一种低成本的VOC安全净化系统及其净化方法与流程

本发明涉及废气净化领域，特别是一种低成本的voc安全净化系统及其净化方法。

背景技术：

有机废气指企业内燃料燃烧或生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称。挥发性有机废气(volatileorganiccompounds，简称voc)是指在常温下饱和蒸气压约大于70pa、常压下沸点低于260℃的有机化合物。这些易挥发性物质是石油化工、制药工业、印刷工业、涂料装饰业、表面防腐等行业排放废气中的主要污染物。

半挥发性有机废气，是指沸点一般在170～350℃之间，蒸汽压在13．3～10-5pa的有机物，例如垃圾焚烧中产生的二噁英。以上两种有机废气通过不同的途径呼吸道进入人的体内，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，严重危害人的健康，有致癌风险。

目前国际上处理有机废气燃烧的方式有直接式燃烧和催化燃烧。直接燃烧炉适用于中高浓度的有机废气，工作温度为600-1100℃,燃烧炉造价和运行成本高，体积大，不够安全。催化燃烧则需要辅助升温，达到催化剂载体反应的温度200-400℃方能适用，由于催化剂价格较高对于大风量的有机废气治理，成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种低成本的voc安全净化系统及其净化方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种低成本的voc安全净化系统，它包括voc浓缩设备、混合器、尾气净化装置和一个或多个发动机，所述voc浓缩设备包括吸附室和脱附室，吸附室上设有voc废气进口和吸附气体出口，吸附气体出口与脱附室的进气口相连，所述脱附室上还设有引入空气的吹扫气进口和浓缩voc气体出口，所述混合器上设有与脱附室相连的浓缩voc气体进口、空气进口和连接有混合气管的混合气排气口，所述发动机上设有与混合气排气口相连的混合气体进口，另一侧设有尾气排出口，所述尾气净化装置通过高热尾气管与尾气排出口相连。

具体的，所述发动机包括燃料罐、燃烧室和调节装置，所述燃料罐通过燃料管道连接燃烧室，所述调节装置包括调节阀、感应器和控制器，所述调节阀安装在燃料管道上，所述感应器安装在燃烧室内，所述控制器分别与感应器和调节阀相连，并根据感应器检测到的混合气体中可燃物比例控制调节阀的开度。

具体的，所述发动机为内燃机或燃气轮机。

具体的，所述发动机的输出轴连接有发电装置或生产生活用设备。

具体的，还包括热交换器，所述热交换器的传热部设置在尾气管上，热交换器的一侧还设有空气泵，空气泵通过空气管连接吹扫气进口，所述热交换器的受热部设置在空气管上，所述空气管的出口端设有两个出气口，其中一个出气口与脱附室上的吹扫气进口连接，另一个出气口连有余热回收管。

具体的，所述voc浓缩设备选用流化床、转轮和固定床中的一种或多种。

具体的，所述吸附室内的吸附介质选自活性炭、沸石、合成树脂、硅铝酸盐、硅藻土、分子筛的一种或多种。

具体的，所述尾气净化装置包括三元催化器、氧化型催化器、催化还原装置和颗粒捕集器中的一种或多种。

本发明还提供了一种低成本的voc安全净化的方法，包括以下步骤：

s1：向低浓度voc气管通入加压的预处理过滤后voc废气，voc浓缩设备对voc废气进行voc浓缩，提高voc浓度，并排出吸附voc后得到的气体，浓缩的voc气体输送到混合器；

s2：混合器将浓缩的voc气体与引入的空气混合后输送到发动机；

s3：发动机通过混合气体与燃料燃烧做功，驱动发电装置发电或直接驱动生产生活用设备，产生的高热尾气通过高热尾气管排出；

s4：高热尾气输出到尾气净化装置，尾气净化装置对尾气进行微粒吸附，对co、碳氢化合物和氮氧化物净化处理，再将净化后的气体排出到大气中。

具体的，所述步骤s4中高热尾气经热交换器输出到尾气净化装置，并通过所述热交换器对空气管中的空气进行加热，所述空气管中的空气被加热到50-220℃部分输送到voc浓缩设备，其余部分输送至余热回收管；所述步骤s1中脱附室利用热交换器加热后的空气对吸附剂吸附的voc气体进行脱附。

