Treatment system and method for treating organic waste gas and capturing carbon dioxide

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

请参照图1-图2，本发明一个实施例提供的用于处理有机废气和捕集二氧化碳的处理系统，包括过滤器1、沸石转轮2、RTO燃烧器3、脱附换热器4、燃烧气干燥器5、再沸器6、再生塔7、贫富液换热器8、吸收塔9、贫液冷却器11、燃烧气冷却器10、二氧化碳收集装置。

沸石转轮2上设有无固废气入口201、热流体入口202、高温反吹气入口203、有机物气体出口204、第一净化废气出口205、第二净化废气出口206，无固废气入口201与过滤器1出口连通，有机物气体出口204与RTO燃烧器3入口连通。

脱附换热器4上设有位于其底部的一级高温气入口401、位于其上部的第一净化废气入口402、位于其中部的二级高温气出口403、位于其下部的高温反吹气出口404，一级高温气入口401与RTO燃烧器3出口连通，二级高温气出口403与燃烧气干燥器5进口连通，第一净化废气出口205与第一净化废气入口402连通，高温反吹气出口404与高温反吹气入口203连通。

再沸器6上设有干燥二级高温气入口601、三级高温气出口602、高温换热介质出口603、换热介质入口604，燃烧气干燥器5出口与干燥二级高温气入口601连通。

再生塔7上设有位于其上部的换热富液入口701、位于其底部的贫液出口702、位于其下部的高温换热介质出口703、位于其下部的换热介质出口704、位于其顶部的二氧化碳气体出口705，高温换热介质出口603与高温换热介质出口703连通，换热介质出口704与换热介质入口604连通，贫富液换热器8上设有位于其下部的富液入口801、位于其上部的换热富液出口802、位于其下部的贫液入口803、位于其上部的换热贫液出口804，富液出口902与富液入口801连通，换热富液出口802与换热富液入口701连通，贫液出口702与贫液入口803连通，换热贫液出口804与换热贫液入口1101连通。

吸收塔9上设有位于其下部的四级高温气入口901、位于其底部的富液出口902、位于其顶部的分离气体出口903、位于其上部的冷却贫液入口904，贫液冷却器11上设有换热贫液入口1101、冷却贫液出口1102、第二净化废气入口1103、换热净化废气出口1104，冷却贫液出口1102与冷却贫液入口904连通，第二净化废气出口206与第二净化废气入口1103连通。

燃烧气冷却器10设有位于其上部三级高温气入口1001、位于其上部的四级高温气出口1002、位于其下部的冷流体入口1003、位于其下部的热流体出口1004，三级高温气出口602与三级高温气入口1001连通，四级高温气出口1002与四级高温气入口901连通，热流体出口1004与热流体入口202连通，二氧化碳进入与二氧化碳收集装置连通。

具体运行时，含有VOCs的有机废气先经过过滤器1将固相颗粒等去除，得到无固废气，然后无固废气进入沸石转轮2中进行吸附得到净化废气，沸石将VOCs吸收，一部分净化废气进入脱附换热器4中进行加热，然后将加热后的净化废气作为高温反吹气通入沸石转轮2中，对沸石上的VOCs进行高温反吹脱附，这样就可以得到高浓度的VOCs，然后经过RTO燃烧器3燃烧后产生一级高温气，一级高温气包括二氧化碳、水蒸气和部分杂质气体，一级高温气进入脱附换热器4中进行换热得到二级高温气，这样脱附换热器4在原有热源的基础上增加了一级高温气作为辅助热源，节约能源，二级高温气经过干燥后进入再沸器6中得到三级高温气，再沸器6中具有换热介质，二级高温气作为热源将换热介质进行加热，得到高温换热介质，高温换热介质通入再生塔7中，高温换热介质为再生塔7中二氧化碳吸附剂的再生提供必要的热量，极大地减少了再生剂的再生负荷，使得采用本发明工艺生产单位二氧化碳的能耗极低，然后将三级高温气通入燃烧气冷却器10中进行冷却得到四级高温气，燃烧气冷却器10中有冷流体作为冷却介质，三级高温气将热量传递给冷流体，冷流体转变成热流体，热流体可通入沸石转轮2中作为脱附气体，也可以用做其他装置的热源，这样就形成了高温气的梯级利用系统，四级高温气达到合适的吸收温度，进入吸收塔9中，吸收塔9中的吸附剂将四级高温气中的二氧化碳进行吸收得到二氧化碳含量较高的富液，分离气体从吸收塔9中排出，富液进入再生塔7中进行解吸再生，得到高纯度的二氧化碳气体，再生塔7中还会产生含二氧化碳较少的贫液，将贫液通入贫富液换热器8中进行换热，贫液在贫富液换热器8中进行换热，温度较低的富液被温度较高的贫液加热到能够解吸的温度，贫液经本次换热后转变为换热贫液，换热贫液还要经过贫液冷却器11把温度降到吸收二氧化碳所需温度，沸石转轮2中的另一部分净化废气通入贫液冷却器11中作为冷却介质，最终得到的二氧化碳气体纯度高，回收效率高，整个系统的能耗低。

处理系统的各个设备之间设置有压缩机13、风机16或泵等动力设备，为该系统内的介质流动提供必要的动力，比如贫液和富液采用贫富液泵进行输送，不再详细赘述。

本发明将沸石转轮2+RTO系统和化学吸收剂捕集二氧化碳系统有机结合在一起，使得彼此之间在能耗上能够互补，通过科学布置流动管路实现绿色节能的目标，既解决了大量存在的VOCs处理问题，又解决了二氧化碳等温室气体的排放问题，处理有毒有害的VOCs而产生的二氧化碳被有效捕集利用，达到了降低碳排放的要求，有利于实现二氧化碳后续的利用和封存，以构建绿色低碳循环体系为思想，本发明通过对高温气体的多次利用和低温废气的再利用，实现了高温热源的梯级利用、高效利用，同时也实现了低温热源的充分利用，达到了节能降耗的目标。

