用于废气处理的动态吸附和高效催化耦合的系统和方法与流程

本发明属于化学工艺，尤其是涉及一种用于废气处理的动态吸附和高效催化耦合的系统和方法。

背景技术：

1、vocs对人体的危害非常大，具有强致癌、致畸、致突变的作用。催化燃烧(rco)法因其效率高、无二次污染、能耗低，是一种可将vocs污染物完全转化为二氧化碳和水的潜力技术，催化燃烧(rco)法中催化材料是该技术的核心关键。但由于部分石化vocs尾气湿度高、组分复杂、部分石化vocs含氯，进而导致应用催化燃烧法时容易造成催化剂失活，此外，当待处理的废气为大风量废气时，还存在对催化床层的压力冲击，因此，催化燃烧法处理vocs存在着诸多技术瓶颈。

2、到目前为止，pt、pd贵金属催化剂在催化效率方面的表现依旧优于金属氧化物催化剂，但在应用方面却受到高成本的限制。因此，提高单位金属氧化物的催化效率，降低贵金属的负载量，从而降低成本是我国vocs治理应用中的难题之一。贵金属催化剂具有显著的低温催化活性，但资源稀缺、价格昂贵，且在催化降解硫代、卤代类苯系物的过程中易失活中毒。过渡金属氧化物催化剂资源丰富、成本低、抗氯(硫)性能好，但催化性能不如贵金属。与单一组分催化剂相比，多组分催化剂具有更好的催化活性，因此通过添加稀土金属、碱土金属或过渡金属等对单组分催化剂进行改性来提髙催化性能。

3、另外，在具体的使用方面，催化燃烧装置比较适合处理风量适中并且voc浓度较高的化工废气。如果需要处理的化工废气中voc的含量较低，或者化工废气整体的流动速度较大，直接使用催化燃烧装置则很难取得良好的效果，在此情况下需要在催化燃烧装置的上游部分安装额外的沸石轮转设备，先将化工废气进行压缩处理，之后以适当的流速将压缩之后的化工废气再输入到催化燃烧设备中。

4、现有催化燃烧工艺往往忽略材料与设备的关联性，设备工段多，工艺复杂，维护成本高。因此，采取改进设备低成本高效实现多组分有机废气挥发性有机物的净化，具有重要的环境和经济意义。

5、中国专利cn211328916u公开了一种分子捕集催化氧化废气净化系统，该技术将高效多孔净化材料与臭氧氧化技术进行耦合，有效地捕集并催化氧化分解污染物分子。

6、中国专利cn217188707u公开了一种分子捕集催化氧化废气净化系统，包括集气器和反应装置，所述集气器的上端设置有进气管，且进气管通过焊接的方式与集气器固定连接，所述进气管的右端设置有进气罩，所述进气罩的右端设置有反应装置，且反应装置通过螺丝连接的方式与进气罩连接，所述反应装置的右端设置有出气罩，且出气罩通过螺丝连接的方式与反应装置连接，所述出气罩的右端设置有出气管，所述出气管的末端设置有排放口。这样的结构设置，能够有效的解决原有装置中，气体干燥不充分的问题以及气体中的固体小颗粒没有处理完全就排放导致的污染问题。

7、中国专利cn113786711a提出一种离子液回收有机废气中含氯挥发性有机物的方法，通过设计具有氢键-卤键作用的离子液体吸收剂，吸收剂经过吸收闪蒸气体耦合，对含氯挥发性有机物进行高效、高选择性吸收，用以解决有机废气中含氯挥发性有机物有机物在回收过程中存在的吸收能力低、产生废水的问题。

8、以上专利都是从不同的角度用以解决挥发性有机物的吸附或催化问题，但是如上所述，这些现有的工艺往往忽略材料与设备的关联性，设备工段多，工艺复杂。

9、中国专利cn116059785a公开了一种基于吸附、富集、催化耦合的vocs处理与回收系统及方法，所述系统包括预处理系统、沸石转轮处理系统、冷凝回收系统，其中沸石转轮处理系统还包含沸石转轮吸附组件、沸石转轮脱附组件、催化组件；预处理系统包括顺次设置的过滤器、增压风机、控制阀；冷凝回收系统包括冷却器、冷凝器和集液罐。该方案通过沸石转轮吸附、富集浓缩、催化降解的耦合工艺，可实现对低浓度vocs废气高效净化处理，同时满足高价值有机物的回收利用需求，达到低耗、高效治理及回收vocs的目的。该方案需要设置预处理系统、沸石转轮处理系统、冷凝回收系统等结构，结构设置复杂，设备工段多，工艺复杂。

