CN102913919A - 一种高浓度有机废气的净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高浓度有机废气的净化方法，高浓度有机废气经换热-预热后进入一段催化燃烧反应器，一段催化燃烧反应器排放尾气的一部分与一段催化燃烧反应器入口废气换热，换热后与一段催化燃烧反应器排放尾气的其余部分混合进入二段催化燃烧反应器，二段催化燃烧反应器排放气回收热量后排放。本发明方法废气经过两段催化燃烧处理后，净化气达标排放，同时还可回收大量能量。本发明解决了高浓度有机废气的处理问题，降低了装置的处理规模，具有流程简单、投资省、净化效果好、经济效益高、装置安全稳定的优点。

Description

一种高浓度有机废气的净化方法
技术领域
本发明涉及一种高浓度有机废气的净化处理方法，属于废气净化领域。高浓度的废气来自石油化工行业生产过程中排放的有机废气，它的组成以有机组分为主，废气的总烃浓度在几千到几万mg/m3之间。
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万mg/m3之间。这种废气如果不经处理直接排放，不仅会违法国家环保法规，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。但在采用传统的催化燃烧法处理这种高浓度有机废气时，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。因此一般的催化燃烧处理，需要添加大量的稀释空气来降低废气浓度，从而降低反应器的出口温度，以保护反应器和催化剂，保证装置的稳定运行。但是，稀释空气的加入，使装置的设计处理规模成倍增加，从而增大了装置的投资费用和催化剂的费用，而且还会使装置的能耗增大。
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。该发明方法主要为保护换热器而设置了换热器旁路，但对催化燃烧反应器的超温问题没有解决，它适合处理的有机废气浓度在10000mg/m3以下，对于浓度更高的废气仍需大量空气稀释。
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、启炉加热器、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。该发明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，本质上仍是对进料废气的稀释，对反应器的温度调整幅度有限，对浓度高达几万mg/m3的有机废气，该发明仍不能处理。
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。
CN200710068142.1提出了一种处理有机废气的多级天然吸附剂的制备和使用方法，通过制备的天然吸附剂，去除有机废气中亲水性和疏水性有机污染物。但对于浓度几万mg/m3的有机废气，吸附处理并不适合。
CN200810038060.7公开了一种玻璃钢多级洗气除臭塔，通过喷射洗涤和填料吸收，去除高浓度的恶臭气体，但该发明对要处理的有机废气有所限制，需要时水溶性的有机组分才能去除。
因此，上述现有技术中提出的方法不适合这种石油化工行业高浓度有机废气的处理。
发明内容
本发明针对石油化工行业排放的高浓度有机废气，提出了一种流程简单、投资省、净化效果好、经济效益高、装置安全稳定处理方法。
本发明高浓度有机废气的净化方法包括如下内容：高浓度有机废气经换热-预热后进入一段催化燃烧反应器，一段催化燃烧反应器排放尾气的一部分与一段催化燃烧反应器入口废气换热，换热后与一段催化燃烧反应器排放尾气的其余部分混合进入二段催化燃烧反应器，二段催化燃烧反应器排放气回收热量后排放。
本发明方法中，高浓度有机废气中有机物的浓度为6000～40000mg/m3，优选为8000～20000mg/m3。高浓度有机废气可以是任意领域产生的有机废气。
本发明方法中，一段催化燃烧反应器出口排放尾气的有机物浓度为入口浓度的10%~70%，优选为30%~60%。一段催化燃烧反应器的操作条件为：入口温度为200~300℃，体积空速为10000~200000h-1，一段催化燃烧反应器的温升，即出口与入口的温差控制为100~200℃。一段催化燃烧反应器排放尾气与一段催化燃烧反应器入口废气换热的量按二段催化燃烧反应器入口温度的要求确定。
本发明方法中，二段催化燃烧反应器操作条件为：入口温度220~300℃，体积空速为6000~100000h-1，二段催化燃烧反应器的具体操作条件按排放尾气可以达标排放控制。二段催化燃烧反应器排放尾气首先进行热量回收，热量回收方式如用于产生蒸汽，为其它装置提供热量等。
