VOCs吸脱附浓缩-催化燃烧系统的制作方法

本发明涉及催化燃烧废气处理技术，具体涉及一种vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统。

背景技术：

有机废气(简称vocs)对生态环境以及人类健康带来不利的影响，危害主要有：在阳光和热的作用下参与氧化氮反应形成臭氧，导致空气质量变差并且是夏季光化学烟雾、城市灰霾的主要成分；vocs是形成细粒子(pm2.5)和臭氧的重要前体物质，大气中vocs在pm2.5中的比重占20％～40％左右，还有部分pm2.5由vocs转化而来。

目前对vocs废气治理技术主要有直接冷凝法、燃烧法(吸脱附-催化燃烧法、直接燃烧法)、吸脱附-冷凝回收法。这些方法都存在优缺点，直接冷凝法和直接燃烧法主要用在高浓度的vocs的环境，特别适合用于冷凝温度点与室温环境相近的气体组份。直接燃烧，即对vocs直接燃烧，但燃烧的结果不利于能源的回收利用；吸脱附-冷凝回收法、吸脱附-催化燃烧法主要用在低浓度的vocs(一般15-200ppm)的气体环境，吸脱附在成本控制和净化效果上比较好，但在有粉尘环境下使用时，吸附剂容易出现中毒、堵塞现象，影响吸附剂的使用寿命。

目前，大多数的vocs工业净化用的工艺是吸脱附+催化燃烧方法，目前吸脱附工艺运行方式是通过切换阀的方式，将废气进行轮流切换，经过吸附剂床层，废气净化排出，脱附气可以是工业蒸汽，也可以是催化燃烧高温出口换热后的废气。催化燃烧装置在节能角度上，目前主要是“主体换热+催化燃烧”组合，主体换热的方式有蓄换热、间接连续换热方式。现在常见的吸脱附+催化燃烧工艺，在风机设置上数量较多，电能耗用上较高，除此之外，整套系统的集成程度较低，增加设备占用体积和使用能耗。

专利号为cn201720914469.5的专利公开了一种高效节能催化燃烧设备，包括外壳，外壳内设有换热器、加热器以及催化燃烧器，在外壳上设有进气口和出气口，所述加热器包括第一加热器、第二加热器以及第三加热器，所述催化燃烧器包括第一催化燃烧器和第二催化燃烧器，换热器、第二催化燃烧器、第三加热器、第一催化燃烧器以及第二加热器自下而上安装布设，该专利将加热装置布置于催化燃烧器之外。专利号为cn201521122066.4的专利公开了一种废气处理用催化燃烧系统，包含有阻火器、换热器、催化燃烧反应装置、排风机、余热回收管和补冷风管，废气源经阻火器连通至换热器的介质通道一的进口，换热器的介质通道一的出口连通至催化燃烧反应装置，催化燃烧反应装置的排放口经管路连通至换热器的介质通道二的进口，换热器的介质通道二的出口经管路连通至排风机后对空排放，该专利对废气只进行换热操作，没有蓄热操作。

催化床层与蓄换热系统集成性上较差，目前对于蓄换热系统与催化床层为组合大型工艺(简称“rco”)，但在vocs小排放环境下，集成性差，会提高装置成本。目前，大部分的吸脱附-催化燃烧整体工艺，需要较多的布置风机和管路流程，在使用上，容易增加装置的使用能耗和布置体积，因此，在节能角度考虑，需要降低能耗的使用和占用体积。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有占地面积小、操作简单、集成一体化的特点，且集成性好、管路安排布置效果优的吸脱附-催化燃烧装置，实现低成本下的吸脱附-催化燃烧循环处理。

技术方案：本发明提供一种vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统，该vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统包括吸脱附装置、蓄换热-催化燃烧一体化装置和风机；蓄换热-催化燃烧一体化装置包括第一蓄换热器、第二蓄换热器和催化燃烧装置，第一蓄换热器和第二蓄换热器分别包括蓄热材料和设置在蓄热材料中的加热装置，催化燃烧装置设置在第一蓄换热器和第二蓄换热器之间；吸脱附装置和蓄换热-催化燃烧一体化装置分别在两端连接废气导入通道和风机，风机连接净化气导出通道。

优选地，吸脱附装置设置有废气入口和吸附净化气出口；第一蓄换热器设置有脱附气入口，第二蓄换热器设置有脱附气出口；风机设置有进气口和出气口；废气入口通过管道和三通阀分别与脱附气入口和脱附气出口相连，吸附净化气出口通过管道和三通阀分别与脱附气入口、脱附气出口、进气口和出气口相连，进气口通过管道和三通阀分别与脱附气入口和脱附气出口相连；废气导入通道和废气入口之间设置有吹扫口，吹扫口设置有切断阀。

