本发明涉及一种基于双循环流化床吸脱附耦合的高效催化氧化系统及方法，具体是提高了催化装置的风量和有机废气浓度的适用范围，降低设备的投资成本，同时也是提高了整体系统的热回收效率，降低设备运行过程中的能量消耗的一种系统和方法。
背景技术：
有机废气处理领域中，由于气体组分复杂、有机物浓度以及废气风量变化大，对有机废气的处理技术带来巨大的挑战。常见的有机废气有甲苯、甲醛、乙酸乙酯以及二甲苯等等。催化氧化装置可以在中低温范围内实现有机物的完全消除，使得尾气排放达到环境要求标准，且完全氧化后基本为二氧化碳和水蒸气。由于工业园或研发机构内排放情况复杂，其对于设备的要求就相应的增高。在大风量、低浓度时，为了保证去除效率需要借助吸附颗粒如活性炭或者分子筛等先对气体进行浓缩。常见的则是沸石转轮，但是由于成本高，适用风量范围有限，其应用受到了极大的限制。
此外，目前对于工况复杂的有机废气排放存在一下问题：(1)现有处理设备过于昂贵，难以全面推广；(2)对于宽风量范围的有机废气排放场景，传统装置适用范围难以保证有机物的高效净化；(3)原有设备的运行过程冷启动效率低。
针对上面的问题，以及实际的应用场景成分复杂，风量与浓度变化大，因此，需要对整个吸附脱附及催化工艺流程上进行设计，在保证安全运行的前提下，进一步降低初期投资成本和运行成本，实现多工况下有机废气的低成本高效净化。
技术实现要素：
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于双循环流化床吸脱附耦合的高效催化氧化系统及方法，其能提高有机废气净化设备的使用范围，减少冷启动阶段的污染排放，并进一步提高运行效率。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于双循环流化床吸脱附耦合的高效催化氧化系统，所述的系统包括：
用于吸附颗粒进料的螺旋给料器1和用于吸附颗粒出料的排放口13；
用于吸附、脱附的双循环流化床系统，其包括有机废气的吸附提升管2、吸附旋风分离器3、吸附返料器4、脱附提升管5、脱附旋风分离器6、脱附返料器7；
用于有机废气催化氧化的系统，其包括催化氧化装置9、排空阀10。
有机废气通过吸附颗粒在吸附、脱附的双循环流化床系统进行有机废气的吸脱附后，实现有机物和空气的分离，分离后的有机物则集中进入有机废气催化氧化的系统9实现净化。
其中，所述的螺旋给料器1与吸附提升管2的底部相连；吸附提升管2的顶部与吸附旋风分离器3的顶部相连；吸附旋风分离器3的底部通过吸附返料器4与脱附提升管5相连，脱附提升管5的顶部与脱附旋风分离器6的顶部相连，脱附旋风分离器6的底部通过脱附返料器7与螺旋给料器1相连；
其中，脱附旋风分离器6的出口通过第一管道与催化氧化装置9的进口连接；催化氧化装置9的出口通过第二管道连接到脱附提升管5的底部；
其中，所述的第二管道设有排空阀10。
其中，所述的吸附提升管2为快速流化床，底部采用布风板设计，均匀补风同时支撑物料。
其中，所述的脱附提升管5为快速流化床，底部采用布风板设计，均匀补风同时支撑物料。
其中，所述的流化床可以实现物料在床体内的循环，而且在物料的循环过程中有利于气体和固体颗粒的充分接触，促进气固两相的化学/物理相互作用，借助旋风分离器可以有效的实现气固相的分离，将吸附后的气体排放，而吸附有机物的吸附颗粒进入脱附段，从而实现吸附脱附两个子系统的分离和同时运行。基于流化床对吸附颗粒的循环，可以实现物料量的调控，以适应工况的变化。为防止经吸附返料器4与脱附提升管5发生串气现象，可在吸附旋风分离器3的底部采用u型阀或l型阀设计，通入流化空气(可采用环境空气或排放的中低温净化后尾气)，以控制好反应器中的压力分布；同样的在脱附旋风分离器固体物料出口采用相同设计。
优选地，上述的高效催化氧化系统还包括鼓风机11、补风阀12。
其中，所述的补风阀12设置在第二管道上，所述补风阀12与鼓风机11通过第三管道连接。
