吸脱附-换热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，具体涉及一种吸脱附-换热催化燃烧系统。

背景技术：

VOCs(volatile organic compounds，挥发性有机物)废气处理方法主要包括喷淋法、生物降解法、催化燃烧法、直接燃烧法和吸脱附-冷凝回收法等，这些方法都存在优缺点。目前使用较多的是催化燃烧法和直接燃烧法，特别是直接燃烧法，适用于含高浓度的VOCs废气治理，净化后的废气一般直接从排放口排放。然而，含高浓度VOCs废气产生环境较少，仅限于如喷漆行业废气和石油化工废气等，大多数废气VOCs浓度都较低，一般在15-200ppm范围内，此时，直接燃烧方法并不适用。在环保净化领域中，催化燃烧法使用较多，催化燃烧法在设计运行中需要考虑到热能利用和气体浓缩过程，在处理低浓度VOCs废气时，吸附装置通过吸脱附过程将低浓度的VOCs浓缩成高浓度的VOCs，再经过催化燃烧过程，在催化剂表面发生催化作用，高浓度的有毒VOCs被氧化成无毒害的二氧化碳和水。然而，对于催化燃烧产生的高温气体进行余热回收一直是工程热点问题。

申请号为CN201510798973.9的专利申请文件中，对催化燃烧后的高温气体进行换热，形成热循环，用于加热吸附床。申请号为CN201710560961.1的专利申请文件中，混合气分为两部分，一部分进行催化燃烧，剩余部分与各级催化燃烧段出口的混合气进行换热，用于吹扫吸附后的床层，但实际容易存在温度过高，容易将吸附床中的吸附剂吹裂或者粉化的问题。申请号为CN201510909146.2的专利申请文件中，采用热空气将吸附剂中的高浓度VOCs吹扫出系统，经过催化燃烧进行高温排放，但体系中未存在换热过程，因此在热能耗用上间接地提高设备装置的成本。目前，吸脱附-催化燃烧工艺设计中往往会考虑到吸附、脱附、冷却和催化燃烧过程，但冷却过程一般是指通入室外冷空气将脱附后的高温吸附剂进行冷却吹扫，将对高温吸附剂进行冷却吹扫后升温的空气直接排放至室外，但该过程操作易导致热量的浪费。另外，催化燃烧后的高温气体(一般温度达到300℃-400℃)与气体换热后，温度下降较小，很难用于吸附剂脱附操作，若需要温度下降较大，需要加大使用成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：针对低浓度VOCs废气的浓缩-催化燃烧过程，提供一种能够解决催化燃烧产生的高温气体的余热回收问题，可对冷却气换热后重新回收利用的吸脱附-换热催化燃烧系统。

技术方案：本实用新型提供一种吸脱附-换热催化燃烧系统，包括吸附装置、催化燃烧装置和热交换装置；吸附装置包括至少三个吸附器，每个吸附器分别设置有废气入口、吸附净化气出口、脱附气入口、脱附气出口、冷却气入口和冷却气出口，废气入口、吸附净化气出口、脱附气入口、脱附气出口、冷却气入口和冷却气出口处分别设置有阀门；热交换装置包括热流体通道和冷却流体通道；脱附气入口与热交换装置的冷却流体通道出口相连，脱附气出口与催化燃烧装置入口相连，冷却气出口与热交换装置的冷却流体通道入口相连，催化燃烧装置出口与热交换装置的热流体通道入口相连。

上述阀门可是本领域已知的任意可用于关闭和打开气流流通通道的装置，优选为电磁阀。

系统还包括废气输送通道、吸附净化气排出通道和冷却气输送通道，废气入口与废气输送通道通过阀门相连，吸附净化气出口与吸附净化气排出通道通过阀门相连，冷却气入口与冷却气输送通道通过阀门相连。冷却气输送通道上设置有风机，风机与大气相连通。

优选地，该系统还包括预加热装置，预加热装置设置在冷却气出口与热交换装置之间；即，预加热装置入口与冷却气出口相连通，预加热装置出口与热交换装置的冷却流体通道入口相连通。

