一种提高活性炭连续吸脱附热能利用的装置的制作方法

本实用新型属于处理大风量低浓度有机废气环保技术领域，具体涉及一种提高活性炭连续吸脱附热能利用的装置。

背景技术：

在环保领域，活性炭吸附工艺是被广泛应用于各类有机废气的处理。虽然活性炭具有良好的吸附性能，但是活性炭容易吸附饱和，因此采用活性炭吸脱附可以有效降低活性炭更换频率，降低运行成本。尤其是针对大风量低浓度的有机废气目前最常见的工艺就是多级并联活性炭吸脱附加催化燃烧。

如图1所示，该工艺是目前最常见的活性炭加催化燃烧处理工艺，主工艺由4个并联的活性炭箱体、主风机和排气管组成，当活性炭吸附饱和后需要进行脱附，由于脱附的时候箱体便无法再进行吸附，此外脱附后的箱体温度较高，活性炭最佳吸附温度在40℃以下，因此传统的工艺至少需要保证3-4个活性炭箱体，其中1个活性炭箱体用于脱附， 1个活性炭箱体用于脱附后的吹扫冷却，剩余的活性炭箱体用于正常的废气吸附，其很明显存在占地面积大的问题。根据图1由新鲜空气过滤器、空气调节阀、脱附风机和催化燃烧塔组成的脱附工艺，由于活性炭箱体空间较大，活性炭通常采用堆填的方式，使得无法保证热风的均匀分布，局部位置活性炭脱附不充分的情况，从而降低了脱附效率；其次脱附工艺通常为热风脱附，热风来源于催化燃烧的热废气与空气混合形成的热风为饱和的活性炭进行脱附，由于催化燃烧产生的热废气温度受污染物浓度和成分影响，其温度波动较大，一般在270-330℃之间不停的波动，而新鲜空气进气量则无法保证实时变化，从而会导致脱附温度的波动，为了避免活性炭脱附温度突然过高而引发安全隐患，一般的装置为了保证安全会增加新鲜空气进气量来降低脱附温度，使得活性炭脱附不充分降低了活性炭使用寿命，催化燃烧产生的高温无法充分被利用，极大的降低了热能使用效率。最后活性炭箱体脱附后不能立刻进行吸附，还需要进行空气吹扫冷却，让活性炭工作温度降到40℃以下，正是由于前面脱附不充分，吹扫冷却产生的废气仍然需要进入催化燃烧塔进行燃烧，低温废气进入催化燃烧塔燃烧增加了工艺装置的能耗。

技术实现要素：

为克服上述技术问题，本实用新型提供了一种采用了硬质球型活性炭配合吸附塔、脱附塔和催化燃烧塔组成的新工艺装置，可以解决占地面积大、脱附不充分和热能使用效率不高的问题。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的。

一种提高活性炭连续吸脱附热能利用的装置，包括吸附装置、脱附装置与输送装置，吸附装置包括吸附塔、吸附风机，脱附装置包括脱附塔、脱附风机、换热器和催化燃烧装置；输送装置分别连接吸附塔与脱附塔；

吸附塔为矩形塔体内设有若干块倾斜放置的塔板，相邻两块塔板的倾斜方向相反，在塔板上布满大小一致的硬质球型活性炭填料，每块塔板的最低边与对应塔壁之间留有矩形缺口，保证球型活性炭由上往下呈阶梯式不停地移动，最上层塔板的最高边与对应塔壁的连接处在此位置塔壁设有再生活性炭进入口，最下层塔板的最低边与对应塔壁的连接处在此位置塔壁设有饱和活性炭排出口，吸附塔底设有废气进口，吸附塔顶设有排气管，排气管与主风机连接，主风机连接排气筒；

脱附塔为竖式列管换热器形式，脱附塔顶部设有饱和活性炭进入口、脱附尾气出口，脱附塔底部设有再生活性炭排出口、新风进口，活性炭在列管中由上往下移动，脱附塔塔身设有中温尾气进口、低温尾气出口，尾气在塔身内与列管接触进行间壁换热；低温尾气出口通过第一废气阀门与排气管连接；

