CN112370934A - 一种有机废气活性炭浓缩耦合rto矿化系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统和工艺，解决了某些工业行业产生的大风量、低浓度有机废气处理难题。通过活性炭吸附脱附实现大风量废气的高倍浓缩，合理排布多套活性炭系统的吸附脱附节拍，实现RTO连续、节能、小气量运行。大风量低浓度废气经收集预过滤后，进入活性炭罐吸附，之后达标排放。活性炭接近饱和状态时，开始利用热风脱附，活性炭罐“多用一备”，可以实现在线脱附。脱附完成的活性炭罐经冷却后转为吸附。脱附出的小风量、高浓度废气进入RTO焚烧，有机废气浓度足够时RTO可实现自持燃烧。同时，活性炭有多种再生模式，系统自带双重消防灭火系统，能够实现达标、安全、节能运行。

Description

一种有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统和工艺

技术领域

本发明涉及有机废气治理技术领域，具体涉及一种有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统和工艺。

背景技术

某些行业工业生产过程会产生大风量、低浓度的废气，例如橡胶制造行业、汽车行业、家具制造业等。这种气体若直接排放，会对环境产生不良影响；若采用不浓缩处理工艺，气量大使得成本高，浓度低又导致处理效果不理想；若采用常规浓缩处理工艺处理，例如转轮浓缩(如公开号为CN110605002A、CN110585859A的专利技术等)，浓缩倍数太低，风量下降不明显，末端处理成本依然高昂。

活性炭吸附有机物具有广谱性，且吸附容量高、效果好，适用于浓度低、风量大的废气。活性炭废气浓缩由活性炭吸附、小风量脱附实现。活性炭传热效果差，要想将其中有机物高效脱附，需要加大脱附风量或提高脱附温度；加大风量会导致浓缩倍数下降，末端处理设备加大，且活性炭燃点低，提高脱附温度有安全风险。故活性炭上有机物的脱附仍然是活性炭处理工艺中的难题。

活性炭床若需要在线吸附脱附，须配备多个活性炭罐，实现“多用一备”，活性炭脱附期间需要外加保温减少热量损失，而碳罐由脱附转入吸附，需要冷却至50℃以下，箱体保温的存在使得其自然降温耗时延长。如何低成本迅速冷却碳罐成为碳罐恢复吸附状态的关键。

活性炭罐的脱附与冷却是过程变化，并非瞬时完成。活性炭在某一温度前，基本上不能脱附出有机物，冷却阶段有机物含量极低。若脱附前期、冷却阶段过风通往末端矿化处理，造成运行资金的浪费；若脱附前期、冷却阶段过风不通往末端矿化，则末端设备运行需要间歇进行，末端不适合使用蓄热式设备，导致运行成本升高。

发明内容

针对上述技术问题以及本领域处理大风量、低浓度有机废气存在的不足之处，本发明提供了一种有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，通过若干套活性炭系统，活性炭箱“多吸一脱”，吸附废气中的有机物；利用循环脱附技术，提高脱附浓度，降低待处理脱附风量，废气实现高倍浓缩；活性炭箱脱附过程包括预热、出气、冷却三个阶段，优选共用一套管路系统；通过合理排布各套活性炭系统的脱附中不同阶段(预热、出气、冷却)，实现末端RTO的连续节能运行。

一种有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，包括接入(优选并联接入)废气管道的至少两套活性炭系统，每套活性炭系统包括多个并联的活性炭箱，每套活性炭系统均与冷却器、加热器和循环风机构成循环回路，所述各循环回路均外接新风管道；所述各活性炭箱的净化气体出口连接排气筒，所述各活性炭箱的脱附气体出口经调节阀连接RTO装置。

作为优选，所述废气管道上位于活性炭系统的前端设有预过滤器。预过滤器可以使用过滤毡、滤棉、滤袋或其他具有过滤作用的材料，用于除去有机废气中含有的颗粒物。

作为优选，所述新风管道上设有稳压气柜。

作为优选，所述调节阀与RTO装置之间设有干式过滤装置。

作为优选，所述活性炭箱的气体进、出口均设有温控装置。进口温控保证脱附风保持在安全温度且可脱附温度，出口温控作为活性炭罐超温风险的预防措施。每处测温点可使用三支温度计，取示数相近两支温度计的平均值作为该点温度，以保证温控系统的准确性。

