CN105536369B - 用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，包括依次连接的废气预处理系统、废气缓冲系统以及废气催化燃烧系统，其中，废气预处理系统包括依次连接的废气吸收装置和用于过滤废气中颗粒物的过滤装置，废气吸收装置包括文氏管、循环槽、吸收塔、液体冷却器以及循环泵；废气缓冲系统包括依次连接的第一风机和气柜；废气催化燃烧系统包括催化反应器以及用于预热催化反应器的管式加热炉。本发明提出的催化燃烧处理系统具有脱除效率高、选择性好、能耗低以及无洗油造成的二次污染的优点。

Description

用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统。
背景技术
截至目前，我国煤焦油加工行业总产能已超过2000万吨，作为炼焦行业的下游产业，其产能仍在逐渐扩大中。煤焦油加工的主要目的是通过蒸馏而获得诸如轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油及沥青等产品，部分产品可再进一步深加工而获得粗酚、工业萘、粗蒽及改制沥青等高附加值化工产品。然而，该加工过程排放出大量废气，主要来源于存储、加工、生产等区域所产生，如原料罐区的呼吸废气、焦油蒸馏槽区的不凝气、工业萘蒸馏槽区的不凝气、工业萘包装区的升华气、酚盐分解装置区的逸散气，以及改制沥青生产及储存区的烟气等。这些废气中含有多种VOCs（Volatile Organic Compounds，挥发性有机物），此类VOCs主要由苯类、酚类、萘类及苯并芘等组成，长期接触VOCs会对人体健康造成极大的伤害。例如，苯并芘就是强力致癌物，极低浓度的接触就会对人体造成极大危害；酚可导致人体头痛、眩晕；萘能引起使人中毒，损害人体神经系统。另外，这些废气中的VOCs若不经治理直接排放到空气中，还可能变成PM2.5的一部分，最终成为雾霾产生的元凶之一。
对于煤焦油加工过程产生的废气而言，由于焦油中的重组分（萘类、蒽类、沥青）含量较高，使得产生的VOCs中重组分含量很高，这些重组分物质易挥发、易凝结，且脱除难度较大。再者，由于一些加工区域（如储罐区、工业萘包装区）的操作是间歇的，使得废气的产生也是间歇的，导致其流量的波动很大，治理工艺较难控制。另外，来自不同加工区域废气中的VOCs浓度不一、组成不同，废气的统一处理较为困难。因此，煤焦油加工过程的有机废气与其他行业所产生的废气相比，有着成分复杂、物化性质多变、处理难度高等不利因素。
国内该行业的VOCs治理技术一直以来采用传统的排气洗净法，以洗油来吸收废气中的VOCs。但是，该技术已显现出诸多缺陷，不能满足越来越严苛的环保标准。首先，由于部分区域（如储槽区）有机废气温度较高（80～150℃），洗油吸收VOCs的同时，其自身温度也升高，一旦洗油的温度超过80℃，不仅无法清洗废气，反而自身开始大量挥发，成为VOCs的来源之一。其次，洗油较重的组分，根据相似相溶原理，其对VOCs中的轻质组分（如苯类）吸收效果较差。近年来，不少企业引入了VOCs直接燃烧的方法，该法尽管可将VOCs彻底清除，但由于VOCs中焦油重组分较多，有机废气中VOCs浓度低，且废气流量波动大，造成燃烧过程中起燃温度高、选择性差、能耗大、控制难等缺陷，技术经济可行性较差。因此，煤焦油加工过程的VOCs治理亟待脱除效率高、选择性好、能耗低的工艺技术出现。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，旨在提高脱除效率的同时，避免洗油造成的二次污染。
为实现上述目的，本发明提供一种用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，包括依次连接的废气预处理系统、废气缓冲系统以及废气催化燃烧系统，其中，
所述废气预处理系统包括依次连接的废气吸收装置和用于过滤废气中颗粒物的过滤装置，所述废气吸收装置包括文氏管、循环槽、吸收塔、液体冷却器以及循环泵，所述文氏管安装于循环槽的进气口上，所述文氏管上还设有用于通入废气的进气口，所述循环槽中容纳有用于吸收挥发性有机物的吸收剂，所述吸收塔与循环槽的排气口连通，所述循环槽的吸收剂出口通过管道依次经循环泵和液体冷却器与文氏管的入口以及吸收塔的喷淋液入口连通，所述吸收塔的排气口通过管道与过滤装置连通；
所述废气缓冲系统包括依次连接的第一风机和气柜，所述第一风机用于将预处理后的气体加压送入气柜中储存，所述第一风机通过管道与过滤装置的排气口连通，所述气柜用于存储气体以及冷凝废气中水蒸气；
所述废气催化燃烧系统包括催化反应器以及用于预热所述催化反应器的管式加热炉，所述催化反应器通过管道与气柜连通使挥发性有机物进行无焰燃烧，所述管式加热炉与催化反应器连接以对其进行预热。
