一种高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统
技术领域
本实用新型涉及废气处理领域，具体是一种高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统。
背景技术
随着我国工业发展的需要，国家对环保已提出了更高的要求，各地区、城市都已制定和颁布了新的VOCS废气处理地方标准，而且各地方标准均大于国家标准，在浙江杭州，DB3301T+0277—2018重点工业企业挥发性有机物排放标准，明确规定VOCS废气处理系统的吸附效率≥90%的环保标准要求，面对环保新要求，原有的VOCS处理技术（活性炭吸附、等离子、光氧、喷淋等一系列）单一技术都已不能适用，无法达到新的环保要求，因此需要开发和创新能适合当前环保新要求的技术和产品。各地方政府也已颁布相关配套的技术开发鼓励和奖励制度，鼓励和奖励先进设备和技术开发，鼓励和奖励使用先进设备和技术的企业和推广。
高效二级吸附装置，应国家环保新要求而生，目标就是符合新要求：VOCS废气处理系统的吸附效率≥90%，改造简便、费用低、经济性好、安全可靠、高效率、占地小、节能、符合国家鼓励的创新性产业新技术发展方向，有较好的市场前景和技术优势，具有普及推广意义，能与高效率脱附再生新技术组合运用，具有标准化、模块化先进生产模式。使浙江地区的企业普及达到双90%环保目标有了良好的技术和经济基础。
实用新型内容
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下方案：
一种高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于包括高效二级吸附装置、再生脱附系统装置以及用于脱附废气的处理的催化燃烧装置，所述二级吸附装置中设置有壳体，所述壳体内部设置有吸附剂，所述再生脱附系统装置包括脱附管道，所述脱附管道设置在所述壳体上，所述脱附管道包括进风管和出风管，所述出风管上设置有催化燃烧装置，所述催化燃烧装置的出气口与所述进风管连接。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于所述壳体的一端设置有进气管，另一端设置有出气管，所述壳体内部设置有吸附装置，包括设置在进气管一侧的第一吸附装置以及设置在出气管一侧的第二吸附装置，其中，所述第一吸附装置中设置有一级吸附剂，所述第二吸附装置中设置有二级吸附剂。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于：所述进气管上设置有进气阀，所述出气管上设置有出气阀，所述出气管上设置有风机。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于：所述一级吸附剂包括活性炭或分子筛，所述二级吸附剂包括碳纤维。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于：所述壳体上设置有脱附接口，所述脱附管道上设置有脱附阀，所述脱附管道设置在所述脱附接口上。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于：所述脱附接口包括出气接口，所述出气接口包括设置在所述第一吸附装置与所述进气管之间和/或所述第一吸附装置与所述第二吸附装置之间，所述出气接口与所述出风管连接；所述脱附接口包括进气接口，所述进气接口设置在所述第二吸附装置与所述出气管之间，所述进气接口与所述进风管连接。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于所述催化燃烧装置包括换热器，所述换热器的两端分别设置有进气口和出气口，所述进气口与所述出风管连接，所述出气口与所述进风管连接，所述换热器上方设置有加热罩，所述加热罩的的内壁及顶部设置有加热棒，所述加热罩中间还设置有催化剂，所述加热罩与所述换热器之间设置有热电偶。