铸造烟气有机污染物的脱除方法及装置与流程

本发明涉及一种分离烟气中有机物污染成分的装置。

背景技术：

在vocs废气处理领域，金属铸造树脂模浇注过程中产生的烟气具有特殊性，其主要的不良影响是对厂区工作人员和周围环境的恶臭侵扰。现有的针对vocs或有常规有机恶臭气体的普通处理工艺中光催化、低温等离子去除效率低，效果差。因产生恶臭的气体成分复杂，固定床或吸附转轮的吸附效果较差。为了保证吸附效果，不得不采用特别长的吸附程，显著增加了装置造假和脱附的成本，另外也存在大分子胶状物覆盖致使吸附剂快速失效问题。低温催化燃烧难以消除大分子胶状物，且容易被覆盖失效，而采用直接燃烧、蓄热燃烧法或催化燃烧由于空气流量巨大，烟气本身所含可燃气体的热值极低，燃料消耗在经济上难以承受。另外，还存在烟气收集管路上发生易燃凝聚物积存，滴落到高温浇注体上易于引起突发火灾。行业内现有的解决方法是在消防保障下定期点燃易燃凝聚物焚烧去除。需要停工并在准备阶段移除通风设备，在实施时出动社会消防人员及装备，焚烧过程中因不完全燃烧产生大量的烟尘和有机废气产生，是一个显著的空气污染过程。

技术实现要素：

下面是本发明的技术方案概述。

用吸附浓缩法处理含有大分子胶状物的烟气。

吸附浓缩法采用分阶段吸附床：所使用的烟气处理装置包括用于处理气体的吸附床与用于再生吸附剂的再生装置，将吸附床沿烟气通过的路径分成多个吸附段，各吸附段依次连通，能够按次序在吸附床与再生装置之间传递或转换，处于烟气进入处的吸附段为起始段，处于烟气排出处的吸附段为终末段，吸附床烟气进入端的为起始端，吸附床烟气排出端为终末端。

在大分子胶状物覆盖起始段的吸附剂表面达到一定程度时，将该吸附段脱离吸附装置，转入脱附装置进行脱附处理，同时在吸附床的终末端补充新的或再生处理后吸附段。

用常规温度脱附处理完成吸附转入脱附装置的吸附段，并在常规温度脱附处理的基础之上按需要的频次叠加的碳化再生和灰化再生。

在烟气进入吸附床之前用过滤凝聚表面吸附器预处理。

可以过滤凝聚表面吸附器设置在烟气收集管道入口处。

过滤凝聚表面吸附器采用耐高温材料。

烟气收集管道可以设置耐高温隔热材料内衬。

烟气收集管道设置为能够形成环状管路的结构。

过滤凝聚表面吸附器、烟气收集管道和吸附床用普通高温脱附法和受控碳化灰化法结合处理除去凝聚吸附的大分子胶状物。

受控碳化灰化法的技术含义的重点是处理过程中避免产生局部高温损坏过滤凝聚表面吸附器、烟气收集管道和吸附床。具体做法可以采用缓慢升温的热空气加温或快速的惰性气体加温结合受控的氧化气体延迟缓慢加入。

下面是本发明的详细说明。

吸附浓缩法处是目前废气处理领域处理低浓度大风量vocs废气的常用方法，按工作原理可以分为变压吸附、变温吸附及两者的结合，本专发明主要利用了其中变温吸附的原理。作用过程包括吸附过程和脱附过程，在吸附过程中吸附剂有选择地吸收了废气中的vocs成分，可能还包括部分水蒸气成分少量其他气体成分，废气中的其他主要成分作为净化后的洁净尾气排放到大气中。在脱附过程中，通过加热，通常采用热蒸气、热空气或热的惰性气体，使得吸附剂温度升高，释放出在吸附过程中吸收的vocs成分。通常脱附生成的浓缩废气的vocs浓度是源废气的10到30倍。

在本发明需要处理的铸造烟气和类似工业废气中含有大分子高沸点的有机物成份，在上述吸附过程中会以胶状物的形式沉积在吸附剂颗粒表面或大的孔隙内，阻止吸附剂对废气中的小分子恶臭气体分子的吸附。在通常温度的脱附过程中，这些大分子高沸点的有机物不能被完全挥发除去。如果使用更高的脱附温度，如可以达到碳化温度的400-500℃，这些大分子高沸点有机物有一部分还会生成更加耐高温的结焦或积碳，经过几个吸附脱附循环以后，这些结焦或积碳成分的堆积也会覆盖吸附剂表面和阻塞吸附剂的孔道，造成吸附剂的吸附能力严重下降。

