專利名稱：一種高濃度有機(jī)廢氣的凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣催化燃燒凈化處理方法，即含可燃性組分廢氣的催化燃燒凈化處理方法，特別是廢氣中有機(jī)物濃度較高、濃度有波動(dòng)的廢氣的凈化處理方法。
背景技術(shù)：
催化燃燒法是凈化含可燃性組分廢氣的一種有效方法，該方法特別適合于有機(jī)物濃度較高(如總烴濃度大約在3000μL/L以上)、組分復(fù)雜且沒(méi)有回收價(jià)值的有機(jī)廢氣的凈化處理。催化燃燒過(guò)程由于使用催化劑，因此反應(yīng)可以在比普通燃燒低得多的溫度下進(jìn)行，一般在反應(yīng)器入口溫度為200℃～300℃時(shí)，即可使大部分有機(jī)物氧化為CO2和H2O。催化燃燒法已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，并在催化劑、工藝以及裝置上都有新技術(shù)不段出現(xiàn)。如US6019952公開(kāi)了一種有機(jī)廢氣的凈化方法，將含有機(jī)物的車間廢氣吸附濃縮，然后用含分子篩的催化燃燒催化劑將其凈化。CN1192190A公開(kāi)了一種耐1000℃高溫的催化燃燒催化劑，可以在較高溫度下凈化有機(jī)廢氣。
催化燃燒技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，裝置投資、設(shè)備壽命和操作費(fèi)用是重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。同樣投資規(guī)模，裝置廢氣處理量越大越好。設(shè)備壽命與操作溫度及操作的穩(wěn)定性等因素有關(guān)，操作費(fèi)用主要包括動(dòng)力消耗、熱能消耗等?，F(xiàn)有催化燃燒流程一般為廢氣經(jīng)換熱器、加熱器進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器，反應(yīng)后氣體經(jīng)換熱器與未處理廢氣進(jìn)行熱交換。氣體流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)自于增壓風(fēng)機(jī)，加熱器一般為電加熱器，如CN2137324Y、CN86202182U等所介紹的廢氣凈化裝置等，其原理如圖1所示。該過(guò)程對(duì)于濃度較低并且穩(wěn)定的廢氣可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，但對(duì)于濃度較高、濃度波動(dòng)較大的廢氣則難以平穩(wěn)操作，并且裝置操作溫度高，氣體線速大，系統(tǒng)壓降大、能耗高，裝置廢氣處理量小，設(shè)備壽命也受到影響。因?yàn)?，?dāng)廢氣中可燃物濃度高時(shí)，反應(yīng)放熱較多，使系統(tǒng)溫度升高。系統(tǒng)溫度過(guò)高會(huì)使催化劑及各種設(shè)備的有效使用壽命縮短；溫度過(guò)高，氣體體積流量加大，系統(tǒng)壓力降增加，動(dòng)力消耗增加；在不更換風(fēng)機(jī)的情況下，系統(tǒng)壓力降增加，裝置的廢氣處理量則要降低。另外，系統(tǒng)溫度提高以后，作為調(diào)整系統(tǒng)溫度穩(wěn)定的加熱器將無(wú)法起到控制作用，系統(tǒng)溫度隨著廢氣中可燃物濃度的變化而波動(dòng)，雖然此時(shí)加熱器消耗的功率較小，但相比動(dòng)力消耗的增加和系統(tǒng)不穩(wěn)定、以及裝置的處理能力下降來(lái)說(shuō)將得不償失。因此，如何保證催化燃燒系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，優(yōu)化操作條件，降低操作費(fèi)用，保證裝置有較高的處理能力，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命是催化燃燒工藝進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的重要影響因素。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，要發(fā)明提供一種優(yōu)化的催化燃燒工藝過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)較高濃度廢氣的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化，在保證污染物去除效果的前提下，裝置在較低的溫度下運(yùn)行，系統(tǒng)壓降低、動(dòng)力消耗小，裝置處理能力大，設(shè)備有效使用壽命長(zhǎng)。
