CN105536521A - 一种催化脱硝的蓄热式氧化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化脱硝的蓄热式氧化装置，其包括蓄热室和氧化室，氧化室固定安装在若干个蓄热室顶部，氧化室上设有燃烧器和防爆门，每一蓄热室内部安装有蓄热体层，下方固定连接进气管道和排气管道及进气阀和排气阀，所述每一蓄热室内还安装有催化还原剂层和还原物喷嘴，所述还原物喷嘴与液态还原物管道连接，装在催化还原剂层上方，向催化还原剂层喷射还原物，所述液态还原物管道上装有阀门。本发明组成、结构合理，制造和运行费用低，占地面积小，节能效果好，能同时高效处理VOCs和NOx，是一种理想的蓄热式氧化装置。

Description

一种催化脱硝的蓄热式氧化装置
技术领域
本发明属于VOCs废气处理领域，特别涉及一种处理VOCs废气和催化脱硝的蓄热式氧化炉。
背景技术
挥发性有机物（VOCs，VolatileOrganicCompounds）与硫氧化物、氮氧化物和粉尘都是造成大气污染的主要污染物。VOCs来源众多（如石油炼制、有机化工、医药、食品、日用品、轮胎制造等VOCS生产行业，以及包装印刷、机械制造、电子产品制造、交通设备制造、人造板与家具制造等以VOCS产品为原料的制造行业）；VOCs成分复杂，包含150多种有机物。对于VOCs的处理，分解效率能稳定达到95%以上的是燃烧法。燃烧法中的蓄热式氧化装置（RTO，RegenerativeThermalOxidizer）的热回收效率可达到90%以上，是燃烧法中的主流技术。RTO蓄热室上部若安装催化氧化剂层，就成为蓄热式催化氧化装置（RCO），催化氧化剂的作用是氧化VOCs，不能还原氮氧化物（NOx）。VOCs经氧化分解后，主要生成CO2和H2O，但含有VOCs的废气中若有氮则会生成燃料型NOx；若氧化温度大于800℃，也会有大量热力型NOx生成。随着我国对大气污染物的日益重视，规格日益严格，如何处理VOCs被氧化后生成的NOx是个比较困难的问题。常用且效率高的烟气脱硝方法是选择性催化还原脱硝（SCR），这种技术的催化还原剂在200℃以上才有好的脱硝效果，而RTO出口的烟气温度只有100℃左右；强氧化剂脱硝的温度较低，但其应用不成熟，效率较低，有废水处理的问题。这两种方法的共同缺点是要安装额外的处理装置，有较大的占地面积。发明专利：一种处理含高浓度有机污染物废气的方法（CN104344409A）采用选择性非催化还原（SNCR）处理RTO装置产生的NOx，但SNCR技术处理NOx的效率交低，而且必须运行在850℃-1100℃的温度范围内。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提出一种组成、结构合理，制造和运行费用低，占地面积小，能同时高效处理VOCs和NOx的蓄热式氧化装置。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种催化脱硝的蓄热式氧化装置，其包括蓄热室和氧化室，氧化室固定安装在若干个蓄热室顶部，氧化室上设有燃烧器和防爆门，每一蓄热室内部安装有蓄热体层，下方固定连接进气管道和排气管道及进气阀和排气阀，其特征在于：所述每一蓄热室内还安装有催化还原剂层和还原物喷嘴，所述还原物喷嘴与液态还原物管道连接，装在催化还原剂层上方，向催化还原剂层喷射还原物，所述液态还原物管道上装有阀门。
所述蓄热室的数量为2-9个，蓄热室内空室速度范围：1-2.5m/s。进一步，所述蓄热室的数量为3-9个，每一个蓄热室下方还连接有反吹管道，反吹管道上装有反吹阀。
