CN105605594A - 催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法 - Google Patents

催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,包括以下步骤:采用蒸汽对空气进行加热,将大流量VOCs气体与加热后的热空气混合,得到混合气体,控制混合气体中VOCs气体的浓度处于爆炸极限的下限以下;将混合气体输送至催化反应器中,进行催化氧化反应,经反应后的废气进入废气换热器,与待进入催化反应器的混合气体热交换,进行余热回收,余热回收后的达标气体经高空放空管排放。本发明有机废气处理可适应高指标,大处理量、组分复杂等工况,安全、低能耗、工艺流程简单、可循环利用加热介质。特别是当地供电负荷较低的情况下,可利用蒸汽来提供热量的方法降低供电负荷的要求。本发明也可与其他废气回收装置结合使用,提高排放指标。

Description

催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法
技术领域
本发明所属领域为一种大气量、低浓度的挥发性有机物(VOCs)治理方法,尤其通过外用蒸汽预热空气的方法,降低用电负荷,并通过低温催化氧化销毁低浓度挥发有机物的方法。
背景技术
目前的挥发性有机物(VOCs)的治理技术主要有以下几种方法:冷凝法回收技术、吸收法回收技术、膜法回收技术、吸附法回收技术、催化燃烧技术。
然而在挥发性有机物(VOCs)气量大、浓度低、气量不稳定的情况下,以上几种技术都存在各种缺陷,很难满足GB31570《石油炼制工业污染物排放标准》、GB31571《石油化学工业污染物排放标准》关于非甲烷总烃去除效率≥97%的要求,特别要求苯排放指标≤4mg/m3。回收技术若要达到以上标准,则技术实现上非常困难,需结合催化氧化技术进一步达到标准。
目前的催化燃烧技术中直接燃烧法操作温度高达800℃,且设备成本高,特别在大气量、低浓度的情况下能耗特别高,导致很多设备在建成的情况下,因为运行成本过高而无法有效运行。
发明内容
针对现有大流量、低浓度废气气量情况下,采用催化燃烧技术中电加热功率过高,能耗过大,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)等缺点,本发明提供一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法。
本发明所采用的技术解决方案是:
一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,包括以下步骤:
a采用蒸汽对空气进行加热,将大流量VOCs气体与加热后的热空气混合,得到混合气体,控制混合气体中VOCs气体的浓度处于爆炸极限的下限以下;
b将步骤a得到的混合气体输送至催化反应器中,进行催化氧化反应,经反应后的废气进入废气换热器,与待进入催化反应器的混合气体热交换,进行余热回收,余热回收后的达标气体经高空放空管排放。
优选的,步骤a中:采用二级蒸汽加热系统对空气进行加热,空气先通过空气预热器进行预热,预热后的空气再经过空气换热器进行二次加热。
空气在通过空气预热器和空气换热器时,均是与蒸汽进行热交换,蒸汽流量通过蒸汽调节阀控制,蒸汽冷凝后形成冷凝水再返回蒸汽发生装置进行回收利用。
优选的,步骤b中:催化反应器中支撑床层的结构采用不锈钢格栅板。催化反应器中催化氧化床层采用二层结构,分别是低温催化氧化床层和高温催化氧化床层。所述低温催化氧化床层和高温催化氧化床层均是蜂巢陶瓷状触媒,且高温催化氧化床层表面负载贵金属催化剂,起始反应温度为400℃。
本发明的有益技术效果是:
本发明有机废气处理可适应高指标,大处理量、组分复杂等工况,安全、低能耗、工艺流程简单、可循环利用加热介质。特别是当地供电负荷较低的情况下,可利用蒸汽来提供热量的方法降低供电负荷的要求。本发明也可与其他废气回收装置结合使用,作为末端处理系统提高排放指标。可用于新建装置,也可用于废气回收装置的改造增加系统。
本发明能够满足国家环保部门颁布实施的GB31570《石油炼制工业污染物排放标准》和GB31571《石油化学工业污染物排放标准》要求,其中非甲烷总烃排放指标处理效率≥97%;苯≤4mg/m3,甲苯≤15mg/m3,二甲苯≤20mg/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,可适应几千方、上万方每小时的处理量,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。