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于所述加热罩的顶部还设置有泄气管道，所述泄气管道上设置有泄爆阀；所述燃烧装置还设置有保温层，所述保温层包裹在所述换热器和所述加热罩的外壁上。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于包括烟囱，所述出风管与所述烟囱之间通过第一连接管连接，所述连接管上设置有紧急排放阀；所述进风管与所述烟囱之间通过第二连接管连接。
所述的高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，其特征在于所述出风管上设置有脱附风机，所述脱附风机进气端设置有传感器，所述传感器与所述脱附风机之间设置有浓度调节阀，所述传感器包括浓度传感器和温度传感器；
所述脱附风机的出气端上设置有浓度传感器；
所述催化燃烧装置的出气口上设置有浓度传感器；
所述进风管上设置有风量调节阀以及温度传感器；
包括PLC控制箱，所述PLC控制箱与所述高效二级吸附装置、所述再生脱附系统装置以及所述催化燃烧装置电连接。
该高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统具有以下有益效果：
本实用新型中的高效组合吸附，充分发挥了二种吸附剂的不同的性能特点，活性炭或分子筛吸附剂，用量上合理考虑了经济性设计，二种组合各自发挥了优势，使得实现总脱附效率大于90%并且具有良好性能价格比；
通过3个子系统的组合，使得整体系统的吸附与脱附与催化燃烧完美配合，能达到吸附效率大于90%，脱附和催化燃烧效率大于90%，具有比常压脱附温度低、脱附效率高、脱附能耗低、设备投资少、运行成本低、工艺安全、占地面积小等优点。
附图说明
图1：本实用新型高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统的结构示意图；
图2：本实用新型高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统中吸附系统结构示意图；
图3：本实用新型高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统中催化燃烧装置结构示意图。
附图标记说明：
1第一吸附装置；2第二吸附装置；3壳体；4出气阀；5脱附阀；6进气阀；7进气管；8出气管；9脱附管道；901进风管；902出风管；10脱附接口；11脱附风机；12烟囱；13PCL控制箱；14温度传感器；15浓度传感器；16浓度调节阀；17紧急排放阀；18风量调节阀；19换热器；20进气口；21出气口；22加热棒；23热电偶；24保温层；25贵金属催化剂；26非金属催化剂；27泄爆阀。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详述，使本实用新型技术方案更易于理解和掌握。
结合图1至图3所示，一种高效吸附和脱附再生废气VOCS处理系统，包括三个相互配合设置的子系统，其中第一子系统为高效二级吸附装置，第二子系统为再生脱附系统装置，第三子系统为用于脱附废气的处理的催化燃烧装置。
其中，第一子系统为高效二级吸附装置，包括壳体3，壳体3的两端分别设置有管道，其中一端为设有VOCS废气入口的进气管7，另一端为设有VOCS废气出口的出气管8。壳体的内部设置有吸附装置，包括设置在靠近进气管7一端的第一吸附装置1以及设置在靠近出气管8一端的第二吸附装置2，其中第一吸附装置1中设置有一级吸附剂，包括活性炭或分子筛，第二吸附装置2中设置有第二吸附剂，包括碳纤维。在进气管7上设置有进气阀6，在出气管8上设置有出气阀4，通过开闭阀门来控制VOCS废气的吸附工作。