活性炭脱附过程中有高温焖燃的风险，本系统中可配备双重灭火，在不同的温度下启用不同的灭火设施，例如氮气灭火、蒸气灭火、水喷淋等。

RTO装置可以选择三室RTO、旋转RTO等。

本发明中的阀门可以选择三通阀、闸阀、蝶阀等。

本发明中的活性炭箱优选规格相同，可根据废气工况模块化增减活性炭箱数量n(4≤n≤30)，也可增加活性炭系统的套数。活性炭系统为多套时，优选并联接入废气管道。

所述RTO装置处理完成的气体可通过管道通往所述排气筒进行排放。

本发明还提供了所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统在处理有机废气中的应用。

本发明的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统特别适用于处理大风量、低浓度的有机废气。

作为优选，所述有机废气的风量为40000～300000m³/h，有机物气体浓度为10～100mg/m³。

本发明还提供了一种有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化工艺，利用所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，每个活性炭箱的运行过程均包括：

(1)吸附过程：有机废气经活性炭箱中的活性炭吸附去除有机物气体后，净化气体经排气筒排放；

(2)脱附过程：

(2-1)预热阶段：吸附饱和或接近饱和的活性炭箱进入脱附状态，关闭净化气体出口，开启循环风机和加热器，循环回路通循环热风，加热活性炭箱；

(2-2)出气阶段：待活性炭箱加热至有机物气体脱附所需温度后，开启调节阀，脱附气体进入RTO装置进行矿化；

(2-3)冷却阶段：脱附结束，关闭加热器和调节阀，开启冷却器，循环回路通冷却循环风，活性炭箱温度降低至不大于50℃后重新用于吸附；

所述工艺稳定运行时各活性炭箱循环交替进行吸附-脱附过程，并始终保持至少一个活性炭箱处于出气阶段且脱附气体持续稳定进入RTO装置进行矿化。

RTO装置实现小气量、连续、自持燃烧。

作为优选，所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化工艺，脱附气体量为有机废气进气量的0.25vol％-1vol％，有机物气体浓度浓缩倍数为100-400倍。

所述RTO装置的炉膛温度优选不低于760℃，进一步优选为760-850℃，脱附气体在所述炉膛内的停留时间优选大于0.75s。

当废气管道上位于活性炭系统的前端设有预过滤器时，所述工艺还包括干式过滤过程，有机废气经过预过滤器，除去废气中含有的颗粒物。

步骤(2-2)中，出气阶段的活性炭箱温度优选为60-80℃。

步骤(2-3)中，冷却阶段的活性炭箱温度优选降低至25-50℃。

本发明工艺可共配备n个活性炭箱(4≤n≤30)，分为多套活性炭系统，每套活性炭系统包括主风机、干式过滤器(预过滤器)、进气阀门、活性炭箱、出气阀门、循环风机、加热器、冷却器、脱附调节阀。活性炭箱脱附时，可设置每套系统中1个活性炭箱处于脱附状态，其余处于吸附状态。活性炭箱两侧阀门优选使用零泄漏阀，不漏气、不串气。

多套活性炭系统可共用一台脱附新风风机、一个稳压气柜。脱附热风和冷却风可共用一套管路系统，预热、出气时，加热器开启；冷却时，冷却机开启。预热、冷却阶段，管道风不外排，出气阶段，管道风外排至RTO处理。

本发明工艺调节各套活性炭系统的活性炭箱脱附各阶段发生的时间，使得脱附出气平稳连续。合理排布活性炭箱预热、脱附、冷却阶段的时间，保证活性炭脱附出气始终保持同一气量、同一温度范围、高浓度，为末端RTO的稳定、连续、节能运行创造条件。

本发明通过系统和工艺的双重设计优化将大风量、低浓度有机废气转换为小风量、高浓度脱附废气连续、稳定地送入RTO进行处理，RTO装置前优选配备干式过滤装置和变频脱附风机，干式过滤装置去除活性炭脱附过程中带出的颗粒物，保护RTO中蓄热块，变频脱附风机根据活性炭系统的总脱附排风量自动变频。

本发明工艺活性炭有常规脱附(80-100℃)，高温再生(120-140℃)，体外再生(250-300℃)多种模式，将活性炭的使用寿命由原来的两年延长至五年左右。

本发明工艺运行可进行全自动控制，活性炭开始脱附时间由吸附系统运行时间确定(根据废气浓度与吸附容量计算)；脱附出风量由流量计控制调节阀门；RTO预热时间在脱附开始之前；系统安全由温控元件、测压元件控制。

