CN102913918B - 一种高浓度有机废气的催化燃烧处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高浓度有机废气的催化燃烧处理方法，包括（a）高浓度有机废气不设引风机，高浓度有机废气管路出口与空气混合罐连通，空气混合罐设置空气入口和混合废气出口；（b）空气混合罐的混合废气出口管路设置引风机，将混合了空气的高浓度有机废气引入催化燃烧反应系统；（c）催化燃烧反应系统设置换热器、加热器和催化燃烧反应器。本发明方法流程简单、投资省、净化效果好、经济效益高、装置安全稳定、不影响排气装置正常操作，是一种不增加有机废气排气量的催化燃烧处理方法。

Description

一种高浓度有机废气的催化燃烧处理方法

技术领域

本发明涉及一种高浓度有机废气的催化燃烧处理方法，特别是储罐排放有机废气的催化燃烧处理方法，特别是储罐排放高浓度有机废气的催化燃烧处理方法。

背景技术

在某些石油化工行业的生产过程中，会排放出高浓度的有机废气，这种废气的组成以有机组分为主，比如苯、环己烷、二甲苯等，废气的总烃浓度在几千到几十万mg/m³之间，废气的来源如各种储罐排放的有机废气，一些工业装置排放的有机废气等。这些废气如果不经处理直接排放，不仅会违反国家环保法规，而且这些有害物质在装置区的弥漫扩散，又严重地损害企业职工的身体健康，甚至危及生命。因此，对这类高浓度废气必须采取有效的治理手段。

对此类高浓度废气的处理，催化燃烧是一种有效的处理手段。但储罐及多数排放有机废气的工业装置均是常压排气，虽然催化燃烧过程的压降较小，但仍需要引风设备将有机废气引入催化燃烧装置。对于排气量不稳定的储罐来说，不可能控制引风设备的引气量正好等于储罐的排气量，通常情况下是引风设备的引气量大于储罐的排气量，这就会造成储罐的强制排气发生，即储罐不需要排气时，也会有气体排出，这就造成了储罐内有机物的强制挥发，一方面物料损失增加，另一方面催化燃烧的负荷增加。

在采用传统的催化燃烧法处理高浓度有机废气时，从安全考虑，要控制有机物浓度低于25%的爆炸下限；此外，由于有机组分的催化燃烧反应放热较高，直接采用催化燃烧时，会导致催化燃烧反应器的出口温度超高，超出了反应器和催化剂的承受温度，给装置带来安全隐患或者造成装置停车。因此催化燃烧处理时，需要添加适量的稀释空气来降低废气浓度，保证安全，降低反应器的出口温度，保护反应器和催化剂，保证装置的稳定运行。

空气稀释过程一般需要使用风机将空气和有机废气引入系统中，引入稀释空气的风机一般有两种设置方式，一是设置一个风机，将有机废气和空气共同引入风机；二是设置两个风机，空气和有机废气分别通过单独设置的风机引入反应系统。空气引用量一般通过检测催化燃烧反应器入口中有机物浓度或催化燃烧反应器出口与入口的温升控制。无论采用哪种方式，都存在对密闭装置的强制排气效果，以及稀释空气流量调节不灵活的问题。

CN200310104990.5公开了一种高浓度有机废气的净化方法，将废气经过预处理后，由风机增压，经过换热器、电加热器升温，然后进入催化燃烧反应器，反应器出口气进入换热器与废气换热，换热后的废气进一步发生蒸汽或生产热水。该专利的主要特点为进入换热器的反应器出口气设置旁路管线并调整旁路管线的气量，使换热器冷气体出口温度低于设定的反应器入口温度，保持加热器在微加热状态；在电加热器设置旁路管线并调整旁路流量，在明显降低气体通过加热器压降的同时，保持反应器进口温度稳定。该发明方法具有装置压力降小，废气处理能力大，操作稳定，换热器、反应器等设备工作温度低，使用寿命长等优点。该方法对有机废气单独设置增压风机，对储罐等密闭装置来说，会造成强制排气使储罐内物料损失加大的问题。

