一种流化床与膨胀床复合分子筛废气净化装置及方法与流程

本发明涉及废气处理领域，具体涉及一种流化床与膨胀床复合分子筛废气净化装置及方法。

背景技术：

有机废气是石油化工、喷漆、制药、印刷所排放的最常见的污染物。这些有机废气会造成空气污染，危害人类健康，其中大部分都是对人体健康和环境的毒害。一些有机物质被列为致癌物，如苯，多环芳烃，氯乙烯，乙腈等。由于挥发性有机气体的风险，大多数企业在其生产活动过程中都不免产生一定量的废气，这些产生的废气直接排放到大气中就不可避免地对空气造成污染，当前的事实是工业生产所产生的废气种类繁多，随着各个国家对环境保护的意识加强，废气治理技术也得以快速地发展，目前针对同一种废气存在着多种治理技术，不同治理技术的性能也会千差万别的。

目前有机废气处理的方法主要有两类：一类是回收法，另一类是吸附法。本发明使用的分子筛属于吸附法范畴。

分子筛作为一种新型的吸附剂，因为具有极大的比表面积，能够有效吸附各类分子，拥有着优良的吸附性能。针对石化、包装、印刷、制药、皮革等行业产生大量的苯、甲苯、丁酮、乙酸乙酯等有机废气，能够进行有效吸附去除。

流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。流化床作为一种良好的反应器类型，具有传热、传质效率高和易实现连续化大规模操作等优点，是一种在废气处理领域里极具潜力的吸附设备。

膨胀床吸附技术是九十年代出现的一种新型分离纯化手段，它综合了流化床和填充床吸附的优点，当物料从膨胀床底部泵入时，床内的吸附剂不同程度地向上膨胀，通过精心设计吸附剂的结构和膨胀床装置，可以使吸附剂比较疏松、均匀、稳定地分布于床层内，从而减少了物料的返混程度。

技术实现要素：

为解决废气去除吸收的问题，本发明提出了一种流化床与膨胀床复合分子筛废气净化装置去处理废气。

本发明为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的：

一种流化床与膨胀床复合分子筛废气净化装置，包括流化段i和膨胀段ii；所述流化段i包括布气滤头、球状分子筛和出料口；所述膨胀段ii包括多孔板、柱状分子筛及多孔挡板；气体通过进气口进入风机，经风机吹送到电加热装置所在的空间进行加热，通过设置在流化段i底部的布气滤头布气，进入到球状分子筛进行再次吸附过滤；经过球状分子筛吸附过滤后的气体经过底部的膨胀段ii的多孔板到达柱状分子筛所在的空间，经过柱状分子筛再次过滤的气体经由多孔挡板从出气口流出。

进一步的，所述流化段i和膨胀段ii上分别开设有流化段出料口与膨胀段出料口。

进一步的，该净化装置为柱状结构，净化装置的高径比在(3～5)：1；净化装置尺寸根据实际处理气量进行比例缩放。

进一步的，所述球状分子筛的粒径1～3mm，其堆积密度为0.6～0.8kg/l，流化段i体积为整个装置1/2，球状分子筛的填充物为硅铝酸盐或者沸石，填充率50～60％，流化段i内气体流速在2.43～5.42m/s。

进一步的，所述柱状分子筛的粒径2～3mm，长度为3～8cm；所述膨胀段ii体积占装置的1/4；柱状分子筛的填充物为硅铝酸盐或者沸石，填充率为80～90％。

进一步的，所述多孔板用来分隔流化段i和膨胀段ii防止物料返混。

进一步的，所述风机为变频风机，且风机的出口端安装有流量计。

基于流化床与膨胀床复合分子筛废气净化装置的方法，包括如下步骤：

步骤一：废气经前处理段进行除尘：经由进气口进入，通过布气滤头均匀上升进入流化段i；气体进入流化段i后与其中填充的球状分子筛进行接触，由于流化段i内气体流速较高，从而使球状分子筛中的填充物硅铝酸盐与沸石保持悬浮运动状态；气体通过与球状分子筛充分接触，进而达到污染成分的吸附净化，流化段i净化效率为60～70％；

步骤二：经过流化段i处理后的废气继续上升通过多孔板进入膨胀段ii后与其中填充的柱状分子筛接触；由于膨胀段ii内气体的流速低，分子筛之间膨胀幅度小，填充率更高，单位体积内填充的吸附剂更多，因此对于恶臭物质的吸附能力更强，膨胀段ii净化效率为70～80％。

进一步的，所述流化段i临界流速的设定，可采用经验公式

umf＝8.2775w^-0.3764h0^-1.977

其中，临界流速umf，w为分子筛的工作密度，h0为填料层静止高度。

其中w为分子筛的工作密度，h0为填料层静止高度。本发明装置流化床内所需气体流速根据分子筛的工作密度及填料层静止高度选取范围，确定的流化段气体流速范围在2.43～5.42m/s。

化床反应器通常是在高温下或高于环境温度的状态下工作。流化床的床层温度(简称床温tb)不同时，床层流动特性不同。流化床的流动特性主要由床层的临界流速umf进行表征，装置内的空塔流速与温度之间的关系，可通过计算所得的床层的临界流速umf进行估算获得。根据gorosnkn公式估算获得装置流化段气体所需温度在80℃～110℃。

