本發(fā)明涉及VOCs氣體轉(zhuǎn)化、氣體凈化領(lǐng)域，特別涉及一種脫除VOCs的氣體凈化裝置。

背景技術(shù)：

揮發(fā)性有機(jī)化合物(簡(jiǎn)稱VOCs)是指在常溫下飽和蒸汽壓約大于70Pa、常壓下沸點(diǎn)低于260℃的有機(jī)化合物。VOCs廣泛來(lái)源于石油化工、制藥、印刷、涂料裝飾、表面防腐、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。其主要危害可以概括為兩個(gè)方面：一是大多數(shù)VOCs有毒、有惡臭，當(dāng)居室中的VOCs達(dá)到一定濃度時(shí)，對(duì)人的眼、鼻、呼吸道有刺激作用，對(duì)心、肺、肝等內(nèi)臟及造成記憶力減退神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響，甚至造成急性和慢性中毒，可致癌、致突變；二是VOCs可破壞大氣臭氧層，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧及酸雨。隨著工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，VOCs的排放量與日劇增，并具有范圍廣、排放量大等特點(diǎn)。1990年美國(guó)通過了“清潔空氣修正案”和“污染防止案”，提高了廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，將工業(yè)生產(chǎn)中的189種污染物列為有毒污染物，其中70％的化學(xué)品為VOCs。我國(guó)在1997年1月1日開始實(shí)施的《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》也規(guī)定了VOCs排放較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。VOCs對(duì)環(huán)境和人體健康的嚴(yán)重危害，引起了世界各國(guó)的高度重視。VOCs的治理也成為當(dāng)前國(guó)際環(huán)境的熱點(diǎn)之一。其處理方式有：回收和轉(zhuǎn)化。常見的回收方式主要有吸附、吸收、冷凝以及膜分離等；常見的轉(zhuǎn)化技術(shù)主要有催化燃燒法、直接燃燒法、光催化降解、生物降解、等離子體技術(shù)等。通常低濃度的VOCs，吸附和催化燃燒是最經(jīng)濟(jì)和有效的治理方法。

燃燒技術(shù)最初采用的是直接燃燒法，但是直接燃燒法所需溫度較高.許多VOCs在直接燃燒時(shí)起燃溫度都在500℃以上，使得直接燃燒法僅適用于治理高濃度VOCs廢氣。如果有機(jī)廢氣中的VOCs含量較低，要將其中的VOCs氧化脫除，需要將廢氣直接加熱到很高溫度。該方法中需要供入額外能量來(lái)預(yù)熱空氣，特別是對(duì)于一些難氧化的VOCs，高的絕熱燃燒溫度易產(chǎn)生NOx，造成二次污染。 為克服這些缺點(diǎn)，催化燃燒技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。催化燃燒是借助催化劑在較低溫度下起燃(常溫～300℃)進(jìn)行無(wú)焰燃燒，并將有機(jī)廢氣氧化分解為二氧化碳和水。催化燃燒處理有機(jī)廢氣的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)起燃溫度低，能量消耗少，甚至達(dá)到起燃溫度后無(wú)需外界傳熱就能完成氧化反應(yīng)。這種較低溫下的催化燃燒可避免NOx氣體的生成；(2)適用范圍廣。催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機(jī)廢氣及惡臭氣體，它適用于不同濃度范圍、成分復(fù)雜的各種有機(jī)廢氣處理。對(duì)于有機(jī)化工、涂料、絕緣材料等行業(yè)排放的低濃度、多成分，回收價(jià)值低的廢氣，采用吸附-催化燃燒法的處理效果更好。一般有機(jī)廢氣的轉(zhuǎn)化率都在95％以上；(3)適應(yīng)氧濃度范圍大，凈化效率高，無(wú)二次污染，且燃燒緩和，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用少，操作管理方便，可長(zhǎng)周期運(yùn)行，并可回收廢熱，降低處理成本。中國(guó)專利CN 202036921 U公開了一種設(shè)有立式旋流式氣體分離過濾一體機(jī)的RCO反應(yīng)裝置，該系統(tǒng)反應(yīng)器殼體內(nèi)設(shè)有上下分布的催化反應(yīng)層和蓄熱層，系統(tǒng)占地面積小、凈化效率高，適用于有機(jī)廢氣特別是含有固體顆粒物雜質(zhì)的有機(jī)廢氣的催化氧化處理。中國(guó)專利CN 102614740 A公開了一種汽車涂裝生產(chǎn)線上有機(jī)廢氣處理工藝，該發(fā)明采用吸附轉(zhuǎn)輪及催化燃燒處理含有VOCs廢氣，不需外能源、并能實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣零排放，但氣體處理量有限，吸附轉(zhuǎn)輪制造復(fù)雜。中國(guó)專利CN 102519049 A公開了一種低能耗有害廢氣凈化焚燒系統(tǒng)，該系統(tǒng)由廢氣凈化焚燒、余熱回收及煙氣處理等單元組成，采用全新的蓄熱焚燒方式，可低成本連續(xù)凈化多種焚燒有害廢氣，具有蓄熱體易清理不堵塞、有害廢氣全部焚燒達(dá)標(biāo)排放等特點(diǎn)，但對(duì)于處理低濃度VOCs氣體不經(jīng)濟(jì)。中國(guó)專利CN 104344409 A公開了一種處理含高濃度有機(jī)污染物廢氣的方法，將一體化RTO裝置的一個(gè)燃燒室改進(jìn)為二個(gè)一體化或分體式燃燒室裝置，同時(shí)將其中的一個(gè)燃燒室的高溫廢氣引出，結(jié)合燃燒室的外部余熱回收裝置，可實(shí)現(xiàn)第二高溫燃燒室多余熱能的回收，但該系統(tǒng)能耗較高。中國(guó)專利CN104474844 A公開了一種基于濃縮轉(zhuǎn)輪和RTO的彩涂線廢氣處理及熱回收方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用熱能回收系統(tǒng)，吸附轉(zhuǎn)輪的再加熱只需要消耗熱能回收系統(tǒng)的熱量，不需要額外加熱，節(jié)約大量的能量，但吸附轉(zhuǎn)輪處理量較小、制造復(fù)雜。為此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、高效的VOCs脫除氣體凈化系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前公開的脫除VOCs氣體存在的能耗高，設(shè)備、系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)， 本發(fā)明提出一種工藝合理、節(jié)能高效、高度集成的脫除VOCs的氣體凈化系統(tǒng)。