所述催化还原剂层安装在蓄热室内蓄热体层之间，并填满每个蓄热室的水平截面，催化还原剂层有1-3个，催化还原剂层的总厚度为蓄热室高度的5%-25%。进一步，催化还原剂层下方有1-10个蓄热体层，催化还原剂层上方有1-4个蓄热体层或1个催化氧化剂层。
进一步，本发明每个蓄热室内的还原物喷嘴有1-5个。
本发明在每一个蓄热室内安装催化还原剂层和还原物喷嘴，蓄热式氧化装置（RTO）中的蓄热室内存在着合适温度区间，在该温度区间内，所述还原催化剂和还原物可以高效脱硝。对照现有技术，本发明组成、结构合理，制造和运行费用低，占地面积小，节能效果好，能同时高效处理VOCs和NOx，是一种理想的蓄热式氧化装置。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明实施例1的组成结构示意图。
图2是本发明实施例2的组成结构示意图。
图中的标号是：1.进气管道，11.进气阀，2.排气管道，21.排气阀，3.反吹管道，31.反吹阀，4.催化还原剂层，5.液态还原物管道，51.还原物管道阀，52.还原物喷嘴，6.第一蓄热室，7.第二蓄热室，8.第三蓄热室，9.氧化室，91.燃烧器，92.防爆门，10.蓄热体层，12.催化氧化剂层。
具体实施方式
实施例1：
从图1中可以看出，一种催化脱硝的蓄热式氧化装置，其包括第一蓄热室6，第二蓄热室7，第三蓄热室8和氧化室9，氧化室9固定安装在上述三个蓄热室顶部，氧化室9上设有燃烧器91和防爆门92，防爆门92在爆炸时起到泄压作用。每一蓄热室内部安装有蓄热体层10，每一蓄热室下方固定连接进气管道1、排气管道2、反吹管道3，及进气阀11、排气阀21、反吹阀31。具体是：所述进气管道1分成三条分管道，分别连接蓄热室6、蓄热室7和蓄热室8，并通过三个进气阀11分别控制含有VOCs的废气进入；排气管道2和反吹管道3也分别通过排气阀21和反吹阀31控制气体流动。
本实施例的特点是：所述每一蓄热室内还安装有催化还原剂层4和还原物喷嘴52，所述还原物喷嘴52与液态还原物管道5连接，装在催化还原剂层4上方，向催化还原剂层4喷射还原物，所述液态还原物管道5上装有阀门51。液态还原物管道5内流动的还原物为氨水、液氨或者尿素，通过还原物管道阀51控制还原物流动，通过还原物喷嘴52将还原物分别喷入对应蓄热室。
所述第一蓄热室6、第二蓄热室7和第三蓄热室8内的空室速度范围：1-2.5m/s。所述氧化室9有一个，其内的气体停留时间大于等于一秒。
所述蓄热体内的催化还原剂层4填满每个蓄热室的水平截面。催化还原剂层4有一至三个，催化还原剂层4的总厚度为蓄热室高度的5%-25%。催化还原剂层4下方有一到十个蓄热体层10；催化还原剂层4上方有一到四个蓄热体层10。
所述还原物喷嘴52在每个蓄热室内的数量相同，均有一到五个，它们装在催化还原剂层4的上方，向催化还原剂层4喷射液态还原物。
本发明在处理含有VOCs的废气时，蓄热室周期性切换，每个周期分为三个阶段。催化还原剂层5上方为蓄热体层10。
第一阶段：第一蓄热室6下的进气阀11、第二蓄热室7下的排气阀21、第二蓄热室7内的还原物管道阀51和第三蓄热室8下的反吹阀31打开，其它阀门关闭。含有VOCs的废气由进气管道1通过进气阀11进入第一蓄热室6，第一蓄热室6内的蓄热体层10和催化还原剂层4通过前一阶段的吸热已有了较高的温度，可以加热废气。当废气中的VOCs被加热到超过燃点后，其在流入氧化室9时被氧化分解。若VOCs未被加热到超过其燃点，则燃烧器91点火以加热废气，使VOCs氧化。从氧化室9流出的高温气体进入第二蓄热室7，加热第二蓄热室7内蓄热体层10和催化还原剂层4，此时催化还原剂层4的温度范围适合脱硝。还原物由第二蓄热室7内还原物喷嘴52喷入第二蓄热室7。在流过催化还原剂层4时还原物与气体中的NOx发生化学反应，将NOx还原为氮气（N2）。最后的洁净气体通过第二蓄热室7下的排气阀21经由排气管道2排出。从外界引入的气体经由反吹管道3，通过第三蓄热室8下的反吹阀31进入第三蓄热室8，用于将其内部残留的VOCs和NOx吹入氧化室9，作用是提高VOCs和NOx的处理效率。
