CN105498476A - VOCs尾气处理工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种VOCs尾气处理工艺及系统,其中工艺包括预处理,将待处理的VOCs尾气通入预处理器中进行预处理;酸催化处理,将经过预处理的VOCs尾气通入酸催化反应器中进行酸催化处理;碱催化处理,将经过酸催化处理的VOCs尾气通入碱催化反应器进行碱催化处理;催化氧化处理,对经过碱催化处理的VOCs尾气通入催化氧化反应器进行催化氧化处理,经过催化氧化处理后的VOCs尾气直接排放。本发明的VOCs尾气处理工艺采用了多重催化步骤,对VOCs尾气中的有机污染物的处理效果好,同时整个工艺过程产生的废弃物少,符合国家节能环保的要求。

Description

VOCs尾气处理工艺及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及废气处理领域,尤其涉及一种VOCs尾气处理工艺及系统。
背景技术
[0002] 挥发性有机化合物,简称VOCs,是指在常压下沸点低于260°C或室温时饱和蒸汽压 大于71Pa的有机化合物。VOCs的种类很多,其中常见的是用于工业溶剂的芳香烃、醇类、酷 类和醛类。多数的VOsC有毒、有恶臭,甚至有致癌性,对人体和环境产生极大的危害,世界各 国都通过立法不断限制VOCs的排放量。
[0003] VOCs的来源主要有固定源和移动源两种。移动源主要有汽车、轮船和飞机等以石 油产品为燃料的交通工具的排放气;固定源的种类很多,主要为石油化工工艺过程和储存 设备等的排出物及各种使用有机溶剂的场合,如喷漆、印刷、金属除油和脱脂、粘合剂、制 药、塑料和橡胶加工等。除了这些大污染源外,还有日常生活中随处可见的小污染源,如油 漆、涂料、地板腊等。就目前的技术水平而言,无法避免这些气相污染物的排放,因此迫切需 要有效治理VOCs的技术。
发明内容
[0004] 针对上述问题,本发明的目的是提供一种处理效果较好的VOCs尾气处理工艺及系 统。
[0005] 本发明的技术方案如下:
[0006] 一种VOCs尾气处理工艺,包括
[0007] 预处理,将待处理的VOCs尾气通入预处理器中进行预处理;
[0008] 酸催化处理,将经过预处理的VOCs尾气通入酸催化反应器中进行酸催化处理;
[0009] 碱催化处理,将经过酸催化处理的VOCs尾气通入碱催化反应器进行碱催化处理;
[0010] 催化氧化处理,对经过碱催化处理的VOCs尾气通入催化氧化反应器进行催化氧化 处理,经过催化氧化处理后的VOCs尾气直接排放。
[0011] 在其中一个实施例中,所述预处理包括吸附处理或过滤处理。
[0012] 在其中一个实施例中,所述酸催化反应器中保持pH值大于4的酸性环境。
[0013] 在其中一个实施例中,进入所述催化氧化工序的VOCs尾气的含水量为不饱和状 ίέτ 〇
[0014] 在其中一个实施例中,所述VOCs尾气通过预处理器的速度为2~5m/s;
[0015] 所述VOCs尾气通过酸催化反应器的速度为0.6~1.0m/s;
[0016] 所述VOCs尾气通过碱催化反应器的速度为0.6~1.0m/s;
[0017] 所述VOCs尾气通过催化氧化反应器的速度为0.3~0.7m/s。
[0018]本发明还提供一种VOCs尾气处理系统,其包括依次连通的预处理器、酸催化反应 器、碱催化反应器和催化氧化反应器,所述VOCs尾气依次经过所述预处理器、所述酸催化反 应器、所述碱催化反应器和所述催化氧化反应器后排放。
[0019] 在其中一个实施例中,所述VOCs尾气处理系统还包括臭氧发生器,所述臭氧发生 器与所述酸催化反应器连通。
