CN108014638A - 利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，主要解决现有技术中成本高、能耗高的问题。本发明通过采用一种利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，含VOCs废气经过风机升压后进入化学品分散室，化学品均匀分散于废气中，然后化学品出口气体通过废气预热器低温段预热到催化剂的点火温度后进入催化反应器，与催化剂接触，通过催化氧化作用，将废气中的VOCs组分氧化为CO2和H2O，经催化反应器处理后的废气经过废气预热器高温段冷却后进入吸附室，与吸附剂接触，废气中未反应的VOCs组分被吸附，吸附室出口的废气达标排放的技术方案较好地解决了上述问题，可用于低温催化氧化VOCs处理中。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法。
背景技术
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds简称VOCs)是指在常压下沸点在50～260℃的有机化合物，按其化学结构可以分为芳香烃(苯、甲苯、二甲苯)、酮类、醛类、胺类、卤代类、不饱和烃类等。VOCs对人的健康和生活环境有害，并且有恶臭，人如果长期吸入低浓度的有机废气，会引发咳嗽、胸闷、气喘甚至肺气肿等慢性呼吸道疾病，是目前公认的强烈致癌物。2013年9月,国务院印发了《大气污染防治行动计划》，推进挥发性有机物污染治理。在油漆、涂料、胶粘剂、有机化工、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治。根据《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)的规定，对VOC排放口的有机特种污染物浓度有明确要求，规定了33种大气污染物的排放限值。保护环境，防治污染，不仅是企业本身可持续发展战略的内在要求，也是企业应该承担的社会环保责任。实施VOC 废气处理有着现实的、紧迫的必要性。目前市场上已有一些VOC催化氧化处理工艺，但催化氧化点火温度较高，能耗较大。
专利CN 205145968U采用液化石油气燃烧器加热废气，使废气达到催化剂点火温度后再进入催化氧化反应器。虽然废气经过预热器的出口温度显著降低，但装置存在明火，有安全隐患。
专利CN 204710111U采用天热气燃烧放热加热废气，使废气达到催化剂的点火温度后再进入催化氧化反应器。虽然废气经过预热器的出口温度显著降低，但同专利CN205145968U一样，此装置存在明火，存在安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中成本高、能耗高的问题，提供一种新的利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，具有成本低、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：一种利用化学品点火的低温催化氧化 VOCs处理方法，含VOCs废气经过风机升压后进入化学品分散室，化学品均匀分散于废气中，然后化学品出口气体通过废气预热器低温段预热到催化剂的点火温度后进入催化反应器，与催化氧化反应催化剂接触，通过催化氧化作用，将废气中的VOCs组分氧化为CO2和H2O，经催化反应器处理后的废气经过废气预热器高温段冷却后进入吸附室，与吸附剂接触，废气中未反应的VOCs组分被吸附，吸附室出口的废气达标排放；其中，所述催化反应器为多催化剂床层反应器、板式催化反应器中的一种，所述多催化剂床层反应器中，靠近进气口侧为低温催化氧化催化剂床层，其余为普通催化氧化催化剂床层；所述板式催化反应器中设有至少3块传热板，组成至少两个相邻的物流流通通道，分别为冷侧和反应侧，所述反应侧的传热板面上涂有厚度为0.03～0.3mm的催化剂，反应侧和冷侧交替排布，每个冷侧接有气体入口管线，每个反应侧出口接有气体出口管线，冷侧出口与反应侧入口连通；所述化学品为沸点低于260℃的有机溶剂；普通催化氧化反应催化剂为贵金属Ⅱ负载催化剂；低温催化氧化催化剂为低温甲醛催化氧化催化剂，为纳米合金颗粒负载CeO2载体，含有贵金属Ⅰ。
