一种VOCs治理用吸附器的制作方法

本发明属于VOCs治理与控制技术领域，具体为一种VOCs治理用吸附器。

背景技术：

汽油、苯类油品等在储存、运输过程中挥发的油气对环境、健康和安全产生的危害越来越引起人们的重视。2015年4月，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《石油炼制工业污染物排放标准》（GB31570-2015）、《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571-2015）等工业污染物排饭标准，对有机废气，尤其是有机特征污染物的排放限值做出了更严格的规定，苯、甲苯、二甲苯等VOCs成分排放限值甚至分别达到4mg/m³、15mg/m³和20mg/m³。日趋严格的排放指标对传统的有机废气，尤其是VOCs治理技术及装备提出了更高的要求。

混合气的吸附分离技术作为比较成熟的化工分离技术，一直以来都是主要的VOCs治理技术之一。吸附过程的本质是一种表面现象，多孔性固体表面的分子或原子因受力不均而具有剩余的表面能，当混合气体中的某些组分碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的作用就会停留并聚集在固体表面上，这就是吸附。吸附的结果是吸附质在吸附剂上富集，使吸附剂的表面能降低。该过程实现了混合气体中特定组分的分离。

在治理含烃类废气，尤其是VOCs时，广泛使用了吸附技术及其装备。吸附技术在VOCs治理过程中有如下特点：

1）采用具有特殊选择性的吸附剂，可对气体进行深度净化，特别是对于低浓度废气的净化，比用其他方法显示出更大的优势；

2）在不使用深冷、高压等手段下，可以有效地分离混合气体中的特定组分。

采用吸附技术处理有机废气时，其流程如下：

1）预处理。在吸附中通常使用粒状或柱状活性炭，为保证炭层具有适宜的孔隙率，减少气体通过的阻力，应预先除去进气中的固体颗粒物及液滴；

2）吸附。通常采用固定床吸附器，为保证连续处理废气，一般至少采用两个吸附器并联操作；

3）吸附剂再生。吸附剂饱和后，其吸附能力降低，甚至没有失去吸附能力，为了保证吸附效率，对失去吸附能力的吸附剂应进行再生。

吸附技术的核心是吸附器，吸附器多采用立式或卧式固定床。对吸附器的基本要求如下：

1）具有足够的过气断面和停留时间；

2）良好的气流分布；

3）预先除去入口气体中污染吸附剂在杂质；

4）能够有效地控制和调节吸附操作温度；

5）易于更换吸附剂。

对于有机废气组分起特定吸附作用的物质是吸附剂，工业上常用的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛等。其中，活性炭的使用范围最广，价格也更低廉。

吸附法的一个缺点是吸附床层易产生高温热点。由于吸附过程是一个放热过程，且常规活性炭的导热系数低（接近保温材料），这样产生的吸附热无法及时散发，会导致热量不断积聚使吸附床层温度剧烈增加。吸附热对吸附器有如下不利的影响：

1）床层温度增加将直接影响活性炭及其他吸附剂的吸附性能；

2）床层温度过高达到活性炭或吸附质的自燃点，可能引发严重的安全事故；

3）由于工业化吸附器直径较大，且我国汽油高含烯烃等不饱和烃及硫等杂质，在吸附热不断蓄积的过程中，极易发生氧化（催化）、炭化、焦化、聚合，出现部分化学吸附，填住活性炭有效微孔，造成活性炭失活，影响使用寿命。

根据目前的研究，活性炭着火的原因，大部分是活性炭所吸附的有机物经过氧化反应而蓄积热量导致着火。但也有报道指出，将吸附了氧气的活性炭过热时，即使没有溶剂等物质存在，在比较低的温度下也能着火。可以肯定的是，床层温度升高是导致活性炭着火的诱因。

在活性炭填充层中，由于层内的氧化而加热了的空气上升，上部的温度便逐渐升高。由于温度越高氧化速度越快，因此充填层越高，其蓄热、着火的危险性就越大。

吸附法的另一个缺点是吸附效果的实现是依靠吸附剂对吸附质良好的选择性吸附作用，也就是说吸附剂对吸附质的吸附作用是有选择性的，对VOCs组分而言，没有能够吸附任何组分的吸附剂。当混合气体组分较为复杂时，为满足各有机特征污染物的排放限值，需选择多种吸附剂，传统技术需采用多个吸附器。