脱附尾气出口与换热器壳层入口连接，换热器壳层出口与催化燃烧装置入口连接，催化燃烧装置高温尾气出口通过脱附风机与换热器芯层入口连接，换热器芯层出口与脱附塔中温尾气进口连接；

输送装置包括饱和活性炭输出设备、再生活性炭输入设备；饱和活性炭输出设备分别连接饱和活性炭排出口和饱和活性炭进入口；再生活性炭输入设备分别连接再生活性炭进入口和再生活性炭排出口。

有机废气进入吸附塔进行吸附，吸附塔内为硬质球型活性炭，由上往下呈阶梯式不停地移动，废气穿过活性炭孔径的过程中有机物被活性炭截留，吸附塔最佳吸附温度要求低于40℃，净化后的气体通过吸附风机经排气筒排放。活性炭吸附后通过输送系统中的饱和活性炭输出设备进入脱附塔进行脱附，脱附后的活性炭再通过输送系统中的再生活性炭输入设备进入吸附塔进行吸附，如此可以保证活性炭的连续吸脱附，在活性炭脱附后通过再生活性炭输入设备进入吸附塔移动的的过程中活性炭就会逐步降温，省去了传统的吹扫冷却系统，减少了设备整体占地面积，而且吸附和脱附独立运行减少了切换阀等电控设备。待脱附的活性炭通过饱和活性炭输出设备送至脱附塔进入列管中进行热风脱附，脱附温度根据被吸附的有机污染物理化性质决定，列管周围的热风由催化燃烧装置燃烧后形成的高温尾气提供，燃烧后的尾气排放温度一般在280-320℃之间，高温尾气经脱附风机进入换热器芯层中，换热后高温尾气降温为中温尾气，温度可以在180-230℃范围内进行控制操作，进入脱附塔内与列管接触进行间壁换热，列管中的活性炭受热后孔径变大，由新风对列管中的活性炭进行吹扫，有机污染物会随着新风一起被移至热换器壳层中，升温后进入催化燃烧装置进行最终的燃烧，相比于催化燃烧直接电加热燃烧相比，此举可以有效节省电能，燃烧后形成的高温尾气重复上述过程为脱附塔提供热能。

进一步地所述吸附塔废气进口前设有干式过滤器，吸附塔底部设有气体分布器。有机废气首先通过干式过滤器进行除湿过滤，因为活性炭遇水会降低活性，过滤后干燥的有机废气通过气体分布器使气流均匀分布后进入吸附塔进行吸附。

进一步地所述球型活性炭为硬质，直径0.7~0.8mm。球型活性炭按国标规定的测量方法取得的硬度等级数值大于90，确保在移动过程中保持外形，不粉化；直径0.7~0.8mm，有利于活性炭的流动，不堵塞塔板和输送管道。

进一步地所述脱附塔饱和活性炭进入口处设有止逆阀。防止脱附尾气进入。

进一步地所述脱附塔新风进口依次连接空气过滤器、空气调节阀和空气送风机。

进一步地所述脱附尾气出口与换热器壳层入口之间设有第一电加热器。在冬季为了确保温度，换热器通过第一电加热器进行加热辅助升温后再进入催化燃烧塔进行最终的燃烧。

进一步地所述中温尾气进口前设有第二电加热器。在冬季的时候受周围低温环境的影响当脱附温度达不到要求时需要通过第二加热器进行辅助加热确保脱附效率。

进一步地所述高温尾气出口与脱附风机之间设有热烟气净化器。

进一步地所述脱附风机后设有三通，三通分别与换热器芯层入口和排气筒连接，三通与排气筒之间设有第二废气阀门。若热废气有多余可通过三通经第二废气阀门于排气筒排出。

进一步地在所述催化燃烧装置入口、高温尾气出口、换热器壳层出口、低温尾气出口、脱附塔列管内、中温尾气进口、低温尾气出口、换热器壳层入口、换热器壳层出口处均设有温度计。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1）本装置有效的减少了环保装置的占地面积，相比于传统的装置可以减少至少1/3的占地面积；