本发明的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统和工艺解决了某些工业行业产生的大风量、低浓度有机废气处理难题。通过活性炭吸附脱附实现大风量废气的高倍浓缩，合理排布多套活性炭系统的吸附脱附节拍，实现RTO连续、节能、小气量运行。大风量低浓度废气经收集预过滤后，进入活性炭罐吸附，之后达标排放。活性炭接近饱和状态时，开始利用热风脱附，活性炭罐(活性炭箱)“多用一备”，可以实现在线脱附。脱附完成的活性炭罐经冷却后转为吸附。脱附出的小风量、高浓度废气进入RTO焚烧，有机废气浓度足够时RTO可实现自持燃烧。同时，活性炭有多种再生模式，系统自带双重消防灭火系统，能够实现达标、安全、节能运行。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：通过活性炭高倍浓缩和RTO有机组合，实现了对大风量、低浓度工业有机废气的有效净化，成本低廉，无二次污染。

附图说明

图1为实施例1有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统的示意图，图中：1-主风机，2-预过滤器，3-进气阀门，4-活性炭箱(包括A1-A3和B1-B3)，5-出气阀门，6-脱附新风风机，7-稳压气柜，8-循环风机，9-加热器，10-冷却器，11-调节阀，12-干式过滤装置，13-脱附风机，14-RTO装置，15-排气筒；

图2为实施例1有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统中两套活性炭系统脱附各个阶段的时间排布示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统如图1所示，包括并联接入废气管道的两套活性炭系统，每套活性炭系统包括3个并联的活性炭箱4(A1-A3和B1-B3)。每套活性炭系统的前端设有预过滤器2和主风机1。每套活性炭系统均与冷却器10、加热器9和循环风机8构成循环回路，所形成的两个循环回路并联，外接同一新风管道，新风管道沿进风方向依次设置脱附新风风机6和稳压气柜7。各活性炭箱4均设有进气阀门3和出气阀门5，其净化气体出口连接排气筒15，脱附气体出口经调节阀11进入RTO系统。RTO系统包括依次连接的干式过滤装置12、脱附风机13和RTO装置14，干式过滤装置12的另一端与各活性炭系统的调节阀11连接。

上述有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统中，每个活性炭箱4的运行过程均包括：

(1)吸附过程：有机废气经活性炭箱4中的活性炭吸附去除有机物气体后，净化气体经排气筒15排放；

(2)脱附过程：

(2-1)预热阶段：吸附饱和或接近饱和的活性炭箱4进入脱附状态，关闭净化气体出口，开启循环风机8和加热器9，循环回路通循环热风，加热活性炭箱4；

(2-2)出气阶段：待活性炭箱4加热至有机物气体脱附所需温度后，开启调节阀11，脱附气体进入RTO装置14进行矿化；

(2-3)冷却阶段：脱附结束，关闭加热器9和调节阀11，开启冷却器10，循环回路通冷却循环风，活性炭箱4温度降低至不大于50℃后重新用于吸附；

上述有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统稳定运行时各活性炭箱循环交替进行吸附-脱附过程，并始终保持至少一个活性炭箱处于出气阶段且脱附气体持续稳定进入RTO装置14进行矿化。

利用上述有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统进行的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化工艺，具体过程包括：

1)废气经过主风机1引风，经预过滤器2过滤，预过滤器可以选用过滤毡、滤袋等。

2)废气由进气阀门3通往活性炭箱4，在活性炭箱4中，废气空速控制在0.6-1.2m/s，填装活性炭可选用颗粒活性炭、蜂窝活性炭等。

3)经过活性炭箱4吸附，已净化气体通过出气阀门5排往排气筒15高空排放。

4)活性炭接近饱和，每套系统每次有一个活性炭箱转入脱附，其他仍保持吸附。活性炭箱吸附阀门关闭，脱附阀门开启，循环风机8开启，加热器9开启，预热完毕后转入出气，脱附出气通过调节阀11控制排出，脱附后的活性炭箱利用通过冷却器10的气体冷却。

5)脱附出气经过干式过滤装置12由脱附风机13引向RTO装置14矿化，停留时间＞0.75s，最终通过RTO装置14炉底的阀门通往排气筒15高空排放。

活性炭脱附阶段，每套系统仅1个活性炭箱处于脱附状态，另外2个活性炭箱仍然处于吸附状态。脱附状态有预热、出气、冷却3个阶段。预热阶段，循环风机8开启，加热器9开启，冷却器10关闭，脱附调节阀11关闭；出气阶段，循环风机8开启，加热器9开启，冷却器10关闭，脱附调节阀11开启；冷却阶段，循环风机8开启，加热器9关闭，冷却器10开启，脱附调节阀11关闭。

两套活性炭系统脱附状态的出气阶段交替进行，每段时间均有一个活性炭箱处于脱附出气阶段，使得脱附出气平稳连续。例如，第一套系统A1碳罐由出气切换至冷却时，第二套系统B1碳罐由预热切换至出气；第二套系统B1碳罐由出气切换至冷却时，第一套系统A2碳罐由预热切换至出气；如此循环，保证活性炭脱附出风量始终保持同一气量、同一温度范围、高浓度。具体切换周期如图2所示。