上述吸附器可以为本领域已知的可用于吸附VOCs废气对VOCs废气进行浓缩并脱附高浓度VOCs废气的装置，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，如活性炭、分子筛和沸石等。

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，优选地，催化燃烧装置包含多孔板、设置在多孔板上的催化燃烧催化剂和加热元件，加热元件可以为本领域已知的可用于气体加热的元件，如加热丝等。

为了使吸附器中的气体吸脱附以及吸附剂冷却过程高效进行，使废气入口和吸附净化气出口分别设置在吸附器两端，脱附气入口和脱附气出口分别设置在吸附器两端，冷却气入口和冷却气出口分别设置在吸附器两端。

本实用新型的工作原理是：吸脱附-换热催化燃烧系统中同时进行VOCs吸附过程、VOCs脱附过程和吹扫冷却过程，这三个过程分别在至少一个吸附器中进行，其中，进行VOCs吸附过程的吸附器记作吸附器A，进行VOCs脱附过程的吸附器记作吸附器B，进行吹扫冷却过程的吸附器记作吸附器C。

VOCs吸附过程：打开吸附器A的废气入口和吸附净化气出口处的电磁阀，从而打开吸附器A的废气入口和吸附净化气出口，同时通过调节电磁阀从而关闭吸附器A的脱附气入口、脱附气出口、冷却气入口和冷却气出口。从吸附器A的废气入口向吸附器A通入VOCs废气，VOCs在吸附器A中被吸附剂吸附，从而使废气得到净化，吸附净化后的气体从吸附器A的吸附净化气出口排出该系统，VOCs在吸附器A中被浓缩。

VOCs脱附过程：通过调节电磁阀从而打开吸附器B的脱附气入口和脱附气出口，关闭吸附器B的废气入口、吸附净化气出口、冷却气入口和冷却气出口。来自热交换装置冷却流体通道的热空气通过吸附器B的废气入口进入吸附器B，对吸附器B中的VOCs进行脱附，脱附的高浓度VOCs废气从脱附气出口流出，进入催化燃烧装置进行催化燃烧，生成二氧化碳和水。

吹扫冷却过程：打开吸附器C的冷却气入口和冷却气出口，关闭吸附器C的废气入口、吸附净化气出口、脱附气入口和脱附气出口。冷空气从冷却气入口进入吸附器C，对吸附器C进行吹扫冷却，冷空气在吸附器C中被加热升温，然后从冷却气出口流出进入热交换装置的冷却流体通道，与热交换装置的热流体通道中来自催化燃烧装置的热气换热，进一步升温，然后通过吸附器B的废气入口进入吸附器B，对吸附器B进行VOCs脱附过程。

当吸附器A完成吸附操作，吸附器B完成脱附操作，吸附器C完成吹扫操作后，打开吸附器C的废气入口和吸附净化气出口，关闭吸附器C的脱附气入口、脱附气出口、冷却气入口和冷却气出口，打开吸附器A的脱附气入口和脱附气出口，关闭吸附器A的废气入口、吸附净化气出口、冷却气入口和冷却气出口，打开吸附器B的冷却气入口和冷却气出口，关闭吸附器B的废气入口、吸附净化气出口、脱附气入口和脱附气出口，在吸附器C中进行VOCs吸附过程，在吸附器A中进行VOCs脱附过程，在吸附器B中进行吹扫冷却过程。即，各个吸附器中循环进行VOCs吸附过程、VOCs脱附过程和吹扫冷却过程。

有益效果：本实用新型的吸脱附-换热催化燃烧系统在运行时通过调节若干电磁阀进行连续化操作，不同的固定床吸附器分别轮流吸附、脱附、冷却，热交换装置(换热器)的冷介质为冷却固定床后的较高温度气体(一般进口温度60℃)，热交换装置的热介质为催化燃烧后的高温气(一般温度为300-400℃)，热交换装置中的换热过程可以将冷却固定床后的较高温度气体能量得到充分利用，催化燃烧后的高温气换热后可以通过加热水介质进行回收利用，或者作加热蒸汽，供厂房供暖，该系统能够对热量进行较好的回收，降低VOCs废气处理成本。