第二阶段：第二蓄热室7下的进气阀11、第三蓄热室8下的排气阀21、第三蓄热室8内的还原物管道阀51和第一蓄热室6下的反吹阀31打开，其它阀门关闭。此时第二蓄热室7内的蓄热体层10和催化还原剂层4将上一个阶段中吸收的热量传递给经过第二蓄热室7下的进气阀11进入的废气。废气中的VOCs在氧化室9中被氧化，所产生的高温气流流入第三蓄热室8。高温气流将热量传递给第三蓄热室8内的蓄热体层10和催化还原剂层4。还原物由第三蓄热室8内的还原物喷嘴52喷入第三蓄热室8，还原物在流过催化还原剂层4时将NOx还原为N2。最后，气体通过第三蓄热室8下的排气阀21排出。从外界引入的气体通过第一蓄热室6下的反吹阀31吹入第一蓄热室6。
第三阶段与第一阶段和第二阶段的流程相同，但阀门的开闭不同，即第三蓄热室8下的进气阀11、第一蓄热室6下的排气阀21、第一蓄热室6内的还原物管道阀51和第二蓄热室7下的反吹阀31打开，其它阀门关闭。含有VOCs的废气通过第三蓄热室8内的蓄热体层10和催化还原剂层4时吸收热量。VOCs在氧化室9中被分解。从氧化室9中流出的高温气流流入第一蓄热室6，并将热量传递给第一蓄热室6中的蓄热体层10和催化还原剂层4，还原物由第一蓄热室6内的还原物喷嘴52喷入，在流过催化还原剂层4时将NOx还原为N2。最后气体通过第一蓄热室6下的排气阀21排出。从外界引入的气体通过第二蓄热室7的反吹阀31进入第二蓄热室7。
此为本发明的一个工作周期，随着此周期的反复进行，废气中的VOCs不断被氧化分解，氧化室9中产生的NOx也在还原物和催化还原剂层4的作用下成为无害的N2。随着三个蓄热室的周期性切换，VOCs氧化释放的热量高效利用，从而使本装置的热回收效率达到90%以上。
本实施例在每一个蓄热室内安装催化还原剂层和还原物喷嘴，虽然增加了装置高度，但是却节省了在RTO后安装一套烟气脱硝装置的占地，简化了系统。选择性催化还原脱硝（SCR）是现有的脱硝效率最高的方法，但其还原催化剂需要在较高的温度区间才能高效脱硝。RTO的排气温度在100℃左右，不在这个温度区间内，但RTO的蓄热室中却存在这个温度区间。通过设计，将SCR的催化还原剂层置于符合这个温度区间的高度内，并在排气阶段通过还原物喷嘴喷入还原物，则可以进行烟气脱硝。因此通过有机结合，在一个装置内可以同时高效分解VOCs并处理NOx。在减小占地面积的同时，也减小了系统阻力。其组成、结构合理，制造和运行费用低，占地面积小，节能效果好，能同时高效处理VOCs和NOx，是一种理想的蓄热式氧化装置。
实施例2：
从图2中可以看出，一种催化脱硝的蓄热式氧化装置，其包括第一蓄热室6，第二蓄热室7和氧化室9，氧化室9固定安装在上述两个蓄热室的顶部，氧化室9上设有燃烧器91和防爆门92，防爆门92在爆炸时起到泄压作用。每一蓄热室内部安装有蓄热体层10，每一蓄热室下方固定连接进气管道1和排气管道2。具体是：所述进气管道1分成两条分管道，分别连接蓄热室6、蓄热室7，并通过进气阀11分别控制含有VOCs的废气进入；排气管道2也分别通过排气阀21控制气体流出。
本实施例的特点是：所述每一蓄热室内还安装有催化还原剂层4和还原物喷嘴52，所述还原物喷嘴52与液态还原物管道5连接，装在催化还原剂层4上方，向催化还原剂层4喷射还原物，所述液态还原物管道5上装有阀门51。液态还原物管道5内流动的还原物为氨水、液氨或者尿素，通过还原物管道阀51分别控制还原物流动，通过还原物喷嘴52将还原物分别喷入对应蓄热室。