在本发明装置中，气流分布板是保证反应器具有良好和稳定流化态的重要构建，其设计的合理性对于不稳定不均匀流态的流化床反应器尤其重要。气流分布板的板型较多，常见的有多孔板、风型、多管式等类型。本发明装置选用结构简单、适用性较好的多孔型布气板。对于布气板，最重要的设计参数即是对于布气板开孔率的确定，这将直接关系到气流的分布均与以及整流稳定。对于开孔率的确定，主要根据布气临界压降法进行计算。

其中a0为床层截面积，a为气体入口处截面积，δ为分布板阻力系数。本发明装置布气板以及布气滤头的开孔率为9.8％～12.6％。

有益效果：

1.本发明的废气净化方法，是通过分子筛吸附各种有机溶剂、颗粒物质与有毒有害物质等方式进行处理。尤其适用于大风量、成分复杂废气气流的治理。根据实际工作条件与工作要求，进行设计改造，适用于各种条件的废气处置。

2.发明充分利用流化床的处理能力大，处理速度快的特点，将其作为净化装置的第一段初步快速吸附收废气中的物质。而后利用膨胀床填充率大，填料接触面积大的特点，进一步强化吸附能力，提高去除效果。本发明装置结构简单，操作方便，运行费用低，对于工作环境具有良好的适用性。

附图说明

附图为本发明涉及到的一种流化床与膨胀床复合分子筛废气净化装置的结构示意图。

附图标记如下：

1进气口、2风机、3流量计、4电加热装置、5布气滤头、6流化段出料口、7出料口阀门、8球状分子筛、9流化段人孔、10锥形挡板、11多孔板、12膨胀段出料口、13柱状分子筛、14膨胀段人孔、15多孔挡板、16出气口、i-流化段、ii-膨胀段。

具体实施方式

为对本发明做进一步的了解，现结合附图做进一步的的说明：

结合附图1所示，一种流化床与膨胀床复合分子筛废气净化装置，包括流化段i和膨胀段ii；所述流化段i包括布气滤头5、球状分子筛8和出料口6；所述膨胀段ii包括多孔板11、柱状分子筛13及多孔挡板15；气体通过进气口1进入风机2，经风机2吹送到电加热装置4所在的空间进行加热，通过设置在流化段i底部的布气滤头5布气，进入到球状分子筛8进行再次吸附过滤；经过球状分子筛8吸附过滤后的气体经过底部的膨胀段ii的多孔板11到达柱状分子筛13所在的空间，经过柱状分子筛13再次过滤的气体经由多孔挡板15从出气口16流出。

流化段i利用一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。膨胀段ii的工作性能结合了流化床和填充床的吸附反应器，利用其中处于膨胀状态的填料高效吸附废气中的各种物质，进而达到净化废气的目的。

工作过程：

废气经前处理段进行除尘，由进气口1经变频风机2鼓风加速进入装置的底部，变频风机2与装置连接的管道中间有一流量计3，可根据流量计3反映的数值对变频风机2做出调整。装置底部设置有电加热装置4，对待处理气体进行加热，使气体达到适宜温度进入流化段i、通过布气滤头5布气，气体均匀上升进入流化段i与球状分子筛8接触。流化段i气体流速大，单位时间内气体通量大，能够初步去除气体中的待去除物质，流化段i预计净化效率可达到60-70％。因为此段内气体流速大，气体对于分子筛的冲击较大，对于分子筛的力学结构特性要求更高，故而选用力学特性更好的球形分子筛8作为吸附剂。之后废气继续上升通过多孔板11进入膨胀段ii与柱状分子筛13接触。膨胀段ii内气体流速相较于流化段i内要小，其内填充的吸附剂的力学特性要求不高，采用经济性更好的柱状分子筛13即可。膨胀段ii内气体流速小，床层内填料膨胀程度小，填充率更高，可以填充更多的吸附剂。通过气体与分子筛充分接触，进而达到污染成分的吸附净化，该阶段净化效率达70-80％，整体的净化效率可达90％以上。

在本发明装置中为了实现对于流化段内气体流速的控制，采用了变频风机2鼓气，使进入装置内的待处理气体具有一定的流速，在流化段i内设置有一气体流量计3，实时测定装置内的气体流速，根据设计的参考值，可对变频风机2进行变频调整，以获得相应的气体流速。本发明装置中在进气口1附近设置有电加热装置4，将对进入装置底部的待处理气体进行加热，使之达到装置流化段i所要求的温度范围，对于温度的控制，是由温度实时监控装置实时反映装置内气体温度，根据相关程序调整电加热设备的功率，以此达到对于装置内气体温度的控制。

流化段出料口6与膨胀段出料口12的作用是将吸附饱和的球状分子筛8与柱状分子筛13进行下料重生，流化段出料口6附近设置有出料口阀门7，可控制流化段出料口6的开与闭。流化段人孔9与膨胀段出料口14是方便人员观察装置内部工作情况，同时是球状分子筛8与柱状分子筛13吸附饱和后进行装填作业的通道。锥形挡板10的作用是为多孔板11提供支撑位置，此外还能流化段i、膨胀段ii，防止物料返混。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。