可以用更高的灰化温度处理结焦或积碳，但在现有常规的吸附浓缩装置上，不支持更高温度的运行。勉强按现有的结构使用更高级别的耐高温材料改造设备，设备的制造成本和运行成本也是商业上不能被接受的。

本发明的铸造烟气处理方法及相应的装置针对这些问题提出较完美的解决之道。

将处理气体的吸附床沿气体通过的路径分成多个吸附段，各吸附段能够在吸附床与脱附装置之间传递或转换，处于烟气进入处的吸附段为起始段，处于烟气排出处的吸附段为终末段，吸附床烟气进入端的为起始端，吸附床烟气排出处为终末端；

在大分子胶状物覆盖起始段的吸附剂表面达到一定程度时，将该段吸附床脱离吸附床，转入脱附装置进行脱附处理，同时在吸附床的终末端补充新的或再生处理后吸附段。

上面表述中“达到一定程度”的含义是，在具体应用中如果进入吸附装置的烟气中大分子胶状物含量较高，小分子恶臭成分含量较少，则“达到一定程度”意味着大分子胶状物覆盖起始段的吸附剂表面的程度严重一些。反之，小分子恶臭成分含量较多，在通过吸附装置时易于穿透整个吸附床，则“达到一定程度”意味着大分子胶状物覆盖起始段的吸附剂表面的程度控制在轻微的程度。

脱附处理包括常规温度脱附和在此基础之上叠加的碳化再生和灰化再生。

叠加的含义是在完成常规温度脱附以后继续升高温度至碳化温度或灰化温度并保持必要的时间。根据常规温度脱附以后吸附剂结焦的程度可以在每一次或每数次常规温度脱附以后叠加一次碳化再生。同理，根据碳化再生以后吸附剂积碳的程度在每一次或每数次碳化再生以后叠加一次灰化再生。碳化再生可以在氧化气氛中进行，也可以在惰性气体气氛中进行。灰化再生只能在氧化气氛中进行。

这里的惰性气体是按行业术语对包括氮气、二氧化碳气等不与大分子有机物发生氧化反应造成燃烧的非助燃气体，与化学上的氦等0族元素气体概念不同。这里定义碳化温在350-550℃，灰化温度在550-825℃。吸附床采用的吸附剂和相关管路装置需要耐受以上温度。操作过程中吸附床的温度应控制在吸附剂和相关管路装置的耐受温度以下。

与现有的在脱附时对吸附床的整个床层整体脱附的固定床或吸附转轮相比，分阶段高温脱附方法及相应的装置的优点在于只对积聚了较多大分子有机物吸附床起始段进行高温脱附和高温再生，可以减小处理装置的耐高温部分的体积，降低装置造价和减少燃料消耗，还可以减少吸附剂的高温加热次数，相对延长吸附剂的使用寿命。因为大分子有机物在吸附床的沉积部位主要集中在分阶段吸附床的起始段，并主要沉积在吸附剂的表面，吸附段在从吸附床的终末端向起始端移动的过程中首先吸附了较难为吸附剂吸附的恶臭气体成分，最后才利用其表面吸附了大分子有机物，这样也充分利用了吸附对烟气不同恶臭气体成分的吸附能力。

为了减少进入吸附装置的大分子有机物，可以在烟气收集管路上设置过滤凝聚表面吸附器。

可以将过滤凝聚表面吸附器设置在烟气收集管路针对每个烟气产生的浇注作业点及铸件冷却传输通道处设置的入口处。这样还可以解决大分子胶状物滴落引起火灾的问题。过滤凝聚表面吸附器可以设置两层，其意义在后文说明。

