CN104344409A - 一种处理含高浓度有机污染物废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种处理高浓度有机污染物废气的方法和装置，将一体化RTO装置的一个燃烧室改进为二个一体化或分体式燃烧室的装置，同时将其中的一个燃烧室的高温废气引出，结合燃烧室的外部余热回收装置，可实现第二高温燃烧室多余热能的余热回收（可回收过热蒸汽、饱和蒸汽或热水）利用；同时，若在废气入口，增设氨气补给装置，结合SNCR工艺，还可实现NOx污染物净化为N2和H2O的目的。在保留传统RTO工艺技术优势（热效率高、去除率高、投资省和占地面积小）的前提下，解决了传统RTO工艺仅可处理低浓度挥发性有机污染物废气的工艺局限。

Description

一种处理含高浓度有机污染物废气的方法
技术领域
本发明涉及一种处理废气的方法，尤其涉及一种能够用于处理含有高浓度有机污染物以及NOx污染物的废气的方法。
背景技术
随着有机化工产品在工业生产中的广泛应用，进入到大气中的挥发性有机污染物越来越多。这些污染物的排放不仅严重污染了环境，还深深的危害到了地球生物的生命和健康。目前，挥发性有机污染物的去除方法或工艺主要包括生物法、燃烧法、低温等离子体分解法等多种方法或工艺，其中燃烧法工艺是目前最成熟、污染物去除最彻底和应用最广泛的工艺技术。
燃烧法工艺的原理是在高温下使挥发性有机污染物废气与燃料气充分混和，实现完全燃烧，挥发性有机污染物废气被氧化为无臭无害的二氧化碳和水，燃烧法工艺主要可分为热力燃烧法（TO，Thermo Oxidation）工艺、催化燃烧（CO，Catalytic Oxidation）法工艺、蓄热式燃烧法（RTO，Regenerative ThermoOxidation）工艺三种。
热力燃烧法工艺，是将辅助燃料燃烧产生的高温燃气与挥发性有机污染物废气充分混合，使挥发性有机污染物废气在700～900℃下氧化销毁。使用该法处理废气时，要保证废气被完全氧化，部分氧化则有可能增加臭味，例如乙醇不完全氧化可能转变为羧酸。热力燃烧法的优点是去除彻底、效率高，但需补充足够的燃料，尤其是要获得99.9%以上的净化率时，燃烧温度需大于872℃，甚至要达到982℃。其次，有机废气成分中若含有S、N、Cl等元素时，则燃烧后的产物会有硫的氧化物（二氧化硫、三氧化硫）、氮氧化物、氯化氢、游离氯等有害物，须结合吸收或吸附等过程进行处理，以避免二次污染。
催化氧化法工艺是指在催化剂作用下，挥发性有机污染物废气在较低温度下（300-600℃）下发生氧化反应，生成二氧化碳和水，以达到去除有机污染物的目的。与热力燃烧法工艺相比，催化燃烧法工艺具有氧化温度低，装置容积小，其材料及热力膨胀问题容易解决、处理费用低等优点。催化燃烧的效率可达90%以上，而处理费用仅为热力燃烧法工艺的一半左右。该技术最大的特点就是无焰，起燃温度低，大大抑制了空气中的N2氧化形成NOx。由于催化燃烧法工艺的低温无污染性，以及相对于高温焚烧技术投资相对较低，近年来，在石油化工领域有机废气处理中逐步得到了较多的运用。但该工艺中的催化剂一般只针对特定类型的有机化合物，而挥发性有机污染物废气中常出现杂质，很容易引起催化剂中毒。由于污染物种类多，组分复杂，含量低，设计时要注重催化剂的选择，保证高的净化效率。
蓄热燃烧法工艺是指把挥发性有机污染物废气加热到760℃以上，使废气中的挥发性有机污染物氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生的高温气体流经特制的蓄热体，使蓄热体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的挥发性有机污染物废气，从而节省废气升温的燃料消耗。与其他的氧化系统比较，RTO工艺具有更好的热回收利用性能，大大降低了处理过程的运行费用，装置紧凑，装置投资最小。
