CN107051033A - 一种有机废气处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机废气处理系统及处理方法，包括除尘器、吸附器、燃烧器和氧气源，除尘器入口与有机废气源连接，除尘器出口与吸附器的吸附入口连接，吸附器脱附出口与燃烧器入口连接，燃烧器出口与吸附器脱附入口连接，氧气源与燃烧器入口连接；其中，所述燃烧器从下往上依次设有混合室、气体均匀分配器和燃烧室；所述混合室设有有机废气管道和氧气管道；所述燃烧室内填充有非均匀式蜂窝结构，非均匀式蜂窝结构包括下层、中层和上层，其中，中层为燃烧区，下层和上层的孔径小于中层的孔径；自下往上，中层的孔径和孔隙率递增。可以解决现有技术中有机废气处理方法存在的设备要求高、容易产生二次污染、燃烧烟气热利用率低等问题。

Description

一种有机废气处理系统及处理方法

技术领域

本发明属于有机废气污染控制领域，具体涉及一种有机废气处理系统及处理方法。

背景技术

目前国内外处理工业有机废气的方法主要有吸附法、燃烧法和生物净化法；吸附法适用于大排量、低浓度的有机废气处理，燃烧法适用于高浓度、无回收价值的有机废气处理，生物净化法适用于低浓度、毒性的有机废气处理。在实际的工业有机废气处理中，需要根据不同有机废气的特点，采用多种技术相结合的方法来提高废气处理的效率。针对石油化工、涂料、印刷、包装等行业产生的低浓度、大风量、无回收价值的有机废气，通常采用吸附浓缩燃烧法处理。

传统的吸附浓缩燃烧法利用燃烧后的高温烟气通过热交换器加热冷空气，冷空气吸热后温度升高，用于活性炭的脱附再生；但由于热空气中氧气的存在，容易导致设备生锈、腐蚀和脱附后的有机废气自燃，存在安全隐患。另外，在燃烧工艺中，主要有高温焚烧法和催化燃烧法；高温焚烧法由于燃烧温度较高，对设备的质量要求较高，并且高温下易生成NO_x，容易产生二次污染。催化燃烧法虽然燃烧温度低，但是设备复杂，而且有机废气中常出现杂质，催化剂容易中毒、烧结，增加了运行费用。此外，燃烧法会产生的大量CO₂气体，同时也会造成温室效应。

综上所述，现有技术中有机废气处理方法存在的设备要求高、容易产生二次污染、燃烧烟气热利用率低等问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种有机废气处理系统及处理方法，该有机废气处理系统可以处理中、低浓度的有机废气，处理风量范围大，处理效率高，性能稳定，不会产生二次污染，设备简单，节能环保。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种有机废气处理系统，包括除尘器、吸附器、燃烧器和氧气源，除尘器入口与有机废气源连接，除尘器出口与吸附器的吸附入口连接，吸附器脱附出口与燃烧器入口连接，燃烧器出口与吸附器脱附入口连接，氧气源与燃烧器入口连接；

其中，所述燃烧器从下往上依次设混合室、气体均匀分配器和燃烧室；所述混合室设有有机废气管道和氧气管道；

所述燃烧室内填充有非均匀式蜂窝结构多孔介质，非均匀式蜂窝结构多孔介质包括下层、中层和上层，其中，中层为燃烧区，下层和上层的孔径小于中层的孔径；自下往上，中层的孔径和孔隙率递增；

下层和中层的交界处设置有电热丝点火器。

吸附富集后的有机废气与用于脱附的CO₂一起与氧气混合后通入燃烧器中燃烧，是将富氧燃烧技术引入到有机废气的处理中，可以降低有机废气的燃点，减少燃烬时间，加快燃烧速度，提高有机废气处理的效率和安全性，减少氮氧化物的产生，避免产生二次污染。