2）本装置采用了吸附塔和脱附塔独立设备，减少了电控阀重复多次的切换操作；

3）相比于传统活性炭，本装置配硬质球型活性炭可以减少了吸脱附过程中活性炭的损耗；

4）相比于传统装置脱附温度难以控制的问题，本装置采用了脱附塔配合换热器，实际上脱附塔本身也是一个换热器，脱附温度调节范围大，并可以通过换热器多次调整达到精准有效的温度控制，提高活性炭脱附效果，同时提高热能利用率。

附图说明

图1 传统活性炭吸脱附-催化燃烧装置结构示意图；

图2 本实用新型处理装置结构示意图；

图3 吸附塔塔板局部放大示意图；

其中图1中的标号表示：2-1.活性炭箱体，2-2.主风机，2-3.排气管， 2-4. 催化燃烧塔，2-5.新鲜空气过滤器，2-6.空气调节阀，2-7. 脱附风机；2-8.新风风机；

图2中的标号表示：1. 干式过滤器；2. 吸附塔；3. 气体分布器；4. 饱和活性炭输出设备；5. 再生活性炭输入设备；6. 脱附塔；7. 空气过滤器；8. 空气调节阀；9. 空气送风机；10. 催化燃烧装置；11. 催化燃烧装置入口温度计；12. 高温尾气出口温度计，13. 热烟气净化器，14. 脱附风机，15. 三通，16. 第一电加热器，17. 换热器，18. 换热器壳层入口温度计，19. 换热器壳层出口温度计，20.中温尾气进口温度计，21.低温尾气出口温度计，22. 列管，24. 球型活性炭，25. 止逆阀，26.第二电加热器，27. 第一废气阀门，28. 吸附风机，29. 第二废气阀门，30.排气筒，31. 列管温度计，32.塔板。

具体实施方式

下面结合实例对本实用新型作进一步的详细说明。本实用新型所用的原料均为市售产品。

实施例1

如图2所示，一种提高活性炭连续吸脱附热能利用的装置，包括吸附装置、脱附装置与输送装置，吸附装置包括吸附塔2、吸附风机28，脱附装置包括脱附塔6、脱附风机14、换热器17和催化燃烧装置10；输送装置分别连接吸附塔2与脱附塔6；

吸附塔2为矩形塔体内设有若干块倾斜放置的塔板32，塔板32上密布微孔，相邻两块塔板32的倾斜方向相反，在塔板32上布满大小一致的球型活性炭24填料，微孔直径小于球型活性炭直径，如图3所示，每块塔板32的最低边设有折边并与对应塔壁之间留有矩形缺口，保证球型活性炭由上往下呈阶梯式不停地移动而不产生大的孔隙导致废气逃逸，最上层塔板32的最高边与对应塔壁的连接处在此位置塔壁设有再生活性炭进入口，最下层塔板32的最低边与对应塔壁的连接处在此位置塔壁设有饱和活性炭排出口，吸附塔2底设有废气进口，吸附塔2顶设有排气管，排气管与主风机连接，主风机连接排气筒30，在废气进口前设有干式过滤器1，吸附塔2底部设有气体分布器3；吸附塔2最佳吸附温度要求低于40℃，硬质球型活性炭24按国标规定的测量方法取得的硬度等级数值大于90，直径在0.7~0.8mm之间，吸附塔2的塔高、塔截面和活性炭装填量根据有机废气的气量和浓度进行设计；

脱附塔6为竖式列管式，脱附塔6顶部设有饱和活性炭进入口、脱附尾气出口，脱附塔6低部设有再生活性炭排出口、新风进口，活性炭在列管22中由上往下移动，列管22内径10mm，脱附塔6塔身设有中温尾气进口、低温尾气出口21，尾气在塔身内与列管22接触进行间壁换热；低温尾气出口通过第一废气阀门27与排气管连接；在活性炭进入口处设有止逆阀25，新风进口依次连接空气过滤器7、空气调节阀8和空气送风机9；

