集装箱式有机废气吸附净化-催化燃烧再生撬装装置的制作方法

本实用新型涉及大气污染控制技术领域，特别是指间歇排放低浓度、中小风量有机废气治理的净化装置。

背景技术：

可挥发性有机废气(VOCs)目前已经成为最主要的大气污染物之一，它是“雾霾”主要成因之一，对其进行有效地排放控制已经刻不容缓。现有的有机废气治理方法有：蓄热式燃烧(RTO)、蓄热式催化燃烧(RCO)、直接催化燃烧(CO)、光催化、低温等离子和吸附技术等。其中连续排放的低浓度、大风量有机废气采用吸附浓缩+RTO 或RCO技术，虽然能耗相对较高，但可以快速有效治理，是一种较理想的技术。但针对一些中小企业排放的有机废气，其特征往往是间歇排放、中低风量，低浓度，因此如果采用RTO和RCO技术则会导致能耗过高，不断的开停导致装备折损过大，最为重要的是一次投资和运行成本过高，因此中小企业选择采用RTO和RCO技术是不合适的。

而现有的中小企业有机废气采用低成本的光催化分解和低温等离子技术，虽然这两种技术对有机分子有一定的降解作用，但它存在最大的两个问题是：(1)降解速率低，只适合超低浓度的有机废气治理； (2)降解不完全，有机分子在光催化和等离子作用下易分解成有机小分子，对CO2和H2O的选择性低，容易造成二次污染。因此现有常规工艺技术已不能满足中小企业有机废气治理要求。

针对中小企业严重的分散式有机废气污染，迫切需要一种新的治理装备，不仅能高效净化有机废气，而且运行成本低下，不产生二次污产生。

技术实现要素：

本实用新型针对现有中小企业有机废气治理治理装备净化率低、能耗高、装备占地面积大的问题，提供一种吸附净化-催化燃烧间歇再生的集装箱式撬装装置，间歇排放的低浓度有机废气通过吸附得到净化，而吸附剂可以定时通过热脱附-催化燃烧再生，从而保证有机废气被吸附剂长期有效地吸附净化，此装置可广泛应用在各类中小企业有机废气治理中。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种集装箱式有机废气吸附净化-催化燃烧再生撬装装置，所述装置主要包括以下系统模块：吸附系统1、催化燃烧控温系统2、催化燃烧反应系统3、换热系统4、再生气控温系统5、浓度监控系统7 和PLC控制系统6；所述吸附系统为固定床吸附塔，所述固定床吸附塔底部设有有机废气进口11、上段设置有机废气出口10，所述有机废气出口与烟囱连通，所述固定床吸附塔中间设置有用于填装吸附剂的吸附层8，所述的吸附层与所述的固定床吸附塔内壁贴合；所述固定床吸附塔上段还设有脱附气进口14，底部还设有脱附气出口13，通有新鲜空气的管路与再生气控温系统5、脱附气进口14依次通过管道连通，脱附气出口13依次与催化燃烧控温系统2、催化燃烧反应系统、换热系统通过管道连通，所述换热系统出口连通烟囱；

所述有有机废气进口、有机废气出口、脱附气进口及脱附气出口处均设置自动控制气体开关阀门10；所述有机废气出口与所述的烟囱之间设有浓度监控系统；所述吸附系统、催化燃烧控温系统、催化燃烧反应系统、换热系统、再生气控温系统、浓度监控系统均通过电缆与PLC控制系统相连，所述浓度监控系统监测读取的浓度信号写入PLC控制系统，当浓度在允许排放浓度内(允许排放浓度根据国家标准确定，本实用新型为最大非甲烷总烃浓度10mg/m³)，PLC控制系统控制有机废气进出口处的自动控制气体开关阀门使其处于开启状态，使脱附气进出口处的自动控制气体开关阀门使其处于关闭状态，进行吸附程序，当浓度超过允许排放浓度，PLC控制系统控制有机废气进出口处的自动控制气体开关阀门使其处于关闭状态，使脱附气进出口处的自动控制气体开关阀门使其处于开启状态，进行脱附程序，以此控制吸附和脱附之间的切换。