CN200620126740.0提出了一种高浓度有机废气催化焚烧系统，包括管道连接的废气进气管、补氧风机、废气预热器、启动加热器、催化反应器、余热锅炉；废气预热器设有二级，补氧风机与废气进气管汇集后接入第一级废气预热器，第一级废气预热器、第二级废气预热器、启动加热器、催化反应器、余热锅炉、第一级废气预热器连接成一烟气循环体，循环风机、启动加热器、催化反应器、第二级废气预热器、循环风机组成内循环控温系统，利用循环风机调节循环烟气量来控制催化反应器的反应温度，使催化反应器内温度保持稳定不会超温，确保催化剂的活性，延长催化剂的使用寿命。该方法设置需三个风机，分别是废气进口风机、补氧风机和循环风机，对储罐等密闭装置来说，仍会造成强制排气使储罐内物料损失加大的问题。

CN200620119008.0提出了一种高浓度有机废气吸附回收装置，采用活性炭纤维吸附芯和有机蒸汽冷凝器对高浓度有机废气进行回收。CN01109295.5提供了一种废气回收方法及其装置，采用洗涤吸收、冻结浓缩、挥发等手段对高浓度废气中的有机组分进行回收。这两件专利采用了吸附、洗涤吸收等手段处理回收高浓度有机废气，相对于上述专利来说，浓度几万mg/m³的有机废气，还不具备回收价值，或者回收价值较低，或者回收的成本较高。

发明内容

本发明针对储罐等自然排气或排气压力较低的浓度较高的有机废气，提出了一种流程简单、投资省、净化效果好、经济效益高、装置安全稳定、不影响排气装置正常操作、不增加有机废气排气量的催化燃烧处理方法。

本发明高浓度有机废气的催化燃烧处理方法包括如下内容：

（a）高浓度有机废气不设引风机，高浓度有机废气管路出口与空气混合罐连通，空气混合罐设置空气入口和混合废气出口；

（b）空气混合罐的混合废气出口管路设置引风机，将混合了空气的高浓度有机废气引入催化燃烧反应系统；

（c）催化燃烧反应系统设置换热器、加热器和催化燃烧反应器，换热器采用催化燃烧反应器出口热物流与催化燃烧反应器入口冷物流换热。

（d）在催化燃烧反应器正常运行时，引风机的总引风量根据催化燃烧反应器入口有机物浓度进行调节，或者引风机的总引风量根据催化燃烧反应器出口和进口的温度差进行调节。

本发明方法中，高浓度有机废气一般指有机物浓度为1.5万～30万mg/m³的有机废气，如具有挥发性有机物料储罐排放废气以及一些工业装置排放的有机废气等。具体如芳烃储罐排放废气、含油污水储罐排放废气、污油储罐排放废气、成品油储罐排放废气、油品脱硫醇装置排放废气、橡胶生产装置排放废气、聚酯装置排放废气、含油污水池排放废气等。对于储罐来说，一般设置安全呼吸阀，保证储罐的安全操作，采用本发明方法时，优选将安全呼吸阀套装在排气管路中。

本发明方法中，空气混合罐为以空气对高浓度有机废气进行稀释的容器，空气混合罐设置高浓度有机废气入口，空气入口和稀释后混合气出口，底部还可以设置液相排放口，排出可能产生的液相。优选设置排气筒与空气混合罐相通，如排气筒设置在空气混合罐的上部，当催化燃烧装置停工检修或发生故障时，有机废气通过排气筒暂时排放，对周围环境影响较小。排气筒的高度根据高浓度有机废气的浓度和种类以及相关环保法规规定的有机物排放强度由本领域技术人员确定。设置与空气混合罐相通的排气筒时，空气入口可以不单独设置，排气筒同时为空气入口，在正常操作时，排气筒为引入空气的通道，非正常操作时，排气筒为有机废气的排空通道。正常操作时，有大量的空气引入空气混合罐中，与有机废气共同引出空气混合罐，因此，不会发生有机废气从空气入口逸散出空气混合罐的现象。优选地，混合气出口在空气混合罐内设置锥形扩散口或套筒形扩散口，高浓度有机废气入口管轴向嵌入锥形扩散口中或套筒形扩散口中，高浓度有机废气入口管与上述两种扩散口之间具有环隙，以增强有机废气的引气效果。

