VOCs处理设备及方法与流程

本发明涉及vocs处理技术领域，具体地涉及一种vocs处理设备及方法。

背景技术：

vocs(挥发性有机物)是一类熔点低于室温、沸点低于50-260℃的有机化合物的总称。许多vocs具有神经毒性、肝脏毒性或致癌作用，容易损害人体的血液成分，引起胃肠道紊乱、内分泌系统及造血系统疾病。因此，在含有vocs的有机废气排放前，需要处理有机废气中的vocs，以达到排放要求。

现有的vocs处理方法包括吸附法、膜分离法、转轮吸附法等，这些方法使用大量吸附剂进行高效浓缩，富集各种浓度的vocs。高浓度vocs解吸后通常进行液化处理以实现回收。冷凝法和吸收法是目前主要的两种液化方法，通过不断降低冷凝法的冷凝温度和提高吸收法的吸收效率从而实现高浓度vocs的高效回收。然而冷凝出口和吸收出口难免会有一部分低浓度的vocs再次进入吸附单元，而该部分主要是vocs中的轻烃组分。由于吸附剂本身无法有效回收该部分轻烃组分，从而造成了轻烃组分在吸附与冷凝或吸收之间的“死循环”，最终轻烃组分仍然排放至大气中，造成大气污染。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种vocs处理设备及方法，以实现废气中vocs的彻底净化。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种vocs处理设备，包括：

vocs吸附解吸单元，所述vocs吸附解吸单元具有待处理气体入口和vocs出口，所述vocs吸附解吸单元设置为能够吸附所述待处理气体中的vocs，并能够将吸附的vocs解吸出来；

vocs回收单元，所述vocs回收单元具有vocs入口和vocs出口，所述vocs入口与所述vocs吸附解吸单元的vocs出口连通，所述vocs回收单元设置为能够回收vocs中的重烃组分；以及

vocs分解单元，所述vocs分解单元具有vocs入口，所述vocs分解单元的vocs入口与所述vocs回收单元的vocs出口连通，所述vocs分解单元设置为能够分解vocs中的轻烃组分。

可选地，所述vocs吸附解吸单元包括吸附罐和第一微波发生器，所述吸附罐包括内部限定有空腔的罐体和设置于所述空腔内的吸附剂，所述罐体上开设有与所述空腔连通的第一开口和第二开口，所述第一开口用作所述待处理气体入口和所述vocs出口，所述第二开口用于供经所述吸附剂净化后的净化气体排出，所述第一微波发生器设置为能够向所述吸附剂辐射微波。

可选地，所述吸附剂沿所述空腔的高度方向分层设置以形成多个相互间隔的吸附剂床层，所述vocs吸附解吸单元包括多个所述第一微波发生器，多个所述第一微波发生器安装于所述罐体外，每个所述第一微波发生器连接有微波天线，多个所述微波天线伸入所述空腔内并分别设置于多个所述吸附剂床层的上方和下方。

可选地，所述vocs吸附解吸单元包括第一温度检测器，所述第一温度检测器用于检测所述吸附剂的温度。

可选地，所述vocs吸附解吸单元包括与所述第一开口连通的进气管线和与所述第二开口连通的排气管线，所述进气管线上设置有用于控制所述进气管线通断的进气控制阀，所述排气管线上设置有用于控制所述排气管线通断的排气控制阀。

可选地，所述vocs吸附解吸单元包括控制装置，所述控制装置分别与所述第一微波发生器和所述第一温度检测器电连接，所述控制装置设置为能够接收所述第一温度检测器检测到的温度信息并根据该温度信息控制所述第一微波发生器的运行。

可选地，所述vocs吸附解吸单元包括抽真空装置，所述vocs回收单元的vocs入口通过解吸管线与所述第一开口连通，所述抽真空装置设置在所述解吸管线上用于将所述吸附罐内吸附的vocs抽送至所述vocs回收单元，所述解吸管线上设置有用于控制所述解吸管线通断的解吸控制阀。

可选地，所述vocs吸附解吸单元包括吹扫装置，所述吹扫装置通过吹扫管线与所述第二开口连通以用于向所述空腔内通入吹扫气体，所述吹扫管线上设置有用于控制所述吹扫管线通断的吹扫控制阀。

