CN108443894A - 催化燃烧处理VOCs废气的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化燃烧处理VOCs废气的方法及系统，包括依次连接的吸附脱附单元、催化燃烧单元、及余热再利用单元；所述吸附脱附单元包括依次连接的预处理装置及吸附器，所述催化燃烧单元包括与吸附器连接的催化燃烧反应器，所述预热再利用单元包括与催化燃烧反应器相连的换热器。本发明所述的催化燃烧处理VOCs废气的方法及系统可适用于各种浓度有机废气的处理，且对有机废气的净化率高，同时还能合理回收有机物燃烧产生的热量，并进行再利用，从而可有效提高节能效率。

Description

催化燃烧处理VOCs废气的方法及系统
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种催化燃烧处理VOCs废气的方法及系统。
背景技术
众所周知，工业生产过程中会产生大量对大气环境有危害的有机气体。当前，中国的大气环境已受到严重污染，北方许多地区出现了严重雾霾天气。在这种情况下，必须加大有机废气处理技术的研发力度，通过提高废气处理技术来降低其对大气环境的危害。挥发性的有机化合物，简称VOCs(Volatile Organic Compounds)，在工业生产中，通常作为溶剂来使用，使用之后便散发到大气中。这些有机溶剂如果挥发到大气环境中，不仅会对大气环境造成严重污染，而且人体呼入被污染的气体后，对人体健康产生危害。所以，必须控制VOCs的排放，这不仅是对环境负责，也是对我们的生命健康负责。
VOCs处理方法有数十种，其原理主要有回收有价值溶剂的回收技术和分解VOCs分子的破坏技术两大类，实际应用中更多是采用组合式技术。例如，采用浓缩和燃烧结合的技术治理低浓度大风量废气；采用催化燃烧或蓄热式燃烧技术实现低能耗下VOCs的彻底处理；但催化燃烧处理会造成很大的能源浪费，且反应热也无法再利用，耗能较大。且组合式技术中的设备较为复杂繁琐，现场工程安装调试工期较长，同时不便于运输。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种催化燃烧处理VOCs废气的方法，该催化燃烧处理VOCs废气的方法可适用于各种浓度有机废气的处理，且对有机废气的净化率高于96％，同时还能合理回收有机物燃烧产生的热量，并进行再利用，从而可有效提高节能效率。
本发明采用的技术方案是，一种催化燃烧处理VOCs废气的方法，用于对VOCs废气进行处理，包括以下处理步骤：
a、预处理：VOCs废气经冷却降温至50℃以下，随后经过滤去除杂质；
b、吸附：将步骤a处理后的气体经由吸附填料进行吸附；
c、脱附：对吸附饱和的吸附填料上的VOCs进行脱附，使吸附填料再生，同时得到含高浓度VOCs的气体；
d、预热：含高浓度VOCs的气体经催化燃烧后的高温气体进行预热，使热量得到回收再利用；
e、催化燃烧：经预热后的气体在催化剂作用下发生氧化，生成可安全排放的高温气体，高温气体参与至步骤d中；
f、余热利用：对经步骤d处理后可安全排放的高温气体进行温度检测，温度低于120℃的的高温气体直接排放，而温度高于120℃的气体用于对常温循环水加热至30-50℃，以进行余热回收。
本发明所述处理VOCs废气的方法，预先对VOCs废气进行降温处理，使VOCs废气温度降至50℃以下，可避免温度过高而影响后续吸附效果，同时还避免了温度过高而引起的安全隐患；随后进行过滤处理去除VOCs废气中的杂质颗粒物，以防止杂质颗粒物堵塞吸附填料而导致吸附填料失活；之后，VOCs废气中的有毒有害有机成分吸附于吸附填料上，且在吸附填料吸附饱和后进行脱附可得到含高浓度有机物的混合气，从而可便于对有机物进行集中处理；最后，将含高浓度有机物的混合气进行催化燃烧处理，使有机物在催化剂作用下被氧化而生成水和二氧化碳，从而可安全排放至大气中。因经催化燃烧处理后得到的气体含有较高热量，所以该热量可用于对脱附得到的含高浓度有机物的混合气进行预热，从而可降低生产能耗；同时，该高温气体还可作为脱附剂用于对吸附饱和的活性炭进行冲洗脱附；最后，若排放的气体温度仍大于120℃，则可采用该高温气体对常温循环水进行加热，使加热后的水作用生产生活使用，从而可达到节省能源的目的。
作为对上述技术方案的进一步限定，步骤b中所述吸附温度不高于80℃。
