浓缩有机废气的吸附装置及浓缩废气的方法

申请号 CN201510943050.8 申请日 2015-12-16 公开(公告)号 CN105381688A 公开(公告)日 2016-03-09
申请人 北京埃夫信环保科技有限公司; 发明人 陈慰盛; 陈世璠; 吴兰兰; 王新; 吴燕华;
摘要 本 发明 涉及废气处理领域,提供了一种浓缩有机废气的 吸附 装置及浓缩废气的方法。本发明 箱体 下段为下液池,进液口依次与高压 泵 和液体吸附剂储池连通,出液口与脱附塔连通,下液池下部的循环液出口通过 循环泵 与箱体顶部的循环液进口连通,箱体上段 侧壁 上固定有 挡板 ,挡板上均匀开设多个通孔,开设通孔的范围与挡板下方废气吸附腔内的吸附工作区的 位置 相对应,吸附工作区中设有膜管组件,若干膜管竖直固定于 支架 中,支架相对两侧面分别为进气面和出气面,进气面与箱体进气口密闭连接,出气面与除雾区连通,膜管为多孔中空 纤维 膜管,除雾区设置有除雾挡板,除雾区顶部的箱体侧壁上设有出气口。本发明成本低,节能高效,操作方便。
权利要求

1.浓缩有机废气的吸附装置,其特征在于:包括箱体挡板、膜管组件、循环和除雾挡板,箱体下段为下液池,下液池侧壁上分别开设有进液口和出液口,进液口通过第一管道依次与高压泵和液体吸附剂储池连通,出液口通过第二管道与脱附塔连通,下液池下部设有循环液出口,循环液出口通过循环泵与箱体顶部的循环液进口连通,箱体上段内侧壁上固定有挡板,挡板上方形成上液池,挡板下方为废气吸附腔,挡板上均匀开设多个通孔,开设通孔的范围与挡板下方废气吸附腔内的吸附工作区的位置相对应,废气吸附腔分为吸附工作区和除雾区,吸附工作区的箱体侧壁上开设有进气口,直接与废气输送管道连通,吸附工作区中设有膜管组件,膜管组件包括膜管和长方体支架,若干膜管竖直固定于支架中,支架相对两侧面分别为进气面和出气面,进气面与箱体进气口密闭连接,出气面与除雾区连通,膜管为多孔中空纤维膜管,除雾区设置有除雾挡板,除雾区顶部的箱体侧壁上设有出气口。
2.根据权利要求1所述的浓缩有机废气的吸附装置,其特征在于:还包括第一电磁、第二电磁阀、第三电磁阀、VOCs在线监测仪和PLC控制系统,第一管道与第二管道上分别串联第一电磁阀和第二电磁阀,第一电磁阀和第二电磁阀分别与PLC控制系统连通,废气输送管道上串联有第三电磁阀,第三电磁阀与PLC控制系统连通,出气口下方固定有VOCs在线监测仪,VOCs在线监测仪与PLC控制系统连通。
3.根据权利要求1所述的浓缩有机废气的吸附装置,其特征在于:所述挡板下方设置限位条,限位条底端设有凸,所述支架宽度与箱体内腔宽度相等,支架包括框架和限位板,限位板与框架固定,框架左侧上边框设有凹槽,与挡板下的凸榫位置对应,凸榫可沿凹槽前后滑动,限位板上均匀开设多个限位孔,限位孔内竖直插入膜管。
4.根据权利要求3所述的浓缩有机废气的吸附装置,其特征在于:所述限位板包括上限位板和下限位板,上限位板和下限位板分别与框架固定,上限位板与下限位板上的限位孔在竖直方向上的位置一一对应,膜管的上下两端分别插入上限位板与下限位板上位置相对应的限位孔中。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的浓缩有机废气的吸附装置,其特征在于:所述膜管直径为2-7mm,膜管长度为1-2m,膜管的数量为500-10000根。
6.采用权利要求1-4任意一项所述吸附装置浓缩有机废气的方法,其特征在于:包括以下具体步骤:
(1)将液体吸附剂引入中空纤维膜组中,液体流速控制在1-3m/s,在中空纤维膜表面和中空纤维膜之间形成液膜;
(2)将废气引入中空纤维膜组,废气流量控制在1.5-3m/s,废气与液膜直接接触,废气中的有机物和大颗粒粉尘被液体吸附剂吸附,随吸附剂下落,收集后循环形成液膜重复吸附;
(3)吸附后的气体除雾后排出;
(4)当排出气体中VOCs含量超过设定警戒值时,更换液体吸附剂,将液体吸附剂进行脱附处理,浓缩废气进行焚烧或浓缩再利用,脱附后的液体吸附剂重复利用。
7.根据权利要求6所述浓缩有机废气的方法,其特征在于:所述液体吸附剂为有机溶剂表面活性剂体系或微乳液体系中的一种。
8.根据权利要求7所述浓缩有机废气的方法,其特征在于:所述有机溶剂包括N,N’-二乙基羟胺、聚乙二醇6000、聚二甲基烷、食用油、废机油、柴油、矿物油和聚乙二醇二甲醚中的一种或几种。