用活性炭吸附有机化合物时，最常用的是水蒸气脱附法使活性炭再生，主要是利用有机化合物与水的不互溶性，经脱附、冷凝、分离后回收有机溶剂。有些有机溶剂被活性炭吸附后，用水蒸气脱附困难，则应采用其他方法再生。

吸附法的再一个缺点是需要对吸附剂进行再生。与吸附剂对吸附质的选择性吸附作用类似，吸附剂再生也许针对不同体系，进行筛选，以对吸附剂进行更彻底的再生。吸附剂的再生纯度决定产品的纯度，也影响吸附剂再次吸附能；吸附剂的再生时间决定吸附循环周期时间的长短，从而决定了吸附剂的使用量和吸附器的尺寸。选择合适的再生方法，对吸附分离的工业化起着重要的作用。

技术实现要素：

本发明目的在于解决上述问题，提供了一种VOCs治理用吸附器，具体由以下技术方案实现：

一种VOCs治理用吸附器，包括罐体、若干吸附剂装载格栅、若干导热格栅、进气分布器以及水汽分布器，所述罐体纵向设置，所述吸附剂装载格栅纵向分布于所述罐体内部，并且吸附剂装载格栅上铺设有金属筛网，在吸附剂装载格栅之间形成装填不同吸附剂的装载空间；所述各导热格栅分别设置于装载空间内并且与罐体的内壁连接；所述水汽分布器设置于所述罐体内部的上部，所述水汽分布器包括若干个由至少两根直管径向连通的同心水平设置的圆环形管道，所述圆环形管道向下的侧壁设置有若干蒸汽分布孔，所述直管在所述圆环形管道的圆心位置通过管路与位于罐体顶部外侧的水蒸气接口连接；所述水汽分布器的下方设置有位于吸附剂装载格栅上方的可拆卸的压紧装置，该压紧装置主体为水平设置的板体，所述板体上均匀设置有若干小孔，板体的边缘设置有若干连接孔并且通过螺栓连接位于所述罐体的内壁上的支座上；所述罐体的顶部还设置有气体出口以及位于气体出口一侧的便于人员进出的人孔；所述罐体的底部开口，所述进气分布器设置于所述底部开口的内侧并且通过穿过底部开口的管路与罐体的底部外侧连通；罐体的底部在所述进气分布器的周侧分别设置有热气体进入口、排污口以及蒸汽出口。

所述的VOCs治理用吸附器，其进一步设计在于，所述各吸附剂装载格栅的一侧均设置有位于罐体侧壁上的手孔。

所述的VOCs治理用吸附器，其进一步设计在于，所述各吸附剂装载格栅的一侧均设置有位于罐体侧壁上的温度传感器接口。

所述的VOCs治理用吸附器，其进一步设计在于，所述导热格栅包括若干金属棒和若干金属圆环，所述金属棒互相垂直相交形成边缘与所述罐体的内壁连接的网格件；所述若干金属圆环的直径不同且同心固定设置于所述网格件的中部。

所述的VOCs治理用吸附器，其进一步设计在于，金属棒横截面可以是方形或者圆形。

所述的VOCs治理用吸附器，其进一步设计在于，所述进气分布器呈伞盖状，其顶壁开设有若干小孔。

所述的VOCs治理用吸附器，其进一步设计在于，所述小孔包括第一小孔、第二小孔；进气分布器的顶壁中部分布有若干第一小孔，所述第一小孔分布形成位于顶壁中心的正六边形区域，该正六边形区域占顶壁面积的六分之一；所述正六边形区域的外围分布有若干第二小孔，所述第二小孔的孔径大于所述第一小孔。