本发明方法中，当储罐内气相压力超过设定压力时，储罐呼吸阀开启，从罐内排出的气体通过管道进入空气混合罐与空气混合；当储罐内气相压力低于设定压力（负压状态）时，储罐呼吸阀开启，气体混合物从空气混合罐中进入储罐。

本发明方法中，排气筒中可以设置吸附剂层或者在空气混罐空气入口位置设置吸附剂层，在正常操作时，对引入的空气进行过滤，非正常操作时，对直接排放的有机废气吸附后排放。吸附剂吸附有机废气后，正常操作时通过长时间的空气流解吸，可以恢复吸附剂的吸附功能，再出现有机废气直接排空时，仍具有吸附功能。吸附剂可以采用本领域常规的具有吸附有机物的固体颗粒，如活性炭、分子筛、硅胶等，优选具有疏水性的吸附剂，减少水对吸附剂性能的影响。吸附剂的用量可以根据装置规模具体设计确定。

本发明方法中，催化燃烧反应系统及控制是本领域技术人员熟知的。如废气通过换热和加热达到催化燃烧反应器入口所需的温度，进入催化燃烧反应器后，在催化剂的作用下，有机物氧化为二氧化碳和水，彻底消除污染。催化燃烧反应器排出的热物流与入口的冷物流换热，正常情况下通过换热即可以达到催化燃烧反应器入口的温度要求，此时就不需开启加热器，加热器主要是在开工过程中使用。

本发明方法中，催化燃烧反应系统适宜的进口有机物浓度为在2000～10000 mg/m³内任意范围，此时不需要外加能量，可以使催化燃烧系统正常运行，同时不会发生催化反应器温度过高，影响设备使用寿命的问题，也不存在安全问题。催化燃烧反应系统最优选的进口有机物浓度为在3000～8000 mg/m³内任意范围。而废气的来源浓度远高于此值，因此，本发明方法中，通过引风机总引风量的调节，来进一步调节催化燃烧反应器入口的有机物浓度。增加引风量，增加的部分为引入的空气，这样就会降低废气中有机物的浓度，进而降低催化燃烧反应器的温升。具体调节方法可以有下两种方式：（一）引风机的总引风量根据催化燃烧反应器入口有机物浓度进行调节；（二）引风机的总引风量根据催化燃烧反应器出口和进口的温度差进行调节。采有第一种方式时，设置催化燃烧反应器入口物流中有机物浓度检测装置，检测到的有机物浓度值与催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度参数（优选为在3000～8000 mg/m³内任意范围，即催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度参数一般是一个范围，即上限参数和下限参数构成的参数范围，该参数范围在2000～10000 mg/m³内任意范围内，优选在3000～8000 mg/m³内任意范围内，一般为了稳定操作，上限参数与下限参数的差值为500～2000 mg/m³）进行对比，如果检测到的有机物浓度值高于催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度上限参数，则加大引风量，空气引入量增加，有机物浓度则相应降低；反之，如果检测到的有机物浓度值低于催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度下限参数，则减小引风量，空气引入量减少，有机物浓度则相应升高。采用第二种方式时，设置催化燃烧反应器出口与入口温度差检测装置，检测到的温度差与设定的反应器温度差参数（一般在50～200℃内任意范围，优选为在80～150℃内任意范围，即催化燃烧反应器入口设定的反应器温度差参数是一个范围，即上限参数和下限参数构成的参数范围，该参数范围在50～200℃内任意范围内，优选在80～150℃内任意范围内，为了平稳操作，上限参数和下限参数构成的差值一般为10～50℃）进行对比，如果检测到的温度差高于设定温度差上限参数时，则加大引风量，空气引入量增加，有机物浓度则相应降低，反应热减少，反应器出口与入口温度差下降；反之，如果检测到的温度差低于设定温度差下限参数时，则减少引风量，空气引入量减少，有机物浓度则相应升高，反应热增加，反应器出口与入口温度差增加。两种控制方法的本质和效果是相当的，优选以第二种方式控制，并定期分析各处物流中的有机物浓度。上述控制方法及使用的控制设备是本领域技术人员熟知的，如浓度检测仪、温度检测仪、工艺参数自动控制仪表等，引风机引风量的调节可以通过引风机入口调节阀的开度调节，也可以通过引风机转速的变化调节等。