9.根据权利要求6所述浓缩有机废气的方法,其特征在于:所述表面活性剂体系包括表面活性剂和中,表面活性剂与中水的质量比为1-20:1,所述表面活性剂为β-环糊精、柠檬酸钠、乙酸钠、氟表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠中的一种或几种。
10.根据权利要求6所述浓缩有机废气的方法,其特征在于:所述微乳液体系包括中水、表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂,中水、表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂的质量比为1:0.1-1:0.1-1:0.1-20,表面活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、TritonX系列和吐温系列表面活性剂中的一种或几种。

说明书全文

浓缩有机废气的吸附装置及浓缩废气的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及废气处理领域,特别是涉及一种用于浓缩有机废气的吸附装置及浓缩废气的方法。

背景技术

[0002] 随着经济发展,人们对环保问题越来越重视,而现在空气污染问题越发严重,也引起了国家和各个企业的重视,空气污染已经成了人们亟待解决的难题。
[0003] 针对工业级的大量低浓度VOCs(挥发性有机废气)产生,现有的处理方法有活性炭吸附,沸石转轮吸附等,活性炭吸附的优点为运行费用低,吸附效果好,缺陷是实际工业其再生困难,吸附性能受气影响较大,吸附效果不稳定,吸附饱和时在热气流再生过程中易燃等。陶瓷纤维纸基材制造的吸附转轮优点为吸附效率高,缺陷为制作周期长,且要能使基材达到所需求的硬度,要进行许多预处理,成型后也较为脆弱,占地面积大,运输时需要多加保护,无形中增加了制作成本。因此,研发一种结构简单,成本低,吸附效率高,操作方便的浓缩有机废气的吸附装置显得尤为重要。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单,成本低,吸附效率高,操作方便的浓缩有机废气的吸附装置及浓缩废气的方法。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
[0006] 本发明浓缩有机废气的吸附装置,包括箱体挡板、膜管组件、循环和除雾挡板,箱体下段为下液池,下液池侧壁上分别开设有进液口和出液口,进液口通过第一管道依次与高压泵和液体吸附剂储池连通,出液口通过第二管道与脱附塔连通,下液池下部设有循环液出口,循环液出口通过循环泵与箱体顶部的循环液进口连通,箱体上段内侧壁上固定有挡板,挡板上方形成上液池,挡板下方为废气吸附腔,挡板上均匀开设多个通孔,开设通孔的范围与挡板下方废气吸附腔内的吸附工作区的位置相对应,废气吸附腔分为吸附工作区和除雾区,吸附工作区的箱体侧壁上开设有进气口,直接与废气输送管道连通,吸附工作区中设有膜管组件,膜管组件包括膜管和支架,若干膜管竖直固定于支架中,支架相对两侧面分别为进气面和出气面,进气面与箱体进气口密闭连接,出气面与除雾区连通,膜管为多孔中空纤维膜管,除雾区设置有除雾挡板,除雾区顶部的箱体侧壁上设有出气口。
[0007] 本发明浓缩有机废气的吸附装置,进一步的,还包括第一电磁、第二电磁阀、第三电磁阀、VOCs在线监测仪和PLC控制系统,第一管道与第二管道上分别串联第一电磁阀和第二电磁阀,第一电磁阀和第二电磁阀分别与PLC控制系统连通,废气输送管道上串联有第三电磁阀,第三电磁阀与PLC控制系统连通,出气口下方固定有VOCs在线监测仪,VOCs在线监测仪与PLC控制系统连通。
[0008] 本发明浓缩有机废气的吸附装置,进一步的,所述挡板下方设置限位条,限位条底端设有凸,所述支架宽度与箱体内腔宽度相等,支架包括框架和限位板,限位板与框架固定,框架左侧上边框设有凹槽,与挡板下的凸榫位置对应,凸榫可沿凹槽前后滑动,限位板上均匀开设多个限位孔,限位孔内竖直插入膜管。
[0009] 本发明浓缩有机废气的吸附装置,进一步的,所述限位板包括上限位板和下限位板,上限位板和下限位板分别与框架固定,上限位板与下限位板上的限位孔在竖直方向上的位置一一对应,膜管的上下两端分别插入上限位板与下限位板上位置相对应的限位孔中。