[0020] 在其中一个实施例中,所述VOCs尾气处理系统还包括与所述碱催化反应器连通的 碱液投加系统。
[0021] 在其中一个实施例中,所述酸催化反应器上还设置有在线分析仪和控制系统,所 述在线分析仪与所述控制系统电连接。
[0022] 在其中一个实施例中,在所述碱催化反应器和所述催化氧化反应器之间还设置有 雾状捕捉器。
[0023]本发明的有益效果是:本发明的VOCs尾气处理工艺首先通过预处理去除尾气中的 大分子的油烟、聚醚等有毒有害物质,过滤后的VOCs尾气继续进入酸催化反应器中,通过酸 催化反应器将VOCs尾气中的有机污染物氧化为有机酸;经过酸催化的VOCs尾气继续进入碱 催化反应器中,通过酸催化反应器和碱催化反应器处理后的尾气中的环氧乙烷、环氧丙烷、 苯乙烯、丙烯腈可达到较高的脱除率;经过碱催化反应器的VOCs尾气进入催化氧化反应器, 继续除去尾气中的有机物,保证尾气达标排放。本发明的VOCs尾气处理工艺采用了多重催 化步骤,对VOCs尾气中的有机污染物的处理效果好,同时整个工艺过程产生的废弃物少,符 合国家节能环保的要求。
附图说明
[0024]图1为本发明的VOCs尾气处理工艺的一个实施例的整体示意图;
[0025]图2为本发明的VOCs尾气处理系统的一个实施例的整体不意图;
[0026]图3为本发明的VOCs尾气处理系统的酸催化反应器的一个实施例的整体示意图。
具体实施方式
[0027]为了使本发明的VOCs尾气处理工艺及系统的目的、技术方案及优点更加清楚明 白,以下结合具体附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。
[0028]需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0029]参见图1,本发明提供了一种VOCs尾气处理工艺,其包括
[0030] 预处理,将待处理的VOCs尾气通入预处理器中进行预处理;本步骤主要去除VOCs 尾气(有机废气)中油烟、聚醚等大分子有毒有害物质;
[0031] 酸催化处理,将经过预处理的VOCs尾气通入酸催化反应器中进行酸催化处理;本 步骤中酸催化反应器中保持PH值大于4的酸性环境,且酸催化反应器中存在强氧化剂,在酸 性环境中,强氧化剂与废气中的有毒有害臭气反应,生成H 20、C02和无害羧酸,从而去除了 VOCs尾气中的苯乙烯、环氧乙烷、环氧丙烷等有毒有害成分;较佳的,本实施例中的强氧化 剂为臭氧和/或强氧化性羟基。
[0032] 碱催化处理,将经过酸催化处理的VOCs尾气通入碱催化反应器进行碱催化处理; 本实施例中的碱催化主要是进一步去除VOCs尾气中的苯乙烯、环氧丙烷、环氧乙烷及过量 的强氧化剂和有机酸,并去除废气中部分丙烯腈;
[0033] 催化氧化处理,对经过碱催化处理的VOCs尾气通入催化氧化反应器进行催化氧化 处理,经过催化氧化处理后的VOCs尾气直接排放。本步骤主要除去VOCs尾气中的丙烯腈,使 VOCs尾气满足排放要求,最终经管道送入烟肉进行排放。
[0034]酸催化处理步骤中,VOCs尾气发生氧化反应(酸性环境);
[0035] 直接反应:污染物+03-C〇2+H2〇+RCOOH
[0036] 间接反应:污染物+-OH4CO2+H2O+RCOOH
[0037] C8H8+氧化剂(〇3,OH) 4H2O+CO2 〇
[0038] 碱催化处理步骤中,VOCs尾气会发生中和反应:
[0039] H2S〇4+NaOH^Na2S〇4+H20
[0040] RC00H+Na0H^RC00Na+H20 ;
[0041 ] RCOOH+NH3 · H20^RC00NH4+H20;