可选地，所述控制装置设置为能够分别控制所述进气控制阀、所述排气控制阀、所述解吸控制阀以及所述吹扫控制阀的开启和关闭。

可选地，所述第一开口位于所述罐体的底部，所述第二开口位于所述罐体的顶部。

可选地，所述vocs回收单元包括冷凝装置，所述冷凝装置设置为能够对vocs中的重烃组分液化回收。

可选地，所述vocs分解单元包括催化反应器，所述催化反应器包括内部限定有反应室的壳体和设置于所述反应室内的催化剂，所述催化剂用于催化vocs氧化分解为二氧化碳和水蒸气，所述vocs分解单元的vocs入口设置在所述壳体上并与所述反应室连通，所述壳体上还设置有与所述反应室连通的排气口。

可选地，所述vocs分解单元包括第二微波发生器，所述第二微波发生器设置为能够对所述催化剂辐射微波。

本发明另一方面提供一种vocs处理方法，包括以下步骤：

吸附vocs，采用吸附剂吸附待处理气体中的vocs；

解吸vocs，将所述吸附剂中吸附的vocs解吸出来；

回收vocs，通过冷凝方式回收vocs中的重烃组分；

分解vocs，通过催化氧化方式分解vocs中的轻烃组分。

可选地，所述解吸vocs的步骤包括：对吸附有vocs的所述吸附剂进行抽真空，直至所述吸附剂的压力降低到预定值时，采用吹扫气体对所述吸附剂进行吹扫，同时向所述吸附剂辐射微波以加热所述吸附剂。

可选地，所述分解vocs的步骤包括：采用微波耦合催化的方式对vocs中的轻烃组分进行催化氧化使其分解为二氧化碳和水蒸气。

可选地，所述预定值为0-10kpa。

可选地，向所述吸附剂辐射的微波频率为2450mhz±50mhz或915mhz±50mhz，所述吸附剂的被加热温度为45-55℃。

可选地，所述方法采用以上所述的vocs处理设备。

本发明的vocs处理设备通过vocs吸附解吸单元、vocs回收单元、vocs分解单元三者的配合，能够将vocs中的重烃组分回收，将vocs中的轻烃组分彻底分解，从而实现待处理气体中vocs的彻底净化，使其满足排放要求，避免对大气造成污染。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明中vocs处理设备的一种实施方式的示意图。

附图标记说明

10-吸附罐，101-吸附剂床层，11-第一微波发生器，111-微波天线，12-第一温度检测器，13-进气管线，131-进气控制阀，14-排气管线，141-排气控制阀，15-抽真空装置，16-解吸管线，161-解吸控制阀，17-吹扫装置，18-吹扫管线，181-吹扫控制阀，19-冷凝装置，20-催化反应器，201-催化剂，21-第二微波发生器，22-废气源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是指参照附图所示的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

本发明一方面提供一种vocs处理设备，所述vocs处理设备包括：

vocs吸附解吸单元，所述vocs吸附解吸单元具有待处理气体入口和vocs出口，所述vocs吸附解吸单元设置为能够吸附所述待处理气体中的vocs，并能够将吸附的vocs解吸出来；

vocs回收单元，所述vocs回收单元具有vocs入口和vocs出口，所述vocs入口与所述vocs吸附解吸单元的vocs出口连通，所述vocs回收单元设置为能够回收vocs中的重烃组分；以及

vocs分解单元，所述vocs分解单元具有vocs入口，所述vocs分解单元的vocs入口与所述vocs回收单元的vocs出口连通，所述vocs分解单元设置为能够分解vocs中的轻烃组分。

上述中，可以理解的是，vocs中的重烃组分是指c6-c10的化合物，vocs中的轻烃组分是指c2-c5的化合物。

本发明的vocs处理设备通过vocs吸附解吸单元、vocs回收单元、vocs分解单元三者的配合，能够将vocs中的重烃组分回收，将vocs中的轻烃组分彻底分解，从而实现待处理气体中vocs的彻底净化，使其满足排放要求，避免对大气造成污染。

本发明中，所述vocs吸附解吸单元包括吸附罐10和第一微波发生器11，所述吸附罐10包括内部限定有空腔的罐体和设置于所述空腔内的吸附剂，所述罐体上开设有与所述空腔连通的第一开口和第二开口，所述第一开口用作所述待处理气体入口和所述vocs出口，所述第二开口用于供经所述吸附剂净化后的净化气体排出，所述第一微波发生器11设置为能够向所述吸附剂辐射微波。