通過將含VOCs氣體引入轉(zhuǎn)動(dòng)式吸附-脫附床的吸附區(qū)，VOCs被吸附，得到新風(fēng)A，之后新風(fēng)A與部分返回裝置的凈化氣混合并加熱后，進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)式吸附-脫附床的脫附區(qū)，將富集于吸附劑床層的VOCs脫附出；含VOCs的脫附氣經(jīng)加熱后進(jìn)入催化燃燒區(qū)(6)，將VOCs氣體轉(zhuǎn)化脫除，部分作為循環(huán)氣返回裝置，另一部分作為凈化氣輸出裝置。將上述相關(guān)單元操作集成到一個(gè)容器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氣體凈化裝置的高度集成。

本發(fā)明所述裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)式吸附-脫附床包括中心管(2)、內(nèi)固定筒(1)、外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)、上蓋板(4)、下蓋板(5)，上下兩端開口的圓形內(nèi)固定筒(1)中部設(shè)有一側(cè)壁上帶通孔的圓管，上下兩開口端設(shè)有帶通孔的孔板，圓管和內(nèi)固定筒同軸，于圓管和內(nèi)固定筒之間沿徑向均勻設(shè)有n個(gè)擋板(n為≥2的偶數(shù))，擋板與內(nèi)固定筒的軸平行，擋板二端分別與內(nèi)固定筒(1)內(nèi)壁面和圓管外壁面密閉連接，n個(gè)擋板將內(nèi)固定筒(1)分隔成n個(gè)相同的腔室，于腔室內(nèi)裝填有吸附劑；上下兩端開口的圓形外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)，外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)中部固定有中心管(2)，外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)與中心管(2)同軸，外轉(zhuǎn)動(dòng)筒內(nèi)壁面上沿徑向均勻設(shè)有n個(gè)條狀隔板，隔板與外轉(zhuǎn)動(dòng)筒的軸平行，內(nèi)固定筒(1)置于外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)內(nèi)，內(nèi)固定筒(1)外壁面與隔板貼接，隔板實(shí)現(xiàn)將內(nèi)固定筒(1)、中心管(2)穿置于圓管鄰的腔室隔離；中心管(2)外壁面與圓管內(nèi)壁面相貼接，中心管(2)沿徑軸向均勻設(shè)置有n/2個(gè)開通孔區(qū)，實(shí)現(xiàn)與內(nèi)固定筒(1)相間的腔室相通；外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)的上下兩開口端分別固定有上蓋板(4)和下蓋板(5)，下蓋板(5)包括內(nèi)部通孔區(qū)、中部環(huán)狀區(qū)、外部環(huán)狀區(qū)，外部環(huán)狀區(qū)為同圓心均勻設(shè)置的n/2段弧形平板，n/2段弧形平板可構(gòu)成半圓，中部環(huán)狀區(qū)為同圓心均勻設(shè)置的n/2個(gè)扇形平板，n/2個(gè)扇形平板可構(gòu)成一半圓環(huán)，弧形平板靠圓心的二個(gè)頂角與扇形平板遠(yuǎn)離圓心的二個(gè)頂角相連接、且扇形平板未處于弧形平板與內(nèi)部通孔區(qū)之間，扇形平板靠圓心端面與內(nèi)部通孔區(qū)固接，上蓋板(4)包括內(nèi)部圓形區(qū)、中部環(huán)狀區(qū)、外部環(huán)狀區(qū)，中部環(huán)狀區(qū)為同圓心均勻設(shè)置的n/2個(gè)扇形平板，n/2個(gè)扇形平板可構(gòu)成一半圓環(huán)，扇形平板遠(yuǎn)離圓心的端面與外部環(huán)狀區(qū)固接，扇形平板靠圓心端面與內(nèi)部圓形區(qū)固接；