脱附尾气出口与换热器17壳层入口连接，换热器17壳层出口与催化燃烧装置10入口连接，催化燃烧装置10高温尾气出口经过热烟气净化器13通过脱附风机14与换热器17芯层入口连接，换热器17芯层处口与脱附塔6中温尾气进口连接；脱附尾气出口与换热器17壳层入口之间设有第一电加热器16，温尾气进口前设有第二电加热器26，在冬季低温时启用；在脱附风机14后设有三通15，三通15分别与换热器17芯层入口和排气筒30连接，三通15与排气筒30之间设有第二废气阀门29。若热废气有多余可通过三通15经第二废气阀门29于排气筒30排出；

在催化燃烧装置10入口设有催化燃烧装置入口温度计11、高温尾气出口设有高温尾气出口温度计12、换热器17壳层出口设有换热器壳层出口温度计19、低温尾气出口设有低温尾气出口温度计21、脱附塔6列管22内设有列管温度计31、中温尾气进口设有中温尾气进口温度计20、换热器17壳层入口设有换热器壳层入口温度计18、换热器17壳层出口设有换热器壳层出口温度计19；

输送装置包括饱和活性炭输出设备4、再生活性炭输入设备5；饱和活性炭输出设备4分别连接饱和活性炭排出口和饱和活性炭进入口；再生活性炭输入设备5分别连接再生活性炭进入口和再生活性炭排出口。

有机废气首先通过干式过滤器1进行除湿过滤，过滤后干燥的有机废气通过气体分布器3使气流均匀分布后进入吸附塔2进行吸附，吸附塔2内为硬质球型活性炭24，由上往下呈阶梯式不停地移动，废气穿过活性炭孔径的过程中，有机物被活性炭截留，净化后的气体通过吸附经排气筒30排放；

待脱附的活性炭通过饱和活性炭输出设备4送至脱附塔6进入列管22中进行热风脱附，对于低沸点有机废气，最佳脱附温度要求控制在100-105℃之间，列管22周围的热风由催化燃烧装置10燃烧后形成的高温尾气提供，催化燃烧装置10内设定温度在300℃左右，燃烧后的高温尾气排放温度一般在300-320℃之间，高温尾气通过热烟气净化器13过滤后经脱附风机14和三通15进入换热器17芯层中，若热废气有多余可通过三通15经第二废气阀门29于排气筒30排出。高温尾气进入换热器17芯层换热后温度下降，换热器17温度控制在200-230℃，降温后的中温废气通过第二电加热器26进入脱附塔6内与列管22接触进行间壁换热，列管22中活性炭温度由列管温度计31进行掌握，通常第二电加热器26不需要工作，在冬季的时候受周围低温环境的影响当脱附温度达不到要求时需要通过第二电加热器26进行辅助加热确保脱附效率。列管22中的活性炭受热后孔径变大，伴随着新风系统对列管22中的活性炭进行吹扫进行脱附，此时活性炭脱附后的污染物浓度较高，仅需微微提供一点新风克服活性炭重力下落的阻力即可，脱附后的高浓度有机污染物移至热换器壳层中，在冬季为了确保温度，通过第一电加热器16进行加热辅助升温后再进入催化燃烧塔进行最终的燃烧。

塔板32微孔为0.3~0.4mm，优点是废气流通面大，不需要较高的塔高和较多的塔板数，缺点是微孔加工难度大，而且微孔对球形活性的流动有迟滞作用。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的是吸附塔2的塔板32为光滑平板，废气只能从塔板32与塔壁之间的缺口通过。由于废气通过面减小，需要增加塔高和塔板数，适当扩大塔板32与塔壁之间的间距以保证吸附完全。

本实用新型按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本实用新型，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。