其中，所述吸附剂能够吸附待处理气体中的vocs，优选为非极性吸附剂，例如硅胶、沸石等。通过采用非极性吸附剂吸附，在第一微波发生器11向吸附剂辐射微波时，微波不会对吸附剂加热使其升温，而只加热吸附在吸附剂中的极性吸附质(如vocs分子)。通过微波不断改变极性方向，使得吸附剂孔隙内的vocs分子不断改变方向，振动升温，从而从吸附剂中彻底解吸。

所述罐体采用不透波材料制成，例如不锈钢，以防止所述空腔内的微波泄露。所述罐体可以具有任意形状，所述第一开口和所述第二开口可以设置在所述罐体的任意位置，但要保证从第一开口进入空腔内的待处理气体流经吸附剂后从第二开口排出。其中，作为优选，罐体呈圆柱状，第一开口位于罐体的底部，第二开口位于罐体的顶部(参见图1)。在这种情况下，吸附剂最好位于所述空腔的中部。另外，本发明所述的待处理气体是指含有vocs的废气。

所述第一微波发生器11可至少为两个，以分别从整个吸附剂的上方和下方向吸附剂辐射微波。这样能够实现吸附剂的均匀快速加热，利于vocs在吸附剂中的彻底高效解吸，从而显著提高吸附剂的再生效率和重复吸附vocs的能力，有效延长吸附剂的使用寿命。

为了进一步利于所述吸附剂的均匀快速加热，如图1所示的实施方式，所述吸附剂沿所述空腔的高度方向分层设置以形成多个相互间隔的吸附剂床层101，所述vocs吸附解吸单元包括多个所述第一微波发生器11，多个所述第一微波发生器11安装于所述罐体外，每个所述第一微波发生器11连接有微波天线111，多个所述微波天线111伸入所述空腔内并分别设置于多个所述吸附剂床层101的上方和下方。也就是说，每相邻两个吸附剂床层101之间的间隔内设有微波天线111，最上层吸附剂床层101的上方以及最下层吸附剂床层101的下方设有微波天线111。第一微波发生器11的数量可根据吸附剂床层101的数量而定，最好保证每个吸附剂床层101的上方和下方均设有微波天线111，从而使每个吸附剂床层101均匀受热。

其中，为了进一步提高加热效果，每个吸附剂床层101的厚度优选为30-50cm，多个吸附剂床层101和多个微波天线111优选为相互平行设置。进一步地，例如图1所示，所述罐体为圆柱状，所述空腔的横截面为圆形，吸附剂床层101为直径与所述空腔直径相等的圆柱状，微波天线111位于所述空腔内的部分可在吸附剂床层101的整个直径上以相等距离向邻近吸附剂床层101辐射微波。

本发明中，所述vocs吸附解吸单元还可包括第一温度检测器12，所述第一温度检测器12用于检测所述吸附剂的温度。在有多个吸附剂床层101的情况下，第一温度检测器12也可以为多个，以分别检测多个吸附剂床层101的温度。通过检测吸附剂床层101的温度，可以便于控制第一微波发生器11的功率以将吸附剂床层101加热至利于解吸的温度范围。

进一步地，所述vocs吸附解吸单元可包括控制装置，所述控制装置分别与所述第一微波发生器11和所述第一温度检测器12电连接，所述控制装置设置为能够接收所述第一温度检测器12检测到的温度信息并根据该温度信息控制所述第一微波发生器11的运行。具体的，所述控制装置可以控制第一微波发生器11的启动、关闭以及功率大小。需要说明的是，当第一微波发生器11和第一温度检测器12均为多个时，所述控制装置可对其分别单独控制，以根据相应的第一温度检测器12检测到的温度信息控制相应的第一微波发生器11的运行。

本发明中，如图1所示，所述vocs吸附解吸单元还可包括与所述第一开口连通的进气管线13和与所述第二开口连通的排气管线14，所述进气管线13上设置有用于控制所述进气管线13通断的进气控制阀131，所述排气管线14上设置有用于控制所述排气管线14通断的排气控制阀141。这样能够对吸附罐10的进气和排气进行灵活控制。进一步地，所述控制装置可分别与进气控制阀131和排气控制阀141电连接，所述控制装置设置为能够分别控制进气控制阀131和排气控制阀141的开启和关闭。

