一种用于VOCs废气浓缩系统及工艺的制作方法

本发明涉及废气治理，尤其涉及一种用于vocs废气浓缩系统及工艺。

背景技术：

1、工业源vocs废气排放具有间歇性生产、工况切换频繁的特点，导致废气入口浓度常在较短时间内发生数倍甚至数十倍的波动，同时废气流量和温度也随生产工艺周期性变化。现有废气浓缩系统大多采用单一吸收塔或固定吸附床作为主体处理单元，其运行参数（如吸收液循环量、喷淋密度、吸附剂再生周期）在系统投运前依据设计工况一次性设定，运行过程中始终保持恒定或只根据液位、压力等间接信号进行滞后调节。对于采用吸收-吸附联用工艺的系统，吸收单元与吸附单元通常独立设置、分开控制，两者之间缺乏协同响应机制。液体分布器多采用溢流型或喷嘴型均匀布液结构，全截面喷淋密度一致，无法针对塔内不同径向区域的废气流量差异进行匹配调节。吸附剂通常采用固定床间歇再生模式，再生周期固定，无法根据入口负荷的变化动态调整吸附剂更新速率和再生深度。

2、上述设计方式在处理浓度和流量恒定的理想工况时尚可维持基本运行，但当入口vocs浓度骤然升高时，固定液气比下的吸收推动力不足，导致吸收段穿透负荷提前，大量未被吸收的vocs进入后续吸附段，造成吸附剂快速饱和穿透；当浓度骤然降低时，系统仍维持高液气比运行，造成吸收液循环泵做大量无用功，能耗浪费严重。同时液体分布器在全截面均匀喷淋的方式下，废气流量大的区域传质不足、废气流量小的区域易发生局部液泛，填料层有效传质面积利用率低下。吸附剂以固定周期再生无法匹配浓度波动的相位，高负荷来临时吸附剂可能处于再生未完成的低活性状态，低负荷时又可能正在进行不必要的频繁再生，造成再生能耗浪费和吸附剂机械损耗加剧。现有技术中缺乏一种能够根据入口废气浓度、流量和温度的实时变化对吸收单元的液气比、喷淋分布和吸附单元的吸附剂更新速率、再生强度进行前馈式动态协同调控的废气浓缩系统。

3、因此，针对上述提出的问题，本发明提出一种用于vocs废气浓缩系统及工艺。

技术实现思路

1、为了克服现有废气浓缩系统在变工况条件下自适应调控能力不足的问题，本发明提出一种用于vocs废气浓缩系统及工艺，通过构建吸收-吸附一体化塔器结构与动态协同调控机制，实现废气浓缩过程的多参数前馈式自适应控制。

2、本发明的技术方案为：一种用于vocs废气浓缩系统及工艺，包括：

3、吸收-吸附耦合塔，该吸收-吸附耦合塔沿废气流动方向依次设置有吸收段和吸附段，该吸收段内设有填料层和设置在填料层上方的液体分布器，吸附段内设有吸附剂床层，其中，吸收段与吸附段之间还设有气液分离段，该气液分离段内设有除雾器，用于去除经吸收段处理后的废气中夹带的吸收液滴；

4、吸收液循环回路，连接吸收段的底部出液口与顶部进液口，该吸收液循环回路上设有变频循环泵和第一换热器；

5、吸附剂循环回路，连接吸附段的底部出料口与顶部进料口，该吸附剂循环回路上设有吸附剂输送装置和再生装置，该再生装置为真空热再生装置，包括再生加热器和真空泵，再生装置对来自吸附段的待再生吸附剂依次进行加热再生和真空脱附再生，再生后的吸附剂经过吸附剂输送装置返回吸附段的顶部；