10、中国专利cn109939534a公开了一种吸附浓缩与催化燃烧耦合处理vocs废气的装置，适用于大风量、低浓度的vocs废气治理，其采用吸附作为vocs废气排放控制手段，吸附解吸气去催化燃烧装置处理，催化燃烧的热尾气用作吸附热解吸气。装置主体包括吸附单元和催化燃烧单元，吸附单元设置两级吸附，催化燃烧单元设置催化燃烧器和相应换热设备、电加热设备、补氧系统和补冷系统。该成套装备能够适应大风量、低浓度的含vocs废气治理，具有适应性广、排放指标控制严格等特点。该方案中吸附单元和催化燃烧单元是分开设置的，采用的仍然是吸附浓缩与催化燃烧顺序进行的工艺，并不是真正意义的耦合，其同样存在着设备工段多，工艺复杂的问题。

技术实现思路

1、现有的催化燃烧工艺处理废气存在着设备工段多、工艺复杂、维护成本高等问题，本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于废气处理的动态吸附和高效催化耦合的系统和方法。

2、本发明的方案可将废气的动态吸附与高效催化工艺设备一体化，降低成本、提高治理效率。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

4、本发明首先提供一种用于废气处理的动态吸附和高效催化耦合的系统，包括：换热器、第一富集-催化燃烧罐、第二富集-催化燃烧罐、第三富集-催化燃烧罐及第四富集-催化燃烧罐，

5、所述换热器的第一流程的入口用于接收待处理尾气，并对待处理尾气进行换热处理；

6、所述换热器的第一流程的出口分别通过管路与第一富集-催化燃烧罐、第二富集-催化燃烧罐、第三富集-催化燃烧罐及第四富集-催化燃烧罐的入口连通；

7、所述第一富集-催化燃烧罐、第二富集-催化燃烧罐、第三富集-催化燃烧罐及第四富集-催化燃烧罐均具有富集和催化燃烧功能，用于对气体进行富集或催化燃烧；

8、所述第一富集-催化燃烧罐还设置有第一排放管路，所述第二富集-催化燃烧罐还设置有第二排放管路，所述第三富集-催化燃烧罐还设置有第三排放管路，所述第四富集-催化燃烧罐还设置有第四排放管路，

9、所述第一排放管路上还设置有回流至所述换热器第二流程入口的第一回流管路，所述第二排放管路上还设置有回流至所述换热器第二流程入口的第二回流管路，所述第三排放管路上还设置有回流至所述换热器第二流程入口的第三回流管路，所述第四排放管路上还设置有回流至所述换热器第二流程入口的第四回流管路；

10、所述换热器的第二流程的出口还分别通过管路与第一富集-催化燃烧罐、第二富集-催化燃烧罐、第三富集-催化燃烧罐及第四富集-催化燃烧罐的入口连通；

11、所述第一富集-催化燃烧罐与第二富集-催化燃烧罐之间还设置有第一罐体连通管路，所述第三富集-催化燃烧罐与第四富集-催化燃烧罐之间还设置有第二罐体连通管路。

12、在本发明的一个实施方式中，所述换热器的第一流程的出口与第一富集-催化燃烧罐之间的管路上设置有第一阀门，所述换热器的第一流程的出口与第二富集-催化燃烧罐之间的管路上设置有第三阀门，所述换热器的第一流程的出口与第三富集-催化燃烧罐之间的管路上设置有第五阀门，所述换热器的第一流程的出口与第四富集-催化燃烧罐之间的管路上设置有第七阀门。

13、在本发明的一个实施方式中，所述换热器的第二流程的出口与第一富集-催化燃烧罐之间的管路上设置有第二阀门，所述换热器的第二流程的出口与第二富集-催化燃烧罐之间的管路上设置有第四阀门，所述换热器的第二流程的出口与第三富集-催化燃烧罐之间的管路上设置有第六阀门，所述换热器的第二流程的出口与第四富集-催化燃烧罐之间的管路上设置有第八阀门。