优选地，所述废气催化燃烧系统还包括换热器、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀以及第二风机，其中，所述换热器的第一通道入口经第一控制阀与气柜连通，所述换热器的第一通道出口经第二控制阀与管式加热炉的加热管道入口连通，所述换热器的第二通道入口与催化反应器的排气口连通，所述换热器的第二通道出口与烟囱连通，所述管式加热炉的加热管道出口与催化反应器的进气口连通，所述换热器的第一通道出口经第三控制阀与管式加热炉的加热管道出口和催化反应器的进气口之间的节点连接，所述换热器的第一通道入口还经第四控制阀、第二风机和第五控制阀与空气源连通。
优选地，所述用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统还包括第六控制阀和第七控制阀，所述管式加热炉的燃料进口经第六控制阀与第二风机连通，所述管式加热炉的燃料进口经第七控制阀与燃料源连通。
优选地，所述用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统还包括安装于所述过滤装置与第一风机之间管道上的第八控制阀。
优选地，所述用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统还包括安装于所述气柜的排气口处管道上的减压阀。
优选地，所述用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统还包括第九控制阀，该第九控制阀的一端通过管道与过滤装置连通，第九控制阀的另一端通过管道与所述气柜的排气口连通。
优选地，所述循环槽的吸收剂出口与循环泵之间的管道上还安装有止回阀。
优选地，所述吸收塔为填料塔或筛板塔，接近所述吸收塔的塔顶处设有液体分布器，所述液体分布器下部设有气体冷凝器，所述气体冷凝器的冷介质为常温空气或冷却水。
优选地，所述催化反应器为固定床反应器，且可选择流向变换操作模式。
优选地，所述气柜是双膜气柜或钢制气柜。
本发明提出的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，通过设置废气预处理系统、废气缓冲系统以及废气催化燃烧系统，将有机废气在文氏管和吸收塔中与吸收剂进行两次接触，吸收剂循环使用，使本催化燃烧处理系统具有脱除效率高、选择性好、能耗低以及无洗油造成的二次污染的优点。另外，设置气柜实现了废气燃烧前的缓冲，使废气流量处于比较稳定的范围，避免废气流量波动对燃烧过程的冲击。
附图说明
图1为本发明用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统的结构示意图。
图中，1-文氏管、2-循环槽、3-吸收塔、4-气体冷凝器、5-液体分布器、6-液体冷却器、7-循环泵、8-止回阀、9-过滤装置、10d-第一控制阀、10g-第二控制阀、10f-第三控制阀、10e-第四控制阀、10h-第五控制阀、10i-第六控制阀、10j-第七控制阀、10a-第八控制阀、10b-第九控制阀、10c-第十控制阀、11a-第一风机、11b-第二风机、12-气柜、13-减压阀、14-换热器、15-催化反应器、16-管式加热炉、17-烟囱。
本发明的目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照图1，图1为本发明用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统的结构示意图。
本优选实施例中，用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，包括依次连接的废气预处理系统、废气缓冲系统以及废气催化燃烧系统，其中，
废气预处理系统包括依次连接的废气吸收装置和用于过滤废气中颗粒物的过滤装置9（可设置一套或多套），废气吸收装置（可设置一套或多套）包括文氏管1、循环槽2、吸收塔3、液体冷却器6以及循环泵7，文氏管1安装于循环槽2的进气口上，文氏管1上还设有用于通入废气的进气口，循环槽2中容纳有用于吸收挥发性有机物的吸收剂，吸收塔3与循环槽2的排气口连通，循环槽2的吸收剂出口通过管道依次经循环泵7和液体冷却器6与文氏管1的入口以及吸收塔3的喷淋液入口连通，吸收塔3的排气口通过管道与过滤装置9连通；
废气缓冲系统包括依次连接的第一风机11a和气柜12，第一风机11a用于将预处理后的气体加压送入气柜12中储存，第一风机11a通过管道与过滤装置9的排气口连通，气柜12用于存储气体以及冷凝废气中水蒸气；
废气催化燃烧系统包括催化反应器15以及用于预热催化反应器15的管式加热炉16，催化反应器15通过管道与气柜12连通使挥发性有机物进行无焰燃烧，管式加热炉16与催化反应器15连接以对其进行预热。
具体地，本实施例中，吸收塔3为填料塔或筛板塔，接近吸收塔3的塔顶处设有液体分布器5，液体分布器5下部设有气体冷凝器4，气体冷凝器4的冷介质为常温空气或冷却水。通过设置液体分布器5使废气与吸收剂充分接触，从而提高本催化燃烧处理系统的处理效果。催化反应器15为固定床反应器，且可选择流向变换操作模式。气柜12是双膜气柜12或钢制气柜12。过滤装置9包括粗过滤器、精过滤器、或粗过滤器和精过滤器的组合。粗过滤器和精过滤器的组合为粗过滤器和精过滤器的串联或并联。吸收剂可为甲基萘油、洗油或炭黑油中的一种，以及油品的两相或三相混合物。