這樣內(nèi)固定筒(1)各相間的腔室被分為兩個(gè)區(qū)，即吸附區(qū)和脫附區(qū)，通過外固定筒(3)、上蓋板(4)、下蓋板(5)及中心管(2)的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 吸附區(qū)和脫附區(qū)的切換；

引入的含VOCs氣體，通過中心管(2)開孔區(qū)，沿徑向方向進(jìn)入內(nèi)固定筒(1)的吸附區(qū)，將VOCs氣體吸附，得到新風(fēng)A；新風(fēng)A沿內(nèi)固定筒(1)四周徑向方向進(jìn)入外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)，在外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)與內(nèi)固定筒(1)的環(huán)隙間自上向下流動(dòng)，進(jìn)入加熱混合腔與循環(huán)氣混合并被加熱，之后自下而上進(jìn)入內(nèi)固定筒(2)的脫附區(qū)，將富集于吸附劑中的VOCs脫附出來(lái)，從脫附區(qū)的上部離開，進(jìn)入催化燃燒預(yù)熱腔，經(jīng)加熱后由催化燃燒床的下部進(jìn)入催化燃燒區(qū)(6)，將VOCs氧化分解脫除，由催化燃燒區(qū)(6)上部離開，其中一部分作為循環(huán)氣，經(jīng)循環(huán)再生風(fēng)機(jī)(12)增壓后返回系統(tǒng)，另一部分作為凈化氣輸出系統(tǒng)。

本發(fā)明中的VOCs氣體通過催化燃燒轉(zhuǎn)化或分解而脫除，所述的催化燃燒轉(zhuǎn)化是指含VOCs的脫附再生氣在裝填催化燃燒催化劑床層上，VOCs氧化分解為CO₂和H₂O而脫除。

本發(fā)明中的催化燃燒催化劑活性成分為非貴金屬氧化物、貴金屬中的一種或二種以上在組成或裝填方式上的組合。催化劑通過機(jī)械成型制得具有不同結(jié)構(gòu)形狀的催化劑，或?qū)⑵湄?fù)載在顆粒、陶瓷蜂窩、金屬蜂窩、陶瓷或金屬纖維等惰性載體上而制得；所述機(jī)械成型包括擠條、壓片或滾球的成型方法。

本發(fā)明中所述的催化燃燒催化劑具有較寬的溫度操作區(qū)間，脫除VOCs的反應(yīng)溫度為100℃～500℃；

本發(fā)明中的吸附劑，是將吸附劑材料通過擠條、壓片、滾球等成型方法制成具有特定規(guī)格和構(gòu)型的規(guī)整材料；或?qū)⑽絼┎牧县?fù)載在惰性顆粒、陶瓷蜂窩、金屬蜂窩、金屬或陶瓷纖維表面制得；