RTO工艺可由单个、两个蓄热室或三个蓄热室或五个或七个蓄热室和一个燃烧室组成的一体化RTO装置废气净化系统。现以三个对称的蓄热室和一个燃烧室的RTO工艺为例进行介绍，其工作原理见图1。挥发性有机污染物废气1在鼓风机2作用下先进入陶瓷蓄热室5，吸热后进入燃烧室3，保证燃烧室温度在760℃-850℃，从而保证高的去除率和废气排放达标率。
RTO工艺的性能优点：
（1）净化效率高，二室可达94%-99%以上。
（2）热回收效率高（>90%），节能，在有机废气中有机污染物的浓度2g/Nm3以上可达热平衡，无需外给热能。
（3）阻力低（一般小于5kPa），系统装机功率小，节能且运行费用较低。
（4）装置可耐高温（～1000℃），正常温度为760℃-850℃。
目前，RTO工艺技术越来越成熟，在我国的环保行业也取得了越来越广泛的应用，而且，RTO工艺技术主要针对中、低浓度（<2.0g/Nm3）挥发性有机污染物废气的净化，但是在多数石油石化或其它化工装置的生产过程中，产生实际废气中往往是含有大量高浓度（>2g/Nm3）挥发性有机污染物或还伴有一定量的氮氧化物（NOx）的混合废气，对于这种高浓度（>2g/Nm3）有机污染物废气，尤其是还含有氮氧化物（NOx）的废气处理，传统RTO工艺并不适用。
发明内容
本发明所要解决的是目前RTO工艺不能适用于含有高浓度（>2g/Nm3）有机污染物废气，尤其是还含有氮氧化物（NOx）的废气的处理的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种处理含有高浓度有机污染物废气的方法和装置。
本发明第一个方面是提供一种处理含有高浓度有机污染物废气的方法，所述方法包括：
步骤1，将待处理废气与氨气源一起加热至温度至少为760℃，送入燃烧室；
步骤2，保持燃烧室内温度至少为760℃，待处理废气在燃烧室内停留时间至少为1.0s；
其中，所述燃烧室包括两个相通的腔室，向第一腔室内通入辅助燃料；将处理后的气体从第二腔室排出。
在本发明所述方法的第一种优选实施例中，步骤1中，待处理废气与氨气源一起加热至760-1200℃，优选为800-1000℃，更优选为850-900℃。
其中，步骤1中，更优选为：a）待处理废气与氨气一起通过第一蓄热器进行加热，然后送入燃烧室。更优选为：同时，燃烧室中燃烧升温后的部分气体通过第二蓄热器送出，并通过热交换对第二蓄热器进行蓄热。
更优选为，b）第二蓄热器蓄热后，待处理废气与氨气一起通过第二蓄热器进行加热并送入燃烧室；燃烧室中燃烧升温后的部分气体通过第三蓄热器送出，并通过热交换对第二蓄热器进行蓄热，同时从燃烧室中送出的气体反吹到第一蓄热器。
更优选为，c）第三蓄热器蓄热后，待处理废气与氨气一起通过第三蓄热器进行加热并送入燃烧室；燃烧室中燃烧升温后的部分气体通过第一蓄热器送出，并通过热交换对第一蓄热器进行蓄热，同时从燃烧室中送出的气体反吹到第二蓄热器。
本发明最优选为：按顺a）、b）c）的序循环上述a）、b）c）过程直至待处理废气处理完毕。
在本发明所述方法的第二种优选实施例中，从第二腔室排出的气体通过热交换将气体中的热量储存后排出。
在本发明所述方法的第二种优选实施例中，待处理废气在燃烧室内停留时间优选为1.0-3.0s，更优选为1.0-2.5s，更优选为1.0-2.0s；更优选为至少为1.5s，更优选为1.5-3.0s，更优选为1.5-2.5s，更优选为1.5-2.0s。
本发明第一个方面中，所述氨气源指的是任意能够在燃烧室内产生氨气的物质，可以是氨气、液氨、氨水、尿素等，本发明中优选为氨气。