进一步，所述集装箱式有机废气吸附净化-催化燃烧再生撬装装置中，所述系统模块均设置在一个撬装集装箱体之内。

以上所述吸附系统、催化燃烧控温系统、催化燃烧反应系统、换热系统、再生气控温系统、浓度监控系统由PLC系统模块控制。

进一步，所述的固定床吸附塔的吸附层填装复合吸附剂材料，复合吸附剂量可以根据废气流量和浓度进行调整，经过吸附剂净化的气体通过有机废气出口排到烟囱排放。所述固定床吸附塔内上、中、下三个部位分别设置温度监控点，吸附塔最顶部设置一个消防水喷淋头。

进一步，所述的催化燃烧控温系统为电加热器室，内部设置多根电加热管，电加热器室两端设置一个进口和出口，出口部位设置温度监控。根据温度监控调节电加热管加热功率。

进一步，所述的催化燃烧反应系统为固定床催化剂反应器，内部设置一层或多层用于填装催化剂的催化剂层。进一步，所述催化剂层两端设置两个温度监控点。所述催化剂为蜂窝陶瓷型或颗粒型固体催化剂。

进一步，所述换热系统优选为气气换热器。更进一步，所述气气换热器可以为板式、管式或翅片状换热器。当换热系统为气气换热器时，所述脱附气出口依次与催化燃烧控温系统、催化燃烧反应系统、换热系统的热流体进出口通过管道连通，所述换热系统的热流体出口连通烟囱。所述换热系统使催化燃烧反应器出口的热气体与新鲜空气进行充分换热，从而让新鲜脱附气升温，降低脱附能耗。

进一步，为合理利用能源，集装箱式有机废气吸附净化-催化燃烧再生撬装装置中，所述通有新鲜空气的管路可与所述换热系统的冷流体入口连通，换热系统冷流体出口与再生气控温系统、脱附气进口依次通过管道连通。

所述再生气控温系统也为电加热器室，内部设置多根电加热管，电加热器室两端设置一个进口和出口，出口部位设置温度监控。根据温度监控调节电加热管加热功率，使再生脱附气达到一定的温度。

所述的浓度监控系统为有机废气浓度监测仪，设置在有机废气出口处。所述的PLC控制系统为一个自动控制台，内部设置PLC控制模块，显示面板，控制面板，所有控制体系全部集成在一个系统。

采用本实用新型的装置处理废气，将达到如下的技术效果：

(1)本实用新型装置采用对有机废气净化效率高，VOCs去除率超过90％；

(2)装置为集装箱式撬装结构，设备占地面积小，现场安装快速、简单和方便；

(3)装置运行为全自动化控制，操作简单易学，启动运行使用方便；

(4)装置采用间歇式原位脱附再生吸附剂，大幅降低运行能耗，并且合理利用余热，节省能源。

附图说明：

图1是本实用新型技术的装置流程图。

图2是本实用新型技术的技术原理示意图(图中未画出温度控制点及PLC控制系统等，仅为展示本实用新型技术原理)

1-吸附系统，2-催化燃烧控制系统，3-催化燃烧反应系统，4-换热系统，5-再生气控温系统，7-浓度监控系统，8-吸附层，9-催化剂层，10-自动控制气体开关阀门，11-有机废气进口，12-有机废气出口， 13-脱附气出口，14-脱附气进口。

具体实施方式：

见图1、2，本实用新型提供集装箱式有机废气吸附净化-催化燃烧再生撬装装置，具体组成结构为：吸附系统(1)，为一个 2400*1500*2000长方体结构的吸附塔，内部装有1500kg吸附剂，吸附种类为柱状椰壳活性炭、微孔和大孔分子筛，上、中、下设置三个温度监控点；催化燃烧控温系统(2)，装载2组20KW的加热管，出口段设置热电偶温度监控；催化燃烧反应系统(3)设置5层催化剂，第1层为蜂窝陶瓷型贵金属Pd催化剂，2-3层为蜂窝陶瓷型复合氧化物催化剂，4-5为蜂窝陶瓷型贵金属Pt催化剂，催化剂层总体积为100L，催化剂层两端设置两个温度监控点；换热系统(4)为一个换热面积为10m²翅片气气换热器；再生气控温系统(5)，装载1组 20KW的加热管，出口设置热电偶温度监控；PLC控制系统(6)采用西门子控制模块；浓度监控系统(7)采用PID非甲烷总烃检测仪，在线监控数据变化。