脱附新风风机6气量与两套系统总脱附出气气量保持一致，稳压气柜7的作用是保持进气压力平稳。

本工艺活性炭有常规脱附(80-100℃)，高温再生(120-140℃)，体外再生(250-300℃)多种模式，将活性炭的使用寿命由原来的两年延长至五年左右。

活性炭脱附过程中有高温焖燃的风险，本系统中配备双重灭火，在不同的温度下启用不同的灭火设施，例如氮气灭火、蒸气灭火、水喷淋等。

本系统中RTO装置14设计风量须满足1个活性炭箱脱附风量，停留时间＞0.75s，炉膛温度＞760℃。

RTO装置上配备有必要的测压元件、测温原件，还安装有泄爆片、超温报警、超温停机等安全保障措施。

本系统全自动化控制，吸附时长由计算值或检测结果设定，也可以根据现场需要手动转入脱附。自动控制内部嵌有脱附节拍排布，能够全自动完成阀门的切换、吸脱附状态的变化。控制系统有故障报警、故障自我修复的功能，温控元件、压力元件以及系统运行参数实时显示，超出设定范围则报警且自检，保证系统的安全、稳定运行。

应用例1

采用与实施例1类似的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统和工艺，对橡胶轮胎制造企业的硫化废气进行治理，该废气风量为20万m³/h，有机物气体浓度10-20mg/m³。干式过滤采用F5、F7两级滤袋过滤；采用蜂窝活性炭，4套活性炭系统，每套5只活性炭罐，总计20只活性炭罐；RTO装置使用旋转RTO，RTO风量5000m³/h。废气处理效率＞80％。经废气处理后，有机物含量降至2mg/m³以下。

应用例2

采用与实施例1类似的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统和工艺，对木质家具水性漆喷涂产生的废气进行治理，该废气风量为30万m³/h，浓度约30mg/m³。干式过滤采用过滤毡、F7滤袋两级过滤；采用蜂窝活性炭，5套活性炭系统，每套6只活性炭罐，总计30只活性炭罐；RTO装置使用三室RTO，RTO风量8000m³/h。经废气处理后，有机物含量降至5mg/m³以下。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，其特征在于，包括接入废气管道的至少两套活性炭系统，每套活性炭系统包括多个并联的活性炭箱，每套活性炭系统均与冷却器、加热器和循环风机构成循环回路，所述各循环回路均外接新风管道；所述各活性炭箱的净化气体出口连接排气筒，所述各活性炭箱的脱附气体出口经调节阀连接RTO装置。

2.根据权利要求1所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，其特征在于，所述废气管道上位于活性炭系统的前端设有预过滤器。

3.根据权利要求1所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，其特征在于，所述新风管道上设有稳压气柜。

4.根据权利要求1所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，其特征在于，所述调节阀与RTO装置之间设有干式过滤装置。

5.根据权利要求1所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，其特征在于，所述活性炭箱的气体进、出口均设有温控装置。

6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统在处理有机废气中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述有机废气的风量为40000～300000m³/h，有机物气体浓度为10～100mg/m³。

8.一种有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化工艺，其特征在于，利用权利要求1～5任一权利要求所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化系统，每个活性炭箱的运行过程均包括：

(1)吸附过程：有机废气经活性炭箱中的活性炭吸附去除有机物气体后，净化气体经排气筒排放；

(2)脱附过程：

(2-1)预热阶段：吸附饱和或接近饱和的活性炭箱进入脱附状态，关闭净化气体出口，开启循环风机和加热器，循环回路通循环热风，加热活性炭箱；

(2-2)出气阶段：待活性炭箱加热至有机物气体脱附所需温度后，开启调节阀，脱附气体进入RTO装置进行矿化；

(2-3)冷却阶段：脱附结束，关闭加热器和调节阀，开启冷却器，循环回路通冷却循环风，活性炭箱温度降低至不大于50℃后重新用于吸附；

所述工艺稳定运行时各活性炭箱循环交替进行吸附-脱附过程，并始终保持至少一个活性炭箱处于出气阶段且脱附气体持续稳定进入RTO装置进行矿化。

9.根据权利要求8所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化工艺，其特征在于，脱附气体量为有机废气进气量的0.25vol％-1vol％，有机物气体浓度浓缩倍数为100-400倍。

10.根据权利要求8所述的有机废气活性炭浓缩耦合RTO矿化工艺，其特征在于，所述RTO装置的炉膛温度不低于760℃，脱附气体在所述炉膛内的停留时间大于0.75s。

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