本发明节约能耗。本发明中耗电设备只有风机,空气加热采用蒸汽加热,采取余热回收技术,对于上万方每小时处理量的装置,其他工艺路线的装置装机功率至少几百千瓦,本发明装机功率在50千瓦以下,大大节约电能的消耗,而且蒸汽在每个厂区都简单易得,蒸汽冷凝水也可回收利用。
本发明安全性能高。本发明采用“前端收集+空气加热、稀释系统+低温触媒催化+高温触媒催化”的处理路线。在两台风机风量的匹配作用下,始终保持混合气体的浓度在爆炸极限的下限25%的范围内;其次低温触媒催化选用工作温度在200℃~300℃之间,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。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明:
图1为实现本发明催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法的装置的结构示意图。
图中:1-废气调节阀;2-废气风机;3-废气换热器;4-催化氧化器;5-阻火器;6-放空管;7-空气调节阀;8-蒸汽调节阀;9-空气预换热器;10-空气风机;11-蒸汽调节阀;12-空气换热器。
具体实施方式
本发明提供一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,包括以下步骤:
a采用二级蒸汽加热系统对空气进行加热,空气先通过空气预热器进行预热,预热后的空气再经过空气换热器进行二次加热。空气在通过空气预热器和空气换热器时,均是与蒸汽进行热交换,蒸汽流量通过蒸汽调节阀控制,蒸汽冷凝后形成冷凝水再返回蒸汽发生装置进行回收利用。将待处理的大流量VOCs气体与加热后的热空气混合,得到混合气体,控制混合气体中VOCs气体的浓度处于爆炸极限的下限以下。
b将步骤a得到的混合气体输送至催化反应器中,进行催化氧化反应。催化反应器中支撑床层的结构采用不锈钢格栅板。催化反应器中催化氧化床层采用二层结构,分别是低温催化氧化床层和高温催化氧化床层。所述低温催化氧化床层和高温催化氧化床层均是蜂巢陶瓷状触媒,且高温催化氧化床层表面负载贵金属催化剂,起始反应温度为400℃左右。经反应后的废气进入废气换热器,与待进入催化反应器的混合气体热交换,进行余热回收,余热回收后的达标气体经高空放空管排放。
图1为实现本发明催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法的一种装置的结构示意图。下面结合该装置对本发明方法进行更进一步说明。
VOCs气体回收治理流程走向:有机废气收集系统、废气调节阀1→废气风机2→空气风机10加压与废气混合→废气换热器3→催化氧化器4(包括低温催化反应触媒、高温催化反应触媒)→废气换热器3→阻火器5→放空管6。
废气风机2及空气风机10均采用防爆变频风机,2台风机的出口风压均保持一致,2台风机的风量匹配始终保持废气的混合浓度25%爆炸下限以下。
风机的入口均设置控制阀门,废气调节阀1、空气调节阀7,并设置压力联锁,保证上游装置安全稳定的运行。
空气加热系统设置控制阀门,蒸汽调节阀8、11,阀门调节开度与催化反应装置入口的温度变送器联锁,一旦空气入口温度低于设置温度,蒸汽调节阀8、11开大,增加蒸汽流量,提高换热效率。
系统中供电设备主要是变频防爆风机,废气风机2与空气风机10,此外相应管路及设备上设置有温度、流量、压力及浓度检测变送器,各检测信号及控制变量汇集进入一个PLC控制系统,并通过监控电脑控制整套系统运行。
通过监控电脑启动运行系统,空气加热系统首先开始工作,加大蒸汽流量,提高进入空气温度,当催化反应器正常稳定运行后,废气换热器启动,逐步减少蒸汽流量,通过小流量的蒸汽就能满足系统的稳定运行。
放空管6主要用于排放达标气体的高空排放。
本发明可用于治理液体化工码头装船、汽车装车、罐区呼吸阀呼吸产生的废气、装置生产过程挥发的低浓度,大流量的VOCs等有机气体。
下面通过对各系统的详细说明以进一步说明本发明工作原理:
(1)首先通过前端VOCs有机废气收集系统,大气量、低浓度VOCs气体经过管道、阀门等管件的输送、汇集进入装置内,进入的主要动力为废气风机2的吸力作用,在风机进气管线上设置废气调节阀1,通过管线上的压力来控制电动阀门的开度,避免废气风机2的流量过大、过小对上游装置的运行产生不利影响。
