一种VOCs废气处理系统及处理方法与流程

文档序号：20033880发布日期：2020-02-28 10:48阅读：426来源：国知局

本发明属于废气治理技术领域，涉及一种废气处理系统及处理方法，尤其涉及一种vocs废气处理系统及处理方法。

背景技术：

挥发性有机化合物(vocs)通常是指在常温常压下，具有高蒸发压、易挥发的有机化学物质，主要包括脂肪族和芳香族的各种烷烃、烯烃、含氧烃和卤代烃，如苯、甲苯、二氯甲烷、甲醛和乙酸乙酯等。

vocs一般具有较强的刺激性和毒性，部分具有致畸、致癌以及致突变的作用，相当一部分有易燃易爆等特性；部分vocs是引起光化学烟雾的因子；卤代烃类vocs可破坏臭氧层，引起温室效应；vocs也是臭氧和pm2.5共同的重要的前体物，而雾霾天气与臭氧和pm2.5环境质量浓度密切相关。因此，研究vocs的产生以及减少vocs的排放，对于人体和生物健康、生态环境以及减排臭氧、pm2.5和雾霾具有重要意义。

钢铁生产过程中的焦化工序产生vocs，且烧结工序也是vocs的来源之一。例如，烧结过程中vocs由焦炭、含油氧化铁皮等原燃料中的挥发性物质形成，以气体形式排放，随着烧结过程的进行，燃料颗粒温度升高，内部有机挥发物呈气态会发到气流中，随着气流向下运行，同时温度下降。因此，vocs废气中存在着由于降温冷凝形成的粉尘。

cn207254047u公开了一种基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的vocs回收装置，该装置由引风机、预吸收塔、主吸收塔、吸收泵、回收泵、冷凝机组、预换热器、一级换热器、二级换热器、液位计、球阀、压力传感器、温度传感器以及管道配件组成。其中预吸收塔吸收少量的vocs，主吸收塔起主要作用。然而，上述装置仅对vocs中的有害物质进行了吸收，并没有完全对vocs进行处理，处理成本较高。

cn204816181u公开了一种voc处理系统，包括voc进气管，voc进气管与生物接触氧化塔底端进气口相接，生物接触氧化塔顶端排气口通过排风管与次氯酸钠催化氧化塔底端进气口相连接，次氯酸钠催化氧化塔顶端排气口连接有尾气排放管，voc进气管上设有抽风机。该处理系统使用利用生化处理的方法对voc进行处理，处理效率较低，且设备占用空间大，还需要对活性污泥进行处理，处理成本较高。

cn108031277a公开了一种含voc废气催化氧化净化处理方法，通过一种含voc废气催化净化处理方法，含voc废气经风机后进入热交换器，经过加热的含voc废气进入催化氧化反应器，同时以与催化氧化反应器的并联方式设置低温催化氧化反应器，催化氧化反应器、低温催化氧化反应器出口物流经所述热交换器冷却后达标排放。所述处理方法使用催化燃烧的工艺对voc废气进行处理，所述方法对催化剂的组成有较高的要求，且无法避免的存在使用过程中的催化剂损耗，处理voc废气的成本较高。

cn108006669a公开了一种voc气体处理系统及方法，所述系统包括：voc气体输送管道、干熄焦装置的熄焦炉的环形风道和干熄焦装置的一次除尘器。voc气体输送装置一端与所述环形风道连接，另一端与焦化各工段的voc气体排出口联机，一次除尘器与所述环形风道的出口连接。所述方法为：将焦化各工段的voc气体送入熄焦装置的熄焦炉的环形风道内，环形风道将voc气体送入干熄焦装置的一次除尘器进行燃烧处理。所述系统对voc进行处理利用的方法较为简单，voc废气的利用率较低，且voc干熄焦后产生的有毒有害物质仍然无法得到有效消除。