本发明中，为了提高吸附剂的解吸效果，所述vocs吸附解吸单元还可包括抽真空装置15，所述vocs回收单元的vocs入口通过解吸管线16与所述第一开口连通，所述抽真空装置15设置在所述解吸管线16上用于将所述吸附罐10内吸附的vocs抽送至所述vocs回收单元，所述解吸管线16上设置有用于控制所述解吸管线16通断的解吸控制阀161。通过上述设置，所述vocs吸附解吸单元可以耦合微波和抽真空的解吸方式，在短时间内实现吸附剂的彻底解吸并将解吸的vocs抽送至所述vocs回收单元，以实现vocs的回收。另外，通过设置解吸控制阀161，能够与进气控制阀131和排气控制阀141配合使用，实现所述vocs吸附解吸单元在吸附模式与解吸模式之间的切换。其中，抽真空装置15可以是真空泵。所述控制装置可与抽真空装置15电连接以控制抽真空装置15的运行。

另外，所述vocs吸附解吸单元还可包括吹扫装置17，所述吹扫装置17通过吹扫管线18与所述第二开口连通以用于向所述空腔内通入吹扫气体，所述吹扫管线18上设置有用于控制所述吹扫管线18通断的吹扫控制阀181。其中，吹扫装置17可以是储存有吹扫气体的储气罐，吹扫气体可以是惰性气体或净化气体。在吹扫气体为净化气体的情况下，吹扫装置17可将经排气管线14排出的净化气体收集起来作为吹扫气体使用。本发明通过设置吹扫装置17，吹扫装置17能够辅助第一微波发生器11和抽真空装置15使吸附在吸附剂中的vocs彻底解吸。由此，所述vocs吸附解吸单元能够耦合微波、真空、吹扫三种解吸方法，进一步提高吸附剂的解吸效果，显著提高吸附剂的再生效率和重复吸附vocs的能力，有效延长吸附剂的使用寿命。

进一步地，所述控制装置可分别与解吸控制阀161和吹扫控制阀181电连接，所述控制装置设置为能够分别控制解吸控制阀161和吹扫控制阀181的开启和关闭。

另外，所述vocs吸附解吸单元还可包括第一压力检测器，所述第一压力检测器用于检测所述空腔内的压力，并将检测到的压力信息传递至所述控制装置，所述控制装置设置为能够根据所述压力信息控制吹扫控制阀181的开启和关闭。

在使用时，所述控制装置可根据吸附剂处于吸附模式还是解吸模式，相应控制各个控制阀的开启和关闭，并根据第一温度检测器12和第一压力检测器检测到的温度、压力信息来控制第一微波发生器11以及相应控制阀的开启和关闭时间，以及第一微波发生器11的功率。

本发明中，所述vocs吸附解吸单元可包括一个或多个吸附罐10。在实际使用时，当一个吸附罐10的吸附能力达不到要求时可以通过多个吸附罐10串接的方式来提高吸附能力。在串接时，可将第一个吸附罐10的进气管线13连接废气源22，第二个吸附罐10的进气管线13连接第一个吸附罐10的排气管线14，依次类推进行串接。

本发明中，所述vocs回收单元包括冷凝装置19，所述冷凝装置19设置为能够对vocs中的重烃组分进行液化回收。

所述vocs分解单元包括催化反应器20，所述催化反应器20包括内部限定有反应室的壳体和设置于所述反应室内的催化剂201，所述催化剂201用于催化vocs氧化分解为二氧化碳和水蒸气，所述vocs分解单元的vocs入口设置在所述壳体上并与所述反应室连通，所述壳体上还设置有与所述反应室连通的排气口。

另外，所述vocs分解单元还可包括第二微波发生器21，所述第二微波发生器21设置为能够对所述催化剂201辐射微波。本发明通过采用微波和催化剂的双重耦合作用，利用微波的热效应和非热效应处理vocs，微波的热效应具有快速加热、选择性加热的特性，能够使催化剂表面活性元素迅速处于高温状态，形成高温点位，加热耗时只需几分钟，从而大大缩短了催化剂的加热时长；微波的非热效应使得微波电场引起化合物中电偶极子的迅速转动，此过程视为分子搅拌，由于分子搅拌使介质将吸收的微波能传给催化剂晶格，加速催化剂晶格氧的释放和转移速率，从而显著提升了催化剂的反应效率。