优选地，上述的高效催化氧化系统还包括管道阻火器8，当出现阀门或部件不正常工作，管道中出现有机物浓度过高，出现回火，从而带来可能的安全问题，管道阻火器可以有效解决该问题。
其中，所述的管道阻火器8设置在第一管道上。
一种用上述的高效催化氧化系统对有机废气进行净化的方法也在本发明的保护范围之内，其包括如下步骤：
a.吸附过程
有机废气从吸附提升管2底部的进气口进入吸附提升管2；从螺旋给料器1的进料口加入吸附颗粒，吸附颗粒流入吸附提升管2，再经有机废气的携带，从吸附提升管2的底部向上运动，然后到吸附旋风分离器3中，实现对有机废气中有机物的吸附处理，净化的气体从吸附旋风分离器3的出口排出；吸附了有机废气的吸附颗粒经吸附返料器4后落入到脱附提升管5进行脱附再生；
b、脱附过程
催化氧化装置9的高温净化尾气通过第二管道从脱附提升管5的底部进口中进入脱附提升管5，作为脱附提升管5的脱附用气，从而实现能量的高度回收利用；步骤(a)中落入到脱附提升管5中吸附了有机物的吸附颗粒经高温净化尾气的携带，从脱附提升管5的底部向上运动，充分混合过程中，借助尾气的高温以实现吸附颗粒上有机物的有效脱附，从而实现吸附颗粒的再生；然后到脱附旋风分离器6，实现了对有机物的脱附和吸附颗粒的再生；再生后的吸附颗粒经过脱附返料器7落入到吸附提升管2中，再次进行吸附；
即有机废气与来自脱附返料器或者螺旋给料器的吸附颗粒进行充分的接触。
c.催化氧化净化过程
步骤(b)中，脱附后的有机物随热空气通过第一管道流经管道阻火器8后进入催化氧化装置9进行氧化反应；氧化后的高温净化尾气经第二管道再次进入到脱附提升管5中，对吸附颗粒进行热脱附，实现有机物与吸附颗粒之间的分离。
其中，所述的吸附颗粒为流化床用b类颗粒，粒径范围在40微米到150微米，密度在1400到4000kg/m3之间，一般为耐磨损的分子筛或多孔沸石。
其中，脱附提升管5的温度控制在150～300℃，实现有机物的脱附。
其中，当废气排放量发生变化时，可以通过螺旋给料器和排料管对吸附脱附循环过程中的吸附颗粒的总量进行调节，实现宽风量范围内的有机废气的吸脱附。
其中，当系统监测到吸附量变化时，通过调控鼓风机对脱附提升管入口风量和温度进行调节，保证脱附效果。
其中，当催化氧化装置出口温度过高、风量过大以及废气浓度降低或风量减小的情况下，通过调节排空阀释放部分热量及风量，精准调节设备运行情况，保证运行安全。
上述系统包含三个模块，分别是循环流化床吸附系统、循环流化床热脱附系统、催化氧化净化系统。其中循环流化床吸附系统和热脱附系统耦合实现吸附颗粒的循环，而循环流化床脱附系统和催化氧化净化系统耦合实现有机废气的催化净化和热量回收。通过调节吸附颗粒用量和循环风量，可以实现废气更宽风量的运行，为催化氧化净化系统冷启动提供充足时间，保证启停阶段和变工况阶段的运行效率，从而有效改善催化氧化装置的整体的运行效率，同时实现高的热回收效率并提高系统运行风量范围，避免了复杂环境下的多个同类设备的安装运行，最终有利于降低投资成本和后期运行成本。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：
(1)适用有机废气的风量和浓度范围较广，传统的设备的工作范围较窄，大风量、浓度高的情况下催化效率降低，小风量、浓度低时补燃消耗较高，耦合双循环流化床可以实现针对风量和浓度的复杂情况调节吸附颗粒和有机废气的比例，充分保证效率，减少补燃消耗。
(2)耦合脱附过程和催化净化过程，充分回收利用热量，提高效率，降低成本。
(3)耦合双循环流化床系脱附系统，可以给催化净化设备提供充足的冷启动时间，降低启动初期的热脱附气体的有机物浓度，提高整体催化净化效率。
(4)双循环流化床可以提高气固之间的混合，促进吸脱附过程的有效传质，提高净化效率。