所述蓄热体内的催化还原剂层4填满每个蓄热室的水平截面。催化还原剂层4有一至三个，催化还原剂层4的总厚度为蓄热室高度的5%-25%。催化还原剂层4下方有一到十个蓄热体层10；催化还原剂层4上方有一个催化氧化剂层12。催化氧化剂层12的作用是催化氧化废气中的VOCs，因此这种装置氧化室9的温度比实施例1的温度低很多，可以节省燃料。
所述还原物喷嘴52在每个蓄热室内的数量相同，均有一到五个，它们装在催化还原剂层4的上方，向催化还原剂层4喷射液态还原物。
本实施例在处理含有VOCs的废气时，蓄热室也周期性切换，每个周期分为两个阶段：
第一阶段：第一蓄热室6下的进气阀11、第二蓄热室7下的排气阀21和第二蓄热室7内的还原物管道阀51打开，其它阀门关闭。VOCs在流经第一蓄热室6和氧化室9时被加热，在流入第二个蓄热室7内的催化氧化剂层12时，VOCs被催化氧化为无毒无害的物质；在流入第二个蓄热室7内的催化还原剂层4时，NOx与还原物喷嘴52喷出的还原物反应，被处理为N2。
第二阶段：第二蓄热室7下的进气阀11、第一蓄热室6下的排气阀21和第一蓄热室6内还原物管道阀51打开，其它阀门关闭。
其余与实施例1相同。
本实施例在每一个蓄热室内安装催化还原剂层和还原物喷嘴，虽然增加了装置高度，但是却节省了在RTO后安装一套烟气脱硝装置的占地，简化了系统。选择性催化还原脱硝（SCR）是现有的脱硝效率最高的方法，但其还原催化剂需要较高的温度区间才能高效脱硝。RTO的排气温度在100℃左右，不在这个温度区间内，但RTO的蓄热室中却存在这个温度区间。通过设计，将SCR的催化还原剂层置于符合这个温度区间的高度内，并在排气阶段通过还原物喷嘴喷入还原物，则可以进行烟气脱硝。因此通过有机结合，在一个装置内可以同时高效分解VOCs并处理NOx。在减小占地面积的同时，也减小了系统阻力。其组成、结构合理，制造和运行费用低，占地面积小，节能效果好，能同时高效处理VOCs和NOx，是一种理想的蓄热式氧化装置。

Claims (6)

1.一种催化脱硝的蓄热式氧化装置，其包括蓄热室和氧化室，氧化室固定安装在若干个蓄热室顶部，氧化室上设有燃烧器和防爆门，每一蓄热室内部安装有蓄热体层，下方固定连接进气管道和排气管道及进气阀和排气阀，其特征在于：所述每一蓄热室内还安装有催化还原剂层和还原物喷嘴，所述还原物喷嘴与液态还原物管道连接，装在催化还原剂层上方，向催化还原剂层喷射还原物，所述液态还原物管道上装有阀门。
2.根据权利要求1所述的催化脱硝的蓄热式氧化装置，其特征在于：所述蓄热室的数量为2-9个，蓄热室内空室速度范围：1-2.5m/s。
3.根据权利要求1或2所述的催化脱硝的蓄热式氧化装置，其特征在于：所述所述蓄热室的数量为3-9个，每一个蓄热室下方还连接有反吹管道，反吹管道上装有反吹阀。
4.根据权利要求1所述的催化脱硝的蓄热式氧化装置，其特征在于：所述催化还原剂层安装在蓄热室内蓄热体层之间，并填满每个蓄热室的水平截面，催化还原剂层有1-3个，催化还原剂层的总厚度为蓄热室高度的5%-25%。
5.根据权利要求4所述的催化脱硝的蓄热式氧化装置，其特征在于：所述催化还原剂层下方有1-10个蓄热体层，催化还原剂层上方有1-4个蓄热体层或1个催化氧化剂层。
6.根据权利要求1所述的催化脱硝的蓄热式氧化装置，其特征在于：所述每个蓄热室内的还原物喷嘴有1-5个。
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