本發(fā)明廢氣催化燃燒凈化處理工藝過(guò)程如下廢氣經(jīng)過(guò)適當(dāng)預(yù)處理后，由風(fēng)機(jī)增壓，經(jīng)過(guò)換熱器、電加熱器升溫，然后進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器，反應(yīng)器出口氣進(jìn)入換熱器與廢氣換熱，催化燃燒反應(yīng)器入口溫度控制為150～300℃，換熱后的高溫凈化氣體可以進(jìn)一步發(fā)生蒸汽或生產(chǎn)熱水。其中進(jìn)入換熱器的反應(yīng)器出口氣設(shè)置旁路管線，電加熱器設(shè)置旁路管線。調(diào)整進(jìn)入換熱器及其旁路管線的熱氣體流量，使進(jìn)入換熱器的熱氣體流量與進(jìn)入其旁路管線的熱氣體流量的體積比為1∶0.1～5，使換熱器冷氣體出口溫度低于反應(yīng)器入口溫度0～100℃，最好為0～15℃。進(jìn)入電加熱器的氣體流量與進(jìn)入電加熱器旁路管線氣體流量的體積比為1∶0.1～3，最好為1∶0.1～1。由于廢氣中有機(jī)物濃度較高，燃燒放熱較多，因此，經(jīng)過(guò)換熱后進(jìn)入加熱器的廢氣溫度很可能高于設(shè)定的反應(yīng)器入口溫度，所以，設(shè)置換熱器的旁路管線，使換熱器冷氣流的出口溫度低于反應(yīng)器入口設(shè)定溫度。電加熱器是壓降較大的設(shè)備，設(shè)置電加熱器旁路可以在明顯降低氣體通過(guò)加熱器壓降的同時(shí)，保持經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)加熱的氣體混合后其溫度穩(wěn)定在設(shè)定的反應(yīng)器入口溫度值附近。換熱器旁路和電加熱器旁路可以采用其中一種方式，但最好兩個(gè)旁路同時(shí)使用。
廢氣的預(yù)處理的目的在于使廢氣適于催化燃燒反應(yīng)，對(duì)于不同來(lái)源的廢氣，預(yù)處理的方法可以有所不同。如對(duì)于敞口設(shè)備散發(fā)的廢氣，預(yù)處理應(yīng)包括廢氣收集；對(duì)于含硫化物的有機(jī)廢氣，預(yù)處理應(yīng)包括脫硫；對(duì)于濃度較高的有機(jī)廢氣，預(yù)處理應(yīng)包括稀釋；對(duì)于濃度波動(dòng)較大的有機(jī)廢氣，預(yù)處理應(yīng)包括濃度均化；對(duì)于含塵的有機(jī)廢氣，預(yù)處理應(yīng)包括除塵等。上述預(yù)處理方法可以選擇其中的一種單獨(dú)使用或幾種同時(shí)使用。換熱器、電加熱器及催化燃燒反應(yīng)器可以與現(xiàn)有技術(shù)相同，具體選擇可以根據(jù)廢氣來(lái)源、性質(zhì)及設(shè)計(jì)指標(biāo)確定。本發(fā)明方案可以適用于各種含較高濃度可燃性組分廢氣的凈化處理，如石油化工、噴漆、印刷、涂料、粘結(jié)等行業(yè)的有機(jī)廢氣可采用本發(fā)明方案進(jìn)行凈化處理。
本發(fā)明優(yōu)化的催化燃燒方案，使整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的壓力降低、動(dòng)力消耗小、裝置處理能力大和熱能有效回收。另外，因?yàn)殡姛崞鞯臒峤粨Q效率較高，溫度的再線調(diào)整靈敏，通過(guò)調(diào)整進(jìn)入換熱器的熱氣體流量使其處于適度的工作狀態(tài)，可以使反應(yīng)器入口的溫度穩(wěn)定，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)操作穩(wěn)定，并在適宜的溫度下操作，可以大大延長(zhǎng)設(shè)備的有效使用壽命。由于電加熱器具有高的熱交換效率，其內(nèi)部氣流處于高度湍流狀態(tài)，因而其壓降較大。通過(guò)設(shè)置旁路分流方案，可以適量減少流過(guò)換熱器熱氣體一側(cè)和電加熱器內(nèi)的氣體流量，降低壓力降，并且整個(gè)系統(tǒng)處于適宜的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，氣體的體積流量比在較高溫度下大大減小，也減少了各單元的壓力損失，減少了總動(dòng)力消耗，提高了裝置處理能力。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中催化燃燒工藝流程示意圖。
圖2是本發(fā)明優(yōu)化的催化燃燒工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合石化企業(yè)污水處理場(chǎng)隔油池廢氣的催化燃燒凈化處理為例具體說(shuō)明本發(fā)明的方案和效果。
石化企業(yè)污水處理場(chǎng)隔油池產(chǎn)生的廢氣的污染物濃度較高且波動(dòng)范圍大，一般總烴濃度為2000～25000μl/l，總硫含量在50mg/m3以下。其中總硫物質(zhì)為硫化氫和/或有機(jī)硫化物，總烴物質(zhì)為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)。所述的有機(jī)硫化物包括硫醇、硫醚、羰基硫、有機(jī)二硫化合物(如二甲基二硫)、噻吩等一切可能由加工含硫原油而產(chǎn)生的含硫有機(jī)化合物。所含的硫化物及有機(jī)物成分均較復(fù)雜，根據(jù)這些特點(diǎn)，采用下面具體處理方案(1)廢氣進(jìn)行濃度均化及脫硫處理；(2)進(jìn)入換熱器進(jìn)行預(yù)熱；(3)預(yù)熱后的廢氣經(jīng)電加熱器及其旁路管線進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑的作用下催化燃燒，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，從而達(dá)到廢氣凈化的目的；(4)催化燃燒反應(yīng)器排出氣經(jīng)換熱器及其旁路管線混合排放。