[0042] 同时在碱催化处理步骤(碱性条件)中,V0C尾气中的其他污染物还可能发生其他 反应,反应式如下:
[0043] CH2CHCN+NaOH^CH2CHCOONa+NH3 〇
[0044] 本发明的VOCs尾气处理工艺包括多道工序,首先通过预处理去除VOCs尾气中的大 分子的油烟、聚醚等有毒有害物质;预处理后的VOCs尾气继续进入含有强氧化剂的酸催化 反应器中,通过酸催化反应器将VOCs尾气中的有机污染物氧化为有机酸;经过酸催化的 VOCs尾气继续进入碱催化反应器中进一步去除VOCs尾气中的苯乙烯、环氧丙烷、环氧乙烷、 有机酸及过量的强氧化剂;此时通过酸催化反应器和碱催化反应器处理后的尾气中的环氧 乙烷、环氧丙烷可达到较高的脱除率;经过碱催化反应器的VOCs尾气进入催化氧化反应器, 继续除去尾气中的有机物,保证尾气达标排放,经过过滤及捕捉收集后的有机物质送到厂 区焚烧炉进行焚烧处理。本发明的VOCs尾气处理工艺采用了多重氧化步骤,对VOCs尾气中 的有机污染物的处理效果好。
[0045]较佳的,作为一种可实施方式,所述预处理包括吸附处理或过滤处理。本实施例中 可以采用吸附剂来吸附,也可以采用过滤器(过滤网)进行过滤。
[0046]较佳的,作为一种可实施方式,所述酸催化反应器保持pH值大于4的酸性环境。本 实施例中酸催化反应器中采用的酸性处理液的pH为4~6。
[0047]较佳的,作为一种可实施方式,所述碱催化中碱性处理液的pH为8~10。
[0048]较佳的,作为一种可实施方式,进入所述催化氧化工序的VOCs尾气的含水量为不 饱和状态。因此,作为一种可实施方式,在碱催化处理之后催化氧化处理之前还包括除湿处 理,除湿处理主要目的是保证进入催化氧化反应器的VOCs尾气的含水量为不饱和状态,更 优的进入催化氧化反应器的VOCs尾气的相对湿度<60%。
[0049] 较佳的,作为一种可实施方式,所述VOCs尾气通过预处理器的速度为2~5m/s,优 选为3m/s;本实施例中控制VOCs尾气通过预处理器的速度能够保证预处理的处理效果,如 果速度太快则VOCs尾气中的大分子很难被吸附或过滤完全,速度太慢则延长处理时间,经 试验,VOCs尾气通过预处理器的速度最好为2~5m/s,这样能兼顾处理效果和处理效率。 [00 50] 进一步的,所述VOCs尾气通过酸催化反应器的速度为0.6~1.0m/s,优选为0.8m/ s。本实施例中酸催化反应器中的强氧化剂的流动方向与VOCs尾气的流动方向相反,也就是 说强氧化剂与VOCs尾气逆流接触,为了保证酸催化效果使得酸催化剂的催化作用进行的比 较彻底,本实施例设定了 VOCs尾气通过酸催化反应器的速度为0.6~1. Om/s。
[0051] 进一步的,所述VOCs尾气通过碱催化反应器的速度为0.6~1 .Om/s,优选为0.8m/ s。本实施例中主要是通过碱催化反应器中的碱性吸收液的雾化喷淋洗涤来实现对VOCs尾 气的碱催化处理的,碱性吸收液可以是NaOH、KOH等。本实施例中的碱性吸收液为NaOH。本实 施例中碱催化反应器中的碱性吸收液的流动方向也与VOCs尾气的流动方向相反,也就是说 碱性吸收液从碱催化反应器的顶部喷淋而下,VOCs尾气从碱催化反应器的底部向上运动, 强氧化剂与VOCs尾气逆流接触。同样的,为了保证碱催化效果本实施例设定VOCs尾气通过 碱催化反应器的速度为0.6~1 .Om/s。
[0052] 进一步的,所述VOCs尾气通过催化氧化反应器的速度为0.3~0.7m/s,优选为 0.5m/s。催化氧化的主要作用是除去废气中的丙烯腈等。本实施例催化氧化反应器中采用 的催化剂为经过活性催化处理的活性炭。