14、在本发明的一个实施方式中，所述第一排放管路上设置有第一排放阀，所述第二排放管路上设置有第二排放阀，所述第三排放管路上设置有第三排放阀，所述第四排放管路上设置有第四排放阀。

15、在本发明的一个实施方式中，所述第一排放管路、第二排放管路、第三排放管路、第四排放管路上分别设置有气体浓度检测器。

16、在本发明的一个实施方式中，所述第一回流管路上设置有第一回流控制阀，所述第二回流管路上设置有第二回流控制阀，所述第三回流管路上设置有第三回流控制阀，所述第四回流管路上设置有第四回流控制阀。

17、在本发明的一个实施方式中，所述换热器的第二流程的出口与第一富集-催化燃烧罐、第二富集-催化燃烧罐、第三富集-催化燃烧罐及第四富集-催化燃烧罐相连通的总管上还设置有总阀。

18、在本发明的一个实施方式中，所述第一罐体连通管路上设置有第一罐体连通阀门，所述第二罐体连通管路上设置有第二罐体连通阀门。

19、本发明进一步提供一种用于废气处理的动态吸附和高效催化耦合的方法，基于所述用于废气处理的动态吸附和高效催化耦合的系统进行，包括以下步骤：

20、控制废气在第一富集-催化燃烧罐和/或第二富集-催化燃烧罐中进行富集；

21、当第一富集-催化燃烧罐和/或第二富集-催化燃烧罐富集结束后，控制废气进入第三富集-催化燃烧罐和/或第四富集-催化燃烧罐中进行富集；

22、当废气在第三富集-催化燃烧罐和/或第四富集-催化燃烧罐中富集时，控制第一富集-催化燃烧罐和/或第二富集-催化燃烧罐进行催化燃烧；

23、待第一富集-催化燃烧罐和/或第二富集-催化燃烧罐的催化燃烧完成后，对第一富集-催化燃烧罐和/或第二富集-催化燃烧罐降温，这个过程结束后，第三富集-催化燃烧罐和/或第四富集-催化燃烧罐刚好富集完成；

24、然后，第一富集-催化燃烧罐和/或第二富集-催化燃烧罐重新富集，第三富集-催化燃烧罐和/或第四富集-催化燃烧罐进行催化燃烧及降解后降温过程；

25、使得第一富集-催化燃烧罐、第二富集-催化燃烧罐、第三富集-催化燃烧罐及第四富集-催化燃烧罐依次循环进行富集、催化燃烧及降解后降温过程。

26、在本发明的一个实施方式中，用于废气处理的动态吸附和高效催化耦合的方法，包括以下步骤：

27、s1、废气经换热器换热后进入第一富集-催化燃烧罐进行富集，当第一排放管路中的气体浓度达标时，第一排放管路上的第一排放阀打开，第一回流控制阀关闭，当第一排放管路中的气体浓度不达标时，第一富集-催化燃烧罐与第二富集-催化燃烧罐之间的管路上的第一罐体连通阀门打开，第一回流控制阀关闭，第一排放阀关闭，废气由第一富集-催化燃烧罐通过第一罐体连通管路进入到第二富集-催化燃烧罐，于第二富集-催化燃烧罐中进行富集，当第二排放管路中的气体浓度达标时，第二排放管路上的第二排放阀打开，第二回流控制阀关闭，当第二排放管路中的气体浓度不达标时，第二排放管路上的第二排放阀关闭，第二回流控制阀打开，第二富集-催化燃烧罐出口的废气经第二回流管路回流过换热器，再重新依次进入第三富集-催化燃烧罐中富集，当第三排放管路的浓度达标时，第三排放阀打开，第三回流控制阀关闭，当第三排放管路的浓度不达标时，第三富集-催化燃烧罐与第四富集-催化燃烧罐之间的第二罐体连通管路上的第二罐体连通阀门打开，第三排放阀关闭，第三回流控制阀关闭，废气由第三富集-催化燃烧罐通过第二罐体连通管路进入到第四富集-催化燃烧罐，于第四富集-催化燃烧罐中进行富集，当第四排放管路的浓度达标时，第四排放阀打开，第四回流控制阀关闭，当第四排放管路的不达标时，第四排放阀关闭，第四回流控制阀打开，第四富集-催化燃烧罐的出口废气经过换热器，重新依次进入第一富集-催化燃烧罐和/或第二富集-催化燃烧罐中富集；

