）内设置有分子筛转轮（201），所述分子筛转轮（201）布置有分子筛；所述反应装置壳体（201）内包括吸附浓缩区（202）、脱附再生区（203）和冷却区（204），所述分子筛转轮（201）能够在所述吸附浓缩区（202）、脱附再生区（203）和冷却区（204）旋转切换；所述热量回收装置（4）的热工质通道与所述脱附再生区（203）连通。
4.根据权利要求3所述的选择性VOCs净化***，其特征在于，所述脱附再生区（203）还连接有再生加热器（205）及热风管道。
5.根据权利要求1所述的选择性VOCs净化***，其特征在于，所述蓄热区（301）选用陶瓷材料填充；所述燃烧区（302）设置有燃烧器（303）；所述蓄热燃烧装置（3）还设置有装填催化剂的催化剂填料。
6.根据权利要求1所述的选择性VOCs净化***，其特征在于，所述高能离子反应单元（502）设置若干个，所述若干高能离子反应单元（502）呈并联和/或串联设置。
7.一种选择性VOCs净化***运行方法，其使用如权利要求1所述的选择性VOCs净化***，其特征在于，所述方法包括：
使含有VOCs的待处理气体进入气体检测调控装置（1）并通过所述VOCs浓度传感器（101）检测，实时获得VOCs浓度值；
当VOCs浓度值大于等于1000mg/Nm3，通过控制阀（102）使所述待处理气体作为高浓度有机气体通过第一管路进入所述蓄热燃烧装置（3）燃烧，生成包括水和二氧化碳气体的高温烟气；燃烧产生的一部分热量被蓄热燃烧装置（3）的蓄热区（301）和燃烧区（302）积蓄使得其内部温度升高，其余热量则随着高温烟气通过热量回收装置（5）使换热工质吸热升温成为热工质进行后续利用；高温烟气温度降低后进入高能离子反应装置（5）；
当VOCs浓度值小于1000mg/Nm3，通过控制阀（102）使所述待处理气体作为低浓度有机气体通过第二管路进入所述高能离子反应装置（5）；
使温度降低后的高温烟气中残存的污染物或低浓度有机气体中的VOCs在所述高能离子反应装置（5）的高能离子场的作用下分解转化成无害气体。
8.根据权利要求7所述的选择性VOCs净化***运行方法，其特征在于，所述***还包括分子筛转轮吸附装置（2）；所述分子筛转轮吸附装置（2）连接在所述控制阀（102）与所述蓄热燃烧装置（3）之间，使得所述VOCs浓度传感器（101）出口能够通过所述控制阀（102）和第一管路与所述分子筛转轮吸附装置（2）相连；所述分子筛转轮吸附装置（2）还设有气体通道与所述高能离子反应装置（5）相连；所述热量回收装置（4）设有热工质通道与所述分子筛转轮吸附装置（2）相连；所述方法包括：
使含有VOCs的待处理气体进入气体检测调控装置（1）并通过所述VOCs浓度传感器（101）检测，实时获得VOCs浓度值；
当VOCs浓度值大于等于1000mg/Nm3，通过控制阀（102）使所述待处理气体作为高浓度有机气体通过第一管路进入所述分子筛转轮吸附装置（2）中，将高浓度有机气体中的VOCs吸附浓缩并转换成浓缩气体，同时所述高浓度有机气体成为微污染气体并进入高能离子反应装置（5）；使浓缩气体进入所述蓄热燃烧装置（3）燃烧，生成包括水和二氧化碳气体的高温烟气；燃烧产生的一部分热量被蓄热燃烧装置（3）的蓄热区（301）和燃烧区（302）积蓄使得其内部温度升高，其余热量则随着高温烟气通过热量回收装置（4）使换热工质吸热升温成为热工质，所述热工质携带热量回到所述分子筛转轮吸附装置（3）成为浓缩气体中VOCs的载气；高温烟气温度降低后进入高能离子反应装置（5）；
当VOCs浓度值小于1000mg/Nm3，通过控制阀（102）使所述待处理气体作为低浓度有机气体通过第二管路进入所述高能离子反应装置（5）；
使微污染气体中的污染物、温度降低后的高温烟气中残存的污染物或低浓度有机气体中的VOCs在所述高能离子反应装置（5）的高能离子场的作用下分解转化成无害气体。
9.根据权利要求8所述的选择性VOCs净化***运行方法，其特征在于，所述分子筛转轮吸附装置（2）内设置有分子筛转轮（201），所述分子筛转轮（201）布置有分子筛；所述反应装置壳体（201）内包括吸附浓缩区（202）、脱附再生区（203）和冷却区（204），所述分子筛转轮（201）能够在所述吸附浓缩区（202）、脱附再生区（203）和冷却区（204）旋转切换；所述热量回收装置（4）的热工质通道与所述脱附再生区（203）连通；所述方法还包括：
使所述高浓度有机气体通过第一管路进入所述分子筛转轮吸附装置（2），所述高浓度有机气体中的VOCs在吸附浓缩区（202）被所述分子筛转轮（201）的分子筛吸附，使得高浓度有机气体成为微污染气体；
使吸附了VOCs的分子筛转轮（201）旋转进入脱附再生区（203），在来自热量回收装置（4）热工质通道的热工质的加热下VOCs从分子筛脱附进入热工质中成为VOCs浓缩气体，分子筛获得再生；使分子筛转轮（201）继续旋转进入冷却区（204）冷却；
使浓缩气体进入蓄热燃烧装置（3）燃烧，生成包括水和二氧化碳气体的高温烟气；
燃烧产生的一部分热量被蓄热燃烧装置（3）的蓄热区（301）和燃烧区（302）积蓄使得其内部温度升高，其余热量则随着高温烟气通过热量回收装置（4）使换热工质吸热升温成为热工质，所述热工质携带热量回到所述分子筛转轮吸附装置（3）脱附再生区（203）加热分子筛，使分子筛吸附的VOCs脱附进入热工质成为浓缩气体，热工质作为浓缩气体中VOCs的载气。
10.根据权利要求9所述的选择性VOCs净化***运行方法，其特征在于，所述方法还包括：将冷空气通入所述冷却区（203）对所述分子筛转轮（201）进行冷却，然后使冷却后的空气进入所述热量回收装置（5）作为换热工质吸收高温烟气的热量成为热工质。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111744319A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-10-09 | 李庆彪 | 双浓缩喷涂废气处理***及其控制方法 |
| CN113069883A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-06 | 江南造船(集团)有限责任公司 | 船舶建造中VOCs治理装置及方法 |
| CN114849418A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-05 | 浙江天地环保科技股份有限公司 | 一种焦化废水逸散VOCs处理***及方法 |
| TWI826176B (zh) * | 2022-12-09 | 2023-12-11 | 行政院原子能委員會核能研究所 | 揮發性有機化合物高溫氧化的設備與方法 |
| CN118079598A (zh) * | 2024-04-28 | 2024-05-28 | 四川发展环境科学技术研究院有限公司 | 二氧化碳矿化捕捉反应器 |
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2019
- 2019-09-10 CN CN201910852697.8A patent/CN110425554A/zh active Pending
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