进一步地，废气催化燃烧系统还包括换热器14、第一控制阀10d、第二控制阀10g、第三控制阀10f、第四控制阀10e、第五控制阀10h以及第二风机11b，其中，换热器14的第一通道入口经第一控制阀10d与气柜12连通，换热器14的第一通道出口经第二控制阀10g与管式加热炉16的加热管道入口连通，换热器14的第二通道入口与催化反应器15的排气口连通，换热器14的第二通道出口与烟囱17连通，管式加热炉16的加热管道出口与催化反应器15的进气口连通，换热器14的第一通道出口经第三控制阀10f与管式加热炉16的加热管道出口以及催化反应器15的进气口之间的节点连接，换热器14的第一通道入口还经第四控制阀10e、第二风机11b和第五控制阀10h与空气源连通。
用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统还包括第六控制阀10i和第七控制阀10j，管式加热炉16的燃料进口经第六控制阀10i与第二风机11b连通，管式加热炉16的燃料进口经第七控制阀10j与燃料源连通。
进一步地，用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统还包括安装于过滤装置9与第一风机11a之间管道上的第八控制阀10a。本催化燃烧处理系统还包括第九控制阀10b，该第九控制阀10b的一端通过管道与过滤装置9连通，第九控制阀10b的另一端通过管道与气柜12的排气口连通。
当气柜12充满时，第八控制阀10a关闭，第九控制阀10b开启，此时，废气可由旁路进入废气催化燃烧系统中。
进一步地，本催化燃烧处理系统还包括安装于气柜12的排气口处管道上的减压阀13。减压阀13可调节气柜12所提供气体的压力（0.1~1kPa）。
进一步地，循环槽2的吸收剂出口与循环泵7之间的管道上还安装有止回阀8，从而有效地防止管道中的吸收剂倒流。
本催化燃烧处理系统的工作过程如下：来自煤焦油加工过程的废气经文氏管1吸入到废气吸收装置中去，废气与吸收剂在文氏管1进行第一次接触，随后废气经过循环槽2自下而上经过吸收塔3，而吸收剂则由液体分布器5自上而下与废气逆流接触，此时废气与吸收剂进行第二次接触，废气与吸收剂的两次接触可使VOCs中绝大部分的焦油重组分（萘类、蒽类、沥青烟）被吸收，废气进入气体冷凝器4中时，使其他重组分（如萘类、蒽类）被进一步脱除。吸收剂的温度由液体冷却器6所控制，使其温度保持在合理范围（40~60℃），保证吸收效果的同时，避免吸收剂自身的挥发，避免二次污染。吸收剂循环使用并定期更换，吸收剂可为甲基萘油、洗油或炭黑油中的一种，以及油品的两相或三相混合物。其中，单套废气吸收装置对有机废气的处理量在1000~1500m3/h的范围内，废气中VOCs的浓度可在500~30000mg/m3的范围，吸收剂的流量在10~150m3/h，吸收剂更换频率在7~60天/次，废气吸收装置对焦油重组分的脱除效率为80~95%。经废气吸收装置吸收之后，废气需经过滤装置9过滤掉颗粒物质后，再进入废气缓冲系统。过滤装置9中的砾石颗粒、沸石、多孔活性炭或微孔陶瓷去除有机废气中残留的颗粒状物质（如萘粉尘），并吸附废气中的水蒸气。过滤装置9的过滤效率可达95~99.5%。
在废气吸收装置中，废气经过滤装置9后由第一风机11a送入气柜12中存储，从而实现废气的缓冲，使废气的流量、VOCs的浓度和组成均处于比较稳定的范围，避免其波动对后续催化燃烧过程造成冲击。
气柜12流出的废气进入废气催化燃烧系统中。开工时，先由管式加热炉16来预热空气或废气，燃料由燃料泵提供，系统稳定运行后，由换热器14作为第一步预热，管式加热炉16则选择性地作为第二步预热；催化反应器15中填充催化剂，作为催化燃烧的核心设备，VOCs在200~350℃的温度范围内无焰燃烧，生成CO2和H2O；由催化反应器15出来的气体进入到换热器14中进行余热回收，最后经烟囱17排放。具体在使用时控制过程如下：在催化燃烧系统开工时，第二风机11b开启，同时第四控制阀10e、第五控制阀10h和第六控制阀10i开启，待空气将管式加热炉16和催化反应器15预热后，第四控制阀10e关闭。随后，控制废气（5000~30000m3/h）经由换热器14和/或管式加热炉16预热，达到200~350℃的温度范围后，即可进入催化反应器15中。当换热器14预热到一定程度时（即可将废气预热至所需温度时），第三控制阀10f开启，第五控制阀10h、第二控制阀10g、第六控制阀10i以及第七控制阀10j关闭，第二风机11b停工，废气此时不经过管式加热炉16而直接进入催化反应器15（因换热器14可将废气预热）。在催化反应器15中，废气中的VOCs在催化剂的作用下，无焰燃烧生成CO2和H2O，催化反应后的尾气在换热器14中进行余热回收（用于加热新鲜的废气），最后换热后的尾气经烟囱17排放。