上述技术方案中，优选地，所述化学品分散室设有化学品进入管线和分布设备，能够将化学品均匀分布于废气中。
上述技术方案中，优选地，废气预热器的高温段与低温段相连并相互换热；所述板式催化反应器中冷侧物流流向与反应侧物流流向相反。
上述技术方案中，优选地，吸附室的工艺条件为：常温、常压。
上述技术方案中，优选地，所述板式催化反应器中反应侧催化剂涂层厚度与反应侧两块传热板之间的距离之比为0.03～0.3；板式催化反应器中冷侧的两块传热板之间的距离与反应侧两块传热板之间的距离之比为0.3～1。
上述技术方案中，优选地，所述化学品为甲醛、丙酮、乙腈、乙醇、四氢呋喃、吡啶、甲醛、甲醇、二氧六环或环己烷。
上述技术方案中，优选地，所述废气预热器低温段出口气体温度为60～120℃，废气预热器高温段出口气体温度为120～180℃。
上述技术方案中，优选地，吸附剂为活性炭或分子筛。
上述技术方案中，优选地，催化反应器的工艺条件为：普通催化氧化反应催化剂为贵金属Ⅱ负载催化剂，贵金属Ⅱ为Ru、Rh、Pt，以质量分数计，Ru的含量0.1-0.3％，Rh的含量为0.5-0.9％，Pt的含量0.02-0.08％，反应温度为30～250℃；催化反应器为多催化剂床层反应器时，低温催化氧化催化剂为低温甲醛催化氧化催化剂，为纳米合金颗粒负载 CeO2载体，含有贵金属Ⅰ，贵金属Ⅰ为Ru、Rh、Pt、Pd，以质量分数计，Ru的含量0.1-0.3％，Rh的含量为0.2-0.8％，Pt的含量0.2-0.5％，Pt的含量1-2％，反应温度为30～120℃。
上述技术方案中，优选地，贵金属Ⅰ为Ru、Rh、Pt、Pd，以质量分数计，Ru的含量0.25％，Rh的含量为0.5％，Pt的含量0.35％，Pt的含量1.25％；普通催化氧化反应催化剂的载体为氧化铝，贵金属Ⅱ为Ru、Rh、Pt，以质量分数计，Ru的含量0.2％，Rh的含量为0.7％，Pt的含量0.05％。
本专利中，VOCs废气经过风机升压后，进入化学品分散室，通过一定装置将化学品均匀分散于废气中，废气通过废气预热器预热到催化剂的点火温度后进入催化氧化反应器，发生催化氧化反应，将废气(含空气)中的VOCs组分氧化为CO2和H2O，从而达到净化气体的目的。经催化氧化处理后的废气经过废气预热器作为热源，将热量传递给进料低温废气，降温后的废气经过吸附室，废气中未反应的VOCs组分被吸附，达标后的废气可排入大气，通过本工艺，废气中的VOCs最终被分解为水和二氧化碳，使得VOCs污染废气一次性得到净化，效果显著，且成本低,操作方便，易实现，本工艺高效稳定，不存在明火设施，化学品来源便捷，操作安全可靠，且可以处理低浓度的VOCs废气，低温催化剂所需温度仅为30～250℃，反应温度低，能耗低，不需要使用电加热或蒸汽加热等热源，利用催化氧化反应热，预热进料废气至反应温度，节能降耗，同时运行成本和装置投资成本低，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图1中，1.风机2.化学品分散室3.废气预热器4.催化反应器5.吸附室。
图2为板式催化反应器的结构示意图。
图2中，1-废气进口2-废气出口3-换热器板片4-催化氧化催化剂。
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】
采用图1所示工艺流程，20℃，1000Nm3/h，800mg/m3的VOCs废气(主要VOCs组分为甲苯、二甲苯)经过处理装置鼓风机升压后，进入化学品分散室，通过雾化喷嘴以2kg/h 的速度喷入甲醛，甲醛蒸汽均匀分散于废气中，废气再通过废气预热器预热到催化剂的 60℃后进入催化反应器，催化反应器为两个床层，靠近进气口的床层填装低温催化氧化催化剂，低温催化氧化催化剂为纳米合金颗粒负载CeO2载体，含有Ru、Rh、Pt、Pd贵金属，以质量分数计，Ru的含量0.25％，Rh的含量为0.5％，Pt的含量0.35％，Pt的含量 1.25％；在低温60℃下发生催化氧化反应，产生的反应热预热废气，然后进入普通的催化氧化催化剂床层，通过催化剂的作用，将废气(含空气)中的VOCs组分氧化为CO2和H2O，从而达到净化气体的目的。催化反应器的工艺条件为：120-250℃，常压。处理后的废气温度升至160℃，浓度降至17mg/m3，经过废气预热器将热量传递给废气，再经过吸附室，吸附剂为活性炭，吸附室的工艺条件为：常温、常压，废气中未反应的VOCs组分被吸附，浓度降至3mg/m3,处理后废气可排入大气。本工艺对应装置的能耗点只有风机，功率约0.2kw，装置无电加热或燃烧室等明火设施，处理后的废气VOCs浓度低,能够满足排放标准要求。