出气管8上设置有风机，打开进气管7上的进气阀6和出气管8上的出气阀4，再打开风机，VOCS废气在风机的吸力作用下由进气管7进入吸附装置，首先在第一吸附装置1吸附作用下，使的大颗粒VOCS大部分被有效吸附，小颗粒VOCS部分吸附，一级吸附效率≥48%，然后通过第二吸附装置2中的ACF的吸附作用下，使的剩余VOCS大部分被有效吸附，二级吸附效率≥60%，ACF的吸附效率一般可控制在85%以上，使得总吸附组合效率≥90%~96%，通过打开出气阀4和风机排向烟囱，确保达标排放。
在本实用新型中，一级选用活性炭或分子筛吸附，吸附效率（48%~70%），相对容易达到要求。
二级选用碳纤维的吸附，吸附效率（60%~95%），碳纤维的优良特性就是吸附快、吸附效率高，比表面积大，相对很容易达到二级吸附效率要求。
其中活性炭纤维的纤维直径为5~20μm，比表面积平均在1000~1500m/g左右，平均孔径在1.0~4.0nm，微孔均匀分布于纤维表面。与活性炭相比，活性碳纤维微孔孔径小而均匀，结构简单，对于吸附小分子物质吸附速率快，吸附速度高，容易解吸附。与被吸附物的接触面积大，且可以均匀接触与吸附，使吸附材料得以充分利用。效率高，且具有纤维、毡、布和纸等各种纤细的表态，孔隙直接开口在纤维表面，其吸附质到达吸附位的扩散路径短，且本身的外表面积较内表面积高出两个数量级。
通过以上二级吸附的作用，看二级吸附效率计算表，实现总脱附效率大于90%。
本实用新型有效地解决了原先的一级吸附系统的吸附效率低48~70%，阻力大，设备体积大的缺陷，充分发挥了二种吸附剂的不同的性能特点，活性炭或分子筛吸附剂：动态吸附率低（15%~20%）、吸附效率低、吸附速度慢、相同价格的质量吸附容量大、经济性好的特点；碳纤维动态吸附率高（35%~40%）、吸附效率高、吸附速度快的优点，用量上合理考虑了经济性设计，使得二种组合各自发挥了优势，扬长避短，使得实现总脱附效率大于90%组合技术就很容易实现了，并且具有良好性能价格比。
第二子系统为再生脱附系统装置，设置在高效二级吸附装置中的壳体3上。壳体3上设置有脱附接口10，脱附接口10包括设置在第二吸附装置2与出气管8之间的进气接口，以及设置在第一吸附装置1与进气管7之间和/或第一吸附装置1与第二吸附装置2之间的出气接口，脱附接口10上设置有脱附管道9，管道上设置有脱附阀5，控制脱附管道9的开闭，控制脱附气体进入壳体3内部，与吸附剂充分接触反应，使得饱和吸附的一级和二级吸附剂再生，循环使用。
当需要使用脱附处理时，关闭进气管7上的进气阀6以及出气管8上的出气阀4，打开脱附管道9中的脱附阀5，脱附气体进入吸附装置的壳体3内部，与各吸附装置进行反应，使吸附剂再生。
第二子系统能实现低温80~120℃下的高效、安全脱附。采用中等的负压（-20~30KPa）抽吸脱附+80~120°C热风回用，实现低温、安全、节能再生脱附。
原理说明：常规的热力脱附对高沸点130~150°C的VOCS吸附质很难脱附，有效脱附温度需要150~180°C，然而提供脱附温度会造成安全性下降，能耗增加。由于活性炭吸附的脱附一般脱附温度不宜大于130°C（活性炭材质的工艺要求），这样的矛盾和局限就使的常规的热力脱附的无法广泛应用。
本发明技术原理说明：
真空脱附工艺的主要特点：脱附采用的中等负压（-20Kpa）抽吸作用，与传统的低正压吹送脱附（1~3Kpa）是完全不同的二种受力方式，技术上的差异必然产生脱附的几个质变。
首先我们分析吸附和脱附的主要原理机制：
从吸附和脱附的原理分析，VOCS分子的吸附主要靠分子间的范德华力的作用，范德华力的作用力越强，吸附效率就越高；而脱附的有效性就刚好相反，减弱范德华力的作用力，VOCS分子就能被高效脱附解析出来。我们都知道沸点高的分子相对沸点低的有机物分子更难从吸附剂中脱附解析出来，解脱相对需要提高更高的能量（温度）。