本发明方法中，如果有其它有机废气需要进行催化燃烧净化处理，也可以一并引入，其它有机废气的引入方式可以根据情况具体确定，例如，含油污水处理场的废气与高浓度有机废气混合后，采用本发明方法处理等。

本发明方法采用适宜的工艺流程和适宜结构的空气混合罐结构，可以获得如下技术效果：

（1）引风设备不直接作用于高浓度有机废气，不会对高浓度有机废气造成强制引气的效果，对于储罐等密闭装置来说，不影响排气装置的正常操作，不会增加引气量，不增加储罐内有机物料的挥发损失，不增加催化燃烧装置的处理负荷。

（2）通过设置适宜结构的空气混合罐，仅需设置一个引风设备，同时实现了有机废气的引入和稀释空气的引入。引风量的调节主要是引入空气量的变化，对有机废气的排放不产生影响。空气混合罐虽然具有连通大气的空气入口，但在正常操作时，不会发生有机废气逸散到空气中。

（3）空气混合罐与排气筒相连通，可以保证废气处理装置检修或发生故障时，有机废气通过排气筒排空，达到环保法规要求，对周围环境影响小。排气筒中可以设置吸附剂层或者在空气混罐空气入口位置设置吸附剂层，还可以保证在有机废气直接排空时，有机污染物被吸附脱除而产生环境污染，并且正常操作时可以恢复吸附剂的吸附功能，保证装置长周期稳定安全运行。

（4）当储罐出现负压时，可通过空气混合罐向储罐内补气。

附图说明

图1是本发明的一种具体工艺流程示意图。

其中：1-储罐，2-空气混合罐，3-空气混合罐的有机废气入口，4-空气混合罐混合气出口的锥形扩散口，5-排气筒，6-吸附剂层，7-引风机流量调节阀，8-引风机，9-换热器，10-加热器，11-催化燃烧反应器，12-催化燃烧反应器出口与入口温度差检测及控制系统。

具体实施方式

本发明方法中，催化燃烧反应器中使用催化燃烧催化剂，催化燃烧的反应条件和催化燃烧催化剂可以按本领域一般知识确定。如催化燃烧反应条件一般为：反应器入口温度200~400℃，气体体积空速（标准状态下计算）为6000~100000h^-1。催化燃烧催化剂可以选择市售常规产品，如蜂窝状或颗粒状贵金属催化剂，蜂窝状或颗粒状非贵金属催化剂等，催化剂的活性组分为贵金属铂、钯，或非贵金属锰、铜、铬、铈、镧、钒等中的一种或几种。

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行说明。

如图1所示，储罐1排出的高浓度有机废气进入空气混合罐2与从排气筒5进入空气混合稀释后经引风机8输送依次进入换热器9、加热器10和催化燃烧反应器11。控制系统采用催化燃烧反应器出口与入口温度差检测及控制系统12进行控制，检测到的温度差值大于设置上限参数时，通过调节引风机流量调节阀7增加引风量，降低催化燃烧反应器温度差；检测到的温度差值低于设置下限参数时，通过调节引风机流量调节阀7减少引风量，提高催化燃烧反应器温度差。催化燃烧反应器出口与入口温度差检测及控制系统为本领域技术人员熟知的温度检测和控制仪表。

实施例1

某企业罐区排放气的汇合气，有机物浓度为3万～20万mg/m³，经空气混合罐与空气混合后进入催化燃烧系统，空气混合罐顶部设置0.5米厚市售疏水硅胶和活性炭混合吸附剂。催化燃烧反应器使用的催化燃烧催化剂为含Pt 0.26wt%、Pd 0.13wt%的蜂窝状催化燃烧催化剂。

催化燃烧反应器入口温度控制为240～260℃，催化燃烧反应器出口与入口温度差控制参数为90～140℃，通过调节引风量保证催化燃烧反应器出口与入口温度差值在上述参数范围内。

经过一定周期运转，催化燃烧反应器运转平稳，净化器中有机物浓度低于5mg/m³。经测量对比，罐区的平均排气量与未采用本发明处理方法前没有发生明显变化。

正常操作时，空气混合罐排气筒出口未检测到有机物。在催化燃烧装置停工4小时内，空气混合罐排气筒出口未检测到有机物；催化燃烧装置操作30天后，再次停工8小时，空气混合罐排气筒出口未检测到有机物。