本发明解决所述问题的技术方案

本发明解决所述问题的技术方案是：根据所需装填的吸附剂种类或吸附剂粒径，在同一个吸附器内设置多层（与所装填的吸附剂种类或吸附剂粒径范围数相同）吸附剂装载格栅，格栅上铺孔径小于吸附剂粒径且强度可以支撑吸附剂床层的筛网。与每一层吸附剂床层相匹配，设置有独立的温度监测探头，可以安装温度传感器接口，实时监测吸附剂床层温度。与每一层吸附剂床层相匹配，设置有独立的卸料手孔，可以分别独立对特定的吸附剂进行卸料。在同一吸附器内设置了多层导热格栅，采用导热系数高的材料（如铝合金），将吸附剂床层产生的吸附剂及时传导至罐壁，释放到吸附器外。吸附器内设置有伞状气体分布装置，保证气体在进入吸附器后分布均匀。吸附器设置有水蒸气接口和水蒸气分布器，可采用水蒸气解吸，也可采用真空解吸。吸附器内设置有吸附剂压紧装置，防止吸附剂流失或造成脱后气体污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是水蒸气分布器结构示意图。

图3是另一种水蒸气分布器结构示意图。

图4压紧装置结构示意图。

图5是导热格栅结构示意图。

图6是吸附剂装载格栅结构示意图。

图7是水蒸气分布器整体结构示意图。

图8是水蒸气分布器顶壁结构示意图。

图中，1-水蒸气接口、2-气体出口、3-人孔、4-水蒸气分布器、5-压紧装置、6-手孔、7-导热格栅、8-温度传感器接口、9-吸附剂装载格栅、10-进气分布器、11-支腿、12-蒸汽出口、13-气体入口、14-排污口、15-热气体进入口。

具体实施方式

以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明：

如图1所示，该VOCs治理用吸附器，包括罐体、若干吸附剂装载格栅9、若干导热格栅7、进气分布器10以及水汽分布器4，罐体纵向设置，其底部设置有支腿11，吸附剂装载格栅纵向分布于罐体内部，在吸附剂装载格栅之间形成装填不同吸附剂的装载空间；各导热格栅分别设置于装载空间内并且与罐体的内壁连接；水汽分布器设置于罐体内部的上部，水汽分布器4包括若干个由至少两根直管径向连通的同心水平设置的圆环形管道，圆环形管道向下的侧壁设置有若干蒸汽分布孔，直管在圆环形管道的圆心位置通过管路与位于罐体顶部外侧的水蒸气接口1连接；水汽分布器的下方设置有位于吸附剂装载格栅上方的可拆卸的压紧装置5，该压紧装置主体为水平设置的板体，板体上均匀设置有若干小孔，板体的边缘设置有若干连接孔并且通过螺栓连接位于罐体的内壁上的支座上；罐体的顶部还设置有气体出口2以及位于气体出口一侧的便于人员进出的人孔3；罐体的底部开口，进气分布器设置于底部开口的内侧并且通过穿过底部开口的管路与罐体的底部外侧的气体入口13连通；罐体的底部在进气分布器的周侧分别设置有热气体进入口15、排污口14以及蒸汽出口12。

各吸附剂装载格栅的一侧均设置有位于罐体侧壁上的手孔6。各吸附剂装载格栅的一侧均设置有位于罐体侧壁上的温度传感器接口8。

水蒸气接口和水蒸气分布器位于吸附器内顶部，水蒸气接口用于吸附器解吸时进行水蒸气解吸，水蒸气分布器与水蒸气接口相连接，用于使水蒸气在吸附器内径向均布。水蒸气分布器材质与水蒸气接口相同，一般为金属材质，整体为两层或多层圆环形管道组成，圆环形管道下部均布有蒸汽分布孔，圆环管道的层数根据吸附器尺寸大小确定，圆环形管道之间由十字交叉的管道连接，水蒸气接入口与圆环形管道的圆心（十字交叉管道交叉点）连接，分布器各管道之间整体连通。与水蒸气接口相配套，在吸附器底部设有水蒸气出口。与水蒸气解吸相配套，在吸附器底部设有热气体通入口。