【实施例2】
采用图1所示工艺流程，20℃，1000Nm3/h，80mg/m3的VOCs废气(主要VOCs组分为甲苯、二甲苯)经过处理装置鼓风机升压后，进入化学品分散室，通过雾化喷嘴以2kg/h 的速度喷入甲醇，甲醇蒸汽均匀分散于废气中，废气再通过废气预热器预热到催化剂的 80℃后进入催化反应器，催化反应器为板式催化氧化反应器，所述催化氧化板式反应器内设置7块传热板，且所述催化剂涂抹于所述反应侧的传热板上，催化剂涂层厚度为0.3mm，催化氧化反应催化剂为贵金属负载催化剂，载体为氧化铝，含有Ru、Rh、Pt贵金属，以质量分数计，Ru的含量0.2％，Rh的含量为0.7％，Pt的含量0.05％；反应侧和冷侧交替排布，冷侧物流流向与反应侧物流流向相反。反应侧催化剂涂层厚度与反应侧两块传热板之间的距离之比为0.03。冷侧的两块传热板之间的距离与反应侧两块传热板之间的距离之比为0.3。每个冷侧通道的物流为并联，废气平均分配为三股分别进入三个冷侧通道，每个反应侧通道的物流为并联，经过余热的废气平均分配进入三个反应侧通道。催化氧化板式反应器冷侧，尺寸为900*400*600mm，7块换热板，换热面积5.1m2，废气经过冷侧后，温度升至180℃，进入催化氧化反应侧，在板片上涂抹的催化剂催化下放热反应，将废气 (含空气)中的VOCs组分氧化为CO2和H2O，从而达到净化气体的目的。反应热通过板片传递给冷侧，最终出口温度180℃，再经过吸附室，废气中未反应的VOCs组分被吸附，浓度降至5mg/m3,处理后废气可排入大气。
本工艺对应装置的能耗点只有风机，功率约0.2kw，装置无电加热或燃烧室等明火设施，处理后的废气VOCs浓度低,能够满足排放标准要求。
【实施例3】
采用图1所示工艺流程，30℃，1000Nm3/h，600mg/m3的VOCs废气(主要VOCs组分为对二甲苯)经过处理装置鼓风机升压后，进入化学品分散室，通过雾化喷嘴以3kg/h的速度喷入甲醇，甲醇蒸汽均匀分散于废气中，废气再通过废气预热器预热到催化剂的80℃后进入催化反应器，催化反应器为两个床层，靠近进气口的床层填装低温催化氧化催化剂，低温催化氧化催化剂为纳米合金颗粒负载CeO2载体，含有Ru、Rh、Pt、Pd贵金属，以质量分数计，Ru的含量0.25％，Rh的含量为0.5％，Pt的含量0.35％，Pt的含量1.25％；在低温(120℃)下发生催化氧化反应，产生的反应热预热废气，然后进入普通的催化氧化催化剂床层，通过催化剂的作用，将废气(含空气)中的VOCs组分氧化为CO2和H2O，从而达到净化气体的目的。催化反应器的工艺条件为：120-250℃，常压。处理后的废气温度升至180℃，浓度降至30mg/m3，经过废气预热器将热量传递给废气，再经过吸附室，吸附剂为分子筛，吸附室的工艺条件为：180度，常压，废气中未反应的VOCs组分被吸附，浓度降至7mg/m3,处理后废气可排入大气。本工艺对应装置的能耗点只有风机，功率约0.6kw，装置无电加热或燃烧室等明火设施，处理后的废气VOCs浓度低,能够满足排放标准要求。
【比较例1】
一种VOC处理的催化氧化反应装置，正常运行期间，1000m3/h的VOCs废气，其中甲苯浓度800mg/m3，温度20℃，压力为5kpa进入板式换热器，尺寸为 2000*1000*600mm，7块换热板，换热面积14m2，与反应后的热废气进行换热，温度升值200℃，进入催化氧化反应器，反应后温度升值230℃，进入板式换热器与进来冷流体进行热交换，温度降至50℃，浓度降至7mg/m3,达标排放。
由实施例1与比较例1对比可知，本发明装置与比较例1中目前普遍使用的装置相比，本发明将板式换热器和催化氧化反应器组合起来。本发明可明显降低装置的投资和占地面积，催化剂用量少，利用率高，具有较大的技术优势。
Claims (10)