然而解脱温度的提高，不仅使能耗增加，更重要的随着解脱温度的提高增加了脱附系统的安全性问题，提高了造成燃烧和爆炸的风险。有的厂家设计时对废气成分分析不到位，对VOCS中含有高沸点认识不足，在热力脱附中为了有效脱附而提供脱附温度，往往会造成脱附过程中的吸附剂（活性炭的燃烧），这是目前废气治理工程中经常遇到这样的案例。目前如何在废气治理中开发既安全又节能的，能有效脱附的新技术显得尤为重要。而本系统的真空脱附技术的开发和研究，不仅投资省，能安全、高效解决以上问题和缺陷。
在真空状态下，高沸点变成了低沸点，水是人们接触较多和容易认识的物质，我常温下100°沸点的水，在-98Kpa的真空下，沸点下降到25°左右。
再举例二种我们在实践中常用的200#溶剂性汽油有机物：辛烷、庚烷
从上表数据可以看到，辛烷常压下的沸点125°C，在常压热力脱附时，{ VOCS脱附温度与沸点的关系：脱附温度一般要超过溶剂沸点15-20°C。}一般需要加热到130~145°C,才能有效解析脱附，这个温度对活性炭吸附剂是相当危险的，大于120°C温度容易引起吸附剂燃烧。
但在辛烷沸点125°C在真空度为-30Kpa，沸点降到约70°C，真空脱附时的温度升到90°C就能有效解析脱附，所以能耗和安全性有了极大的改善。真空脱附就是有这样的潜力和优势，使得人们对其日益重视和关注。
第三子系统为为用于脱附废气的处理的催化燃烧装置，催化燃烧装置包括换热器19，换热器19的两端分别设置有进气口20和出气口21。换热器19的上方设置有加热装置，其中加热装置包括一个U型加热罩，加热罩的开口设置在换热器19上。加热罩的两端及顶部分别设置有加热棒22，加热棒22与换热器19组成一个空腔，空腔中设置有非金属催化剂26，非金属催化剂26的上方设置有贵金属催化剂25，空腔的底部设置有热电偶23。加热罩上还设置有泄气管道，泄气管道上设置有泄爆阀27。催化燃烧装置的外圈还设置有完整包裹的保温层24。
催化燃烧装置采用，高效组合式催化剂针对性选用非金属催化剂、金属催化剂及陶瓷蓄热体组合，使得经济性更好。在250°C催化燃烧室，催化燃烧效率≥90%，在300°C催化燃烧室，催化燃烧效率≥95%；催化燃烧室节能换热回收80~90%。
本VOCS废气处理系统中设置有若干组高效二级吸附装置，吸附装置的进气管7设置在进气主管道上，出气管8设置在出气主管道上。再生脱附系统的脱附管道9设置在吸附装置的壳体3上，脱附管道9包括进风管901和出风管902，出风管902上设置有脱附风机11，脱附风机11的进气端管道上设置有浓度调节阀16，在浓度调节阀16的前端设置有浓度传感器15和温度传感器14。脱附风机11的出气端通过管道与催化燃烧装置的进气口20连接，催化燃烧装置的出气口21通过管道与烟囱12连接。脱附风机11的出气端上也设置有与烟囱12连接的第一连接管。第一连接管设置有紧急排放阀17，打开紧急排放阀17，完成脱附反应的脱附风直接排放至烟囱12中。催化燃烧装置的出气口21与烟囱12连接的管道上设置有第二连接管，该管道与脱附风进风管901连接，在管道上设置有风量调节阀18。进风管上还设置有温度传感器。还设置有PLC控制箱13，控制箱13与各子系统电连接。脱附风机11的出气端上设置有浓度传感器15；催化燃烧装置的出气口21上设置有浓度传感器15；
废气经过主进气管进入各个高效二级吸附装置中进行吸附，吸附后的气体通过主出气管排出，当需要对吸附剂进行再生脱附操作时，关闭吸附装置的各个阀门，打开脱附装置的阀门。脱附风进入壳体3中，对吸附剂进行脱附反应，并通过出风管902排出，进入到催化燃烧装置中进行加热反应，并通过烟囱排放或者再次进入脱附风进风管中重复使用。
本发明通过3个子系统的有机组合，使得整体系统的吸附与脱附与催化燃烧完美配合，能达到吸附效率大于90%，脱附和催化燃烧效率大于90%，具有比常压脱附温度低、脱附效率高、脱附能耗低、设备投资少、运行成本低、工艺安全、占地面积小等优点。
该创新技术具有先进、安全、可靠、自动化程度高等特点。符合国家鼓励的创新科技技术产品的范畴。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
