船舶建造中VOCs治理装置及方法

技术领域

本发明涉及挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)治理的技术领域，特别是涉及一种船舶建造中VOCs治理装置及方法。

背景技术

在船舶涂装过程中产生的常见VOCs种类包括苯、二甲苯、四氯乙烷、异氰酸酯和非甲烷总烃等。这些物质是参与大气光化学反应的有机化合物，是形成臭氧(O3)和细颗粒(PM2.5)污染的重要前体物，造成了巨大的环境污染，给人们的生活起居和日常出行带来不便。

船舶涂装是一项集设计、工艺、技术和管理于一体的系统工程，贯穿于船舶建造的整个过程。由于船舶涂料普遍采用甲苯、二甲苯、醇类等VOCs作为有机溶剂，上述物质是船舶修造行业产生的主要大气污染物。在船舶建造行业中，VOCs的排放方式可分为有组织排放和无组织排放两种，即钢板预处理和分段涂装施工过程中产生的VOCs可以做到有组织排放治理，而后续的船坞合拢及码头舾装阶段涂装产生的VOCs则以无组织排放为主。

目前，“蓄热室氧化炉(Regenerative Thermal Oxidizer，RTO)热分解处理”、“沸石转轮+RTO热分解处理”是船舶建造领域主流的VOCs末端治理解决方案。上述方案有效解决了VOCs有组织排放问题，但是其运行成本一直居高不下，特别是为了维持RTO内的热分解温度而燃烧的液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)的费用是构成VOCs有组织排放治理成本的主体部分。与此同时，VOCs无组织排放治理尚无成熟的解决方案，在初始投入、运行成本、减排效果和运行稳定性等方面难以做到均衡。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种船舶建造中VOCs治理装置及方法，实现了船舶建造中VOCs末端治理的集中化、模块化和智能化，大幅降低治理成本，提高治理优化能力。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种船舶建造中VOCs治理装置，包括第一VOCs标准吸附脱附单元、第二VOCs标准吸附脱附单元、智能化VOCs末端治理装备管控平台、VOCs浓度感知切换阀模块、VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块和沸石转轮及RTO热分解处理单元；所述第一VOCs标准吸附脱附单元与所述智能化VOCs末端治理装备管控平台相连，用于吸附低浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs，并在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下实现所吸附的VOCs的定向有序脱附；所述第二VOCs标准吸附脱附单元与所述智能化VOCs末端治理装备管控平台相连，用于吸附VOCs无组织排放工况下的VOCs，并在所述智能化VOCs末端治理管控平台的控制下实现所吸附的VOCs的定向有序脱附；所述VOCs浓度感知切换阀模块与所述第一VOCs标准吸附脱附单元和所述智能化VOCs末端治理装备管控平台相连，用于在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，在高浓度VOCs有组织排放工况时将所述第一VOCs标准吸附脱附单元脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元；所述VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块与所述第二VOCs标准吸附脱附单元和所述智能化VOCs末端治理装备管控平台相连，用于在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，在高浓度VOCs有组织排放工况时将所述第二VOCs标准吸附脱附单元脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元；所述沸石转轮及RTO热分解处理单元与所述VOCs浓度感知切换阀模块和所述VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块相连，用于在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，实现高浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs末端治理。

于本发明一实施例中，所述智能化VOCs末端治理装备管控平台还用于实时展示所述船舶建造中VOCs治理装置的运行数据并进行统计分析。

于本发明一实施例中，所述第一VOCs标准吸附脱附单元设置在所述沸石转轮及RTO热分解处理单元主体区域，所述第二VOCs标准吸附脱附单元设置在VOCs无组织排放区域。

于本发明一实施例中，当VOCs浓度小于70mg/m

于本发明一实施例中，当70mg/m3≤VOCs浓度<500mg/m3时，所述智能化VOCs末端治理装备管控平台控制所述第二VOCs标准吸附脱附单元进行VOCs脱附。