[0010] 本发明浓缩有机废气的吸附装置,进一步的,所述膜管直径为2-7mm,膜管长度为1-2m,膜管的数量为500-10000根。
[0011] 本发明采用吸附装置浓缩有机废气的方法,包括以下具体步骤:
[0012] (1)将液体吸附剂引入中空纤维膜组中,液体流速控制在1-3m/s,在中空纤维膜表面和中空纤维膜之间形成液膜;
[0013] (2)将废气引入中空纤维膜组,废气流量控制在1.5-3m/s,废气与液膜直接接触,废气中的有机物和大颗粒粉尘被液体吸附剂吸附,随吸附剂下落,收集后循环形成液膜重复吸附;
[0014] (3)吸附后的气体除雾后排出;
[0015] (4)当排出气体中VOCs含量超过设定警戒值时,更换液体吸附剂,将液体吸附剂进行脱附处理,浓缩废气进行焚烧处理或浓缩再利用,脱附后的液体吸附剂重复利用。
[0016] 本发明采用吸附装置浓缩有机废气的方法,进一步的,所述液体吸附剂为有机溶剂表面活性剂体系或微乳液体系中的一种。
[0017] 本发明采用吸附装置浓缩有机废气的方法,进一步的,所述有机溶剂包括N,N’-二乙基羟胺、聚乙二醇6000、聚二甲基烷、食用油、废机油、柴油、矿物油和聚乙二醇二甲醚中的一种或几种。
[0018] 本发明采用吸附装置浓缩有机废气的方法,进一步的,所述表面活性剂体系包括表面活性剂和中水,表面活性剂与中水的质量比为1-20:1,所述表面活性剂为吐温81、吐温20、β-环糊精、柠檬酸钠、乙酸钠、氟表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠中的一种或几种。
[0019] 本发明采用吸附装置浓缩有机废气的方法,进一步的,所述微乳液体系包括中水、表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂,中水、表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂的质量比为1:0.1-1:0.1-1:0.1-20,表面活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、TritonX系列和吐温系列表面活性剂中的一种或几种。
[0020] 本发明浓缩有机废气的吸附装置及浓缩废气的方法与现有技术相比,具有如下有益效果:
[0021] 本发明浓缩有机废气的吸附装置利用多孔中空纤维膜管制成膜管组件,形成液体吸附剂的吸附载体,为一个独立的吸附单元,使液体吸附剂在膜管表面或膜管之间形成液膜,膜管组件可重复使用,且损耗极小,使用寿命长,同时由于膜管数量较多,即使少数出现破损,也不影响液膜的形成,在一定程度上延长了整个设备的使用寿命;由于膜管单独设置,当膜管出现严重破损时,仅更换破损膜管即可,操作方便,降低了维修成本。本发明利用循环泵使液体吸附剂在膜管组件中循环流动,形成的液膜连续不间断,大大提高了对有机污染物的吸附效率。本发明在膜管组件右侧设置有除雾挡板,使得吸附净化后的气体直接通过除雾挡板除去气体中的液滴,完成进一步净化后直接排放至大气,对废气中的VOCs的去除效率可以高达95%以上。本发明可以根据处理废气的浓度和处理量的不同,设置多个膜管组件串联或并联连接,提高吸附效率,增大装置处理量,结构简单,安装方便。
[0022] 本发明将各个管道处设置的电磁阀和VOCs在线监测仪均与PLC控制系统相连,使得整个过程可以实现自动化控制和实时监测,使得整个操作更加便捷。
[0023] 本发明浓缩废气的方法利用液体吸附剂在重作用下自动流经多孔中空纤维膜管,在膜管表面与膜管之间形成连续层叠的液膜,当废气通过时,与液膜直接接触,液膜吸附有机污染物后落入下液池中进行循环,整个吸附过程不受环境因素影响,与活性炭吸附相比,不受废气成分限制,使用范围广,效果稳定,操作过程安全无隐患。本发明选用有机溶剂、表面活性剂体系或微乳液体系中的一种为液体吸附剂,大多数有机溶剂的吸附能力较强,对VOCs的吸附量最高可以达到210mg/mL,本发明同时研发了表面活性剂体系和微乳液体系,使用水代替部分或全部有机溶剂,同时加入表面活性剂等物质,增加了液体吸附剂的稳定性,降低了其制备成本,每升吸附剂约节约成本500元左右。每个吸附单元使用三类等3