[0053]基于同一发明构思,参见图2,本发明还提供一种VOCs尾气处理系统,其包括依次 连通的预处理器100、酸催化反应器200、碱催化反应器300和催化氧化反应器400,所述VOCs 尾气依次经过所述预处理器100、所述酸催化反应器200、所述碱催化反应器300和所述催化 氧化反应器400后排放。本实施例中的酸催化反应器为逆流式酸催化反应器,碱催化反应器 为逆流式碱催化反应器。所述的预处理器为过滤器和\或除雾器。
[0054]较佳的,作为一种可实施方式,所述VOCs尾气处理系统还包括臭氧发生器500,所 述臭氧发生器500与所述酸催化反应器200连通。臭氧发生器500用于提供强氧化剂臭氧和 强氧化羟基。酸催化处理步骤中,臭氧发生器利用正高压电离空气产生正电荷臭氧(〇 3+),再 将正电荷臭氧(〇3+)进入酸催化反应器,使之与塔底部的水混合。在喷淋的过程中,正电荷臭 氧(〇 3+)在氧化促进剂的作用下形成大量的强氧化羟基(-OH),强氧化羟基(-OH)具有极强的 氧化能力,它的氧化电位是2.8,仅次于自然界中氧化电位最强的氟(氟的氧化电位是 2.87)。在高级氧化分解中,正电荷臭氧(0 3+)参与直接反应,羟基(-OH)参与间接反应,在pH> 4条件下90%由间接反应完成。特别是对有机废气的分解,在直接和间接反应后分解率达 95%以上。
[0055]较佳的,作为一种可实施方式,所述VOCs尾气处理系统还包括与所述碱催化反应 器连通的碱液投加600。碱液投加系统600用于提供碱催化反应器中的吸收液。
[0056]进一步的,所述碱液投加系统600还与所述酸催化反应器200连通。这样设置是为 了保证酸催化反应器中的pH保持大于4。
[0057] 较佳的,作为一种可实施方式,在所述碱催化反应器200和所述催化氧化反应器 400之间还设置有雾状捕捉器700。设置雾状捕捉器700的目的是去除VOCs尾气的液滴(包括 油和水),保证进入催化氧化反应器中的VOCs尾气的干燥度。
[0058] 进一步的,本发明中的酸催化反应器上还设置有在线分析仪和控制系统,所述在 线分析仪与所述控制系统电连接。所述在线分析仪用于在线分析有机物浓度,主要分析苯 乙烯、环氧丙烷、环氧乙烷的含量;所述控制系统根据VOCs尾气中的有机物浓度控制臭氧加 入量,防止臭氧过量及超标排放,导致二次污染。VOCs尾气通过离心风机送入预处理器,去 除VOCs尾气中大分子的油烟、聚醚等大分子有毒有害物质,然后通过管道送入酸催化反应 器,同时,来自臭氧发生器生成的臭氧和强氧化羟基通入酸催化反应器,在酸性环境中,臭 氧和强氧化性羟基与VOCs尾气的有毒有害臭气反应,生成H 20、C02和无害羧酸,从而去除了 VOCs尾气中的苯乙烯、环氧乙烷、环氧丙烷等有毒有害成分。经酸催化处理后的VOCs尾气再 经过碱催化反应器,通过逆流式吸收液(吸收液为NaOH)的雾化喷淋洗涤进一步去除VOCs尾 气中的苯乙烯、环氧丙烷、环氧乙烷及过量的臭氧,并去除VOCs尾气中的有机酸。经过酸、碱 催化反应器的VOCs尾气送入高效的雾状捕捉器,使气体中水分含量低于60%,除水后的 VOCs尾气送入催化氧化反应器,除去VOCs尾气中的丙烯腈等,使废气VOCs尾气满足排放要 求,最终经管道送入烟肉进行排放。
[0059] 进一步的,参见图3,本发明中的酸催化反应器包括从上而下依次设置的除雾层 210、第一喷淋设备层221、第一填料层231、第二喷淋设备层222、第二填料层232和设置在酸 催化反应器底部的液体层240。由于本发明中的酸催化处理作为后续的碱催化处理的前序 处理工序,因此本实施例中设置液体层240的高度Η应当占酸催化反应器的整体高度的20% 至30%。且第一喷淋层与第一填料层之间的距离为400~600mm。
