CN103363533B - 一种用于催化净化工业有机废气和产生高温气体的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于催化净化工业有机废气和产生高温气体的装置，包括催化燃烧蓄热室和与其相通的吸附室，催化燃烧蓄热室包括第一催化燃烧蓄热床、第二催化燃烧蓄热床、第三催化床，第一催化燃烧蓄热床包括第一蓄热床和第一催化床，第二催化燃烧蓄热床包括第二蓄热床和第二催化床；第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的顶部通过燃气燃烧机连接；燃气燃烧机连接有燃气鼓风机，第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的底部通过转向阀连接，转向阀与吸附室连接，转向阀连接有废气引风机，第三催化床与吸附室的连接导管中设有再生引风机。该装置在净化工业有机废气的同时，提供具有使用价值的高温气体。

Description

一种用于催化净化工业有机废气和产生高温气体的装置
技术领域
本发明涉及一种废气净化装置，特别涉及一种用于催化净化工业有机废气和产生高温气体的装置。
背景技术
催化燃烧技术是处理工业挥发性有机废气的常用技术，能够在较低的温度下将工业生产过程中排放的挥发性有机废气在催化剂表面发生氧化反应，生成无毒无害的二氧化碳和水，同时放出热量。产生的热量与废气中挥发性有机物的浓度和反应的转化率有关。由于催化剂的最佳使用温度往往达到250-400℃，因此需要对废气进行加热升温，为此需要消耗大量的能源，这种现象当废气中有机物浓度较低时尤其突出。为了降低能源消耗，中国专利CN201458854U公开了催化燃烧和蓄热相结合的有机废气蓄热催化燃烧设备。其特征在于设备由蓄热催化炉和旋转换向阀组成；蓄热催化炉是一方型腔体，外壳包保温材料；内部分上下两部分，上部是加热室，其内安装加热器装置，下部被隔板均匀分隔成4～16个蓄热催化室，在蓄热催化室内，由下至上依次堆砌蓄热体和催化剂；在蓄热催化室底部各焊接一个变径接头，由连接风管与旋转换向阀的进气区、排气区、吹扫区和盲区连接。但其需要切换的阀门多，制造成本大，热量无法很好的利用。此外催化燃烧法处理有机废气，热量的利用往往通过热交换器，这样不但热量利用率低，而且设备体积较大，设备成本增加。
发明内容
本发明针对现有设备在印铁制罐、涂装等行业使用过程存在的问题和不足，考虑到很多催化燃烧是针对印铁制罐、涂装等行业，在生产过程中需要用高温气体加热烘箱，因此如果将催化燃烧产生的高温气体直接利用，可以有效克服传统催化燃烧净化设备存在的不足，从而提供一种在有效净化工业有机废气的同时，提供具有使用价值的高温气体的工业有机废气催化净化和产生高温气体的装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于催化净化工业有机废气和产生高温气体的装置，包括催化燃烧蓄热室和与催化燃烧蓄热室连通的吸附室，通过吸附室用来交替吸附切换过程管道和催化室中残留的有机物，所述催化燃烧蓄热室包括第一催化燃烧蓄热床、第二催化燃烧蓄热床以及布置在第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床之间的第三催化床，第一催化燃烧蓄热床包括第一蓄热床和设置在第一蓄热床上的第一催化床，第二催化燃烧蓄热床包括第二蓄热床和设置在第二蓄热床上的第二催化床；第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的顶部通过燃气燃烧机连接，燃气燃烧机配置在第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床上部的连接区域中，第三催化床布置在高温气体出口区，该第三催化床为一个独立的催化燃烧床；燃气燃烧机连接有燃气鼓风机，第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的底部通过转向阀连接，转向阀与吸附室连接，转向阀连接有废气引风机，第三催化床与吸附室的连接导管中设有再生引风机。
进一步地，所述吸附室包括相互连通的第一吸附塔与第二吸附塔。
进一步地，所述第一吸附塔与第二吸附塔均为分子筛吸附床。
进一步地，所述所述吸附室的出气口位置连接有VOC（挥发性有机物）传感器。
进一步地，所述再生引风机与吸附室的连接导管中设有第三气体流量控制器。
进一步地，所述废气引风机与转向阀F的连接管道中设有第一气体流量控制器。
进一步地，所述第三催化床的出口管道中设有第二气体流量控制器。
进一步地，所述第一催化床与第二催化床的形状大小相同。
进一步地，所述第一蓄热床与第二蓄热床的形状大小相同。
进一步地，所述转向阀为四通换向阀。
进一步地，所述催化燃烧蓄热室上设有第一紧急排气阀与第二紧急排气阀，第一紧急排气阀与第一催化燃烧蓄热床连接，第二紧急排气阀与第二催化燃烧蓄热床连接。
进一步地，所述第一催化床、第二催化床以及第三催化床内均设有堇青石蜂窝陶瓷催化剂，第一催化床与第二催化床内的催化剂为负载Pd的堇青石蜂窝陶瓷催化剂，第三催化床内的催化剂为负载Pd-Rh的堇青石蜂窝陶瓷催化剂，第一蓄热床与第二蓄热床内均设有莫来石蜂窝体蓄热体，所述吸附室内设有疏水硅沸石分子筛吸附剂。