所有系统模块并均设置在一个撬装集装箱体之内，所述固定床吸附塔底部设有有机废气进口11、上段设置有机废气出口10，所述有机废气出口与烟囱连通；所述固定床吸附塔上段还设有脱附气进口 14，底部还设有脱附气出口13，通有新鲜空气的管路、气气换热器冷流体进出口、再生气控温系统5、脱附气进口14依次通过管道连通，脱附气出口13依次与催化燃烧控温系统2、催化燃烧反应系统、气气换热器热流体进出口通过管道连通，热流体出口连通烟囱；

所述有有机废气进口、有机废气出口、脱附气进口及脱附气出口处均设置自动控制气体开关阀门10；所述有机废气出口与所述的烟囱之间设有浓度监控系统；所述吸附系统、催化燃烧控温系统、催化燃烧反应系统、换热系统、再生气控温系统、浓度监控系统均通过电缆与PLC控制系统相连，所述浓度监控系统监测读取的浓度信号写入PLC控制系统，当浓度在允许排放浓度内，PLC控制系统控制有机废气进出口处的自动控制气体开关阀门使其处于开启状态，使脱附气进出口处的自动控制气体开关阀门使其处于关闭状态，进行吸附程序，当浓度超过允许排放浓度，PLC控制系统控制有机废气进出口处的自动控制气体开关阀门使其处于关闭状态，使脱附气进出口处的自动控制气体开关阀门使其处于开启状态，进行脱附程序，以此控制吸附和脱附之间的切换。

具体治理和操作流程如下：

(1)有机废气吸附净化：在PLC控制系统6中打开吸附净化程序，开启有机废气进出口的阀门，关闭脱附气进出口阀门，车间排放的有机废气在风机带动下进入吸附系统1，也即固定床吸附塔，有机废气从吸附塔底部进入吸附层，吸附层填装吸附剂，有机废气中的有机分子被吸附剂逐层吸附净化，净化后的废气从吸附塔顶部有机废气出口排出，经浓度检测系统7检测浓度达标后进入烟囱排放至大气中；

(2)吸附剂催化燃烧再生：当浓度监控系统7检测到有机废气浓度出现超标信号，提示吸附剂需要再生，在PLC控制系统6中打开脱附程序，关闭有机废气进出口阀门，打开脱附气进出口阀门，引入小流量的新鲜再生脱附空气，气体进入再生气控温系统5，调节再生气控温系统中电加热管功率，控制进入固定床吸附塔的再生脱附空气的温度，再生脱附空气从脱附气进口进入吸附层，吸附层中吸附的有机分子受热发生脱附，并随着再生脱附空气从底部脱附气出口进入催化燃烧控温系统2，含有一定浓度的有机废气在催化燃烧控温系统内受到电加热管的进一步加热，迅速升温至催化燃烧所需温度，然后进入催化燃烧反应系统3，有机废气流经催化剂层时在催化剂表面快速分解成CO2和H2O，并放出大量热量，使废气温度迅速上升，通过监控催化剂层进出口温度，计算有机废气浓度，从而进一步精确调控再生温控系统5加热功率，经过催化燃烧净化的废气进入换热系统4，与脱附程序所需新鲜再生脱附空气进行换热，降低自身温度后进入烟囱排放；吸附剂经过脱附程序再生后，重新具备吸附性能，PLC控制系统再切换为吸附净化程序。

运行效果：利用本实用新型装置按照上述工艺对喷漆房排放废气进行处理(废气流量为15000m³/h，有机废气种类为甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等，最大非甲烷总烃浓度为200mg/m³)，出口浓度检测控制在10mg/m³以下。吸附连续运行10天(约120小时)后，出口尾气浓度大于30mg/m³，开启脱附模式也即催化燃烧再生模式，控制脱附床层温度100℃，催化燃烧系统温度控制在260-400℃之间，稳定连续脱附再生10个小时，关闭催化燃烧再生模式，重新切换成吸附净化模式。

整个喷漆废气净化后可以达标排放，有机废气可被有效吸附，并进行催化燃烧，整个过程无“三废”等二次污染。