本發(fā)明設(shè)計(jì)的脫除VOCs氣體凈化裝置，可有效脫除VOCs氣體，滿足大氣污染物綜合排放的要求；此外，該氣體凈化裝置，通過填充不同的催化劑和吸附劑材料，亦能夠用于其他不同場(chǎng)合氣體的凈化。

由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明設(shè)計(jì)的脫除VOCs氣體凈化裝置，可有效消除VOCs氣體，滿足大氣污染物綜合排放要求；

2.采用集成式氣體凈化裝置，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、阻力降低，裝置具有高的效率和經(jīng)濟(jì)性；

3.催化燃燒催化劑和吸附劑可以負(fù)載于陶瓷纖維等輕質(zhì)材料表面，具有強(qiáng) 的抗沖擊性能；

4.吸附和催化燃燒脫除VOCs相結(jié)合，保證了凈化氣體出口VOCs脫除精度；

5.采用轉(zhuǎn)動(dòng)式吸附-脫附床，實(shí)現(xiàn)吸附/脫附交替運(yùn)行，氣體凈化裝置結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、成本低；

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的脫除VOCs氣體凈化裝置流程示意圖；

圖2為本發(fā)明的集成式脫除VOCs氣體凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的內(nèi)固定筒及外轉(zhuǎn)動(dòng)筒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的上蓋板、下蓋板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的吸附區(qū)流動(dòng)示意圖；

圖6為本發(fā)明的脫附區(qū)流動(dòng)示意圖。

圖例說(shuō)明：

1-內(nèi)固定筒；2-中心管；3-外轉(zhuǎn)動(dòng)筒；4-上蓋板；5-下蓋板；6-催化燃燒區(qū)；7-催化燃燒電加熱器；8-脫附電加熱器；9-進(jìn)氣管路；10-出氣管路；11-循環(huán)管路；12-循環(huán)再生風(fēng)機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明，以下僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能以此限定本發(fā)明的范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋的范圍。

此實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動(dòng)吸附-脫附床的內(nèi)固定筒(1)分為6個(gè)腔(分別為A1-B1、A2-B2、A3-B3、A4-B4、A5-B5、A6-B6)，其中A4-B4、A5-B5、A6-B6處于吸附區(qū)，A1-B1、A2-B2、A3-B3處于脫附區(qū)，含VOCs的新風(fēng)自進(jìn)氣管路(9)進(jìn)入中心管(2)，通過中心管(2)的開孔區(qū)進(jìn)入內(nèi)固定筒(1)的吸附區(qū)，并沿徑向方向由內(nèi)向外通過吸附區(qū)，在吸附區(qū)中VOCs被吸附劑吸附，之后進(jìn)入外轉(zhuǎn)動(dòng)筒(3)與內(nèi)固定筒(1)環(huán)隙中，并自上向下流動(dòng)至脫附預(yù)熱混合區(qū)中，與部分循環(huán)氣混合，并通過脫附電加熱器(8)預(yù)熱之后，自下蓋板(5)A1、A2、A3處進(jìn)入內(nèi)固定筒(1)的脫附區(qū)中，在脫附區(qū)中將富集于吸附劑之中的VOCs脫附出來(lái)，脫附氣在脫附區(qū)自下向上流動(dòng)，由上蓋板(4)B1、B2、B3離開脫附區(qū)，進(jìn)入催化燃燒預(yù)熱區(qū)，通過催化燃燒電加熱器(7)預(yù)熱，之后由底部進(jìn)入催化燃燒區(qū)(6)，在催化燃燒區(qū)(6)中脫附氣中的VOCs在催化燃燒催化 劑的作用下被氧化成CO₂和H₂O，并放出一定熱量，之后一部分作為循環(huán)氣由循環(huán)再生風(fēng)機(jī)(12)增壓，經(jīng)循環(huán)管路(11)返回至脫附預(yù)熱混合區(qū)，另一部分作為凈化氣由出氣管路(10)排出氣體凈化裝置。

當(dāng)內(nèi)固定筒(1)的吸附區(qū)吸附劑飽和時(shí)，外固定筒(3)、上蓋板(4)、下蓋板(5)及中心管(2)轉(zhuǎn)動(dòng)60度角，原吸附區(qū)A4-B4、A5-B5、A6-B6切換為脫附區(qū)，而原脫附區(qū)A1-B1、A2-B2、A3-B3切換為吸附區(qū)。這樣反復(fù)交替實(shí)現(xiàn)VOC氣體的吸附-脫附和催化燃燒，實(shí)現(xiàn)氣體凈化。