CN105066149A - 用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，主要解决现有技术中安全隐患大、起燃温度高、能耗大的问题。本发明通过采用一种用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，浓度低于爆炸极限下限25％的VOCs气体进入回转型蜂窝陶瓷蓄热体的冷程，然后进入加热室加热，加热后的气体进入低温催化氧化床后，与纳米银或纳米银/氧化锰/氧化铈负载蜂窝陶瓷催化剂接触，然后进入高温催化氧化床，与负载Pt或Pd的贵金属催化剂接触，释放出热量后进入回转型蜂窝陶瓷蓄热体热程，在回转型蜂窝陶瓷蓄热体内进一步高温燃烧，达到99％以上的处理效率的技术方案较好地解决了上述问题，可用于低温蓄热式催化氧化处理装置中。

Description

用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法
技术领域
本发明涉及一种用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法。
背景技术
目前的挥发性有机物(VOCs)的治理技术主要有两类:一类是回收技术,一类是销毁技术。回收技术是通过物理的方法，例如改变温度、压力或采取选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法富集分离有机气相污染物的方法，主要有吸附技术、吸收技术、冷凝技术及膜分离技术。销毁技术主要通过化学或生化放映，用热、光、催化剂和微生物将有机化合物转变为二氧化碳和水等无毒害或低毒害的无机小分子化合物，主要有直接燃烧法、催化燃烧、生物氧化、光催化氧化、等离子破坏等。
回收技术主要针对浓度较高或经济价值高的VOCs气体进行回收，在某些领域能够满足国家环保标准的要求直接排入大气中。而销毁技术主要是针对回收技术无法达到标准要求时而采取的VOCs治理技术。《大气污染物综合排放标准》要求非甲烷总烃排放浓度≤120mg/m3，一些地区地方标准要求非甲烷总烃排放浓度≤80mg/m3，《石油化学工业污染物排放标准》等意见征求稿要求苯排放指标≤1mg/m3，回收技术若要达到以上标准，则技术实现上非常困难，需结合销毁技术进一步达到标准。
然而目前的销毁技术中直接燃烧法操作温度高达800℃,且设备成本高,在炼制企业应用过程中存在安全隐患；大部分催化燃烧技术不适应用于高浓度的有机污染物场合需进行预处理，且因催化剂工作温度基本在400℃左右，高于大部分有机物起燃温度，在使用上也存在爆炸的危险。若对有机污染物进行稀释预处理,则对空气的加热升温需要耗费大量的热能(电加热或者燃料加热),在大风量/低浓度的VOCs治理中运行成本过高，造成能源浪费。
本发明有针对性的解决了该问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中安全隐患大、起燃温度高、能耗大的问题，提供一种新的用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法。该方法用于低温蓄热式催化氧化处理装置中，具有安全隐患小、起燃温度低、能耗小的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，浓度低于爆炸极限下限25％的VOCs气体进入回转型蜂窝陶瓷蓄热体的冷程，然后进入加热室加热，加热后的气体进入低温催化氧化床后，与纳米银或纳米银/氧化锰/氧化铈负载蜂窝陶瓷催化剂接触，90％以上的VOCs气体在低温催化氧化床内被分解为CO2和H2O，然后进入高温催化氧化床，与负载Pt或Pd的贵金属催化剂接触，剩余部分VOCs气体进一步分解成CO2和H2O，同时释放出热量后进入回转型蜂窝陶瓷蓄热体热程，在回转型蜂窝陶瓷蓄热体内进一步高温燃烧，达到99％以上的处理效率，回转型蜂窝陶瓷蓄热体热程出口的气体达标排放；其中，所述回转型蜂窝陶瓷蓄热体分为至少两个仓室，回转型蜂窝陶瓷蓄热体与回转马达连接。
上述技术方案中，优选地，所述加热室加热后的气体温度为220～240℃。
上述技术方案中，优选地，所述低温催化氧化床的反应温度为200～400℃。
上述技术方案中，优选地，所述高温催化氧化床的反应温度为400～600℃。
上述技术方案中，优选地，所述回转型蜂窝陶瓷蓄热体分为三个仓室，通过回转马达回转交替使用。
上述技术方案中，优选地，低温催化氧化床内的催化剂为纳米银负载蜂窝陶瓷催化剂，纳米银负载质量含量为50～100g/L；高温催化氧化床内的催化剂为负载Pt催化剂，Pt负载质量含量为1～5g/L。
针对现有催化燃烧技术中存在安全隐患(因催化剂工作温度高于大部分有机物的起燃温度，有爆炸隐患)、起燃温度高(因高温催化剂的使用)、能耗大(处理低浓度VOCs气体时，电加热器一直处于工作状态)等缺点。本专利有机废气处理指标高，装置效率高。通过与前端回收技术相结合，本技术方法不仅能满足现行的环保标准要求，而且能够满足国家环保部门即将颁布实施的《石油化学工业污染物排放标准》和《石油炼制企业工业污染物排放标准》要求，其中非甲烷总烃排放指标≤80mg/m3，处理效率≥99％；苯≤1mg/m3，甲苯≤8mg/m3；二甲苯≤10mg/m3，处理指标远高于目前大部分有机气体回收治理技术。处理VOCs气体可以满足间歇或持续排放节约能耗，处理浓度适应范围广，满足大部分VOCs气体处理指标。低温触媒催化工作温度(200℃～300℃)显著低于目前大部分负载贵金属催化剂的工作温度，低于大部分有机物的起燃温度，较直接燃烧和其他催化氧化技术安全性更高。相比传统的催化氧化技术，本专利采用回转蓄热式换热的技术路线，即使有机废气物料浓度低、间歇进气情况下，由于蜂窝陶瓷蓄热体能较好的保温效果，来料VOCs气体经过蜂窝陶瓷蓄热体后能够容易达到低温触媒床工作的温度，从而使加热器工作时间更短，电能或其他能耗消耗更低。本专利通过把VOCs等有机废气转化成CO2和H2O，同时不产生氮氧化物，相比其他直接燃烧等销毁技术，无二次污染气体产生，更加环保，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述回转型蜂窝陶瓷蓄热体换热的工作示意图。
图2为回转型蜂窝陶瓷蓄热体剖面图。
图1或图2中，1为经过回收预处理的VOCs气体管线；2为VOCs气体排放管线；3为回转型蜂窝陶瓷蓄热体；4为加热室；5为低温催化氧化床；6为高温催化氧化床；12a～12c为蓄热体。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
按照如图1所示的流程，经过回收预处理的VOCs气体进入回转型蜂窝陶瓷蓄热体的冷程，然后经过加热室加热后进入低温氧化床层后，90％以上的VOCs气体已在低温催化氧化床层内被分解为CO2和H2O，同时释放出热量并进入高温催化氧化床层，同时当此时气体温度较高时，预处理系统增加稀释力度，降低VOCs气体燃烧温度。
高温催化氧化床层内填充不同于低温催化氧化床层的贵金属Pt高温催化剂，该催化剂所需要工作温度高于低温催化氧化床层所需温度。剩余少部分VOCs气体在此区间内进一步分解成CO2和H2O，同时释放出热量进入回转型蜂窝陶瓷蓄热体，在回转型蜂窝陶瓷蓄热体内进一步高温燃烧，达到99％以上的处理效率。
以处理汽油挥发的油气为例，进口浓度为60g/m3的常温汽油油气，经系统预处理后浓度稀释为6g/m3(爆炸极限的下限的25％为9.4g/m3)，已低于爆炸极限的下限的25％，经换热器换热后温度升高至230℃左右，此时加热室停止工作，经低温催化氧化床层、高温催化氧化床层以及陶瓷蓄热体的处理后，出口浓度可以达到80mg/m3以下，处理效率达到99％以上。
所述低温催化氧化床的反应温度为200℃。所述高温催化氧化床的反应温度为400℃。低温催化氧化床内的催化剂为纳米银负载蜂窝陶瓷催化剂，纳米银负载质量含量为50g/L；高温催化氧化床内的催化剂为负载Pt催化剂，Pt负载质量含量为1g/L。
如图1、图2所示，通过密闭的回转型蜂窝陶瓷蓄热体实现蓄热和换热的合二为一，该方式可以提高换热效率，提高蓄热能力。通过回转型蜂窝陶瓷蓄热体的旋转马达，带动蓄热体旋转。当回转型蓄热体某一蓄热体(12a)作为蓄热功能使用时，不仅可以进一步净化VOCs气体，而且可以进行蓄热，进行热回收利用；此时蓄热体(12b)已蓄热完成等待系统换热；而蓄热体(12c)正在给来料VOCs气体进行加热。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，所述低温催化氧化床的反应温度为200℃。所述高温催化氧化床的反应温度为420℃。低温催化氧化床内的催化剂为纳米银/氧化锰/氧化铈负载蜂窝陶瓷催化剂，纳米银/氧化锰/氧化铈负载质量含量分别为60g/L、10g/L、10g/L；高温催化氧化床内的催化剂为负载Pt催化剂，Pt负载质量含量为2.5g/L。
以处理汽油挥发的油气为例，进口浓度为50g/m3的常温汽油油气，经系统预处理后浓度稀释为5.5g/m3(爆炸极限的下限的25％为9.4g/m3)，已低于爆炸极限的下限的25％，经换热器换热后温度升高至250℃左右，此时加热室停止工作，经低温催化氧化床层、高温催化氧化床层以及陶瓷蓄热体的处理后，出口浓度可以达到60mg/m3以下，处理效率达到99％以上。