(5)传统的催化氧化装置仅适用于极小范围的风量范围和浓度范围，当风量提高或浓度增加时，有机废气在催化剂表面停留时间变短，效率下降，当浓度过低或者风量过小，则需要大量的燃料进行补燃；且在启动阶段，催化效果差，没有足够的冷启动时间。本发明提出的系统及方法可以有效的扩大适用风量和浓度范围，为催化装置提供一定程度的冷启动时间补偿。
附图说明
图1为本发明的装置图，其中，1、螺旋给料器；2、吸附提升管；3、吸附旋风分离器；4、吸附返料器；5、脱附提升管；6、脱附旋风分离器；7、脱附返料器；8、管道阻火器；9、催化氧化装置；10、排空阀；11、鼓风机；12、补风阀、13、排料口。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
设备如图1所示，其包括：用于吸附颗粒进料的螺旋给料器1和用于吸附颗粒出料的排放口13；用于吸附、脱附的双循环流化床系统，其包括有机废气的吸附提升管2、吸附旋风分离器3、吸附返料器4、脱附提升管5、脱附旋风分离器6、脱附返料器7；用于有机废气催化氧化的系统，其包括催化氧化装置9、排空阀10；其中，所述的螺旋给料器1与吸附提升管2(快速流化床)的底部相连；吸附提升管2的顶部与吸附旋风分离器3的顶部相连；吸附旋风分离器3的底部通过吸附返料器4与脱附提升管5相连，脱附提升管5(快速流化床)的顶部与脱附旋风分离器6的顶部相连，脱附旋风分离器6的底部通过脱附返料器7与吸附提升管2底部相连；其中，脱附旋风分离器6的出口过第一管道与催化氧化装置9的进口接；催化氧化装置9的出口通过第二管道连接到脱附提升管5的底部；其中，所述的第二管道设有排空阀10。其还包括鼓风机11、补风阀12；补风阀12设置在第二管道上，补风阀12与鼓风机11通过第三管道连接。其还包括管道阻火器8，管道阻火器8设置在第一管道上；其中，在吸附旋风分离器3和脱附旋风分离器6的底部采用u型阀设计。
在设计风量范围内时，根据提升管内实际床料高度决定在设备启动阶段是否启动螺旋给料器，有机挥发性废气与来自脱附返料器7的吸附颗粒(分子筛或着沸石)进行充分的接触，并经有机废气携带从底部逐渐向上运动，依次通过吸附提升管2(底部采用布风板设计，均匀补风同时支撑物料；吸附提升管在控制在常温，保证吸附)和吸附旋风分离器3实现有机废气中的有机物和空气的有效分离。一方面有机废气被净化后经吸附旋风分离器3进行排放，另一方面吸附颗粒吸附一定量的有机物经吸附返料器后落入到脱附提升管5(底部采用布风板设计，均匀补风同时支撑物料)进行进一步的脱附反应。吸附大量有机物后的吸附颗粒经吸附返料器4进入脱附提升管5与来自催化氧化装置9的中高温尾气进行充分的接触，并由中高温尾气进行携带从底部向上运动，充分混合过程中，借助尾气的高温以实现吸附颗粒上有机物的有效脱附，从而实现吸附颗粒的再生。吸附颗粒依次经过脱附提升管5和脱附旋风分离器6实现有机物的脱附以及与吸附颗粒的分离。脱附后的有机物随高温尾气经管道阻火器8后进入催化氧化装置9进行反应，脱附再生后的吸附颗粒则经脱附旋风分离器6及脱附返料器7重新回到吸附端进行吸附。催化氧化净化过程：从脱附旋风分离器6出口的携带有机物的热空气先后进入管道阻火器8以及催化氧化装置9实现安全的完全氧化。氧化后的纯净中高温尾气经管路再次进入到脱附提升管5对吸附颗粒进行热脱附，在启动阶段，当催化氧化装置9所排放尾气低于脱附温度范围时，可启动鼓风机11和补风阀，鼓入热空气以提供脱附用气体，实现有机物与吸附颗粒之间的分离。若在使用过程中发生堵塞，通过底部通气，或者底部或侧面将吸附颗粒排放口排出。
实施例2
当有机废气风量高于设计风量范围时，再次启动螺旋给料器1，补入给定量的吸附颗粒进入到吸附提升管底部2，保证气固相的接触以及净化效率。其余流程与实施例1一致。
实施例3
当有机废气浓度高于设计浓度范围时，再次启动螺旋给料器1，补给定量的吸附颗粒进入到吸附提升管底部，保证气固相的接触以及净化效率。同时启动鼓风机11补入热空气，保证不大幅降低吸附颗粒在脱附提升管5内停留时间下的脱附效率。其余流程与实施例1一致。
实施例4