水蒸气分布器如图2所示。水蒸气分布器整体由两层圆环状管道41和42构成，圆环下部均匀的开有一系列小孔43，圆环管道41和圆环管道42由垂直相交的直管道44和直管道45连接，直管道44和直管道5的交叉点（即圆环的圆心）有开口46与水蒸气进入口相连接。根据吸附器尺寸，直管道44和管道45可以不开孔，也可以如图3所示均匀的开孔。

压紧装置如图4所示。压紧装置主体由金属或非金属薄板51组成，薄板51上均匀地、密集地开口小孔52，薄板51边缘均布安装孔，通过连接装置53（螺栓和螺母）安装在吸附器顶部支座上。为便于安装和拆卸，薄板51两侧设置有手柄54。

吸附剂压紧装置位于吸附剂床层顶部，一般为金属材质，其目的是防止吸附剂流失或造成脱后气体污染。压紧装置主体为具有一定厚度的金属薄板，薄板上密集的开有小孔，保证吸附器内气体流通，金属薄板边缘通过螺栓螺母与吸附器壁上的支座连接，保证薄板牢固固定。薄板尺寸比吸附器直径稍小，以刚好能将薄板放入吸附器为准，薄板下部配置金属筛网，金属筛网的孔径以满足下部吸附剂不能透过筛网为准。为便于压紧装置的安装和拆卸，在薄板上层边缘设置手柄。

导热格栅如图5所示。导热格栅由导热性能良好的金属棒（如铝、铝合金、铸铁等）组成，金属棒横截面可以是方形的，也可以是圆形的。如图所示，金属棒相互垂直交差，构成网格状，边缘组合成圆形与吸附器罐壁相连，与吸附器罐壁的连接方式可以采用焊接、也可以采用支座和螺栓连接。为增大导热格栅与吸附剂床层的接触面积，金属棒的数量可根据吸附器尺寸相应增加。为进一步增强接触面积，并增强网状格栅机械强度，设置同心金属圆环与网状格栅相连，金属圆环材质与金属棒材质相同，金属圆环圆心与吸附器罐壁切面圆心同心。

吸附剂装载格栅9由若干纵横交错的槽钢或角钢焊接组成，材质为碳钢或不锈钢，其网格密度以能承受吸附剂床层重量为准。格栅上层铺设金属筛网，筛网孔径的选择以能保证筛网上部吸附剂不会通过筛网孔洞泄露，也能保证筛网下部吸附剂不会因气流夹带通过筛网孔洞进入上层吸附剂床层为准。格栅和筛网的组合，能满足活性炭、硅胶、分子筛、氧化铝等各种吸附剂装载。如图6所示。装载格栅由支撑性能良好的金属槽钢或角钢组成。如图一系列横向金属构件与一系列竖向金属构件相互垂直交差，构成网格状，边缘组合成圆形与吸附器罐壁相连，与吸附器罐壁的连接方式可以采用焊接、也可以采用支座和螺栓连接。

每设置一层吸附剂装载格栅，即在此格栅相对应的吸附剂床层设置温度传感器接口，以便于时时监测每层吸附剂床层的温度。每设置一层吸附剂装载格栅，即在相对应的吸附剂床层下边缘设置手孔，手孔主要用于该层吸附剂的卸载。

吸附器进气伞状气体分布装置位于吸附器内底部，与吸附器气体进入口相连接，伞盖形式，材质与进气管道材质相同，一般为金属材质。沿伞盖弧形边缘密集开孔，开孔根据伞盖面积和处理气量，分若干不同孔径，气体保证在吸附器径向截面的上升速度基本一致。进气分布器如图7、图8所示，进气分布器整体伞盖状，伞盖弧边密集地开口小孔，本图所示开口两种尺寸的小孔，分别为第一小孔、第二小孔；根据气体流量与吸附器直径确定。小孔分布情况如所示，伞盖中心处布置较小孔径的第一小孔101，布置形式总体呈六边形，占伞盖总面积约六分之一，伞盖除中心布置的较小孔径小孔外，其余面积布置较大孔径的第二小孔102。小孔与小孔之间等距、均匀分布。