Claims (6)

1.一种用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，浓度低于爆炸极限下限25％的VOCs气体进入回转型蜂窝陶瓷蓄热体的冷程，然后进入加热室加热，加热后的气体进入低温催化氧化床后，与纳米银或纳米银/氧化锰/氧化铈负载蜂窝陶瓷催化剂接触，90％以上的VOCs气体在低温催化氧化床内被分解为CO2和H2O，然后进入高温催化氧化床，与负载Pt或Pd的贵金属催化剂接触，剩余部分VOCs气体进一步分解成CO2和H2O，同时释放出热量后进入回转型蜂窝陶瓷蓄热体热程，在回转型蜂窝陶瓷蓄热体内进一步高温燃烧，达到99％以上的处理效率，回转型蜂窝陶瓷蓄热体热程出口的气体达标排放；其中，所述回转型蜂窝陶瓷蓄热体分为至少两个仓室，回转型蜂窝陶瓷蓄热体与回转马达连接。
2.根据权利要求1所述用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，其特征在于所述加热室加热后的气体温度为220～240℃。
3.根据权利要求1所述用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，其特征在于所述低温催化氧化床的反应温度为200～400℃。
4.根据权利要求1所述用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，其特征在于所述高温催化氧化床的反应温度为400～600℃。
5.根据权利要求1所述用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，其特征在于所述回转型蜂窝陶瓷蓄热体分为三个仓室，通过回转马达回转交替使用。
6.根据权利要求1所述用于低温蓄热式催化氧化处理装置的换热方法，其特征在于所述低温催化氧化床内的催化剂为纳米银负载蜂窝陶瓷催化剂，纳米银负载质量含量为50～100g/L；高温催化氧化床内的催化剂为负载Pt催化剂，Pt负载质量含量为1～5g/L。
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