本发明第二个方面是提供一种处理含有高浓度有机污染物废气的装置，所述装置包括：燃烧室、待处理废气输送管道、氨输送管道、三个蓄热室，其中，三个蓄热室并联在待处理废气输送管道上，并且均与燃烧室相通；待处理废气输送管道与蓄热室之间分别设置有阀门；所述蓄热室分别设有流体排出管道，蓄热室的流体排出管道连通烟囱，流体排出管道设有阀门。
其中，所述燃烧室包括相通的第一腔室和第二腔室，其中，第一腔室连接辅助燃料接口，蓄热器连通第一腔室；第二腔室设有流体排出管道，第二腔室的流体排出管道通过余热回收系统后连通烟囱。
其中，氨输送管道，连通蓄热器。并且优选地，氨输送管道与待处理废气输送管道在连通蓄热器之前合并为同一管道。
优选地，第一腔室与第二腔室之间的连通口位于远离辅助燃料接口的一端。
优选地，第一腔室与第二腔室之间的连通口位于远离第二腔室的流体排出管道的一端。
在本发明第二个方面的一种优选实施例中，还包括反吹风机，第二腔室的流体排出管道和/或蓄热室流体排出管道分别连通反吹风机进风口，反吹风机出风口连通所述蓄热器。
其中，第二腔室的流体排出管道和/或蓄热室流体排出管道分别可以独立地是通过烟囱之后连通反吹风机进风口，和/或在连通烟囱之前，通过分支管道连通反向吹风机。
优选地，反吹风机出风口与蓄热器之间设置阀门。
优选地，第二腔室的流体排出管道在通过余热回收系统之后连通反吹风机进风口。
在本发明第二个方面的一种优选实施例中，所述燃烧室为一体式设计，并在燃烧室内设置隔板，将燃烧室分成第一腔室和第二腔室。
所述余热回收系统可以是任意能够进行热交换的装置，更优选地，所述余热回收系统还可以同时进行储存热量。
比如，所述余热回收系统可以是独立设置的蓄热室、热交换器、相变储存装置等。
本发明第二个方面的一种优选实施例中，第二腔室的流体排出管道还设有第二分支管道，第二分支管道在余热回收系统之前连通反吹风机进风口。
本领域技术人员应当理解的是，本发明上述第一和第二方面、及其各种优选实施例，可以相互任意不受限制地组合。
本发明所提供的处理废气的方法和装置，以传统的RTO装置为基础，将一体化RTO装置的一个高温燃烧室（760℃-850℃）改进为二个一体化或分体式高温燃烧室（760℃-1200℃）的装置，可实现从高温炉膛内高温净化气的余热回收（可回收过热蒸汽、饱和蒸汽或热水）利用。在保留传统RTO工艺技术优势（热效率高、去除率高、投资省和占地面积小）的前提下，解决了传统RTO工艺仅可处理低浓度挥发性有机污染物废气的工艺局限。
结合选择性非催化还原（SNCR，Selective Non-Catalytic Reduction）技术，本发明可提高燃烧室内反应温度至930℃～1200℃，同时增设氨输送系统，可实现有机污染物VOC和NOx污染物的同时净化。可处理高浓度（>2g/Nm3）挥发性有机污染物或还伴有一定量的氮氧化物（NOx）混合废气，弥补了传统RTO工艺的技术局限。
本发明所述处理含高浓度污染物废气的方法和装置，主要应用领域包括石油石化、冶金、化肥、轻工、表面喷涂等废气的治理，如含有机污染物和NOx的废气，丙烯腈尾气，丙烯酸尾气，苯酐、顺酐、马来酸尾气，苯乙烯尾气，苯酚丙酮尾气，聚丙烯酰胺尾气，ABS尾气，丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶尾气，污水处理厂恶臭废气等。
附图说明
图1为传统RTO工艺流程简图；
图2为本发明一种实施例中处理装置工艺流程简图；
图3为本发明另一种实施例中处理装置工艺流程简图。
具体实施方式
参照图2，本发明一种实施例中，处理含有高浓度污染物的装置如图2所示，包括燃烧室12，燃烧室12中间设置有隔板123将燃烧室12分隔成在右端连通的第一腔室121和第二腔室122。
第一腔室121连通三个蓄热室11，分别为第一蓄热室11A、第二蓄热室11B、和第三蓄热室11C。三个蓄热室11并联在待处理废气输送管道100上。