本发明方法中，一段催化燃烧反应器和二段催化燃烧反应器中可以装填相同的催化燃烧催化剂，也可以装填不同的催化燃烧催化剂。催化燃烧催化剂可以选择市售常规产品，如蜂窝状贵金属催化剂，蜂窝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。可以在一段催化燃烧反应器中使用活性相对较低的催化燃烧催化剂，如非贵金属催化燃烧催化剂、使用过的贵金属催化燃烧催化剂等。
本发明方法中，在两段催化燃烧反应器之间，可以设置一条管线将一段催化燃烧反应器的出口和二段催化燃烧反应器的入口相连，管线上设置自动调节阀。部分一段催化燃烧反应器的出口气体不经换热直接进入二段催化燃烧反应器，与换热后的部分混合，一起进入二段催化燃烧反应器中。通过调整这两股气体的比例，可以控制二段催化燃烧反应器的入口温度。该自动调节阀的开度根据二段催化燃烧反应器的入口温度信号自动调整。当二段催化燃烧反应器的入口温度较低时，该自动调节阀的开度加大，从而加大不经换热的气体流量，以提高二段催化燃烧反应器的入口温度；当二段催化燃烧反应器的入口温度较高时，该自动调节阀的开度减小，从而降低不经换热的气体流量，以降低二段催化燃烧反应器的入口温度。
经过两段催化燃烧反应器处理之后的气体，其中的大部分有机污染物已被去除，直接排放符合国家排放标准。但该净化气的温度较高，直接排放会造成能源的浪费。因此，本发明设置了能量回收设施，对净化气的热量进行回收利用。这里的能量回收设施，可以是水蒸汽发生器，将热量转化为水蒸汽的热能，或者是蒸汽轮机，将热量转化为动力。
一段催化燃烧反应器的入口温度通过换热器和加热器来自动控制。当由于一段催化燃烧反应器出口的大量气体不经换热直接去二段催化燃烧反应器入口时，经过换热器的气体较少，使得一段催化燃烧反应器的入口温度达不到设定温度，此时加热器启动，对废气加热，使其达到所需的温度。
高浓度有机废气经过上述工艺处理后，净化气排放大气。
本发明方法中，采用两段催化燃烧反应-能量回收-净化气排放工艺。在两段催化燃烧反应中，有机物均被氧化为二氧化碳和水后，其中一段催化燃烧反应器为不完全氧化反应，部分有机物被氧化，产生的热量用于维持装置的运转，二段催化燃烧反应器为完全催化氧化，产生的热量用于能量回用装置。废气经过两段催化燃烧处理后，达标排放。
本发明方法不仅可以使废气达标排放，同时还可回收大量能量，降低了装置的处理规模，具有流程简单、投资省、能耗低、净化效果好、经济效益高、装置安全稳定等优点。
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-高浓度有机废气，2-风机，3-换热器，4-加热器，5-一段催化燃烧反应器，6-废气切换阀，7-二段催化燃烧反应器，8-能量回收装置，9-净化气。
具体实施方式
本发明高浓度有机废气的净化方法中，高浓度有机废气在引风机的作用下，先后进入换热器和加热器，废气升温，达到所需的催化燃烧反应温度后，进入一段催化燃烧反应器，在催化剂的作用下，废气中部分有机组分被氧化为二氧化碳和水。有机物氧化产生的热量通过换热器，对一段催化燃烧反应器进、出口的废气进行换热，换热后的气体去二段催化燃烧反应器。在一段催化燃烧反应器中发生的反应为不完全氧化反应，气体经过一段催化燃烧反应器处理后，还有部分有机组分未被氧化，气体进入二段催化燃烧反应器继续进行氧化反应。在二段催化燃烧反应器内，将废气中的绝大部分有机污染物氧化为二氧化碳和水，确保处理后气体符合国家排放标准。
下面结合实例对本发明的具体实施方式进行说明。
某丁苯橡胶生产装置，在橡胶胶粒的干燥过程中排放出大量的有机废气，其有机组分主要为环己烷和苯，其中环己烷的浓度为8000～12000mg/m3，苯的浓度为6000～9000mg/m3，废气排放量约20000Nm3/h，废气温度50～60℃。废气直接进行催化燃烧时的反应器床层温升在350℃以上。如果采用现有的催化燃烧技术进行处理，为避免反应器出口温度超高，需要加入稀释空气20000 Nm3/h以上，这样就使装置的设计规模扩大了一倍以上，不仅使装置的投资大大增加，而且还会有大量的能量损失。
按照本发明提出的废气处理流程如图1所示。橡胶废气经过引风机的作用，进入换热器（加热）和加热器，废气被预热到反应温度后进入一段催化燃烧反应器。一段催化燃烧反应器内装有蜂窝状贵金属催化剂，在床层空速60000h-1，入口温度230℃的条件下，废气中的污染物被部分氧化。随后废气进入二段催化燃烧反应器，在二段催化燃烧反应器内装有蜂窝状贵金属催化剂，在床层空速20000h-1，入口温度250～270℃的条件下，废气中的绝大部分有机污染物被氧化。净化气经过水蒸汽发生器回收热量后，达标排放。
表1为两段催化燃烧反应器的部分操作参数及处理效果。
表1两段催化燃烧反应器的部分操作参数及处理效果。
反应器 空速，h-1 进口温度，℃ 出口温度，℃ 进口环己烷，mg/m3 进口苯，mg/m3 出口环己烷，mg/m3 出口苯，mg/m3
一段催化燃烧反应器 60000 230 380 9000 6500 5100 3700
二段催化燃烧反应器 20000 260 460 5100 3700 5 7
 