本发明提供一种船舶建造中VOCs治理方法，包括以下步骤：

基于第一VOCs标准吸附脱附单元吸附低浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs；

基于第二VOCs标准吸附脱附单元吸附VOCs无组织排放工况下的VOCs；

在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，在高浓度VOCs有组织排放工况时基于所述第一VOCs标准吸附脱附单元实现所吸附的VOCs的定向有序脱附，并基于VOCs浓度感知切换阀模块将脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元；

在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，在高浓度VOCs有组织排放工况时基于所述第二VOCs标准吸附脱附单元所吸附的VOCs的定向有序脱附，并基于VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块将脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元；

在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，基于所述所述沸石转轮及RTO热分解处理单元实现高浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs末端治理。

于本发明一实施例中，还包括基于所述智能化VOCs末端治理装备管控平台实时展示所述船舶建造中VOCs治理装置的运行数据并进行统计分析。

于本发明一实施例中，将所述第一VOCs标准吸附脱附单元设置在所述沸石转轮及RTO热分解处理单元主体区域，将所述第二VOCs标准吸附脱附单元设置在VOCs无组织排放区域。

于本发明一实施例中，当VOCs浓度小于70mg/m

于本发明一实施例中，当70mg/m3≤VOCs浓度<500mg/m3时，基于所述智能化VOCs末端治理装备管控平台控制所述第二VOCs标准吸附脱附单元进行VOCs脱附。

如上所述，本发明的船舶建造中VOCs治理装置及方法，具有以下有益效果：

(1)将VOCs有组织治理低工况下吸附及脱附集成单元、VOCs无组织治理吸附及脱附集成单元、VOCs有组织治理下高工况吸附-浓缩-燃烧集成单元进行有机组合并安全运行，实现了多工况条件下的低成本高效率的VOCs末端排放治理；

(2)充分利用VOCs标准吸附脱附单元所收集的VOCs来替代LNG燃烧产生的热能，以维持RTO内的VOCs热分解温度，极大的节约了VOCs有组织排放治理成本，解决了现有技术中船舶建造企业VOCs末端治理中多工况VOCs排放的收集、后续热分解处理及其处理过程中LNG消耗量高的问题；

(3)实现了空间分散的船舶建造企业VOCs末端治理装备的集中化、模块化和智能化管控管理；

(4)通过船舶建造中VOCs有组织排放及无组织排放治理装备相融合，避免了VOCs末端治理装备的重复投资，最大限度地利用了既有装备资源；

(5)实现了VOCs治理过程的数据智能化收集和计算分析，并能够根据数据计算结果迭代研发靶向性VOCs分子筛吸附材料并调优VOCs治理过程，同时根据分析数据指导VOCs产生目标源的生产作业；

(6)大幅提升船舶制造企业VOCs末端治理综合能力，提高VOCs末端治理的管理水平和质量，系统性降低人力成本和能耗成本，使VOCs治理工作更具可持续性。

附图说明

图1显示为本发明的船舶建造中VOCs治理装置于一实施例中的结构示意图；

图2显示为本发明的船舶建造中VOCs治理装置于一实施例中的架构示意图；

图3显示为本发明的船舶建造中VOCs治理装置于一实施例中的治理原理示意图；

图4显示为本发明的智能化VOCs末端治理装备管控平台于一实施例中的结构示意图；

图5显示为本发明的船舶建造中VOCs治理方法于一实施例中的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的船舶建造中VOCs治理装置及方法通过将VOCs有组织治理低工况下吸附及脱附集成单元、VOCs无组织治理吸附及脱附集成单元、VOCs有组织治理下高工况吸附-浓缩-燃烧集成单元进行有机组合并安全运行，实现了多工况条件下的低成本高效率的VOCs末端排放治理，从而实现了船舶建造中VOCs末端治理的集中化、模块化和智能化，大幅降低治理成本，提高治理优化能力，极具实用性。