第一腔室121左侧设置有辅助燃料进口42，用于向燃烧室12内供入辅助燃料；第二腔室122左侧连接气体排出管道130，用于将燃烧后的气体产物通过烟囱50排出。
第二腔室的气体排出管道130在进入烟囱50之前，通过余热回收系统13（比如相变储热装置、或简单的换热器等，或者是独立设置的蓄热室），在余热回收系统13中进行热交换，将燃烧产生的热量通过排出的气体储存到余热储存系统13中。
蓄热室11设有气体排出管道110，蓄热室气体排出管道110连通烟囱50，并且还连通反吹风机60的进风口，反吹风机60出风口连通蓄热器入口，如图2所示，反吹风机60的出风口分成三个支路，分别连接蓄热器，或者也可以是连接到待处理废气输送管道100上。
实施例1
待处理废气10、氨气20以及空气30均连通到待处理废气输送管道100，并送入第一蓄热器11A中。
第一蓄热器11A提前加热到850-900℃，第一蓄热器11A中已经蓄积了热量的陶瓷床使经过的气体预热（陶瓷蓄热床则冷却），被预热后的废气送入燃烧室12的第一腔室121。
同时，辅助燃料通过左侧的辅助燃料入口42送入第一腔室121内，同时助燃风机41向第一腔室42内吹入氧气或空气辅助燃烧。气体通过第一腔室121的右端进入第二腔室122继续燃烧。在燃烧室12内高温条件下充分反应，并放出大量的热，使燃烧室温度上升至1050℃-1100℃，在燃烧室12内，有机污染物被分解和破坏，同时，NOx被氨气还原为N2和水。
部分燃烧后的高温气体送入第二蓄热室11B，通过热交换对第二蓄热室进行加热，然后通过流体排出管道110送入烟囱50排出（尤其是燃烧充分的情况下），或者送入反吹风机60（尤其燃烧不充分的情况下），通过反吹风机60对第三蓄热室11C进行反吹回燃烧室。
10s-2min之后，关闭第一蓄热室11A的进气阀门，待处理废气改由第二蓄热室11B进入燃烧室12，并由第二蓄热室11B进行预热。此时，部分燃烧后的高温气体送入第三蓄热室11C，对第三蓄热室进行加热，同时反吹风机60将排出的气体反吹回第一蓄热室11A。
10s-2min之后，关闭第二蓄热室11B的进气阀门，待处理废气改由第三蓄热室11C进入燃烧室12，并由第三蓄热室11C进行预热。部分燃烧后的高温气体送入第一蓄热室11A，对第一蓄热室进行加热，同时反吹风机60将排出的气体反吹回第二蓄热室11B。
反复循环上述过程，直至待处理废气处理完毕，废气在三个蓄热室之间不断循环，其中一个蓄热室为进入的废气预热，即原料废气通过“吸收蓄积”处理后废气热量的陶瓷介质热量，自身得到预热或释放热能；一个蓄热室为排出的净化气冷却，而陶瓷床则被加热；一个蓄热室处于反吹扫状态，将残留未处理的有机废气被净化后的气体反吹回燃烧室进行焚化处理。因此，每个蓄热室陶瓷床都会经历一个“冷却→.净化→.加热”的循环过程。这样利用燃烧产生的热量对待处理废气进行预热，保证燃烧温度在1050-1100℃。
待处理气体在燃烧室12内停留时间设计为＞1.5s，以保证反应充分。废气通过第二炉膛上部左侧出气口输出，气体排出管道130经过预热回收系统13，将剩余的热量吸收，其中，一部分废气直接排入烟囱60排出，另一部分废气在通过余热回收系统13后经过支管道131以及混合器61混合后，通过反吹风机60进入反吹清扫系统。
第二支管道132经过混合器61混合后，通过反吹风机60进入反吹清扫系统。这样，当待处理废气处理完毕后，可通过第二腔室122的另一个气体排出管道132送出的已处理废气对整个系统进行反吹，从而确保没有废气残留。
实施例2