本发明具有以下优点：本发明可连续对含有voc气体的工业有机废气实现无害化处理，该种工业有机废气燃烧方式，有害物质分解效果好，不仅可以防止环境进一步恶化，改善环境；同时通过发动机燃烧发电可有效利用有机废气燃烧产生的能量，产生的高热尾气通过热交换器能进一步回收热量以提高voc气体的浓缩效果，降低成本，能量回收效果好，节能环保，并能进一步实现对外输电、制冷、供热等功能。通过尾气净化装置可将尾气中的有害物质净化，颗粒捕集器用于微粒污染物的吸收，氧化型催化器、催化还原装置则能净化处理co、碳氢化合物和氮氧化物，通过上述净化装置的组合能将尾气污染降到最低，防止净化系统产生二次污染。同时为保证混合气体的燃烧稳定性，通过空燃比调节系统能有效保证发动机输出功率的稳定性，并能减少产生的污染物。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为发电机的结构示意图；

图中：1-voc浓缩设备，2-混合器，3-发动机，4-尾气净化装置，5-高热尾气管，6-燃料罐，7-燃料管道，8-调节阀，9-感应器，10-控制器，11-热交换器，12-空气泵，13-空气管，14-发电装置，15-余热回收管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例一

如图1～2所示，一种低成本的voc安全净化系统，它包括voc浓缩设备1、混合器2、尾气净化装置4和一个或多个发动机3，所述voc浓缩设备1包括吸附室和脱附室，吸附室上设有voc废气进口和吸附气体出口，吸附气体出口与脱附室的进气口相连，所述脱附室上还设有引入空气的吹扫气进口和浓缩voc气体出口，所述混合器2上设有与脱附室相连的浓缩voc气体进口、空气进口和连接有混合气管的混合气排气口，所述发动机3上设有与混合气排气口相连的混合气体进口，另一侧设有尾气排出口，所述尾气净化装置4通过高热尾气管5与尾气排出口相连。

本实施例中voc浓缩设备1为转轮式voc浓缩装置，包括沸石转轮、吸附区、预热区和脱附室，所述吸附区、预热区和脱附室沿沸石转轮周向设置。所述吸附区设有通入预处理过滤后voc废气的废气进口和排出吸附后气体的排气口，所述脱附室设有吹扫气进口和浓缩voc气体出口，所述吹扫气进口引入外界空气，所述浓缩加热管连接有预热管路，低浓度voc气管与废气进口相连用于通入预处理过滤后voc废气。低浓度的voc废气进入吸附区后被作为吸附介质的沸石转轮吸附voc气体，沸石转轮转动后带入预热区经浓缩加热管预热，再进入脱附室被吹扫气吹扫脱附。吸附区中被净化的气体直接向外界排出，而脱附室吹扫气转化为较高浓度的浓缩voc气体，并被输送到混合器2。

进一步地，混合器2上设有与所述浓缩voc气体出口相连voc可燃气进口、引入外界空气的空气进气口和连接有混合气管的混合气排气口与空气及达标voc气体充分混合以输送到发动机3。发动机3为内燃机，包括燃烧室、发动机输出轴、缸套和尾气排出口，所述燃烧室的混合气进口连接所述混合气管，同时设有引入第二燃料的燃料进口，所述尾气排出口连接有高热尾气管5，发动机输出轴连接到发电机的输入轴。第二燃料通过加压泵和雾化装置雾化后通入燃烧室。

进一步地，发动机3包括空燃比调节系统，所述空燃比调节系统包括调节燃料进口流量的调节阀8、控制器10和检测所述混合气体中可燃物比例的感应器9，所述控制器10响应于感应器9的信号调节第二燃料流量，维持合适的空燃比，保证发动机输出功率的稳定性，并能减少产生的污染物。

发动机3工作后通过与输出轴相连的发电装置14进行发电，提供经济效益，降低了净化系统的使用成本，节约了能源。而发动机3产生的废气输送到热交换器11。热交换器11，包括进行热交换的加热部分和受热部分，所述高热尾气管5经加热部分连接到尾气净化装置4的尾气进口。所述吹扫气进口连接有空气管道，空气管道包括经所述吹扫受热部分连接到空气泵6的空气总管和分别连接到吹扫气进口和空气进气口的两个空气支管，所述空气支管上都设有流量控制阀以控制二者的通气流量。

