现有的气体吸附浓集装置中的转轮吸附器和再生式固定床吸附器在处理挥发性有机污染物污染空气时高浓集比和低排放浓度是一对矛盾。本发明专利技术公开了一种气体吸附浓集装置，包括吸附功能模块和其他功能模块，吸附功能模块的主要功能部分为由两个以上顺序排列的吸附单元组成的吸附序列，包括头端和尾端，待分离气体从头端至尾端的方向通过吸附序列，当位于头端的吸附单元完成对吸附质的饱和吸附后脱离所述的吸附序列进入其他功能模块，并在完成脱附处理后从尾端依顺序重新进入吸附序列。该装置使得气体吸附浓集装置可以兼顾高浓缩比和低的排放浓度并可以显著降低系统能耗。
A gas adsorption and separation device
【技术实现步骤摘要】
一种气体吸附分离装置
本专利技术涉及一种气体吸附分离装置，进一步涉及一种用吸附法浓集有机废气污染物的装置及其具体应用。
技术介绍
吸附法气体浓集技术在大气挥发性有机化合物(VOCs，本文简称为有机污染物)污染治理领域得到越来越广泛的应用。常见的气体吸附浓集装置包括转轮吸附器和再生式固定床吸附器。这些气体吸附浓集装置设计的最终目的是尽可能地将有机污染物的废气浓缩并使得处理后排放的废气中的有机污染物达到或低于政府规定的标准排放浓度。换言之，这些装置的设计目标包括两个：高浓缩比和低排放浓度。如果从提高浓缩比的角度，应该让吸附床吸附尽可能多的有机污染物，极端的情况是让所有吸附剂达到饱和吸附，其结果必然是处理后废气的排放浓度严重超标，最坏的情况是在某些区域(转轮吸附器)或某个时间段(再生式固定床吸附器)处理后排出废气的浓度与进入的废气相同。追求高浓缩比的意义在于将高浓缩比的有机污染物浓集气体再进一步处理，比如氧化摧毁时无需添加使得这种低浓度燃气得以稳定燃烧，包括但不限于直接燃烧、催化燃烧、蓄热式燃烧或催化蓄热式燃烧；或液化捕集回收时可以减少需要处理的气体的容量，从而节省可观的费用。从控制排放浓度的角度，应该让在有机污染物穿透吸附床前就转入脱附，并在脱附过程中尽可能地使得吸附床完全脱附，极端的情况是让吸附床中所有吸附剂达到完全地脱附，其结果必然是浓缩比大大降低，直至完全没有浓缩作用，甚或是变成稀释过程。因为脱附过程从热力学原理上是一个吸附质浓度呈指数性降低的稀释过程，用于脱附的有机污染物浓度为零的清洁空气也会变成污染空气。现实应用中所有设计方案都是根据具体应用的实际参数在两种极端条件之间折衷，在浓缩比和排放浓度两个对立的目标之间实现一种可以接受的处理结果。图1为吸附转轮的功能分区示意图，沿吸附区中A到B和脱附区C到D的弧线在吸附床气流方向上的剖面的有机污染物浓度的分布大致如图2所示。转轮吸附床在转出吸附区时气流流出一侧很大的部分不能达到饱和，而在脱附区，大部分脱附气体通过的是饱和度非常低的区域。再生式固定床吸附器的有机污染物在与气流方向垂直的横截面空间上的浓度分布，理想状态下理论上是均匀的，其纵切面上与气流方向一致的每条线状区域在时间上轴上的有机污染物浓度变化规律也符合图2所示的规律。文中的脱附，行业中也称为解吸附，含义完全相同。
技术实现思路
本专利技术公开的气体吸附浓集装置从根本上化解了以上对两个目标追求的矛盾，使得气体吸附浓集装置可以兼顾高浓缩比和低的排放浓度。参见附图3，本专利技术公开的气体吸附分离装置的基本结构包括吸附功能模块01和其他功能模块02。其他功能模块02包括脱附装置021。吸附功能模块的主要功能部分为由两个以上顺序排列的吸附单元组09成的吸附序列011。吸附序列011包括头端0111和尾端0112，待处理气体081从头端至尾端的方向通过所述的吸附序列。当位于头端的吸附单元完成对吸附质气体的饱和吸附后脱离所述的吸附序列011进入脱附装置021，并在完成脱附处理后从尾端0112依顺序重新进入吸附序列011。所述的吸附单元为由吸附剂和机械支持结构组成具有适当的机械强度和良好通透性的吸附固定床。完成饱和吸附的吸附单元称为饱和吸附单元091，完成脱附再生的吸附单元称为再生吸附单元092。根据具体应用的不同，本专利技术的气体吸附分离装置根据具体应用的不同，可以采用不同的吸附脱附方式，主要包括变温吸附、变压吸附或变温变压吸附，还可以包括一些不太常用的方式，主要体现在脱附的不同如微波脱附、置换脱附、萃取脱附。所谓变温吸附是指利用吸附剂在不同温度下对吸附质的吸附能力不同而实现对吸附质的浓集或分离，通常情况下是低温吸附，高温脱附。所谓变压吸附是指利用吸附剂在不同气压分压下对吸附质的吸附能力不同而实现对吸附质的浓集或分离，通常是高压吸附，低压脱附。所谓变温变压吸附是上述两者的结合，通常情况下是低温高压吸附，高温低压脱附。参见附图4，在采用变温吸附的吸附脱附方式时，脱附装置021的主要功能部分可以由两个以上顺序排列的饱和吸附单元091组成的脱附序列0211，包括饱和端02111和再生端02112。高温脱附气体082从再生端02112至饱和端02111的方向通过所述的脱附序列0211，生成浓缩吸附质气体0821，当饱和吸附单元091完成脱附再生后生成再生吸附单元092脱离所述的脱附序列0211。这样高温脱附气体082在通过脱附序列0211时将其所携带的热量逐渐传递给吸附床的吸附剂，吸附剂温度逐渐升高，吸附质溢出，完成脱附。