橡胶废气经过上述工艺的处理，净化气达标排放。

Claims (10)

1.一种高浓度有机废气的净化方法，其特征在于包括如下内容：高浓度有机废气经换热-预热后进入一段催化燃烧反应器，一段催化燃烧反应器排放尾气的一部分与一段催化燃烧反应器入口废气换热，换热后与一段催化燃烧反应器排放尾气的其余部分混合进入二段催化燃烧反应器，二段催化燃烧反应器排放气回收热量后排放。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：高浓度有机废气中有机物的浓度为6000～40000mg/m3，优选为8000～20000mg/m3。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：一段催化燃烧反应器出口排放尾气的有机物浓度为入口浓度的10%~70%，优选为30%~60%。
4.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于：一段催化燃烧反应器的操作条件为：入口温度为200~300℃，体积空速为10000~200000h-1，一段催化燃烧反应器的温升，即出口与入口的温差控制为100~200℃。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：二段催化燃烧反应器操作条件为：入口温度220~300℃，体积空速为6000~100000h-1。
6.按照权利要求1或5所述的方法，其特征在于：一段催化燃烧反应器排放尾气与一段催化燃烧反应器入口废气换热的量按二段催化燃烧反应器入口温度的要求确定。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：二段催化燃烧反应器排放尾气的热量回收方式包括：用于产生蒸汽，或者为其它装置提供热量。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：一段催化燃烧反应器和二段催化燃烧反应器中装填相同的催化燃烧催化剂，或者装填不同的催化燃烧催化剂。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：一段催化燃烧反应器和二段催化燃烧反应器中，催化燃烧催化剂为蜂窝状贵金属催化剂或蜂窝状非贵金属催化剂。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在两段催化燃烧反应器之间，设置一条管线将一段催化燃烧反应器的出口和二段催化燃烧反应器的入口相连，管线上设置自动调节阀，部分一段催化燃烧反应器的出口气体不经换热直接进入二段催化燃烧反应器，与换热后的部分混合，一起进入二段催化燃烧反应器中，通过调整这两股气体的比例，控制二段催化燃烧反应器的入口温度。
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