如图1和图2所示，于一实施例中，本发明的船舶建造中VOCs治理装置包括第一VOCs标准吸附脱附单元1、第二VOCs标准吸附脱附单元2、VOCs浓度感知切换阀模块3、VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块4和沸石转轮及RTO热分解处理单元5和智能化VOCs末端治理装备管控平台6。

所述第一VOCs标准吸附脱附单元1即为所述VOCs有组织治理低工况下吸附及脱附集成单元，其与所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6相连，用于吸附低浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs，并在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6的控制下实现所吸附的VOCs的定向有序脱附。优选地，所述第一VOCs标准吸附脱附单元1设置在所述沸石转轮及RTO热分解处理单元主体区域。当VOCs浓度小于70mg/m

所述第二VOCs标准吸附脱附单元2即为所述VOCs无组织治理吸附及脱附集成单元，其与所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6相连，用于吸附VOCs无组织排放工况下的VOCs，并在所述智能化VOCs末端治理管控平台6的控制下实现所吸附的VOCs的定向有序脱附。优选地，所述第二VOCs标准吸附脱附单元2设置在VOCs无组织排放区域。如图3所示，当70mg/m3≤VOCs浓度<500mg/m3时，所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6控制所述第二VOCs标准吸附脱附单元2进行VOCs脱附，从而利用VOCs产热，保持RTO燃烧室温度，以替代部分LNG的消耗，使VOCs排放治理有效达到相关标准的同时，实现VOCs治理装备运行过程中的大幅度节能降耗。

所述VOCs浓度感知切换阀模块3与所述第一VOCs标准吸附脱附单元1和所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6相连，用于在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6的控制下进行切换控制，从而在高浓度VOCs有组织排放工况时将所述第一VOCs标准吸附脱附单元脱附1的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元5。具体地，在高浓度VOCs有组织排放工况时，需要采用所述沸石转轮及RTO热分解处理单元5进行VOCs治理，故将所述第一VOCs标准吸附脱附单元1脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元5进行治理。

所述VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块4与所述第二VOCs标准吸附脱附单元4和所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6相连，用于在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6的控制下，在高浓度VOCs有组织排放工况时将所述第二VOCs标准吸附脱附单元2脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元5。具体地，在高浓度VOCs有组织排放工况时，需要采用所述沸石转轮及RTO热分解处理单元5进行VOCs治理，故将所述第二VOCs标准吸附脱附单元2脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元5进行治理。

所述沸石转轮及RTO热分解处理单元5即为所述VOCs有组织治理下高工况吸附-浓缩-燃烧集成单元，其与所述VOCs浓度感知切换阀模块3和所述VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块4相连，用于在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6的控制下，实现高浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs末端治理。

所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6主要由海洋重防腐涂料VOCs成分及特性数据库、VOCs释放规律进行数据化可视化仿真分析并建立仿真数据库、定向能脱附工艺参数数据库、工况历史数据库、VOCs靶向性吸附材料、VOCs定向能脱附工艺、多行业多工况关系数据库与海量时序数据库融合系统、VOCs有组织排放治理装备管控平台、VOCs无组织排放收集装备在强磁强电环境下基于5G远程高可靠控制平台、基于机理和数据驱动模型等构成。如图4所示，所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6通过5G远程以及有线数据传输方式，对空间分散的船舶建造企业VOCs末端治理装备进行统一管理，实时展示运行数据并进行收集和统计分析，结合相关数据库获得相关数据，实现涂装作业过程中VOCs收集治理、设备维护、能源消耗、人员调配等项的最优配置，从而使本发明的船舶建造中VOCs治理装置运行在安全、节能、高效、符合环保要求状况下，最大限度地满足生产现场涂装施工需要。同时，所述智能化VOCs末端治理装备管控平台6对通过无组织排放装置靶向性吸脱附智能控制，对有组织排放装置和无组织排放装置协调工作和系统实时工作状况监控等，实现了有组织排放治理和无组织排放治理进行融合。