本催化燃烧处理系统中VOCs转化率可达95~99%，VOCs出口浓度小于10mg/m3，排放速率低于0.1kg/h。其中，催化反应器15中整体式催化剂的载体是蜂窝陶瓷蓄热体或金属合金丝网，活性组分为贵金属（Pt、Pd、Au、Ag等）、过渡金属（Mn、Ce、Fe、Ni、Zr、Sn、In、Cu等）氧化物，以及贵金属与过渡金属氧化物的复合物。当系统故障检修时，第一控制阀10d关闭，第十控制阀10c开启，废气不经过催化燃烧系统而直接排空。
本发明提出的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，通过设置废气预处理系统、废气缓冲系统以及废气催化燃烧系统，将有机废气在文氏管4和吸收塔5中与吸收剂进行两次接触，吸收剂循环使用，使本催化燃烧处理系统具有脱除效率高、选择性好、能耗低以及无洗油造成的二次污染的优点。另外，设置气柜12实现了废气燃烧前的缓冲，使废气流量处于比较稳定的范围，避免废气流量波动对燃烧过程的冲击。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，包括依次连接的废气预处理系统、废气缓冲系统以及废气催化燃烧系统，其中，
所述废气预处理系统包括依次连接的废气吸收装置和用于过滤废气中颗粒物的过滤装置，所述废气吸收装置包括文氏管、循环槽、吸收塔、液体冷却器以及循环泵，所述文氏管安装于循环槽的进气口上，所述文氏管上还设有用于通入废气的进气口，所述循环槽中容纳有用于吸收挥发性有机物的吸收剂，所述吸收塔与循环槽的排气口连通，所述循环槽的吸收剂出口通过管道依次经循环泵和液体冷却器与文氏管的入口以及吸收塔的喷淋液入口连通，所述吸收塔的排气口通过管道与过滤装置连通；
所述废气缓冲系统包括依次连接的第一风机和气柜，所述第一风机用于将预处理后的气体加压送入气柜中储存，所述第一风机通过管道与过滤装置的排气口连通，所述气柜用于存储气体以及冷凝废气中水蒸气；
所述废气催化燃烧系统包括催化反应器以及用于预热所述催化反应器的管式加热炉，所述催化反应器通过管道与气柜连通使挥发性有机物进行无焰燃烧，所述管式加热炉与催化反应器连接以对其进行预热；
所述废气催化燃烧系统还包括换热器、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀以及第二风机，其中，所述换热器的第一通道入口经第一控制阀与气柜连通，所述换热器的第一通道出口经第二控制阀与管式加热炉的加热管道入口连通，所述换热器的第二通道入口与催化反应器的排气口连通，所述换热器的第二通道出口与烟囱连通，所述管式加热炉的加热管道出口与催化反应器的进气口连通，所述换热器的第一通道出口经第三控制阀与管式加热炉的加热管道出口和催化反应器的进气口之间的节点连接，所述换热器的第一通道入口还经第四控制阀、第二风机和第五控制阀与空气源连通。
2.如权利要求1所述的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，还包括第六控制阀和第七控制阀，所述管式加热炉的燃料进口经第六控制阀与第二风机连通，所述管式加热炉的燃料进口经第七控制阀与燃料源连通。
3.如权利要求1所述的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，还包括安装于所述过滤装置与第一风机之间管道上的第八控制阀。
4.如权利要求1所述的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，还包括安装于所述气柜的排气口处管道上的减压阀。
5.如权利要求1所述的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，还包括第九控制阀，该第九控制阀的一端通过管道与过滤装置连通，第九控制阀的另一端通过管道与所述气柜的排气口连通。
6.如权利要求1所述的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，所述循环槽的吸收剂出口与循环泵之间的管道上还安装有止回阀。
7.如权利要求1所述的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，所述吸收塔为填料塔或筛板塔，接近所述吸收塔的塔顶处设有液体分布器，所述液体分布器下部设有气体冷凝器，所述气体冷凝器的冷介质为常温空气或冷却水。
8.如权利要求1所述的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，所述催化反应器为固定床反应器，且可选择流向变换操作模式。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的用于煤焦油加工过程挥发性有机物的催化燃烧处理系统，其特征在于，所述气柜是双膜气柜或钢制气柜。
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