体积的液体吸附剂可处理的废气量在8000-10000Nm/h之间,与现有技术相比,相同废气处理量,本发明比现有技术可节约成本100万元/年。本发明在废气吸附的过程中,充分利用了吸附剂与废气本身的性质,减少了更多处理设备的应用,减少了燃气等能源的消耗,与现有技术相比,处理同等批量的废气,平均可节省90%燃气消耗,同时减少了燃气消耗尾气的排放。
[0024] 下面结合附图对本发明的浓缩有机废气的吸附装置及液体吸附介质作进一步说明。

附图说明

[0025] 图1为本发明浓缩有机废气的吸附装置的结构示意图;
[0026] 图2为膜管组件的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 如图1所示,本发明浓缩有机废气的吸附装置包括箱体1、挡板31、膜管组件、循环泵5、除雾挡板6、VOCs在线监测仪7和PLC控制系统,箱体1为长方体,箱体1采用不锈锌钢或镀钢材质制成,箱体下段为下液池2,下液池2左侧壁上开设有进液口,进液口通过第一管道11依次与高压泵12和液体吸附剂储池连通,下液池右侧壁与箱体底面相切处开设有出液口,出液口通过第二管道13与脱附塔连通,第一管道11与第二管道13上分别串联第一电磁阀81和第二电磁阀82,第一电磁阀81和第二电磁阀82分别与PLC控制系统连通,下液池2左侧壁设有液位观察窗口21,下液池2下部设有循环液出口,循环液出口通过循环泵5与箱体顶部的循环液进口连通,箱体1上段内侧壁上焊接固定有挡板31,挡板下方设置限位条33,限位条33底端设有凸榫,挡板31、限位条33和凸榫一体制成,挡板上方形成上液池3,挡板31下方为废气吸附腔,挡板上均匀开设多个通孔32,开设通孔32的范围与挡板下方废气吸附腔内的吸附工作区的位置相对应,挡板31采用不锈钢、镀锌钢或镀铝钢材质制成,废气吸附腔左侧为吸附工作区,右侧为除雾区,箱体左侧壁上的吸附工作区中部设有进气口,直接与废气输送管道连通,废气输送管道上串联有第三电磁阀83,第三电磁阀83与PLC控制系统连通,吸附工作区中设有膜管组件,一套膜管组件为一个吸附单元,膜管组件包括膜管41、支架42和支架底座43,支架底座43以焊接或螺栓连接固定于箱体底板或箱体侧壁上,支架42以焊接或螺栓连接固定于支架底座上,支架42高度不低于下液池内的液面高度,支架42宽度与箱体内腔宽度相等,如图2所示,支架42包括框架44、上限位板45和下限位板46,上限位板45和下限位板46与框架44焊接固定,框架44左侧上边框设有凹槽48,与挡板31下的凸榫位置对应,凸榫可沿凹槽48前后滑动,上限位板与下限位板在竖直方向对应位置上均匀开设多个限位孔47,限位孔47内竖直插入膜管41,膜管41为多孔中空纤维膜管,膜管直径不小于限位孔的孔径,膜管直径为2-7mm,膜管长度为1-2m,膜管的数量为500-10000根,除雾区设置有除雾挡板6,箱体右侧壁上的除雾区顶部设有出气口,出气口下方的箱体右侧壁上固定有VOCs在线监测仪7,VOCs在线监测仪7与PLC控制系统连通,吸附工作区的箱体前侧壁设有检修
[0028] 本发明浓缩有机废气的方法具体步骤如下:
[0029] 通过PLC控制系统控制第一电磁阀81,将液体吸附剂储池中的新鲜液体吸附剂通过高压泵泵入下液池2,当下液池内液面达到预定值后,关闭第一电磁阀81,开启循环泵5,将下液池2中的液体吸附剂送入上液池3,液体流速控制在1-3m/s,液体吸附剂通过挡板31上的通孔32流出,经过膜管组件,在多孔中空纤维膜管41的表面均匀扩散,在膜管表面和膜管之间形成液膜,当整个膜管组件被均匀浸湿后,开启第三电磁阀83,通入废气,废气流量控制在1.5-3m/s,膜管组件的宽度与箱体内腔宽度相等,膜管组件通过限位条送入箱体后,膜管组件前后与箱体内壁紧密贴合,框架44顶部通过凹槽48与限位的凸榫紧密契合,形成一个相对封闭的空间,废气进入后,引导其通过膜管组件时与液膜接触,废气中的有机物和大颗粒粉尘被液体吸附剂吸附,并随吸附介质落入下液池2中,循环泵5连续工作,以保持液膜的完整,经过吸附的净化气体经过除雾挡板6,由出气口排出。当净化气体中VOCs含量高于50ppm时,关闭第三电磁阀83,停止通入废气,开启第二电磁阀82,通过第二管道将饱和废液送入脱附塔,在50-250℃下进行加热脱附,脱附后的浓缩废气进行焚烧处理,脱附后的液体吸附剂可送回下液池重复利用。开启检修门,可以将吸附单元取出,进行更换或维修。
[0030] 针对不同浓度的废气,可选用多个膜管组件进行串联或并联组合使用,以加大处理量。