1.一种利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，含VOCs废气经过风机升压后进入化学品分散室，化学品均匀分散于废气中，然后化学品出口气体通过废气预热器低温段预热到催化剂的点火温度后进入催化反应器，与催化氧化反应催化剂接触，通过催化氧化作用，将废气中的VOCs组分氧化为CO2和H2O，经催化反应器处理后的废气经过废气预热器高温段冷却后进入吸附室，与吸附剂接触，废气中未反应的VOCs组分被吸附，吸附室出口的废气达标排放；其中，所述催化反应器为多催化剂床层反应器、板式催化反应器中的一种，所述多催化剂床层反应器中，靠近进气口侧为低温催化氧化催化剂床层，其余为普通催化氧化催化剂床层；所述板式催化反应器中设有至少3块传热板，组成至少两个相邻的物流流通通道，分别为冷侧和反应侧，所述反应侧的传热板面上涂有厚度为0.3～3mm的催化剂，反应侧和冷侧交替排布，每个冷侧接有气体入口管线，每个反应侧出口接有气体出口管线，冷侧出口与反应侧入口连通；所述化学品为沸点低于260℃的有机溶剂；普通催化氧化反应催化剂为贵金属Ⅱ负载催化剂；低温催化氧化催化剂为低温甲醛催化氧化催化剂，为纳米合金颗粒负载CeO2载体，含有贵金属Ⅰ。
2.根据权利要求1所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于所述化学品分散室设有化学品进入管线和分布设备，能够将化学品均匀分布于废气中。
3.根据权利要求1所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于废气预热器的高温段与低温段相连并相互换热；所述板式催化反应器中冷侧物流流向与反应侧物流流向相反。
4.根据权利要求1所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于吸附室的工艺条件为：常温、常压。
5.根据权利要求1所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于所述板式催化反应器中反应侧催化剂涂层厚度与反应侧两块传热板之间的距离之比为0.03～0.3；板式催化反应器中冷侧的两块传热板之间的距离与反应侧两块传热板之间的距离之比为0.3～1。
6.根据权利要求1所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于所述化学品为甲醛、丙酮、乙腈、乙醇、四氢呋喃、吡啶、甲醛、甲醇、二氧六环或环己烷。
7.根据权利要求1所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于所述废气预热器低温段出口气体温度为60～120℃，废气预热器高温段出口气体温度为120～180℃。
8.根据权利要求1所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于吸附剂为活性炭或分子筛。
9.根据权利要求1所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于催化反应器的工艺条件为：普通催化氧化反应催化剂为贵金属Ⅱ负载催化剂，贵金属Ⅱ为Ru、Rh、Pt，以质量分数计，Ru的含量0.1-0.3％，Rh的含量为0.5-0.9％，Pt的含量0.02-0.08％，反应温度为30～250℃；催化反应器为多催化剂床层反应器时，低温催化氧化催化剂为低温甲醛催化氧化催化剂，为纳米合金颗粒负载CeO2载体，含有贵金属Ⅰ，贵金属Ⅰ为Ru、Rh、Pt、Pd，以质量分数计，Ru的含量0.1-0.3％，Rh的含量为0.2-0.8％，Pt的含量0.2-0.5％，Pt的含量1-2％，反应温度为30～120℃。
10.根据权利要求9所述利用化学品点火的低温催化氧化VOCs处理方法，其特征在于贵金属Ⅰ为Ru、Rh、Pt、Pd，以质量分数计，Ru的含量0.25％，Rh的含量为0.5％，Pt的含量0.35％，Pt的含量1.25％；普通催化氧化反应催化剂的载体为氧化铝，贵金属Ⅱ为Ru、Rh、Pt，以质量分数计，Ru的含量0.2％，Rh的含量为0.7％，Pt的含量0.05％。
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