如图5所示，于一实施例中，本发明的船舶建造中VOCs治理方法包括以下步骤：

步骤S1、基于第一VOCs标准吸附脱附单元吸附低浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs。

具体地，所述第一VOCs标准吸附脱附单元设置在所述沸石转轮及RTO热分解处理单元主体区域，能够吸附低浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs。其中，当VOCs浓度小于70mg/m

步骤S2、基于第二VOCs标准吸附脱附单元吸附VOCs无组织排放工况下的VOCs。

具体地，所述第二VOCs标准吸附脱附单元设置在VOCs无组织排放区域。当70mg/m3≤VOCs浓度<500mg/m3时，所述智能化VOCs末端治理装备管控平台控制所述第二VOCs标准吸附脱附单元进行VOCs脱附，从而利用VOCs产热，保持RTO燃烧室温度，以替代部分LNG的消耗，使VOCs排放治理有效达到相关标准的同时，实现VOCs治理装备运行过程中的大幅度节能降耗。

步骤S3、在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，在高浓度VOCs有组织排放工况时基于所述第一VOCs标准吸附脱附单元实现所吸附的VOCs的定向有序脱附，并基于VOCs浓度感知切换阀模块将脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元。

具体地，所述VOCs浓度感知切换阀模块与所述第一VOCs标准吸附脱附单元和所述智能化VOCs末端治理装备管控平台相连，在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下进行切换控制，从而在高浓度VOCs有组织排放工况时将所述第一VOCs标准吸附脱附单元脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元。

步骤S4、在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，在高浓度VOCs有组织排放工况时基于所述第二VOCs标准吸附脱附单元所吸附的VOCs的定向有序脱附，并基于VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块将脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元。

具体地，所述VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块与所述第二VOCs标准吸附脱附单元和所述智能化VOCs末端治理装备管控平台相连，在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，在高浓度VOCs有组织排放工况时将所述第二VOCs标准吸附脱附单元脱附的VOCs传送至所述沸石转轮及RTO热分解处理单元。

步骤S5、在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，基于所述所述沸石转轮及RTO热分解处理单元实现高浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs末端治理。

具体地，所述沸石转轮及RTO热分解处理单元与所述VOCs浓度感知切换阀模块和所述VOCs无组织排放收集装备脱附标准接口模块相连，在所述智能化VOCs末端治理装备管控平台的控制下，实现高浓度VOCs有组织排放工况下的VOCs末端治理。

综上所述，本发明的船舶建造中VOCs治理装置及方法将VOCs有组织治理低工况下吸附及脱附集成单元、VOCs无组织治理吸附及脱附集成单元、VOCs有组织治理下高工况吸附-浓缩-燃烧集成单元进行有机组合并安全运行，实现了多工况条件下的低成本高效率的VOCs末端排放治理；充分利用VOCs标准吸附脱附单元所收集的VOCs来替代LNG燃烧产生的热能，以维持RTO内的VOCs热分解温度，极大的节约了VOCs有组织排放治理成本，解决了现有技术中船舶建造企业VOCs末端治理中多工况VOCs排放的收集、后续热分解处理及其处理过程中LNG消耗量高的问题；实现了空间分散的船舶建造企业VOCs末端治理装备的集中化、模块化和智能化管控管理；通过船舶建造中VOCs有组织排放及无组织排放治理装备相融合，避免了VOCs末端治理装备的重复投资，最大限度地利用了既有装备资源；实现了VOCs治理过程的数据智能化收集和计算分析，并能够根据数据计算结果迭代研发靶向性VOCs分子筛吸附材料并调优VOCs治理过程，同时根据分析数据指导VOCs产生目标源的生产作业；大幅提升船舶制造企业VOCs末端治理综合能力，提高VOCs末端治理的管理水平和质量，系统性降低人力成本和能耗成本，使VOCs治理工作更具可持续性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。