燃烧器中放置于气体均匀分配器上的小孔径多孔介质，吸收来自燃烧区的热量进行蓄热，对混合气体进行预热，同时将部分热量通过导热性好的气体均匀分配器传递到外界，防止回火的发生；放置于燃烧器出口的小孔径多孔介质可以防止火焰漂移到外界。中间段采用孔隙率和孔径递增的大孔径多孔介质，使混合气体中不同组分的挥发性有机物在多孔介质材料的不同位置进行稳定燃烧分解。该燃烧器减小了设备体积，具有较大的负荷调节范围，进一步降低了二次污染，提高了燃烧速率，使有机废气燃烧更加安全稳定。

由于多孔介质材料的存在，可以使有机废气燃烧产生的热量快速传递出去，降低燃烧温度峰值，使燃烧火焰面附近温度分布均匀，降低NO_X的生成；通过多孔介质本身的蓄热功能，可以预热有机废气，提高燃烧效率，同时可以回收高温烟气余热，用于沸石分子筛转轮的脱附；有机废气在多孔介质孔隙内发生湍流效应，强化气体的混合和弥散效应，提高有机废气燃烧分解速率；多孔介质燃烧器具有较大的负荷调节范围，可以有效适应有机废气组分浓度的波动，防止发生火焰波动甚至熄火现象。

燃烧器中的燃烧热风部分进入吸附器中进行脱附，由于热风具有较高的温度，不需设置换热器，减少了设备体积，提高了系统的热量利用率。同时热风中的主要成分是二氧化碳，不含有氧气，利用热风作用脱附介质时，在脱附过程中未引入氧气，避免了设备氧化、吸附材料着火和有机废气自燃等安全隐患。

进一步的，所述除尘器为袋式除尘器。袋式除尘器可以去除废气中的颗粒物和粘性成分，防止吸附材料表面堵塞，延长吸附材料使用寿命，然后通过到吸附器中进行吸附，净化后的气体通过引风机排空。

进一步的，所述吸附器为沸石分子筛转轮。该吸附器可以实现脱附和吸附过程同时进行，实现了连续工作。

进一步的，所述燃烧室中设置有至少两个二次氧气管，二次氧气管的一端通过燃烧室外壳插在非均匀式蜂窝结构的中层的不同高度处，另一端延伸出燃烧室的外壳与氧气源连接。

二次氧气管插入中层多孔介质的不同高度处，采用逐级供氧，进行逐级掺混，未燃烧的有机废气与二次氧逐级掺混，形成逐级燃烧，有利于增强气体扰动，拉长燃烧的轴向距离，扩大燃烧空间，控制燃烧室的燃烧温度，从而增强燃烧的稳定性和燃烧效率。

更进一步的，所述氧气源为空气分离器，空气分离器的氧气出口与燃烧器的进气口和二次氧气管连接。

空气分离器可以将空气中的氧气分离出来，为燃烧室中的燃烧提供氧气。

更进一步的，所述空气分离器的氮气出口与氮气瓶连接。空气分离器同时制备得到较为纯净的氮气，用氮气瓶对氮气进行收集，可以用于运输保护气、反应保护气等场所。

进一步的，所述有机废气处理系统还包括冷凝器，冷凝器与燃烧器出口连接，冷凝器的气体出口与CO₂压缩机连接。

燃烧器的燃烧热风中含有大量的水分，冷凝器可以对部分燃烧热风进行冷却，热风中的水分冷凝成冷凝水，冷凝水排放或回收；冷凝后得到的二氧化碳可以通过CO₂压缩机进行压缩后用于储存，收集的二氧化碳可以用于其他生产场所，避免了二氧化碳的排放对环境造成污染。

进一步的，燃烧器的进口端连接有第一阻火器，出口端连接有第二阻火器。阻火器可以防止外部火焰窜入管道内，并阻止火焰在设备和管道间蔓延。

进一步的，第一阻火器与吸附器之间连接有混合室，氧气源与混合室连接。

有机气体和氧气在混合室中进行混合，更有利于后续的燃烧。

进一步的，自下往上，非均匀式蜂窝结构中层的平均孔径的变化范围为2.5-5mm，孔隙率的变化范围为80-90％。

更进一步的，非均匀式蜂窝结构的上层和下层的孔径为0.5-1mm，孔隙率为70-80％。

采用该结构的燃烧器，可以增强有机废气燃烧的稳定性和燃烧效率，增强对有机废气组分和浓度波动的燃烧适应性。

进一步的，所述混合室内填充氧化铝小球，使有机废气和氧气在氧化铝小球孔隙内产生扰流现象，使充分混合，同时脱附下的有机废气与CO₂具有一定的温度，利用氧化铝小球的蓄热特性，可以使氧气和有机废气温度均匀。