当有机废气风量的小于设计风量范围或浓度较小时，打开吸附提升管2底部的排料口13，适当的减少吸附颗粒，鼓风机11处于关闭状态。其余流程与实施例1一致。
实施例5
当催化净化装置9出口的排气温度过高时，启动排空阀10，保证设备安全。其余流程跟实施例1一致。
本发明提供了一种基于双循环流化床吸脱附耦合的高效催化氧化系统及方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
1.一种基于双循环流化床吸脱附耦合的高效催化氧化系统，其特征在于，所述的系统包括：
用于吸附颗粒进料的螺旋给料器(1)和用于吸附颗粒出料的排放口(13)；
用于吸附、脱附的双循环流化床系统，其包括有机废气的吸附提升管(2)、吸附旋风分离器(3)、吸附返料器(4)、脱附提升管(5)、脱附旋风分离器(6)、脱附返料器(7)；
用于有机废气催化氧化的系统，其包括催化氧化装置(9)、排空阀(10)；
其中，所述的螺旋给料器(1)与吸附提升管(2)的底部相连；吸附提升管(2)的顶部与吸附旋风分离器(3)的顶部相连；吸附旋风分离器(3)的底部通过吸附返料器(4)与脱附提升管(5)相连，脱附提升管(5)的顶部与脱附旋风分离器(6)的顶部相连，脱附旋风分离器(6)的底部通过脱附返料器(7)与螺旋给料器(1)相连；
其中，脱附旋风分离器(6)的出口过第一管道与催化氧化装置(9)的进口接；催化氧化装置(9)的出口通过第二管道连接到脱附提升管(5)的底部；
其中，所述的第二管道设有排空阀(10)。
2.根据权利要求1所述的高效催化氧化系统，其特征在于，所述的吸附提升管(2)为快速流化床。
3.根据权利要求1所述的高效催化氧化系统，其特征在于，所述的脱附提升管(5)为快速流化床。
4.根据权利要求1所述的高效催化氧化系统，其特征在于，其还包括鼓风机(11)、补风阀(12)。
5.根据权利要求4所述的高效催化氧化系统，其特征在于，所述的补风阀(12)设置在第二管道上，所述补风阀(12)与鼓风机(11)通过第三管道连接。
6.根据权利要求1所述的高效催化氧化系统，其特征在于，其还包括管道阻火器(8)。
7.根据权利要求6所述的高效催化氧化系统，其特征在于，所述的管道阻火器(8)设置在第一管道上。
8.一种用权利要求1～7中任意一项所述的高效催化氧化系统对有机废气进行净化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.吸附过程
有机废气从吸附提升管(2)底部的进气口进入吸附提升管(2)；从螺旋给料器(1)的进料口加入吸附颗粒，吸附颗粒流入吸附提升管(2)，再经有机废气的携带，从吸附提升管(2)的底部向上运动，然后到吸附旋风分离器(3)中，实现对有机废气中有机物的吸附处理，净化的气体从吸附旋风分离器(3)的出口排出；吸附了有机废气的吸附颗粒经吸附返料器(4)后落入到脱附提升管(5)进行脱附再生；
b、脱附过程
催化氧化装置(9)的高温净化尾气通过第二管道从脱附提升管(5)的底部进口中进入脱附提升管(5)；步骤(a)中落入到脱附提升管(5)中吸附了有机物的吸附颗粒经高温净化尾气的携带，从脱附提升管(5)的底部向上运动，然后到脱附旋风分离器(6)，实现了对有机物的脱附和吸附颗粒的再生；再生后的吸附颗粒经过脱附返料器(7)落入到吸附提升管(2)中，再次进行吸附；
c.催化氧化净化过程
步骤(b)中，脱附后的有机物随热空气通过第一管道流经管道阻火器(8)后进入催化氧化装置(9)进行氧化反应；氧化后的高温净化尾气经第二管道再次进入到脱附提升管(5)中，对吸附颗粒进行热脱附，实现有机物与吸附颗粒之间的分离。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的吸附颗粒为分子筛或多孔沸石。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，脱附提升管(5)的温度控制在150～300℃。
技术总结