采用上述技术方案的用于催化净化工业有机废气和产生高温气体的装置，由于其包括催化燃烧蓄热室和与催化燃烧蓄热室连通的吸附室，通过吸附室用来交替吸附切换过程管道和催化室中残留的有机物，所述催化燃烧蓄热室包括第一催化燃烧蓄热床、第二催化燃烧蓄热床以及布置在第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床之间的第三催化床，第一催化燃烧蓄热床包括第一蓄热床和设置在第一蓄热床上的第一催化床，第二催化燃烧蓄热床包括第二蓄热床和设置在第二蓄热床上的第二催化床；第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的顶部通过燃气燃烧机连接，燃气燃烧机配置在第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床上部的连接区域中，第三催化床布置在高温气体出口区，该第三催化床为一个独立的催化燃烧床；燃气燃烧机连接有燃气鼓风机，第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的底部通过转向阀连接，转向阀与吸附室连接，转向阀连接有废气引风机，第三催化床与吸附室的连接导管中设有再生引风机。所以工业有机废气经过净化处理后，排放气体中VOCs总浓度低于10mg/m3，高温气体中VOC总浓度低于5mg/m3，设备的热效率达到80%以上。本发明利用工业有机废气在催化剂表面低温燃烧的特点、结合蓄热床热量利用特性，在有效净化工业有机废气的同时，提供具有使用价值的高温气体。
附图说明
图1为本发明装置的工作状态示意图一。
图2为本发明装置的工作状态示意图二。
具体实施方式
如图1与图2所示，一种用于催化净化工业有机废气和产生高温气体的装置，包括催化燃烧蓄热室和与催化燃烧蓄热室连通的吸附室，通过吸附室用来交替吸附切换过程管道和催化室中残留的有机物，所述催化燃烧蓄热室包括第一催化燃烧蓄热床、第二催化燃烧蓄热床以及布置在第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床之间的第三催化床C3，第一催化燃烧蓄热床包括第一蓄热床X1和设置在第一蓄热床X1上的第一催化床C1，第二催化燃烧蓄热床包括第二蓄热床X2和设置在第二蓄热床X2上的第二催化床C2；第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的顶部通过燃气燃烧机R1连接，燃气燃烧机R1配置在第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床上部的连接区域中，第三催化床C3布置在高温气体出口区，该第三催化床C3为一个独立的催化燃烧床；燃气燃烧机R1连接有燃气鼓风机R2，第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的底部通过转向阀F连接，转向阀F与吸附室连接，转向阀F连接有废气引风机3，第三催化床C3与吸附室的连接导管中设有再生引风机4，所述吸附室包括相互连通的第一吸附塔1与第二吸附塔2，第一吸附塔1与第二吸附塔2均为分子筛吸附床，所述吸附室的出气口位置连接有VOC传感器5，再生引风机4与吸附室的连接导管中设有第三气体流量控制器FI3，废气引风机3与转向阀F的连接管道中设有第一气体流量控制器FI1，第三催化床C3的出口管道中设有第二气体流量控制器FI2，第一催化床C1与第二催化床C2的形状大小相同，第一蓄热床X1与第二蓄热床X2的形状大小相同，转向阀F为四通换向阀，所述催化燃烧蓄热室上设有第一紧急排气阀EV1与第二紧急排气阀EV2，第一紧急排气阀EV1与第一催化燃烧蓄热床连接，第二紧急排气阀EV2与第二催化燃烧蓄热床连接，第一催化床C1、第二催化床C2以及第三催化床C3内均设有堇青石蜂窝陶瓷催化剂，第一催化床C1与第二催化床C2内的催化剂为负载Pd的堇青石蜂窝陶瓷催化剂，第三催化床C3内的催化剂为负载Pd-Rh的堇青石蜂窝陶瓷催化剂，第一蓄热床X1与第二蓄热床X2内均设有莫来石蜂窝体蓄热体，所述吸附室内设有疏水硅沸石分子筛吸附剂。
本发明工业有机废气催化净化和产生高温气体的装置是以有机废气处理量为20000m3/h，450℃高温气体供给量为10000m3/h的催化净化设备。第一催化床C1与第二催化床C2分别安装负载Pd的堇青石蜂窝陶瓷催化剂各1m3，该催化剂性能为：空速20000h-1的条件下，甲苯T99（转化率达到99%的最低反应温度）为220℃；乙酸乙酯T99为295℃；环己酮T99为260℃；第三催化床C3安装负载Pd-Rh的堇青石蜂窝陶瓷催化剂0.8m3，该催化剂性能为：空速20000h-1的条件下，甲苯T99.5（转化率达到99.5%的最低反应温度）为210℃；乙酸乙酯T99.5为290℃；环己酮T99.5为255℃。第一蓄热床X1和第二蓄热床X2分别安装莫来石蜂窝体蓄热体各5m3，该催蓄热体性能为：比热为800-900J/KgK，导热率为1.5-2.5W/mk（20-100℃）；第一吸附塔1和第二吸附塔2安装0.1m3疏水硅沸石分子筛吸附剂（2-3mm小球），吸附剂的性能为：静态正己烷吸附量≥9.5%(W/W)。