参见附图5-6，完成脱附的再生吸附单元092处于高温状态，需要降低到低温状态才适于重新进入吸附状态。在本专利技术的气体吸附分离装置中，可以在其他功能模块中设置热再生装置022，热再生装置022的作用是将高温再生吸附单元092所蕴含的热量传递给脱附气体082的源气体，源气体解热后生成脱附气体082。在实际应用中热再生装置022的主要功能部分可以由两个以上顺序排列的高温再生吸附单元092组成的热再生序列0221，包括热端02211和冷端02212，完成脱附的高温热再生吸附单元092从热端02211加入热再生序列0221，热再生气体083从冷端02212至热端02211的方向通过所述的热再生序列0221，并经过恒温加热后生成高温脱附气体082，进入所述的脱附装置021。完成热交换的再生吸附单元092从冷端脱离热再生序列0221，重新进入吸附功能模块01的吸附序列011。如果热再生装置022设置为仅由一个再生吸附单元，如附图5，也是可行的，只是降温效果欠佳，热再生效率较低。在上面利用变温吸附原理的技术方案中，整个装置运行过程中，包括吸附过程、脱附过程、降温与热再生过程中，吸附剂和工作气体之间的相对运动均实现了化工领域和热工领域经常采用的持续的完全的逆流传质传热过程。这里的工作气体包括污染空气和脱附气体。其中吸附过程的全逆流传质是本专利技术的核心技术要点，使得完成吸附的进入脱附过程的吸附单元确保处于该工作条件下(主要包括颗粒状吸附剂的粒度或固体成型吸附剂通道间隔壁厚、吸附质浓度、气流速度和温度等)的饱和吸附状态。这里的“饱和”通常是指动态饱和，即特定工作条件下在保证工作效率和经济性的条件下所能达到的接近静态饱和的相对饱和状态。这将主要决定脱附气体的最高浓度。脱附过程的全逆流传质传热使得完成脱附、即将重新进入吸附过程的再生吸附单元确保处于该工作条件下(主要包括吸附剂的粒度或通道间隔壁厚、脱附气体气流速度和温度)的充分脱附状态，这将主要决定处理的污染空气的最低排放浓度。脱附气体的低容量和有机污染物的高浓度还将降低将其用火力摧毁或用凝集法回收时的能耗。热再生过程的全逆流传热将降低吸附剂热再生过程中必须消耗的热能。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。附图说明图1.沸石转轮结构示意图。图2.沸石转轮及再生式固定吸附床工作过程吸附质浓度分布或浓度变化示意图。图3.气体吸附分离装置的基本结构模式示意图。图4.设置了脱附序列的气体吸附浓集装置的基本结构模式示意图。...
【技术保护点】
1.一种气体吸附分离装置，其特征是包括吸附功能模块、其他功能模块，所述的吸附功能模块的主要功能部分为由两个以上顺序排列的吸附单元组成的吸附序列，吸附序列包括头端和尾端，待分离气体从头端至尾端的方向通过所述的吸附序列，当位于头端的吸附单元完成对吸附质气体的饱和吸附后脱离所述的吸附序列进入包括脱附装置的其他功能模块，并在完成包括脱附处理的其他工艺处理后从尾端依顺序重新进入吸附序列，所述的吸附单元为由吸附剂和机械支持结构组成具有适当的机械强度和良好通透性的吸附固定床，完成饱和吸附的吸附单元称为饱和吸附单元，完成脱附再生的吸附单元称为再生吸附单元。/n
【技术特征摘要】
1.一种气体吸附分离装置，其特征是包括吸附功能模块、其他功能模块，所述的吸附功能模块的主要功能部分为由两个以上顺序排列的吸附单元组成的吸附序列，吸附序列包括头端和尾端，待分离气体从头端至尾端的方向通过所述的吸附序列，当位于头端的吸附单元完成对吸附质气体的饱和吸附后脱离所述的吸附序列进入包括脱附装置的其他功能模块，并在完成包括脱附处理的其他工艺处理后从尾端依顺序重新进入吸附序列，所述的吸附单元为由吸附剂和机械支持结构组成具有适当的机械强度和良好通透性的吸附固定床，完成饱和吸附的吸附单元称为饱和吸附单元，完成脱附再生的吸附单元称为再生吸附单元。
2.如权利要求1所述的气体吸附分离装置，其特征是所使用的吸附脱附方式为变温吸附、变压吸附或变温变压吸附三者任选之一。
3.如权利要求2所述的气体吸附分离装置，其特征是所使用的吸附脱附方式为变温吸附，所述的脱附装置的主要功能部分由两个以上顺序排列的饱和吸附单元组成的脱附序列，包括饱和端和再生端，高温脱附气体从再生端至饱和端的方向通过所述的脱附序列，生成浓缩吸附质气体，当饱和吸附单元完成脱附再生后脱离所述的脱附序列。
4.如权利要求3所述的气体吸附分离装置，其特征是所述其他功能模块还包括热再生装置，所述的热再生装置将完成脱附再生的处在高温状态的再生吸附单元所蕴含的热量传递给脱附气体。
5.如权利要求4所述的气体吸附分离装置，其特征是所述热再生装置的主要功能部分为由两个以上顺序排列的高温再生吸附单元组成的热再生序列，包括热端和冷端，完成脱附的高温热再生吸附单元从热端加入热再生序列，热再生气体从冷端至热端的方向...
【专利技术属性】
技术研发人员：张传忠，陈健，
申请(专利权)人：上海深城环保设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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