更进一步的，所述氧化铝小球的粒径为在10-30mm之间，形成的孔隙率范围在30％～50％之间。

进一步的，自下而上，所述混合室的内径递增。可以降低混合气体的流速，有利于提高有机废气燃烧的稳定性。

设置氧气管路和二次氧气管，有利于降低有机废气的着火点，促进着火燃烧，增加燃烧后期的气体扰动，控制燃烧室内温度的分布，增强燃烧器负荷调节范围，减少氮氧化物的生成，提高有机废气的燃烧效率和燃烧稳定性。

更进一步的，氧气管路和二次氧气管路上，分别设置气体流量调节阀，通过调节一次氧与二次氧的流量比例，改变燃烧火焰长度，控制燃烧稳定性。

一种有机废气的处理方法，包括如下步骤：

有机废气进入除尘器中除尘后进入吸附器中吸附，净化后的气体排放，吸附器吸附饱和后，向吸附器中通入脱附介质进行脱附；脱附得到的混合气体与氧气混合后通入燃烧器中燃烧，燃烧得到的部分热风作为吸附介质通入吸附器中进行脱附，其他热风进入冷凝器中冷凝，冷凝得到的水回收，冷凝得到的二氧化碳经过压缩后储存。

进一步的，该处理方法中利用引风机提供动力。

本发明的有益效果为：

1)将富氧燃烧技术引入到有机废气的处理中，可以降低有机废气的燃点，减少燃烬时间，加快燃烧速度，提高有机废气处理的效率和安全性，减少NOx的产生，防止二次污染。

2)燃烧器采用多孔介质燃烧器，减小了设备体积，具有较大的负荷调节范围，降低了二次污染，提高了燃烧速率，拓宽了燃烧高温区，使有机废气燃烧更加安全稳定。

3)利用富氧燃烧产生的部分烟气对沸石分子筛转轮进行脱附，设备简单，热利用率高，避免了设备氧化、吸附材料着火和有机废气自燃等安全隐患。

4)将富氧燃烧产生的烟气进行冷凝压缩，分离出高纯度CO₂，对CO₂进行捕集，具有环保意义。

附图说明

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

图1为本发明的有机废气处理系统的结构示意图。

其中，1.袋式除尘器，2.吸附器，3.引风机，4.脱附风机，5.流量调节阀Ⅰ，6混合室，7.第一阻火器，8.燃烧器，9.第二阻火器，10.冷凝器，11.CO₂压缩机，12.CO₂储罐，13.空气分离器，14.流量调节阀Ⅱ，15.气瓶，16.流量调节阀Ⅲ，17.流量调节阀Ⅳ。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，一种有机废气处理系统及处理方法，处理方法主要包括有机废气吸附过程，CO₂再循环脱附过程，有机废气富氧燃烧过程，CO₂回收过程；装置包括袋式除尘器1、吸附/脱附器2、阻火器7、燃烧器8、空气分离器13、冷凝器10、CO₂压缩机11、CO₂储罐12。

所述有机废气处理方法指有机废气通过袋式除尘器1进行除尘，然后通入到吸附器2进行吸附，净化后的气体通过引风机3排空。在有机废气吸附饱和后，利用燃烧后的高温CO₂气体经过阻火器Ⅱ9后部分引入到吸附器2中，进行脱附操作，脱附浓缩后的有机废气和CO₂气体一起经过脱附风机4进入燃烧器8的进气管道，在进气管道中设置气体流量调节阀Ⅰ5，调节混合气体的流量，然后通入到气体混合室6中。通过空气分离器13分离出高纯度O₂和N₂，高纯度N₂可以作为运输保护气或者压缩进气瓶15进行工业售卖，高纯度O₂通入到燃烧器8的另一进气管道中，管道中间设置气体流量调节阀Ⅱ14进行流量调节，然后通入到混合室6。在O₂与CO₂、有机废气进行充分混合后，经过第一阻火器7后进入到燃烧器8，同时调节流量调节阀16、17，进行逐级供氧，与有机废气逐级掺混，形成逐级富氧燃烧。燃烧后的烟气经过第二阻火器9后一部分被引入吸附器2中进行脱附，部分烟气通入到冷凝器10进行气液分离，凝结水通过管道排出，得到纯净的CO₂通入到CO₂压缩机11进行压缩，得到CO₂液体通入到CO₂储罐12进行封存。