本发明的启动：开启燃气燃烧机R1，打开燃气鼓风机R2，转向阀F切换至第一催化床C1，开启第一截止阀V1，转向阀气体流向如图1所示，其他全部处于关闭状态。开启第八截止阀V8和废气引风机3，通入新鲜空气1000m3/h；当同时满足第二催化床C2和第二蓄热床X2之间的气体温度T2’≥350℃和第二蓄热床X2出口T1’≥110℃时，关闭第八截止阀V8，开启第七截止阀V7，将新鲜空气切换成工业废气，流量控制20000m3/h，打开第六截止阀V6，调剂高温气体供给量为10000m3/h。通过调节燃气燃烧机R1的功率，使催化床C3出口的气体温度T3保持450℃。
本发明的正常工作：当第二催化床C2和第二蓄热床X2之间的气体温度T2’下降到300℃时，切换转向阀F，转向阀气体流向如图2。在切换转向阀F时同步关闭第一截止阀V1，打开第二截止阀V2与第三截止阀V3，3秒钟后打开第一截止阀V1，关闭第二截止阀V2与第三截止阀V3。使得切换转向阀F过程将管道和催化燃烧的蓄热床中残留的有机物流经第一吸附塔1。
当第以催化床C2和第一蓄热床X1之间的气体温度T2下降到300℃时，再次切换转向阀F，在切换转向阀F时同步关闭第一截止阀V1，打开第二截止阀V2与第三截止阀V3，3秒钟后打开第一截止阀V1，关闭第二截止阀V2与第三截止阀V3，切换转向阀F时气体流经第一吸附塔1，气体流向如图1，完成一个周期。
吸附剂的再生：当切换过程VOC传感器5显示的VOC总浓度超过10mg/m3时，关闭第二截止阀V2与第三截止阀V3，打开二级截止阀V2’和三级截止阀V3’，使得气体切换到第二吸附塔2。此时，打开第四截止阀V4、第五阀截止V5，开启再生引风机4，流量为50m3/h，将450℃高温气体送至第一吸附塔1，连续吹扫5小时，关闭第四截止阀V4、第五阀截止V5以及再生引风机4，第一吸附塔1降温后备用。
第二吸附塔再生时关闭二级截止阀V2’和三级截止阀V3’，打开第二截止阀V2与第三截止阀V3，使得气体切换到第一吸附塔1.此时，打开第四截止阀V4’、第五阀截止V5’，开启再生引风机4，流量为50m3/h，将450℃高温气体送至第二吸附塔2，连续吹扫5小时，关闭第四截止阀V4’、第五阀截止V5’以及再生引风机4，第二吸附塔2降温后备用。
工业有机废气经过净化处理后，排放气体中VOCs总浓度低于10mg/m3,高温气体中VOC总浓度低于5mg/m3，设备的热效率达到80%以上。本发明利用工业有机废气在催化剂表面低温燃烧的特点、结合蓄热床热量利用特性，在有效净化工业有机废气的同时，提供具有使用价值的高温气体。

Claims (6)

1.一种用于催化净化工业有机废气和产生高温气体的装置，包括催化燃烧蓄热室和与催化燃烧蓄热室连通的吸附室，其特征在于：所述催化燃烧蓄热室包括第一催化燃烧蓄热床、第二催化燃烧蓄热床以及布置在第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床之间的第三催化床，第一催化燃烧蓄热床包括第一蓄热床和设置在第一蓄热床上的第一催化床，第二催化燃烧蓄热床包括第二蓄热床和设置在第二蓄热床上的第二催化床；第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的顶部通过燃气燃烧机连接；燃气燃烧机连接有燃气鼓风机，第一催化燃烧蓄热床与第二催化燃烧蓄热床的底部通过转向阀连接，转向阀与吸附室连接，转向阀连接有废气引风机，第三催化床与吸附室的连接导管中设有再生引风机；所述吸附室包括相互连通的第一吸附塔与第二吸附塔；所述第一吸附塔与第二吸附塔均为分子筛吸附床；所述催化燃烧蓄热室上设有第一紧急排气阀与第二紧急排气阀，第一紧急排气阀与第一催化燃烧蓄热床连接，第二紧急排气阀与第二催化燃烧蓄热床连接；所述第一催化床、第二催化床以及第三催化床内均设有堇青石蜂窝陶瓷催化剂，第一蓄热床与第二蓄热床内均设有莫来石蜂窝体蓄热体，所述吸附室内设有疏水硅沸石分子筛吸附剂。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述吸附室的出气口位置连接有VOC传感器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述再生引风机与吸附室的连接导管中设有第三气体流量控制器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述废气引风机与转向阀的连接管道中设有第一气体流量控制器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第三催化床的出口管道中设有第二气体流量控制器。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述转向阀为四通换向阀。
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