因此，提供一种设备投资成本低、voc废气利用率高的voc废气处理系统及处理方法，对于降低钢铁行业中voc处理的成本、提高企业的经济效益具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种vocs废气处理系统及处理方法，所述vocs废气处理系统能够有效利用vocs废气的热量，并通过燃烧vocs废气减少vocs废气对环境的污染，燃烧消耗的能源较少；利用提供的vocs废气处理系统对vocs废气进行处理时，处理的成本较低，处理效果较好。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种vocs废气处理系统，所述vocs废气处理系统包括第一换热装置、喷淋单元、第二换热装置、蒸发单元、燃烧单元与尾气处理单元。

vocs废气流入喷淋单元的进气管道上设置有第一换热装置。

所述喷淋单元的出液口与蒸发单元的进料口连接，喷淋单元与蒸发单元的连接管道上设置有第二换热装置；所述蒸发单元的出气口与喷淋单元连接，蒸发单元的出液口与燃烧单元连接；所述燃烧单元的燃烧气出口与第二换热装置的热源入口连接；第二换热装置的热源出口与喷淋单元的出气口连接后，再与尾气处理单元连接。

vocs废气在第一换热装置内换热降温；降温后的vocs废气流入喷淋单元，并在喷淋单元内进行传质传热，喷淋后的液体经过第二换热装置换热升温后进行蒸发浓缩；浓缩后的液体在燃烧单元燃烧后用于为第二换热装置提供热量，蒸发浓缩产生的气体冷凝后作为喷淋单元内的喷淋液；燃烧单元产生的燃烧气体与喷淋单元产生的喷淋气混合后流入尾气处理单元进行尾气处理。

本发明所述vocs废气包括焦化工序产生的vocs废气和/或烧结工序产生的vocs废气。

优选地，所述第一换热装置与第二换热装置分别独立地包括管壳式换热器和/或板式换热器。

所述第一换热装置用于vocs废气与外界换热降温，从而使焦化产生的vocs废气和/或烧结产生的vocs废气的热量得到有效利用。且vocs废气在第一换热装置内降温，减少了喷淋单元内喷淋液的挥发以及喷淋液的使用量，降低了药液成本。

所述第二换热装置用于吸收液与外部换热升温，从而降低燃烧单元的热量消耗，节约了能源。且第二换热装置的热源为浓缩液燃烧产生的燃烧蒸汽，不需要额外的外部热源，进一步节约了能源，降低了成本。

且降温后的燃烧气体与喷淋气混合后温度进一步降低，在于臭氧混合时能够避免臭氧的过度分解，从而减少了臭氧的消耗量。

优选地，所述喷淋单元包括喷淋塔、喷淋液储罐以及冷凝器。

所述冷凝器的进料口与蒸发单元的出液口连接，冷凝器的出液口与喷淋液出管连接。所述喷淋液储罐用于为喷淋塔提供喷淋液。

优选地，所述蒸发单元为三效蒸发器、四效蒸发器或五效蒸发器中的任意一种，优选为三效蒸发器。

优选地，所述三效蒸发器、四效蒸发器或五效蒸发器分别独立地为并流蒸发器、逆流蒸发器或平流蒸发器，优选为逆流蒸发器。

所述蒸发单元用于蒸发浓缩由喷淋单元流入的吸收液，综合成本与蒸发浓缩效果的考虑，所述蒸发单元为三效逆流蒸发器。本发明选用蒸发单元为三效逆流蒸发器不仅能够降低设备投资成本，且能够减少外部热源的消耗量。