如图1-2所示，在其中一些实施方式中，二氧化碳收集装置包括二氧化碳缓冲罐12、二氧化碳干燥器14和二氧化碳储罐15，二氧化碳气体出口705与二氧化碳缓冲罐12入口连通，二氧化碳缓冲罐12出口与二氧化碳干燥器14入口连通，二氧化碳干燥器14出口与二氧化碳储罐15进口连通，再生塔7中的二氧化碳先经过二氧化碳缓冲罐12进行缓冲，防止压力过高导致管路爆裂，然后进行干燥进行脱水，得到干燥纯净的二氧化碳，然后通入二氧化碳储罐15中进行收集，便于后续封存或者利用，进一步的，二氧化碳缓冲罐12与二氧化碳干燥器14之间设有压缩机13，提高二氧化碳的收集效率。

如图2所示，在其中一些实施方式中，第二净化废气出口206与第二净化废气入口1103之间设有风机16，风机16提高流动效率。

如图2所示，在其中一些实施方式中，处理系统还包括烟囱17，冷却净化废气出口和分离气体出口903与烟囱17连通，通过烟囱17进行排放，提高排放效率。

本发明还提供一种处理方法，利用处理系统处理有机废气，包括以下步骤：

含挥发性有机物的废气进入过滤器1脱除固相颗粒物变成无固废气；

无固废气进入沸石转轮2中，无固废气中的挥发性有机物被沸石吸附，再经过高温脱附获得高浓度的有机物气体，同时得到净化废气；

有机物气体直接通入RTO燃烧器3中充分燃烧，得到一级高温气，一级高温气中包含二氧化碳、水蒸气和部分杂质气体；

一级高温气进入脱附换热器4中换热得到二级高温气，沸石转轮2中的部分净化废气进入脱附换热器4中经过一级高温气加热后得到高温反吹气，高温反吹气进入沸石转轮2中进行高温反吹脱附，脱附换热器4除了原有的热源外，还利用了一级高温气作为热源，实现了高温热源的一级利用；

二级高温气在燃烧器干燥器中脱水干燥得到干燥二级高温气；

干燥二级高温气进入再沸器6中得到三级高温气，并将热量传递给再沸器6中的换热介质得到高温换热介质，高温换热介质进入再生塔7中，二级高温气对再沸器6中的换热介质进行加热，实现了高温热源的二级利用；

三级高温气进入燃烧气冷却器10中得到四级高温气，燃烧气冷却器10中的冷流体经过三级高温气加热后得到热流体，热流体进入沸石转轮2中进行脱附，实现了高温热源的三级利用；

四级气体进入吸收塔9中，四级气体中的二氧化碳被吸收得到富液，并得到分离气体，富液在贫富液换热器8中进行换热，得到换热富液；

换热富液进入再生塔7进行解吸反应，得到二氧化碳气体和含有少量二氧化碳的贫液；

贫液在贫富液换热器8中进行换热，得到换热贫液，换热贫液进入贫液冷却器11中进行冷却，得到冷却贫液，冷却贫液进入吸收塔9中，将贫液通入贫富液换热器8中进行换热，贫液在贫富液换热器8中进行换热，温度较低的富液被温度较高的贫液加热到能够解吸的温度，贫液经本次换热后转变为换热贫液，换热贫液还要经过贫液冷却器11把温度降到吸收二氧化碳所需温度，沸石转轮2中另一部分净化废气进入贫液冷却器11中换热，这样相对温度较低的低温热源也能充分利用；

最终得到的高纯度二氧化碳气体进入二氧化碳收集装置进行收集。

本发明的处理方法与处理系统结合，实现了高温热源的梯级利用、低温热源的循环使用，极大地降低了能耗，节约能源，并且收集到的二氧化碳纯度高，回收百分比高。

如图1-2所示，在其中一些实施方式中，换热净化废气和分离气体通过烟囱17排入大气中。

如图1-2所示，在其中一些实施方式中，二氧化碳收集装置包括依序设置的二氧化碳缓冲罐12、压缩机13、二氧化碳干燥器14和二氧化碳储罐15，二氧化碳气体先进入二氧化碳缓冲罐12进行缓冲，压缩机13将缓冲过的二氧化碳气体通入二氧化碳干燥器14进行干燥，然后进入二氧化碳储罐15进行收集，二氧化碳缓冲罐12防止压力过高导致管路爆裂，然后进行干燥进行脱水，得到干燥纯净的二氧化碳，然后通入二氧化碳储罐15中进行收集，便于后续封存或者利用，进一步的，二氧化碳缓冲罐12与二氧化碳干燥器14之间设有压缩机13，提高二氧化碳的收集效率。

如图1-2所示，在其中一些实施方式中，再生塔7顶部设有除沫器，避免解吸的二氧化碳中含有吸收剂影响其输送，或者在二氧化碳缓冲罐12中设置气液分离装置。

如图1-2所示，在其中一些实施方式中，冷流体为空气或水，简单有效，成本低。

对本发明的中关键产物进行采出分析，其结果如表1所示。

表1

对比例1

与本发明不同，该对比例将沸石转轮+RTO装置和化学吸收二氧化碳装置直接串联，贫液冷却器的冷流体为水，再沸器的热流体为水蒸气，净化废气和二级高温气直接排空。

对本发明的处理系统和该对比例进行成本分析，结果如表2所示。

表2

由表1看出，本发明得到的二氧化碳浓度极高，由表2看出，本发明极大地减少了水蒸汽的用量，通过高温热源的梯级利用，实现了极好的节能降耗效果。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。