附图说明

图1为吸脱附-换热催化燃烧系统的结构示意图。

其中1、废气输送通道；2、吸附器；3、吸附器；4、吸附器；5、吸附净化气排出通道；6、催化燃烧装置；7、热交换装置；8、冷却气输送通道；9、电磁阀；10、电磁阀；11、电磁阀；12、电磁阀；13、电磁阀；14、电磁阀；15、电磁阀；16、电磁阀；17、电磁阀；18、电磁阀；19、电磁阀；20、电磁阀；21、电磁阀；22、电磁阀；23、电磁阀；24、电磁阀；25、电磁阀；26、电磁阀；27、风机；28、多孔板；29、催化燃烧催化剂；30、加热丝；31、预加热装置。

具体实施方式

如图1所示，一种吸脱附-换热催化燃烧系统，包括废气输送通道1、吸附装置(吸附器2、吸附器3和吸附器4)、吸附净化气排出通道5、催化燃烧装置6、热交换装置7和冷却气输送通道8。废气输送通道1用于输送待处理的含低浓度VOCs的废气，吸附净化气排出通道5用于输出经吸附装置吸附VOCs后的吸附净化气，冷却气输送通道8用于输送吹扫冷却风。

热交换装置7为换热器，包括热流体通道和冷却流体通道。

吸附装置用于吸附含低浓度VOCs的废气中的VOCs并将VOCs浓缩，然后通过脱附过程释放出含高浓度VOCs的废气。吸附装置包括吸附器2、吸附器3和吸附器4，每个吸附器分别设置有废气入口、吸附净化气出口、脱附气入口、脱附气出口、冷却气入口和冷却气出口。吸附器2中，废气入口通过电磁阀9与废气输送通道1相连，吸附净化气出口通过电磁阀10与吸附净化气排出通道5相连，脱附气入口通过电磁阀11与热交换装置7的冷却流体通道出口相连，脱附气出口通过电磁阀12与催化燃烧装置6入口相连，冷却气入口通过电磁阀13与冷却气输送通道8相连，冷却气出口通过电磁阀14与热交换装置7的冷却流体通道入口相连。吸附器3中，废气入口通过电磁阀15与废气输送通道1相连，吸附净化气出口通过电磁阀16与吸附净化气排出通道5相连，脱附气入口通过电磁阀17与热交换装置7的冷却流体通道出口相连，脱附气出口通过电磁阀18与催化燃烧装置6入口相连，冷却气入口通过电磁阀19与冷却气输送通道8相连，冷却气出口通过电磁阀20与热交换装置7的冷却流体通道入口相连。吸附器4中，废气入口通过电磁阀21与废气输送通道1相连，吸附净化气出口通过电磁阀22与吸附净化气排出通道5相连，脱附气入口通过电磁阀23与热交换装置7的冷却流体通道出口相连，脱附气出口通过电磁阀24与催化燃烧装置6入口相连，冷却气入口通过电磁阀25与冷却气输送通道8相连，冷却气出口通过电磁阀26与热交换装置7的冷却流体通道入口相连。

冷却气输送通道8上设置有风机27，风机27与外界空气相连通。上述吸附器2、3、4可以为本领域已知的可用于吸附VOCs废气对VOCs废气进行浓缩并脱附高浓度VOCs废气的装置，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，如活性炭、分子筛和沸石等。

催化燃烧装置6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，优选地，催化燃烧装置6包含多孔板28、设置在所述多孔板28上的催化燃烧催化剂29和加热丝30。多孔板28的孔径大小设置为可以使气体顺利通过并阻止催化燃烧催化剂29通过。加热丝30可用于在系统开始运行时对空气进行加热。