进一步优选地，vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统包含第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀，第一三通阀连接废气入口，第二三通阀连接吸附净化气出口、第三三通阀和第四三通阀，第三三通阀连接进气口，第四三通阀连接出气口；vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统还包含第五三通阀、第六三通阀、第七三通阀和第八三通阀；第五三通阀连接第一三通阀、第六三通阀和第八三通阀，第六三通阀连接脱附气出口和第七三通阀，第八三通阀连接脱附气入口和第七三通阀，第七三通阀连接第三三通阀。

吸脱附装置包括一个或两个以上吸附器，吸附器中设置有vocs吸附剂，vocs吸附剂可以是本领域已知的可对vocs进行吸脱附的物质，如为活性炭、分子筛和沸石中的一种或两种以上的混合物；蓄热材料为陶瓷材料，主要包括黏土、刚玉、莫来石、锆英石、钛酸铝、氧化铝(或高铝材质)和堇青石等中的一种或多种，一般加工成陶瓷矩鞍环填料、陶瓷蜂窝填料、陶瓷球状填料等；加热装置为电加热装置或微波加热装置；上述三通阀为电磁阀；催化燃烧装置可以为本领域已知的用于对vocs废气进行进行催化燃烧的装置。

本发明的工作原理：本发明的vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统运行时包括吸附过程、脱附-催化燃烧过程和吹扫过程。

吸附过程：连接第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀，此时，废气从废气导入通道经过第一三通阀和吸脱附装置的废气入口流入吸脱附装置中，vocs分子在吸脱附装置中被vocs吸附剂物理吸附后经吸附净化气出口排出吸脱附装置，然后经第二三通阀、第三三通阀流至第四三通阀，继而由净化气导出通道排至室外环境中，启动加热装置，使蓄换热装置缓慢升温加热。

脱附-催化燃烧过程：待吸脱附装置中的吸附材料达到饱和后，连接第一三通阀、第五三通阀、第六三通阀、第八三通阀、第七三通阀、第三三通阀、第四三通阀和第二三通阀之间的管道，将气体引入(可以是从第一三通阀引入的vocs废气或从切断阀引入的空气)，依次经第五三通阀和第六三通阀进入蓄换热-催化燃烧一体化装置，在蓄换热-催化燃烧一体化装置中，气体被加热装置加热，将第一三通阀切换至右垂直，并使第八三通阀和吸脱附装置的吸附净化气出口之间的管道连通，在蓄换热-催化燃烧一体化装置中被加热的气体依次经第八三通阀、第七三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第二三通阀进入吸脱附装置中，在被加热的气体的作用下，被物理吸附在vocs吸附剂中的vocs脱附浓缩，浓缩后的废气依次流经第一三通阀、第五三通阀和第六三通阀进入第一蓄换热器，然后进入催化燃烧装置，进行催化燃烧氧化反应，生成二氧化碳和水，放出反应热。进行催化燃烧氧化反应后的废气又流入第二蓄换热器中，将氧化反应热部分存储在第二蓄换热器中，此时，第二蓄换热器温度升高。

通过调节第五三通阀、第六三通阀、第八三通阀和第七三通阀的方向，切换废气的走向，交替形成两种回路：第一种回路气体的流动方向为第四三通阀、第二三通阀、第一三通阀、第五三通阀、第六三通阀、第八三通阀、第七三通阀、第三三通阀、第四三通阀；第二种回路气体的流动方向为第四三通阀、第二三通阀、第一三通阀、第五三通阀、第八三通阀、第六三通阀、第七三通阀、第三三通阀、第四三通阀；将第一蓄换热器或第二蓄换热器中的热量用于加热待进行催化燃烧氧化反应的vocs，从而使热量得到充分利用。

吹扫过程：打开切断阀，保持风机运转，调节各三通阀方向，使外界空气从切断阀中进入吸脱附装置，将vocs吸附剂冷却至室温，然后依次流经第二三通阀、第三三通阀、风机、第四三通阀，然后流出vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统，然后整个vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统进入下一个运行周期。

有益效果：本发明的vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统在运行时通过调节若干三通电磁阀进行连续化操作，吸脱附装置、蓄换热-催化燃烧一体化装置轮流吸脱附、循蓄换热操作，两端的蓄换热装置可以实现流向的切换，结构紧凑、体积可以大幅度的减少，蓄换热装置中设置加热装置，可以实现废气的加热操作，一般可以将废气加热至300℃。整个装置中仅设置一个风机，将含vocs气体在催化燃烧装置、蓄换热装置、吸附器装置循环运行操作，可以大大的减少能耗和降低成本。