6、废气浓度传感器，设置在吸收-吸附耦合塔的废气入口处，用于实时检测入口废气中的vocs浓度；

7、废气流量传感器和废气温度传感器，分别设置在吸收-吸附耦合塔的废气入口处；

8、动态协同调控模块，分别与废气浓度传感器、废气流量传感器、废气温度传感器、变频循环泵、液体分布器、吸附剂输送装置和再生装置信号连接；

9、动态协同调控模块用于根据废气浓度传感器实时检测到的入口废气vocs浓度，同步执行下述调控操作：

10、（1）当入口废气vocs浓度升高时，增大变频循环泵的运行频率来提高吸收液的循环流量和液气比，当入口废气vocs浓度降低时，减小变频循环泵的运行频率来降低吸收液的循环流量和液气比；

11、（2）根据入口废气vocs浓度的变化率和填料层的压降信号，调节液体分布器的开度模式和喷淋密度，用于在填料层截面上形成与废气流量分布相匹配的非均匀喷淋分布；

12、（3）根据入口废气vocs浓度的变化趋势，调节吸附剂输送装置的输送速率来改变吸附剂床层中吸附剂的更新速率，并同步调节再生装置的再生强度。

13、作为优选，所述动态协同调控模块用于根据废气浓度传感器检测到的入口废气vocs浓度c、废气流量传感器检测到的入口废气流量q与废气温度传感器检测到的入口废气温度t，计算废气中vocs的质量流量m = c × q × f(t)，其中f(t)为温度修正函数；

14、当质量流量m超过第一预设阈值时，动态协同调控模块优先增大变频循环泵的运行频率来提高液气比；

15、当质量流量m超过第二预设阈值且变频循环泵的运行频率已达到预设上限值时，动态协同调控模块同步增大吸附剂输送装置的输送速率来提高吸附剂的更新速率；

16、当废气温度t超过预设温度阈值时，动态协同调控模块增大第一换热器的冷却介质流量来降低吸收液温度，并同步增大变频循环泵的运行频率来补偿高温下吸收效率的下降。

17、作为优选，所述非均匀喷淋分布包括：

18、所述动态协同调控模块根据废气流量传感器检测到的废气流量在吸收-吸附耦合塔入口截面上的径向分布数据，确定填料层截面上各径向区域的废气流量占比；

19、所述动态协同调控模块按照各径向区域的废气流量占比与喷淋密度占比正相关的原则，分别控制液体分布器中对应各径向区域的喷淋单元的开度，使得废气流量较大的径向区域获得较高的喷淋密度，废气流量较小的径向区域获得较低的喷淋密度；

20、对于任一径向区域i，该区域的喷淋密度与该区域的废气流量占比的比值/的波动范围控制在0.85-1.15之间。

21、作为优选，所述动态协同调控模块还用于根据废气浓度传感器检测到的入口废气vocs浓度的变化率，执行前馈控制策略；

22、当 > 0且其绝对值大于第一变化率阈值时，动态协同调控模块判断废气负荷处于上升趋势，在入口废气vocs浓度到达峰值之前，提前（前馈控制的提前时间）增大所述再生装置的加热功率和/或真空度，以预先提高吸附剂输送装置向吸附段返回的再生吸附剂的活性储备量；

23、所述提前时间的计算公式为：

24、；

25、其中为历史统计周期内入口废气vocs浓度的最大值，为当前入口废气vocs浓度，为预设的安全系数，取值范围为0.3-0.7；

26、当 < 0且其绝对值大于第二变化率阈值时，动态协同调控模块判断废气负荷处于下降趋势，逐步降低再生装置的再生强度来减少能耗。

27、作为优选，所述吸收液循环回路上还设有吸收液浓度在线检测仪和补充液添加装置，所述动态协同调控模块与吸收液浓度在线检测仪和补充液添加装置信号连接；

28、所述动态协同调控模块内置有与当前吸收液类型对应的动态阈值曲线，该动态阈值曲线表征吸收液中vocs累积浓度与吸收效率的衰减关系；

29、当吸收液浓度在线检测仪检测到吸收液中vocs浓度达到与当前吸收效率相对应的动态阈值时，动态协同调控模块启动补充液添加装置向吸收液循环回路中补充新鲜吸收液，并同步调节第一换热器的冷却介质流量来维持吸收液温度在设定范围内；