可以用耐高温的无机过滤材料及支持框架制作过滤凝聚表面吸附器，过滤物具体可以采用不锈钢丝、玻璃纤维、陶瓷纤维以及它们的组合。使用这类材料的有点包括吸收大分子有机物后不易被引燃，及可以用受控碳化灰化法处理除去凝聚吸附的大分子胶状物。具体的方法是将过滤凝聚表面吸附器至于耐高温密闭空间，用惰性高温气体对其加热，使得里面吸附的大分子有机物发生挥发并被气流带去燃烧装置摧毁，不易挥发的部分将在高温下碳化，然后在继续升高惰性高温气体的温度，并在其中有控制的加入氧气成份，除去过滤物中的结焦或碳化的大分子有机物残余成分。

以上过程理论上也可以使用空气，但不容控制升温过程，易于造成局部升温过快，形成局部热点，引起大分子积聚物自燃，损坏过滤凝聚表面吸附器和输送管路及设备。

过滤凝聚表面吸附器再生炉的积极意义在于可以避免过滤凝聚表面吸附器填料的替换成本和对环境的二次污染。

过滤凝聚表面吸附器对大分子胶状物的过滤和凝聚比较容易理解。大分子有机物在离开浇注模具的高温环境以后，大部分在空气中迅速冷却成液态，其中一部分凝聚成肉眼可见的烟雾液滴，这些烟雾液滴比较容易在经过过滤物是被捕获，而其余以肉眼不可见微液滴或分散分子存在的，则很容易穿过过滤物。过滤物对这一部分大分子有机物的捕获需要以来过滤物表面与这些大分子有机物的亲和能力，这种亲和能力实际上就是表面吸附能力。过滤物材料表面化学性质与这些大分子有机物越相似，则表面吸附能力越强。但出于对过滤物再生能力的考虑，过滤物不能采用不耐高温的有机材料。取代的方式是依靠烟气通过滤物时在过滤材料表面的缓慢沉积，当沉积达到覆盖过滤物材料表面时即变成了优良的吸附表面。但当大分子有机物过渡沉积时，又会造成过滤物的阻塞和易于引起火灾。设置可分离的两层或两层以过滤装置的目的是可以只移走过度沉积大分子有机物表层过滤装置，保留已有适量沉积的深层过滤装置，并把它们替换到表层，新的或再生后的过滤装置安装在深层过滤位置。

尽管在烟气收集设置了过滤凝聚表面吸附器，仍会有一部分大分子有机物穿过并积聚在管道中。为了阻止其过渡累积，可以将烟气收集管道设置为能够形成环状管路的结构，并在管腔内设置耐高温隔热材料内衬，用与处理过滤凝聚表面吸附器类似的方法除去管道内的大分子胶状物。

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1.铸造烟气分阶段吸附浓缩装置结构示意图。

图2.如图1，示意吸附段在吸附床与脱附装置之间转换时与活动连连通管路接口的配合动作。

图3.设置了热量回收装置的铸造烟气分阶段吸附浓缩装置结构示意图，圆环形。

图4.图3所示装置的另一种形式，腰圆形。

图5.图3所示装置的又一种形式，圆角三角形。

图6.铸造烟气处理装置的全流程设备管路示意图。

图7.铸造烟气处理正常吸附作业状态下相关设备管路运行示意图。

图8.过滤凝聚表面吸附器再生作业状态下相关设备管路运行示意图。

图9.铸造烟气收集输送管道再生作业状态下相关设备管路运行示意图。

图10.过滤凝聚表面吸附器安装方式及使用方法示意图。

具体实施方式

实施例1铸造烟气分阶段吸附浓缩装置。

参见附图1，该装置包括吸附床c和再生装置d。吸附床c包括起始端c1和终末端c2。吸附床c被分成数个可以分离的吸附段x，位于起始端的吸附段称为起始段cx1，位于终末端的吸附段称为终末段cx2。再生装置d包括再生端d1和浓缩端d2。吸附床c的再生装置d形成一个带有两个缺口的环状结构，吸附床c的起始端c1与再生装置d的浓缩端d2相邻。构成该环状结构的各个吸附段x在动力驱动下，沿空弧形心箭头指示方向在一个环形轨道顺序间歇式运动，并通过编组改变完成在吸附床c的再生装置d之间的转换。

参见附图2，在吸附床c和再生装置d各设置一个连通管路活动接口h。当吸附段改变编组时，这些活动接口h与所连接的吸附床c和再生装置d脱离并移出轨道位置，当吸附段完成编组以后回复原来的连接。