所述吸附器2选用采用沸石分子筛转轮，可以实现脱附、吸附过程同时进行，连续工作。

所述燃烧器8选用多孔介质燃烧器，燃烧器进气端和烟气出口端分别设置第一阻火器7和第二阻火器9。燃烧器从下往上依次设有混合室、气体均匀分配器和燃烧室；所述混合室设有有机废气管道和氧气管道，混合室内填充氧化铝小球；燃烧室内填充有非均匀式蜂窝结构，非均匀式蜂窝结构包括下层、中层和上层，其中，中层为燃烧区，下层和上层的孔径小于中层的孔径；自下往上，中层的孔径和孔隙率递增；下层和中层的交界处设置有电热丝点火器。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机废气处理系统，其特征在于：包括除尘器、吸附器、燃烧器和氧气源，除尘器入口与有机废气源连接，除尘器出口与吸附器的吸附入口连接，吸附器脱附出口与燃烧器入口连接，燃烧器出口与吸附器脱附入口连接，氧气源与燃烧器入口连接；

其中，所述燃烧器从下往上依次设有混合室、气体均匀分配器和燃烧室；所述混合室设有有机废气管道和氧气管道；

所述燃烧室内填充有非均匀式蜂窝结构多孔介质，非均匀式蜂窝结构多孔介质包括下层、中层和上层，其中，中层为燃烧区，下层和上层的孔径小于中层的孔径；自下往上，中层的孔径和孔隙率递增；

下层和中层的交界处设置有电热丝点火器。

2.根据权利要求1所述的有机废气处理系统，其特征在于：所述吸附器为沸石分子筛转轮。

3.根据权利要求1所述的有机废气处理系统，其特征在于：所述燃烧室中设置有至少两个二次氧气管，二次氧气管的一端通过燃烧室外壳插在非均匀式蜂窝结构的中层的不同高度处，另一端延伸出燃烧室的外壳。

4.根据权利要求3所述的有机废气处理系统，其特征在于：所述氧气源为空气分离器，空气分离器的氧气出口与燃烧器的进口连接。

5.根据权利要求1所述的有机废气处理系统，其特征在于：所述有机废气处理系统还包括冷凝器，冷凝器与燃烧器出口连接，冷凝器的气体出口与储罐连接。

6.根据权利要求1所述的有机废气处理系统，其特征在于：燃烧器的进口端连接有第一阻火器，出口端连接有第二阻火器。

7.根据权利要求6所述的有机废气处理系统，其特征在于：第一阻火器与吸附器之间连接有混合室，氧气源与混合室连接。

8.根据权利要求1所述的有机废气处理系统，其特征在于：自下往上，非均匀式蜂窝结构多孔介质中层的平均孔径的变化范围为2.5-5mm，孔隙率的变化范围为80-90％。

9.根据权利要求1所述的有机废气处理系统，其特征在于：非均匀式蜂窝结构多孔介质的上层和下层的孔径为0.5-1mm，孔隙率为70-80％。

10.一种有机废气的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

有机废气进入除尘器中除尘后进入吸附器中吸附，净化后的气体排放，吸附器吸附饱和后，向吸附器中通入脱附介质进行脱附；脱附得到的混合气体与氧气混合后通入燃烧器中燃烧，燃烧得到的部分热风作为吸附介质通入吸附器中进行脱附，其他热风进入冷凝器中冷凝，冷凝得到的水回收，冷凝得到的二氧化碳经过压缩后储存。