(5)可以在換熱器熱氣體旁路管線上或經(jīng)過(guò)換熱器的熱氣體與經(jīng)過(guò)旁路的熱氣體混合后的排放管線上，安裝熱量回收裝置，發(fā)生蒸汽或生產(chǎn)熱水。
濃度均化、脫硫可以在一個(gè)裝置中進(jìn)行，也可以在兩個(gè)裝置中順序進(jìn)行。采用一個(gè)裝置時(shí)，裝置內(nèi)部裝填具有濃度均化和脫硫雙功能的填料，如脫硫活性炭，操作溫度為常溫，操作空速一般為100～10000h-1，當(dāng)脫硫率降低后，再生或更換新鮮脫硫劑。脫硫活性炭可以采用商業(yè)品。采用兩個(gè)串聯(lián)裝置進(jìn)行時(shí)，脫硫劑可以采用金屬氧化物型脫硫劑，采用常溫脫硫劑時(shí)，可不限制先后順序，若采用高溫脫硫劑，則優(yōu)選先進(jìn)行濃度均化、后進(jìn)行脫硫的流程。使用串聯(lián)流程時(shí)，濃度均化所使用的物質(zhì)一般為吸附性較強(qiáng)的物質(zhì)，包括活性炭、分子篩、硅膠、氧化鋁、硅藻土等的一種或幾種的組合，各物質(zhì)大多需經(jīng)成型處理而成為特定的形狀，如球形、條狀、片狀、中空?qǐng)A柱狀、齒輪狀、三葉形等各種適宜的形狀，也可為粉末或顆粒狀。根據(jù)廢氣的濃度大小以及濃度的波動(dòng)幅度來(lái)決定使用何種吸附性物質(zhì)以及確定其裝填量。一般而言，有機(jī)廢氣濃度較高且濃度波動(dòng)較大時(shí)，所需吸附性物質(zhì)的裝填量較大。濃度均化器的操作空速為300～15000h-1。濃度均化、脫硫串聯(lián)流程中的脫硫采用常規(guī)的脫硫劑，如ZnO型脫硫劑、Fe2O3型脫硫劑，也可以使用脫硫活性炭等。當(dāng)廢氣中有機(jī)物濃度波動(dòng)大且含硫化物時(shí)，優(yōu)先選用脫硫活性炭，同時(shí)達(dá)到濃度均化和脫硫的雙重作用。脫硫條件應(yīng)根據(jù)脫硫劑的性能及設(shè)計(jì)要求來(lái)確定，一般入口溫度為常溫～400℃，空速為100～10000h-1，脫硫率降低后進(jìn)行再生或更換。
廢氣經(jīng)濃度均化及脫硫后，總烴濃度一般在3000～12000μl/l范圍內(nèi)，經(jīng)換熱器和電加熱器，進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器。催化燃燒催化劑為常規(guī)可選催化劑，如蜂窩型貴金屬催化劑，載體為蜂窩陶瓷體，其上擔(dān)載貴金屬如Pt和/或Pd以及CeO2等組分。催化燃燒反應(yīng)器的入口床層溫度范圍一般為150～300℃，使用空速范圍為5000～80000h-1。
下面結(jié)合實(shí)例和比較例進(jìn)一步說(shuō)明采用換熱器旁路和電加熱器旁路的方案得到的效果，其中濃度均化及脫硫可以采用常規(guī)操作條件，如果廢氣中無(wú)硫化物或濃度波動(dòng)不大，工藝中可不包括濃度均化或脫硫部分，具體方式根據(jù)實(shí)際情況確定。
實(shí)施例1-2將石化企業(yè)污水處理場(chǎng)排放的含有硫化氫和有機(jī)硫的有機(jī)廢氣加蓋密封后，用引風(fēng)機(jī)從排出口把廢氣引入濃度均化、脫硫器，采用脫硫活性炭和脫烴活性炭混裝，以使廢氣的濃度趨于均一并脫除硫化物。然后經(jīng)換熱器和電加熱器，加熱至反應(yīng)所需溫度進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器。各實(shí)施例中的廢氣凈化處理?xiàng)l件及結(jié)果列于表1。其中，C1催化劑由蜂窩陶瓷載體上浸漬擔(dān)載Pt 1.8g/L、Pd 0.9g/L和CeO214g/L，C2催化劑由蜂窩陶瓷載體上浸漬擔(dān)載0.4wt％Pt和2wt％CeO2制得。
比較例1-2采用現(xiàn)有技術(shù)方案(如圖1)，即換熱器和電加熱器沒(méi)有旁路。
表1 實(shí)施例及比較例工藝條件及處理結(jié)果

從上述實(shí)施例和比較例的數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于相同的廢氣處理裝置，采用本發(fā)明方法，可以有效控制反應(yīng)器進(jìn)口溫度，提高裝置的處理量，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定，對(duì)降低裝置投資、延長(zhǎng)使用壽命、降低操作費(fèi)用均有良好的促進(jìn)作用。
權(quán)利要求