[0031] 本发明浓缩有机废气的吸附装置中用到的液体吸附剂为有机溶剂、表面活性剂体系或微乳液体系中的一种。
[0032] 有机溶剂包括N,N’-二乙基羟胺、聚乙二醇6000、聚二甲基硅氧烷、食用油、废机油、柴油、矿物油和聚乙二醇二甲醚中的一种或几种。实施例1与2分别使用聚乙二醇二甲醚和废机油为上述浓缩有机废气的吸附装置中的液体吸附剂。
[0033] 表面活性剂体系包括表面活性剂和中水,表面活性剂与中水的质量比为1-20:1,表面活性剂体系中的表面活性剂为β-环糊精、柠檬酸钠、乙酸钠、氟碳表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠中的一种或几种。其中氟碳表面活性剂为3-三聚环氧六氟丙烷酰胺基丙基(2-亚硫酸)乙基二甲基铵、3-三聚环氧六氟丙烷酰胺基丙基甜菜、6-3-9氟碳柔桥混链双季铵和8-3-9氟碳碳氢柔桥混链双季铵中的一种或几种。实施例3-5中所用表面活性剂与中水的体积比如表1所示。
[0034] 表1表面活性剂与中水的配比(质量百分数)
[0035]
[0036] 将表1所示质量配比的中水加热至20-25℃,然后加入表面活性剂,均匀搅拌5-10min。
[0037] 微乳液体系包括中水、表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂,所用中水、表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂的质量比为1:0.1-1:0.1-1:0.1-20。
[0038] 其中使用的表面活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、TritonX系列和吐温系列表面活性剂中的一种或几种。
[0039] 其中使用的助表面活性剂为正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正丁酸、正丁胺、异丙醇、异丁醇、异戊醇、辛酸癸酸、聚乙二醇甘油酯、聚甘油油酸酯、丙二醇单辛酸酯、二乙二醇单乙基醚和油酸聚乙二醇甘油酯中的一种或几种。
[0040] 其中使用的有机溶剂包括N,N’-二乙基羟胺、聚乙二醇6000、聚二甲基硅氧烷、食用油、废机油、柴油、矿物油和聚乙二醇二甲醚中的一种或几种。
[0041] 实施例6-11中使用的中水、表面活性剂、助表面活性剂和有机溶剂的质量比如表2所示。
[0042] 表2微乳液体系中各组分的配比(质量百分数)
[0043]
[0044]
[0045] 按照表2所述质量配比,将中水加热至20-25℃,然后加入表面活性剂和助表面活性剂,均匀搅拌5-10min,然后加入有机溶剂,均匀搅拌5-10min。
[0046] 不同组分配比制得的上述液体吸附剂,应用在本发明浓缩有机废气的吸附装置中,使用一个吸附单元,当排放气体中VOCs含量达到50ppm时,停止通入废气,此时,液体吸附剂对废气中有机物的吸附量和整个吸附过程所消耗的时间如表3所示。
[0047] 表3不同液体吸附剂对废气中污染物的吸附量
[0048]吸附量(mg/mL) 处理废气(Nm3/h) 时间(h) VOCs去除率(%)
实施例1 216 10000 48 99
实施例2 52 8000 34 95
实施例3 31 8500 25 93
实施例4 35 5000 29 93
实施例5 100 6000 24 94
实施例6 49 5000 27 94
实施例7 55 5500 28 94
实施例8 90 6000 30 97
实施例9 104 5500 38 98
实施例10 156 8000 56 99
实施例11 138 10000 48 99
[0049] 由表3可见,不同成分、不同配比的液体吸附剂对废气中的有机物的吸附程度不同,吸附量约在30-210mg/mL内,而液体吸附剂的使用有效时限在24-56h之间,每个吸附单3
元等体积的液体吸附剂可处理的废气量在5000-10000Nm/h之间,废气中VOCs的平均去除率在93-99%之间,排出干净气体中VOCs的含量不超过50ppm。
[0050] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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