此外，所述vocs分解单元还可包括第二温度检测器，第二温度检测器可用于检测催化剂201的温度，所述控制装置可分别与所述第二温度检测器和第二微波发生器21电连接，所述控制器设置为能够根据所述第二温度检测器检测的温度控制第二微波发生器21的运行。

所述vocs分解单元还可包括第二压力检测器，第二压力检测器可检测催化反应器20的vocs入口与排气口之间的压差，获得催化反应器20的阻力降，从而利于提高催化反应器20的安全系数。

本发明中，温度检测器可以采用温度变送器，压力检测器可以采用压力变送器。

本发明另一方面提供一种vocs处理方法，包括以下步骤：

吸附vocs，采用吸附剂吸附待处理气体中的vocs；

解吸vocs，将所述吸附剂中吸附的vocs解吸出来；

回收vocs，通过冷凝方式回收vocs中的重烃组分；

分解vocs，通过催化氧化方式分解vocs中的轻烃组分。

具体地，根据本发明的一种实施方式，所述解吸vocs的步骤包括：对吸附有vocs的所述吸附剂进行抽真空，直至所述吸附剂的压力降低到预定值时，采用吹扫气体对所述吸附剂进行吹扫，同时向所述吸附剂辐射微波以加热所述吸附剂。所述分解vocs的步骤包括：采用微波耦合催化的方式对vocs中的轻烃组分进行催化氧化使其分解为二氧化碳和水蒸气。

其中，所述预定值优选为0-10kpa。向所述吸附剂辐射的微波频率为2450mhz±50mhz或915mhz±50mhz。所述吸附剂的被加热温度为45-55℃。该温度范围可以使吸附剂吸收效果减小、解吸效果增大，同时不会对吸附剂产生损害或不良影响，对吸附剂的下个周期的吸附也不会产生不利影响，而且该温度范围远低于各种vocs的燃点，能够保证解吸过程的安全高效。

本发明的vocs处理方法可以采用以上所述的vocs处理设备实施。

下面结合图1详细介绍本发明的vocs处理方法，所述方法包括：

通过控制装置控制进气控制阀131和排气控制阀141打开、解吸控制阀161和吹扫控制阀181关闭，由进气管线13将来自废气源22的待处理气体经所述第一开口通入吸附罐10内，待处理气体进入吸附罐10内后向上流动，依次流经三层吸附剂床层101经吸附剂床层101吸附vocs后，从所述第二开口由排气管线14排至外界；在吸附剂床层101吸附一段时间后，吸附剂内的vocs含量较高，吸附能力下降，这时，通过控制装置控制进气控制阀131和排气控制阀141关闭，解吸控制阀161打开，并控制抽真空装置15开启，使吸附于吸附剂的vocs从吸附剂的缝隙中脱附并被抽送至冷凝装置19；当所述第一压力检测器检测到吸附罐10内的压力降至5kpa时，通过控制装置控制吹扫控制阀181打开，通过吹扫装置17经吹扫管线18、第二开口向吸附罐10内通入惰性气体，进入吸附罐10内的惰性气体向下流动并对吸附剂进行吹扫，以辅助真空解吸；在开启吹扫控制阀181的同时，通过控制装置启动第一微波发生器11，以通过微波天线111向吸附剂床层101辐射微波，对吸附剂孔隙内的难以解吸的vocs分子进行加热，使vocs分子剧烈震动，并在惰性气体的吹扫作用下加快从吸附剂的孔隙内脱附，进而被抽送至冷凝装置19。进入冷凝装置19内的vocs中的重烃组分在冷凝作用下液化并得以回收，冷凝温度为-60℃～-40℃之间(可实现95％以上vocs的液化)。无法液化回收的vocs中的轻烃组分则进入催化反应器20内，在催化剂201和微波的双重作用下发生催化氧化反应而分解为二氧化碳和水蒸气，并释放热量，二氧化碳和水蒸气最终通过催化反应器20的排气口排出。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。