优选地，所述燃烧单元包括燃烧炉和/或焚烧炉。

优选地，所述尾气处理系统包括臭氧发生器、静态混合器以及脱硫脱硝塔。

所述静态混合器的进气口用于连接第二换热装置的热源出口、喷淋单元的出气口与臭氧发生器的臭氧出口，所述静态混合器的出气口与的进气口连接。

由喷淋单元流出的喷淋气、由浓缩单元流出的蒸发气以及臭氧发生器产生的臭氧在静态混合器内混合，混合后的气体流入脱硫脱硝塔进行脱硫脱硝。

所述脱硫脱硝的方法为本领域常用的利用臭氧进行脱硫脱硝的方法，包括但不限于cn110052139a或cn110433622a公开的脱硫脱硝的方法。

第二方面，本发明提供了一种应用如第一方面所述的vocs废气处理系统处理vocs废气的处理方法，所述处理方法包括如下步骤：

(1)对降温换热后的vocs废气进行喷淋吸收处理，得到喷淋气与吸收液；

(2)吸收液经换热升温后进行蒸发浓缩，得到蒸发气与浓缩液；

(3)浓缩液燃烧，燃烧气体与步骤(2)所述吸收液换热降温，然后与步骤(1)所得喷淋气混合并进行尾气处理；蒸发气冷凝后作为喷淋液用于步骤(1)所述喷淋吸收处理。

优选地，步骤(1)所述降温换热后的vocs废气的温度为80-120℃，例如可以是80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为90-110℃。

优选地，步骤(1)所述喷淋吸收处理的喷淋液为质量分数16-24％的氨水，例如可以是16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％或24％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明采用氨水对vocs进行喷淋吸收，不仅能够去除vocs中的颗粒物，还能够通过降温吸收vocs中的芳香烃、酮类、醛类、胺类、卤代类以及不饱和烃类等物质。喷淋气中含有氨水挥发产生的氨气，氨气的添加有利于氮氧化物在臭氧条件下转化为n2进行排放。

优选地，步骤(1)所述喷淋吸收处理时，喷淋液与vocs废气的液气比为0.5-5l/nm³，例如可以是0.5l/nm³、1l/nm³、2l/nm³、3l/nm³、4l/nm³或5l/nm³，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述蒸发浓缩为三效蒸发浓缩、四效蒸发浓缩或五效蒸发浓缩中的任意一种。

优选地，所述蒸发浓缩包括并流蒸发浓缩、逆流蒸发浓缩或平流蒸发浓缩中的任意一种。进一步优选地，所述蒸发浓缩为三效逆流蒸发浓缩。

优选地，步骤(2)所述蒸发浓缩后，浓缩液与吸收液的体积比为(1-2):10，例如可以是1:10、1.1:10、1.2:10、1.3:10、1.4:10、1.5:10、1.6:10、1.7:10、1.8:10、1.9:10或2:10，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(3)所述尾气处理为燃烧气体、喷淋气与臭氧混合后进行脱硫脱硝处理。

所述脱硫脱硝处理的方法包括但不限于cn110052139a或cn110433622a公开的脱硫脱硝的方法。

作为本发明第二方面所述处理方法的优选技术方案，所述处理方法包括如下步骤：

(1)对降温换热后60-90℃的vocs废气进行喷淋吸收处理，喷淋液为质量分数16-24％的氨水，喷淋液与vocs废气的液气比为0.5-5l/nm³，得到喷淋气与吸收液；

(2)吸收液经换热升温后进行蒸发浓缩，得到蒸发气与浓缩液；

(3)浓缩液燃烧，燃烧气体与步骤(2)所述吸收液换热降温，然后与步骤(1)所得喷淋气混合并进行尾气处理；所述尾气处理为燃烧气体、喷淋气与臭氧混合后进行脱硫脱硝处理；蒸发气冷凝后作为喷淋液用于步骤(1)所述喷淋吸收处理。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的vocs废气处理系统通过第一换热装置的设置，减少了喷淋单元内喷淋液的挥发以及喷淋液的使用量，降低了药液成本；

(2)本发明提供的vocs废气处理系统通过第二换热装置的设置，不需要额外的外部热源，进一步节约了能源，降低了成本；且降温后的燃烧气体与喷淋气混合后温度进一步降低，在于臭氧混合时能够避免臭氧的过度分解，从而减少了臭氧的消耗量；