编组概念是借用列车运行的操作模式。

参见附图1-2，该装置工作时，含有voc的烟气从起始端c1进入从终末端c2排出，高温脱附气体从再生端d1进入，浓缩端d2排出。与该装置相连的外围设备，包括源污染空气输送管道wg、风机p1、voc热摧毁装置to、气体加热装置p2、脱附气体供应装p3和烟气排放烟囱p4，与通常的变温吸附voc浓缩装置相同。

实施例2设置了热回收装置的铸造烟气分阶段吸附浓缩装置。

参见附图3-5，在实施例1的基础上，在吸附床c的终末端和再生装置d的再生端之间增加了一个热回收装置e，包括与吸附床c的终末端c2相邻的冷端e1和再生装置d的再生端d1相邻的热端e2，同样包含数个吸附段x。脱附气体从冷端e1进入热回收装置e，从热端e2排出，经气体加热装置p2加热到脱附温度以后进入再生装置d。改进后吸附段的运动和编组改变方式与实施例1相似。

实施例2的积极作用在于可以回收蕴含在完成脱附处于高温状态的吸附剂中的热量，并在降温过程中进一部冲洗残存的有机污染物气体。

图3示意采用圆环形轨道的情形，优点是结构简洁，吸附段改变编组时移动距离小，缺点是整个装置占地面积较大且不能调整。

图4示意采用腰圆形轨道的情形，优点是装置为长方形，节省面积且容易调整，吸附段为直桶形，容易保持工作气流均匀，缺点是吸附段改变编组时移动距离大。

图5示意采用圆角三角形轨道的情形。当工艺需要吸附床c，脱附装置d和热回收装置e采用大致相同的吸附段个数时可以采用这种轨道方式。

实施例3铸造烟气处理装置的全流程系统设置。

参见附图6，这是按照铸造车间处理树脂模浇注产生的烟气的现场模型设置的铸造烟气处理装置全流程系统。包括a区处理设备设置区和b区收集管路和过滤凝聚表面吸附器设置区。

为了使得系统更加简洁，铸造烟气处理装置采用了实施例1的简单结构，实际上采用实施例2的结构更加实用，在该技术领域内，一般技术人员在它们之间的转换没有困难。

图中管路与表示通风管路p6的实线上重叠的实心箭头表示烟气处理过程的气体流东方向，与实线平行的空心箭头表示去除过滤凝聚表面吸附器p5和污染气体收集输送管路p6上的大分子有机物积聚物的高温再生过程中高温气体流动方向。

过滤凝聚表面吸附器p5分散或集群在浇注车间的各工位上，它们与输送管路p6之间设置节流阀p7，用于控制不同部位的气流均衡。

参见附图7。输送管路p6设计成双管环路，污染气体正常收集处理作业时，管路为双管平行输送。

参见附图8，输送管路高温再生时，关闭各节流阀p7和输送管路与吸附浓缩装置之间的截止阀p9，输送管路则形成了环状通路。开始再生作业时，关闭截止阀p10、空气源截止阀p11和氧气源截止阀12，打开氮气源截止阀p13，氮气进入管路，排出管路内的空气。打开截止阀p10，气体加热炉p2启动，对整个输送管路加温。

期间向管路内连续补充氮气，控制节流阀p8，控制管路压力，多余气体经蓄热氧化焚毁炉rto处理后经烟囱p4排放。

在管路生高到合适的温度，如450-650℃，排出的气体热值降低到安全数值，如不能维持rto自持燃烧时，打开氧气源截止阀p12，向管道内缓慢注入氧气，在高温下氧化去除管道内的结焦和积碳，最后关闭氮气氧气源和气体加热炉，打开空气源截止阀p11，通入空气，令管路冷却，即可结束输送管路高温再生过程。

参见附图9，图中p14为过滤凝聚表面吸附器再生炉。再生炉p14为一耐热保温腔体，两端与包含气体加热炉p2的高温再生的输送管路连接，将积聚了大分子有机物的过滤凝聚表面吸附器置于腔体内，可以采用与输送管路高温再生相似的流程让过滤凝聚表面吸附器高温再生。

参见附图10，示过滤凝聚表面吸附器p5在过滤吸附位置和再生炉p14之间循环流转过程。p7为节流阀，p16为集气罩，p6为烟气输送管。