废气入口和吸附净化气出口分别设置在吸附器两端，脱附气入口和脱附气出口分别设置在吸附器两端，冷却气入口和冷却气出口分别设置在吸附器两端。

吸脱附-换热催化燃烧系统中，VOCs吸附过程、VOCs脱附过程和吹扫冷却过程同时进行，这三个过程分别在至少一个吸附器中进行。作为吸脱附-换热催化燃烧系统工作的一个示例，在吸附器2中进行VOCs吸附过程，在吸附器3中进行VOCs脱附过程，在吸附器4中进行VOCs脱附过程后的吹扫冷却过程。

该系统具体运行过程如下：

开始运行过程：打开催化燃烧装置的加热丝30使床层升温，打开预加热器31的加热程序，启动风机27，打开电磁阀25、26，关闭电磁阀21、22、23、24、15、16、19、20，室外空气从风机27吸入至冷却气输送通道8中，以吸附器4为例，空气经电磁阀25进入吸附器4，然后从吸附器4的冷却气出口流出，经电磁阀26进入预加热器31，进行气体加热，之后进入换热器7的冷却流体通道，从换热器7的冷却流体通道流出后经电磁阀17流入吸附器3，经电磁阀18进入催化燃烧装置6，再进入热交换装置7的热流体通道进行换热，直到吸附器3中的温度为120℃左右稳定，此时，关闭预加热器31，完成系统开始运行时的加热升温操作。

VOCs吸附过程：打开电磁阀9和电磁阀10，关闭电磁阀11～14，从而打开吸附器2的废气入口和吸附净化气出口，关闭吸附器2的脱附气入口、脱附气出口、冷却气入口和冷却气出口。从吸附器A的废气入口向吸附器A通入VOCs废气，VOCs在吸附器A中被吸附剂吸附，从而使废气得到净化，吸附净化后的气体从吸附器2的吸附净化气出口排出，进入吸附净化气排出通道5，从而排出该系统，VOCs在吸附器A中被浓缩，直至VOCs在吸附器2中被吸附饱和。

VOCs脱附过程：关闭催化燃烧床层的加热装置，打开电磁阀17和电磁阀18，关闭电磁阀15、16、19和20，从而打开吸附器3的脱附气入口和脱附气出口，关闭吸附器3的废气入口、吸附净化气出口、冷却气入口和冷却气出口。来自热交换装置7冷却流体通道的热空气(约为120℃)通过吸附器3的废气入口进入吸附器3，对吸附器3中的VOCs进行脱附，脱附的高浓度VOCs废气从脱附气出口流出，进入催化燃烧装置进行催化燃烧，生成二氧化碳和水，形成高温气体。

吹扫冷却过程：打开电磁阀25和电磁阀26，关闭电磁阀21～24，从而打开吸附器4的冷却气入口和冷却气出口，关闭吸附器4的废气入口、吸附净化气出口、脱附气入口和脱附气出口。风机26将环境中的冷空气(室温)通过冷却气输送通道8从冷却气入口进入吸附器4，对吸附器4进行吹扫冷却，冷空气在吸附器4中被加热升温至约60℃，然后从冷却气出口流出进入热交换装置7的冷却流体通道，与热交换装置7的热流体通道中来自催化燃烧装置6的热气(约为220℃)换热，进一步升温至约120℃，然后通过吸附器3的废气入口进入吸附器3，对吸附器3进行VOCs脱附过程。

当吸附器2完成吸附操作，吸附器3完成脱附操作，吸附器4完成吹扫操作后，打开吸附器4的废气入口和吸附净化气出口，关闭吸附器4的脱附气入口、脱附气出口、冷却气入口和冷却气出口，打开吸附器2的脱附气入口和脱附气出口，关闭吸附器2的废气入口、吸附净化气出口、冷却气入口和冷却气出口，打开吸附器3的冷却气入口和冷却气出口，关闭吸附器3的废气入口、吸附净化气出口、脱附气入口和脱附气出口，在吸附器3中进行VOCs吸附过程，在吸附器2中进行VOCs脱附过程，在吸附器3中进行吹扫冷却过程。即，各个吸附器循环进行VOCs吸附过程、VOCs脱附过程和吹扫冷却过程。