1.一種高濃度有機(jī)物的廢氣的催化燃燒凈化方法，其過(guò)程為廢氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，由風(fēng)機(jī)增壓，經(jīng)過(guò)換熱器、電加熱器升溫，然后進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器，反應(yīng)器出口氣進(jìn)入換熱器與廢氣換熱，其特征在于在進(jìn)入換熱器的反應(yīng)器出口氣設(shè)置旁路管線，和/或在電加熱器設(shè)置旁路管線；調(diào)整進(jìn)入換熱器及其旁路管線的熱氣體流量，使進(jìn)入換熱器的熱氣體流量與進(jìn)入其旁路管線的熱氣體流量的體積比為1∶0.1～5，使換熱器冷氣體出口溫度低于反應(yīng)器入口溫度0～100℃，保持加熱器在低負(fù)荷加熱狀態(tài)；控制進(jìn)入電加熱器的氣體流量與進(jìn)入電加熱器旁路管線氣體流量的體積比為1∶0.1～3。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于廢氣中總烴濃度2000～25000μL/L。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的催化燃燒反應(yīng)器入口溫度控制為150～300℃。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的換熱器出口冷氣體溫度低于反應(yīng)器入口溫度0～15℃。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的進(jìn)入電加熱器的氣體流量與進(jìn)入電加熱器旁路管線氣體流量的體積比為1∶0.1～1。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述廢氣的預(yù)處理方法包括脫硫、濃度均化、除塵中的一種或幾種。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述的濃度均化、脫硫在一個(gè)裝置中進(jìn)行或串聯(lián)的兩個(gè)裝置中進(jìn)行。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的采用一個(gè)裝置進(jìn)行濃度均化及脫硫處理時(shí)，裝置內(nèi)裝填一種或幾種類型的活性炭，空速為100～10000h-1，溫度為常溫。
9.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的采用兩個(gè)串聯(lián)裝置進(jìn)行濃度均化及脫硫處理時(shí)，濃度均化裝置使用活性炭、分子篩、硅膠、氧化鋁和硅藻土中的一種或幾種，操作空速為300～15000h-1，操作溫度為常溫；脫硫裝置使用ZnO型脫硫劑或Fe2O3型脫硫劑，入口溫度為常溫～400℃，空速為50～10000h-1。
10.按照權(quán)利要求7或9所述的方法，其特征在于所述的兩個(gè)串聯(lián)裝置的順序?yàn)橄冗M(jìn)行濃度均化、后進(jìn)行脫硫處理。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于催化燃燒使用的催化劑為擔(dān)載貴金屬Pt和/或Pd的蜂窩狀催化劑，入口床層溫度為150～300℃，空速為5000～80000h-1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含較高濃度有機(jī)物的廢氣催化燃燒凈化方法，其過(guò)程為廢氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，由風(fēng)機(jī)增壓，經(jīng)過(guò)換熱器、電加熱器升溫，然后進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器，反應(yīng)器出口氣進(jìn)入換熱器與廢氣換熱，換熱后的廢氣進(jìn)一步發(fā)生蒸汽或生產(chǎn)熱水。本發(fā)明的主要特點(diǎn)為進(jìn)入換熱器的反應(yīng)器出口氣設(shè)置旁路管線并調(diào)整旁路管線的氣量，使換熱器冷氣體出口溫度低于設(shè)定的反應(yīng)器入口溫度，保持加熱器在微加熱狀態(tài)；在電加熱器設(shè)置旁路管線并調(diào)整旁路流量，在明顯降低氣體通過(guò)加熱器壓降的同時(shí)，保持反應(yīng)器進(jìn)口溫度穩(wěn)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有裝置壓力降小，廢氣處理能力大，操作穩(wěn)定，換熱器、反應(yīng)器等設(shè)備工作溫度低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D53/86GK1611291SQ200310104990
公開(kāi)日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者劉忠生, 王海波, 王新, 陳玉香 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院