30、所述动态阈值随吸收液的使用时间延长而进行调整，在使用初期采用第一动态阈值，在使用后期采用低于第一动态阈值的第二动态阈值，用于补偿吸收液因长期使用导致的效率衰减。

31、作为优选，所述吸附剂为颗粒状活性炭，所述吸附剂床层为移动床，吸附剂在重力作用下从所述吸附段的顶部向底部缓慢移动，所述吸附剂输送装置为气力输送装置。

32、一种用于vocs废气浓缩工艺，包括以下步骤：

33、s1，将含有vocs的废气通入吸收-吸附耦合塔的废气入口，该废气首先进入吸收段与吸收液逆流接触，vocs被吸收液吸收；

34、s2，经过吸收段处理后的废气进入吸附段，与吸附剂床层中的吸附剂接触，残留vocs被吸附剂吸附浓缩；

35、s3，动态协同调控模块实时获取废气浓度传感器检测的入口废气vocs浓度，同步调控变频循环泵的运行频率、液体分布器的开度模式与吸附剂输送装置的输送速率和再生装置的再生强度；

36、s4，吸收液在吸收液循环回路中循环，富集vocs后的吸收液经过第一换热器冷却后返回吸收段顶部；

37、s5，吸附剂在吸附剂循环回路中循环，吸附vocs后的吸附剂从吸附段底部排出，经过再生装置再生后返回吸附段顶部；

38、所述吸附剂在吸附段内的停留时间为10-30分钟，该吸附剂在再生装置中的再生时间为5-15分钟；

39、当入口废气vocs浓度持续高于预设高浓度阈值的时间超过3分钟时，动态协同调控模块将吸附剂的循环间次由连续循环切换为间歇式强化循环模式，在间歇式强化循环模式下，吸附剂输送装置以“运行n分钟、停止m分钟”的节拍运行，其中n为5-10，m为2-5，且n和m的取值根据入口废气vocs浓度的实时值调整。

40、作为优选，所述再生装置采用两段式再生，第一段为热再生段，采用加热载气对吸附剂进行加热脱附，脱附温度为180-220℃；第二段为真空再生段，在负压条件下对经热再生后的吸附剂进行深度脱附，真空度为-0.075mpa至-0.090mpa；经过两段再生后的吸附剂的残余vocs含量控制在≤5%以下后返回吸附段顶部；

41、所述热再生段的升温速率为5-15℃/min，真空再生段的抽真空时间为3-8分钟；

42、当吸附剂为疏水性分子筛时，热再生段的脱附温度设定为200-220℃，真空再生段的真空度设定为-0.085mpa至-0.090mpa；当吸附剂为颗粒状活性炭时，热再生段的脱附温度设定为180-200℃，真空再生段的真空度设定为-0.075mpa至-0.085mpa。

43、本发明的有益效果：

44、1.本发明通过设置吸收段与吸附段在同一塔体内，并配置动态协同调控模块同步调控液气比、喷淋密度分布和吸附剂更新速率，使吸收单元与吸附单元形成联动响应，克服了传统吸收塔与吸附塔独立运行、各自为政导致的负荷波动下协同缺失问题。

45、2.本发明通过动态协同调控模块根据入口废气vocs浓度的实时变化同步执行三项调控操作，实现了液气比、喷淋分布和吸附剂更新速率随入口负荷的实时跟随调节，克服了传统工艺运行参数恒定或滞后调节导致的变工况条件下处理能力失配问题。

46、3.本发明通过液体分布器中多个独立控制的喷淋单元与废气流量径向分布数据的引入，实现了各径向区域喷淋密度与废气流量占比的正相关匹配，克服了传统均匀喷淋方式在废气流量径向分布不均时局部传质不足或局部液泛的问题。

47、4.本发明通过动态协同调控模块根据浓度变化率执行前馈控制，在浓度峰值到达前提前增大再生装置的加热功率和真空度，使吸附剂活性储备与入口负荷变化相位相匹配，克服了传统固定周期再生模式下吸附剂活性储备与负荷波动不同步的问题。