28、s2、气体开始进入第三富集-催化燃烧罐后，第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门打开，第三阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门关闭，第一富集-催化燃烧罐与第二富集-催化燃烧罐加热至完全燃烧温度，于其中进行催化燃烧，第一回流控制阀、第一排放阀、第二回流控制阀关闭，第二排放阀、第一罐体连通阀门打开，出口气浓度达标，从第二排放阀放空；之后控温至罐体室温，此期间，第一富集-催化燃烧罐与第二富集-催化燃烧罐出口气体通过第一回流控制阀、第二回流控制阀经换热器，进入第三富集-催化燃烧罐和第四富集-催化燃烧罐富集；

29、当第三富集-催化燃烧罐、第四富集-催化燃烧罐富集饱和后，气体再进入第一富集-催化燃烧罐和第二富集-催化燃烧罐，重复步骤s1、s2。

30、在本发明的一个实施方式中，所述气体浓度达标指出口的气体浓度符合规定的气体排放标准，一般是指低于选定的排放标准的限制浓度，比如国标gb31571-2015限制非甲烷总烃小于120mg/m3，那非甲烷总烃的浓度小于120mg/m3时即为达标。否则，当气体浓度不符合规定的气体排放标准时，即为不达标。

31、在本发明的一个实施方式中，所述第一富集-催化燃烧罐、第二富集-催化燃烧罐、第三富集-催化燃烧罐、第四富集-催化燃烧罐的罐体均设置有保温夹层，罐体内置温度变送器以及温度检测器，用以控制罐体内的温度。

32、不同罐体内的温度检测器还分别与不同排放管路中的气体浓度检测器联动，用以控制不同排放管路中不同排放阀的启闭。

33、在本发明的一个实施方式中，所述第一富集-催化燃烧罐、第二富集-催化燃烧罐、第三富集-催化燃烧罐、第四富集-催化燃烧罐的罐体中填充有用于富集和催化燃烧的催化剂，根据使用环境的不同，兼具富集与催化功能。

34、所述用于富集和催化燃烧的催化剂具有耐高温性，同时结合有机物热值，可以通过实时压力及温度传感器控制，联动不同的阀门，在出现紧急情况时能保证装置及时排空。所述用于富集和催化燃烧的催化剂可以根据需要采用本领域的通用催化剂。

35、所述用于富集和催化燃烧的催化剂能够适应大风量高湿环境，并用以协同捕集催化烷烃、烯烃、醛酮多组分尾气。

36、在本发明的一个实施方式中，当废气经换热器换热后进入第一富集-催化燃烧罐进行富集时，换热器与第一富集-催化燃烧罐之间的管路上的第一阀门打开，换热器与第二富集-催化燃烧罐之间的管路上的第三阀门关闭，换热器与第三富集-催化燃烧罐之间的管路上的第五阀门关闭，换热器与第四富集-催化燃烧罐之间的管路上的第七阀门关闭。

37、在本发明的一个实施方式中，当废气经换热器换热后进入第三富集-催化燃烧罐进行富集时，所述换热器的第二流程的出口与第三富集-催化燃烧罐之间的管路上的第六阀门打开，所述换热器的第二流程的出口与第一富集-催化燃烧罐之间的管路上的第二阀门关闭，所述换热器的第二流程的出口与第二富集-催化燃烧罐之间的管路上的第四阀门关闭，所述换热器的第二流程的出口与第四富集-催化燃烧罐之间的管路上的第八阀门关闭。

38、与现有技术相比，本发明的优点及有益效果体现在以下方面：

39、本技术方案通过设置多个富集-催化燃烧罐来实现废气处理的动态吸附和高效催化耦合，每个富集-催化燃烧罐中都可以分别实现富集、催化燃功能，通过自动化精确控制，简化废气治理流程，推进了富集回收与高效催化燃烧技术耦合应用，在降低设备成本，减小占地的同时，提升了治理效率。