[0060] 本发明的VOCs尾气处理系统处理效果好,并且其非常适用于在原有的废气处理装 置上进行改造,节省设备投资,符合节能环保的要求。
[0061 ] 实施例一
[0062] 待处理的VOCs废气的流量:15000m3/h,温度:35°C,压力:3000Pa;待处理的V0C废 气的成分:包括苯乙烯、环氧丙烷、环氧乙烷、聚醚、丙烯腈及少量油烟气。其具体成分见表 1〇
[0063] 表1待处理的VOCs废气含量
Figure CN105498476AD00071
[0065]经测试,处理后的排放气中非甲烷总烃的含量小于<60mg/m3,丙烯腈<0.5mg/m 3。 采用本发明的V0C废气处理装置处理后的排放气中只包含非甲烷总烃,空气,水;几乎不含 有有机化合物气体,符合国家的排放标准。
[0066] 以7200小时计算,运行费用约为51.07万/年,与以往的VOCs废气处理工艺相比,本 发明的VOCs废气处理工艺运行费用降低了30%,处理效果优。
[0067] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员 来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保 护范围。因此,本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1. 一种VOCs尾气处理工艺,其特征在于,包括 预处理,将待处理的VOCs尾气通入预处理器中进行预处理; 酸催化处理,将经过预处理的VOCs尾气通入酸催化反应器中进行酸催化处理; 碱催化处理,将经过酸催化处理的VOCs尾气通入碱催化反应器进行碱催化处理; 催化氧化处理,对经过碱催化处理的VOCs尾气通入催化氧化反应器进行催化氧化处 理,经过催化氧化处理后的VOCs尾气直接排放。
2. 根据权利要求1所述的VOCs尾气处理工艺,其特征在于,所述预处理包括吸附处理或 过滤处理。
3. 根据权利要求1所述的VOCs尾气处理工艺,其特征在于,所述酸催化反应器中保持pH 值大于4的酸性环境。
4. 根据权利要求1所述的VOCs尾气处理工艺,其特征在于,进入所述催化氧化工序的 VOCs尾气的含水量为不饱和状态。
5. 根据权利要求1所述的VOCs尾气处理工艺,其特征在于,所述VOCs尾气通过预处理器 的速度为2~5m/s; 所述VOCs尾气通过酸催化反应器的速度为0.6~1. Om/s; 所述VOCs尾气通过碱催化反应器的速度为0.6~1. Om/s; 所述VOCs尾气通过催化氧化反应器的速度为0.3~0.7m/s。
6. -种VOCs尾气处理系统,其特征在于,包括依次连通的预处理器、酸催化反应器、碱 催化反应器和催化氧化反应器,所述VOCs尾气依次经过所述预处理器、所述酸催化反应器、 所述碱催化反应器和所述催化氧化反应器后排放。
7. 根据权利要求6所述的VOCs尾气处理系统,其特征在于,所述VOCs尾气处理系统还包 括臭氧发生器,所述臭氧发生器与所述酸催化反应器连通。
8. 根据权利要求6所述的VOCs尾气处理系统,其特征在于,所述VOCs尾气处理系统还包 括与所述碱催化反应器连通的碱液投加系统。
9. 根据权利要求6所述的VOCs尾气处理系统,其特征在于,所述酸催化反应器上还设置 有在线分析仪和控制系统,所述在线分析仪与所述控制系统电连接。
10. 根据权利要求6至9任意一项所述的VOCs尾气处理系统,其特征在于,在所述碱催化 反应器和所述催化氧化反应器之间还设置有雾状捕捉器。
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