附图说明

图1是vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统，包括第一三通阀1、第二三通阀2、第三三通阀3、第四三通阀4、第五三通阀5、第六三通阀6、第七三通阀7、第八三通阀8、吸脱附装置10、蓄换热-催化燃烧一体化装置和风机14。吸脱附装置10中设置有vocs吸附剂，vocs吸附剂可以为活性炭、分子筛和沸石中的一种或多种。蓄换热-催化燃烧一体化装置包括第一蓄换热器12a、第二蓄换热器12b和催化燃烧装置13，第一蓄换热器12a和第二蓄换热器12b分别包括蓄热材料和设置在蓄热材料中的加热装置11，蓄热材料为陶瓷材料，主要包括黏土、刚玉、莫来石、锆英石、钛酸铝、氧化铝(或高铝材质)和堇青石等中的一种或多种，一般加工成陶瓷矩鞍环填料、陶瓷蜂窝填料、陶瓷球状填料等；加热装置为电加热装置或微波加热装置。催化燃烧装置13设置在第一蓄换热器12a和第二蓄换热器12b之间，其中，蓄换热-催化燃烧一体化装置由下至上依次设置有第一蓄换热器12a、催化燃烧装置13和第二蓄换热器12b，吸脱附装置10和蓄换热-催化燃烧一体化装置分别在两端连接废气导入通道和风机14，使得吸脱附装置10与蓄换热-催化燃烧一体化装置在第一三通阀1和风机14之间并联，风机14连接净化气导出通道。

吸脱附装置10两端分别连接第一三通阀1和第二三通阀2，第一三通阀1还连接废气导入通道和第五三通阀5，第二三通阀2连接第三三通阀3和第四三通阀4，风机14设置在第三三通阀3和第四三通阀4之间，第一蓄换热器12a下方连接第六三通阀6，第二蓄换热器12b上方连接第八三通阀8，第六三通阀6和第八三通阀8在竖直方向的同一直线上，第六三通阀6和第八三通阀8分别连接第五三通阀5和第七三通阀7，第三三通阀3还连接第七三通阀7，第四三通阀4连接净化气导出通道。第一三通阀1和吸脱附装置10之间的管道上设置有切断阀9。

本发明的vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统运行时包括吸附过程、脱附-催化燃烧过程和吹扫过程。

吸附过程：调节各三通阀的方向，使得气体可以依次流过第一三通阀1、第二三通阀2、第三三通阀3和第四三通阀4，此时，废气从废气导入通道经过第一三通阀1和吸脱附装置10的废气入口流入吸脱附装置10中，vocs分子在吸脱附装置10中被vocs吸附剂物理吸附后经吸附净化气出口排出吸脱附装置10，然后经第二三通阀2、第三三通阀3和风机14流至第四三通阀4，继而由净化气导出通道排至室外环境中。启动加热装置11，使第一蓄换热器12a或第一蓄换热器12a和第二蓄换热器12b缓慢升温加热。

脱附-催化燃烧过程：待吸脱附装置10中的吸附材料达到饱和后，连接第一三通阀1、第五三通阀5、第六三通阀6、第八三通阀8、第七三通阀7、第三三通阀3、第四三通阀4和第二三通阀2之间的管道，从第一三通阀1引入vocs废气或从切断阀9引入空气，使vocs废气或空气依次经第五三通阀5和第六三通阀6进入蓄换热-催化燃烧一体化装置，在蓄换热-催化燃烧一体化装置中，vocs废气或空气被第一蓄换热器12a或第一蓄换热器12a和第二蓄换热器12b加热。将第一三通阀1切换至右垂直，在蓄换热-催化燃烧一体化装置中被加热的vocs废气或空气依次经第八三通阀8、第七三通阀7、第三三通阀3、第四三通阀4、第二三通阀2进入吸脱附装置10中，在被加热的vocs废气或空气的作用下，被物理吸附在vocs吸附剂中的vocs脱附浓缩，浓缩后的废气依次流经第一三通阀1、第五三通阀5、第六三通阀6和第一蓄换热器12a，进入催化燃烧装置13，进行催化燃烧氧化反应，放出反应热。进行催化燃烧氧化反应后的废气又流入第二蓄换热器12b中，将氧化反应热部分存储在第二蓄换热器12b中，此时，第二蓄换热器12b温度升高。

通过调节第五三通阀5、第六三通阀6、第八三通阀8和第七三通阀7的方向，切换废气的走向，交替形成两种回路：第一种回路气体的流动方向为第四三通阀4、第二三通阀2、第一三通阀1、第五三通阀5、第六三通阀6、第八三通阀8、第七三通阀7、第三三通阀3、第四三通阀4；第二种回路气体的流动方向为第四三通阀4、第二三通阀2、第一三通阀1、第五三通阀5、第八三通阀8、第六三通阀6、第七三通阀7、第三三通阀3、第四三通阀4；从而将储存在第一蓄换热器12a或第二蓄换热器12b中的热量用于加热待进行催化燃烧氧化反应的vocs，从而使热量得到充分利用。

吹扫过程：打开切断阀9，保持风机4运转，调节各三通阀方向，使外界空气从切断阀9中进入吸脱附装置10，将vocs吸附剂冷却至室温，然后依次流经第二三通阀2、第三三通阀3、风机14、第四三通阀4，流出vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统，然后整个vocs吸脱附浓缩-催化燃烧系统进入下一个运行周期。