(3)本发明提供的vocs废气处理系统能够有效地处理vocs废气，使vocs废气中的有害物质浓缩后燃烧，减少了燃烧难度，提高了vocs废气的处理效果。

附图说明

图1为实施例1提供的vocs废气处理系统的结构示意图。

其中：1，第一换热装置；2，喷淋塔；3，喷淋液储罐；4，第二换热装置；5，蒸发单元；6，冷凝器；7，燃烧单元；8，脱硫脱硝塔；9，静态混合器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种vocs废气处理系统，所述vocs废气处理系统的结构示意图如图1所示，包括：第一换热装置1、喷淋单元、第二换热装置4、蒸发单元5、燃烧单元7与尾气处理单元。

vocs废气流入喷淋单元的进气管道上设置有第一换热装置1；所述喷淋单元的出液口与蒸发单元5的进料口连接，喷淋单元与蒸发单元5的连接管道上设置有第二换热装置4；所述蒸发单元5的出气口与喷淋单元连接，蒸发单元5的出液口与燃烧单元7连接；所述燃烧单元7的燃烧气出口与第二换热装置4的热源入口连接；第二换热装置4的热源出口与喷淋单元的出气口连接后，再与尾气处理单元连接。

所述第一换热装置1与第二换热装置4分别独立地为管壳式换热器。

所述喷淋单元包括喷淋塔2、喷淋液储罐3以及冷凝器6；所述冷凝器6的进料口与蒸发单元5的出液口连接，冷凝器6的出液口与喷淋液出管连接；所述喷淋液储罐3用于为喷淋塔2提供喷淋液。

所述蒸发单元5为三效逆流蒸发器。所述燃烧单元7为焚烧炉。

所述尾气处理系统包括臭氧发生器、静态混合器9以及脱硫脱硝塔8；所述静态混合器9的进气口用于连接第二换热装置4的热源出口、喷淋单元的出气口与臭氧发生器的臭氧出口，所述静态混合器9的出气口与的进气口连接。

应用所述vocs废气处理系统对vocs废气进行处理时，vocs废气在第一换热装置1内换热降温；降温后的vocs废气流入喷淋单元，并在喷淋单元内进行传质传热，喷淋后的液体经过第二换热装置4换热升温后进行三效逆流蒸发浓缩；浓缩后的液体在焚烧炉内燃烧后用于为第二换热装置4提供热量；蒸发浓缩产生的气体在冷凝器6内冷凝后流入喷淋液储罐3，作为喷淋单元内的喷淋液；焚烧炉产生的燃烧气体与喷淋单元产生的喷淋气混合后流入静态混合器9，并在静态混合器9内与臭氧混合，混合后流入脱硫脱硝塔8进行脱硫脱硝处理。

应用例1

本应用例提供了一种应用实施例1提供的vocs废气处理系统处理vocs废气的处理方法，所述处理方法包括如下步骤：

(1)vocs废气流经第一换热装置1后降温至75℃，然后流入喷淋塔2进行喷淋吸收处理，喷淋液为质量分数20％的氨水，喷淋液与vocs废气的液气比为3l/nm³，得到喷淋气与吸收液；

(2)吸收液在第二换热装置4内换热升温后进行三效逆流蒸发浓缩，得到蒸发气与浓缩液，浓缩液与吸收液的体积比为1.5:10；

(3)浓缩液在焚烧炉内燃烧，燃烧气体与步骤(2)所述吸收液在第二换热装置4内换热降温，然后与步骤(1)所得喷淋气混合并进行尾气处理；所述尾气处理为燃烧气体、喷淋气与臭氧发生器产生的臭氧在静态混合器9内混合后进行脱硫脱硝处理；蒸发气冷凝后流入喷淋液储罐3，作为喷淋液用于步骤(1)所述喷淋吸收处理。