参照图3，参照实施例1，本实施例中，燃烧室12包括第一腔室121和第二腔室122，第二腔室122本身为一个独立的蓄热室。燃烧后的废气通过第二腔室下方输送进入两条气体排出管道，其中一条气体排出管道130，气体排出管道130经过预热回收系统13，将剩余的热量吸收，其中，一部分废气直接排入烟囱60排出，另一部分废气在通过余热回收系统13后经过支管道131以及混合器61混合后，通过反吹风机60进入反吹清扫系统。另一条气体排出管道（第二支管道）132经过混合器61混合后，通过反吹风机60进入反吹清扫系统。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种处理含高浓度有机污染物废气的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，将待处理废气与氨气源一起加热至温度至少为760℃，送入燃烧室；
步骤2，保持燃烧室内温度至少为760℃，待处理废气在燃烧室内停留时间至少为1.0s；
其中，所述燃烧室包括两个相通的腔室，向第一腔室内通入辅助燃料；将处理后的气体从第二腔室排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，待处理废气与氨气源一起加热至760-1200℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中：
待处理废气与氨气一起通过第一蓄热器进行加热，然后送入燃烧室。更优选为：同时，燃烧室中燃烧升温后的部分气体通过第二蓄热器送出，并通过热交换对第二蓄热器进行蓄热；
第二蓄热器蓄热后，待处理废气与氨气一起通过第二蓄热器进行加热并送入燃烧室；燃烧室中燃烧升温后的部分气体通过第三蓄热器送出，并通过热交换对第二蓄热器进行蓄热，同时从燃烧室中送出的气体反吹到第一蓄热器
第三蓄热器蓄热后，待处理废气与氨气一起通过第三蓄热器进行加热并送入燃烧室；燃烧室中燃烧升温后的部分气体通过第一蓄热器送出，并通过热交换对第一蓄热器进行蓄热，同时从燃烧室中送出的气体反吹到第二蓄热器；
并循环上述过程。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，待处理废气在燃烧室内停留时间为1.0-3.0s。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从第二腔室排出的气体通过热交换将气体中的热量储存后排出。
6.一种处理含有高浓度有机污染物废气的装置，其特征在于，所述装置包括：燃烧室、待处理废气输送管道、氨输送管道、三个蓄热室，其中，三个蓄热室并联在待处理废气输送管道上，并且均与燃烧室相通；待处理废气输送管道与蓄热室之间分别设置有阀门；所述蓄热室分别设有流体排出管道，蓄热室的流体排出管道连通烟囱，流体排出管道设有阀门；并且，氨输送管道，连通蓄热器；
其中，所述燃烧室包括相通的第一腔室和第二腔室，其中，第一腔室连接辅助燃料接口，蓄热器连通第一腔室；第二腔室设有流体排出管道，第二腔室的流体排出管道通过余热回收系统后连通烟囱。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，氨输送管道与待处理废气输送管道在连通蓄热器之前合并为同一管道。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括反吹风机，第二腔室的流体排出管道和/或蓄热室流体排出管道分别连通反吹风机进风口，反吹风机出风口连通所述蓄热器。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述燃烧室为一体式设计，并在燃烧室内设置隔板，将燃烧室分成第一腔室和第二腔室。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，第二腔室的流体排出管道还设有分支管道，分支管道在余热回收系统之前连通反吹风机进风口。
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