(2)空气进入系统,同时也是废气稀释系统。通过分支管路接入热空气,经过阻火器5,在空气调节阀7的控制下调节进入系统的风量大小,风量大小与进入废气量匹配,处理系统降至混合气体的爆炸极限的下限的25%以下,使混合气体进入催化反应装置时始终处于安全的操作范围内。空气进入的动力主要为空气风机10的抽力作用,为保证装置在各种工况、气量的情况下稳定运行,空气风机10、废气风机2的出口风压需基本一致。
(3)空气加热系统,为保证进入催化反应装置的气体达到反应需要最低温度的要求,需要对进入的空气进行加热。采用的方法为蒸汽加热系统,为节省占地面积及提高稳定控制精度,采用二级蒸汽加热系统。蒸汽通过管道进入装置,先通过空气预换热器9,进入空气预换热器9的蒸汽流量通过进气管道的蒸汽调节阀8控制,冷凝后的蒸汽冷凝水再通过管道返回蒸汽发生装置进行回收利用。加热后的空气经过空气风机10后,再经过空气换热器12进行二次加热,加热蒸汽的流量控制通过管线上的蒸汽调节阀11进行控制,加热后的空气与废气进行混合,温度均匀后进入后续废气换热系统。空气加热系统在装置开车时蒸汽耗量较大,在装置温度运行后,利用废气换热系统余热回收系统回收的大部分热量,需要蒸汽提供的热量就会大量降低。
(4)废气换热系统,废气换热系统主要作用是利用催化反应产生的高热量的废气加热要进入催化氧化器的预热废气,这样既能满足工艺的温度要求,又能进行余热回收。
(5)催化反应系统,因装置的气量较大,需尽量减少装置的阻力降,支撑床层的结构采用不锈钢格栅板。催化氧化床层采用二层结构,分别是低温催化氧化床层和高温催化氧化床层。其中低温催化氧化床层主要是蜂巢陶瓷状触媒,高温催化氧化床层也是蜂巢陶瓷状触媒,然而其表面负载催化剂为以Pt,Pd为代表的贵金属,起始反应温度为400℃左右,剩余的少量VOCs气体在此区域内几乎全部被催化氧化成CO2和H2O,使净化气体满足排放要求。经反应后的废气进入废气换热器3进行余热回收,余热回收后的达标气体经高空放空管6排放。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是,在本说明书的教导下本领域技术人员还可以做出这样或那样的容易变化方式,诸如等同方式,或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,其特征在于包括以下步骤:
a采用蒸汽对空气进行加热,将大流量VOCs气体与加热后的热空气混合,得到混合气体,控制混合气体中VOCs气体的浓度处于爆炸极限的下限以下;
b将步骤a得到的混合气体输送至催化反应器中,进行催化氧化反应,经反应后的废气进入废气换热器,与待进入催化反应器的混合气体热交换,进行余热回收,余热回收后的达标气体经高空放空管排放。
2.根据权利要求1所述的一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,其特征在于,步骤a中:采用二级蒸汽加热系统对空气进行加热,空气先通过空气预热器进行预热,预热后的空气再经过空气换热器进行二次加热。
3.根据权利要求2所述的一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,其特征在于:所述空气在通过空气预热器和空气换热器时,均是与蒸汽进行热交换,蒸汽流量通过蒸汽调节阀控制,蒸汽冷凝后形成冷凝水再返回蒸汽发生装置进行回收利用。
4.根据权利要求1所述的一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,其特征在于,步骤b中:催化反应器中支撑床层的结构采用不锈钢格栅板。
5.根据权利要求1所述的一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,其特征在于,步骤b中:催化反应器中催化氧化床层采用二层结构,分别是低温催化氧化床层和高温催化氧化床层。
6.根据权利要求5所述的一种催化氧化处理大流量VOCs气体的节能方法,其特征在于:所述低温催化氧化床层和高温催化氧化床层均是蜂巢陶瓷状触媒,且高温催化氧化床层表面负载贵金属催化剂,起始反应温度为400℃。
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