实施例2

某企业丁苯橡胶生产装置，在橡胶胶粒的干燥过程中排放出有机废气，有机物浓度一般为15000～25000 mg/m³，经空气混合罐与空气混合后进入催化燃烧系统。催化燃烧反应器使用的催化燃烧催化剂为含Pt 0.26wt%、Pd 0.13wt%的蜂窝状催化燃烧催化剂。

催化燃烧反应器入口温度控制为240～260℃，催化燃烧反应器入口废气中有机物浓度控制参数为5000～8000 mg/m³，通过调节引风量保证催化燃烧反应器入口废气中的有机物浓度在上述参数范围内。

经过一定周期运转，催化燃烧反应器运转平稳，净化器中有机物浓度低于5mg/m³。催化燃烧装置运转时，对生产装置不产生任何影响，排气筒出口未检测到有机物。

Claims (13)

1.一种高浓度有机废气的催化燃烧处理方法，其特征在于包括如下内容：

（a）高浓度有机废气不设引风机，高浓度有机废气管路出口与空气混合罐连通，空气混合罐设置空气入口和混合气出口；

（b）空气混合罐的混合气出口管路设置引风机，将混合了空气的高浓度有机废气引入催化燃烧反应系统；

（c）催化燃烧反应系统设置换热器、加热器和催化燃烧反应器，换热器采用催化燃烧反应器出口热物流与催化燃烧反应器入口冷物流换热；

（d）在催化燃烧反应器正常运行时，引风机的总引风量根据催化燃烧反应器入口有机物浓度进行调节，或者引风机的总引风量根据催化燃烧反应器出口和进口的温度差进行调节。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：引风机的总引风量根据催化燃烧反应器入口有机物浓度进行调节，设置催化燃烧反应器入口物流中有机物浓度检测装置，检测到的有机物浓度值与催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度参数进行对比，催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度参数在2000～10000 mg/m³内任意范围，当检测到的有机物浓度值高于催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度上限参数时，则加大引风量，空气引入量增加，有机物浓度则相应降低；反之，当检测到的有机物浓度值低于催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度下限参数时，则减小引风量，空气引入量减少，有机物浓度则相应升高。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：催化燃烧反应器入口设定的有机物浓度参数在3000～8000 mg/m³内任意范围。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：引风机的总引风量根据催化燃烧反应器出口和进口的温度差进行调节，设置催化燃烧反应器出口与入口温度差检测装置，检测到的温度差与设定的反应器温度差参数进行对比，设定的反应器温度差参数在50～200℃内任意范围，当检测到的温度差高于设定温度差上限参数时，则加大引风量，空气引入量增加，有机物浓度则相应降低，反应热减少，反应器出口与入口温度差下降；反之，当检测到的温度差低于设定温度差下限参数时，则减少引风量，空气引入量减少，有机物浓度则相应升高，反应热增加，反应器出口与入口温度差增加。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：设定的反应器温度差参数在80～150℃内任意范围。

6.按照权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于：高浓度有机废气指有机物浓度为1.5万～30万mg/m³的有机废气，高浓度有机废气来源于工业装置排放的有机废气。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：高浓度有机废气来源于具有挥发性有机物料储罐的排放废气。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：对于储罐来说，在储罐上设置安全呼吸阀，将安全呼吸阀套装在排气管路中。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：空气混合罐为以空气对高浓度有机废气进行稀释的容器，空气混合罐设置高浓度有机废气入口，空气入口和稀释后混合气出口。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：设置排气筒与空气混合罐相通，空气入口不单独设置，排气筒同时为空气入口，在正常操作时，排气筒为引入空气的通道，非正常操作时，排气筒为有机废气的排空通道。

11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：混合气出口在空气混合罐内设置锥形扩散口或套筒形扩散口，高浓度有机废气入口管轴向嵌入锥形扩散口中或套筒形扩散口中。

12.按照权利要求10所述的方法，其特征在于：排气筒中设置吸附剂层或者在空气混罐空气入口位置设置吸附剂层，吸附剂采用活性炭、分子筛或硅胶。

13.按照权利要求2-5中任意一项所述的方法，其特征在于：引风机引风量的调节通过引风机入口调节阀的开度调节，或者通过引风机转速的变化调节。