进一步地，还包括热交换器11，热交换器11的传热部设置在高热尾气管5上，热交换器11的一侧设有空气泵12，空气泵12通过空气管13连接吹扫气进口，所述热交换器11的受热部设置在空气管13上，所述空气管13的出口端设有两个出气口，其中一个出气口与脱附室上的吹扫气进口连接，另一个出气口连有余热回收管15，用于生产生活用热。

进一步地，尾气净化装置4包括doc净化装置（氧化型催化器）、dpf净化装置（柴油颗粒捕集器）和scr净化装置（选择性催化还原装置），发动机3产生的具有污染物的尾气依次经过上述净化装置，废气中的co、碳氢化合物、微小颗粒和氮氧化物均被净化，这样能防止发动机3的尾气产生二次污染，大大提高了净化效果。

本发明还提供了一种低成本的voc安全净化的方法，包括以下步骤：

s1：向低浓度voc气管通入加压的预处理过滤后voc废气，voc浓缩设备1对voc废气进行voc浓缩，提高voc浓度，并排出吸附voc后得到的气体，浓缩的voc气体输送到混合器2；

s2：混合器2将浓缩的voc气体与引入的空气混合后输送到发动机3；

s3：发动机3通过混合气体与燃料燃烧做功，驱动发电装置14发电或直接驱动生产生活用设备，产生的高热尾气通过高热尾气管5排出；

s4：高热尾气输出到尾气净化装置4，尾气净化装置4对尾气进行微粒吸附，对co、碳氢化合物和氮氧化物净化处理，再将净化后的气体排出到大气中。

进一步地，所述步骤s4中高热尾气经热交换器11输出到尾气净化装置4，并通过所述热交换器11对空气管13中空气进行加热，所述空气管13中的空气被加热到50-220℃后部分输送到voc浓缩设备1，其余部分输送至余热回收管15；所述步骤s1中脱附室利用热交换器11加热后的空气对吸附剂吸附的voc气体进行脱附。空气管道上设有加热器，一开始发动机尚未运行时空气管道通过单独的电加热器或锅炉进行空气加热，耗费较多能源。但随着发动机点火开始工作，产生的高温尾气会加热高压空气，从而不需要使用电加热器或锅炉，空气被加热后更能提高脱附效率。

实施例二

本实施例与实施例一相似，不同的是，本实施例中voc浓缩设备1为流化床，包括流化床吸附装置，预热区为预热器，脱附室为流化床脱附装置，所述流化床吸附装置底部与预热器入料口相连，所述预热器的出料口连接到流化床脱附装置。所述吸附区设有通入预处理过滤后voc废气的废气进口和排出吸附后气体的排气口，所述脱附室设有吹扫气进口和浓缩voc气体出口，所述吹扫气进口引入外界空气，所述浓缩加热管连接有预热管路，低浓度voc气管与废气进口相连用于通入预处理过滤后voc废气，吸附介质为活性炭颗粒。

低浓度的voc废气进入吸附室后被吸附介质吸附voc气体，吸附介质经预热器预热，再进入脱附室被吹扫气吹扫脱附。吸附区中被净化的气体直接向外界排出，而脱附室吹扫气与较高浓度的浓缩voc气体混合，并被输送到混合器2。

在本发明的其他实施例中吸附介质可以用合成树脂代替，又或者用上述各吸附介质中一种或多种的混合物来替代。voc浓缩设备1还可以采用固定床，或者将流化床、转轮和固定床中的一种或多种串联后，依次对废气进行逐步浓缩，只要不影响浓缩效果的浓缩设备均可使用。上述实施例中的发动机也可以采用多个，多个发动机以并联方式连接在混合器2和尾气净化装置4之间。所述发动机所采用的第二燃料可以是汽油、柴油、燃气或其他燃料，尾气净化装置4也可采用twc净化器、doc净化装置、scr净化装置、dpf净化装置中的任意一种，或者上述净化装置中任意一种或多种的组合。发动机3除用于发电外也可以直接连接的生产生活设备的输入轴用于其它用途，如由发动机3驱动气泵或水泵。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。