用以避免吸附过程中放出热量而带来不必要的安全隐患。
作为对上述技术方案的进一步限定，步骤c中所述脱附温度小于140℃。
用以防止在脱附时温度过高而引起火灾等不必要的安全隐患。
作为对上述技术方案的进一步限定，步骤e中所述燃烧温度不高于500℃。
用以避免温度过高而导致催化剂使用寿命缩短，从而导致企业生产成本增加。
一种催化燃烧处理VOCs废气的系统，用于如上所述的催化燃烧处理VOCs废气的方法，包括依次连接的吸附脱附单元、催化燃烧单元、及余热再利用单元；
所述预处理单元包括经管路依次连接的对VOCs废气可进行冷却和过滤处理的预处理装置、及用于吸附VOCs废气的吸附器，所述吸附器上设有废气进口、洁净气出口、脱附剂进口、及混合气出口，所述洁净气出口连接有烟囱；
所述催化燃烧单元包括与吸附器的混合气出口连接的催化燃烧反应器，所述催化燃烧反应器上设有进气口及出气口，所述催化燃烧反应器内部设有换热室和催化燃烧室，所述进气口与换热室的冷媒入口相连，所述换热室的冷媒出口与催化燃烧室的入口相连，所述催化燃烧室的出口与换热室的热媒入口相连，所述换热室的热煤出口与出气口相连。
所述余热再利用单元包括与催化燃烧反应器出气口相连的换热器，所述换热器的热媒出口通过管道连接至烟囱。
为配合上述处理VOCs废气方法的应用，同时有效保证对废气的处理效果，本发明还提供了一套简单且易操控的系统，以利于应用催化燃烧来处理VOCs废气，以及系统的稳定运行。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述预处理装置包括表冷器和过滤器。
表冷器的设置，可对生产企业排出的废气先进行冷却处理，避免较高温度的废气影响吸附填料的吸附量，从而保证吸附填料对废气的吸附效率。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述吸附器包括并联、且交替工作的至少两个，所述吸附器的洁净气出口处设有VOCs检测仪。
吸附器交替工作，可实现整个处理过程24h运转，可有效提高对VOCs废气的处理效率；
VOCs检测仪的设置可实时监测经洁净气出口处排出的气体的VOCs浓度，可用以提示吸附器是否达到吸附饱和。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述吸附器上设有消防水进口和消防水出口，并于所述吸附器内部设有温度传感器，所述温度传感器通过安装在消防水进口处的电磁阀与消防水进口自动连锁。
温度传感器的设置可实时监测吸附器内的温度，用于在吸附器内温度≥80℃可经电磁阀将消防水进口打开，从而使消防水进入吸附器内部以对吸附器内部进行降温处理。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述催化燃烧室的出气口经均温箱连接吸附器的脱附剂进口。
均温箱的设置可对催化燃烧反应器4排出的高温气体进行温度调节，以调节高温气体温度至140℃以下后再对吸附饱和的吸附器进行脱附处理，防止气体温度过高而引起的火灾等不必要的安全隐患。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述的系统为撬装式设计。
撬装式的设置，运输方便、外观整洁，同时可使工期节约50％以上，且节省现场工程安装调试工期，现场安装工作量少。
附图说明
图1为本发明实施例中催化燃烧处理VOCs废气的工艺流程图；
图2为本发明实施例中撬装式设计的催化燃烧处理VOCs废气的系统。
图中：1-预处理装置；2-吸附器；3-烟囱；4-催化燃烧反应器；5-换热器；6-均温箱。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例涉及一种催化燃烧处理VOCs废气的方法，该方法在如下所述的系统中进行处理：
包括依次连接的吸附脱附单元、催化燃烧单元、及余热再利用单元；
所述预处理单元包括经管路依次连接的对VOCs废气可进行冷却和过滤处理的预处理装置1、及用于吸附VOCs废气的吸附器2，所述预处理装置包括表冷器和过滤器，所述表冷器的设置可对生产企业排出的废气先进行冷却处理，避免较高温度的废气影响吸附填料的吸附量，从而保证吸附填料对废气的吸附效率。而过滤器的设置则可用于去除VOCs废气中的杂志颗粒物，以防止杂质颗粒物随气体进入吸附器2中而堵塞吸附器2内部的吸附填料，从而导致吸附填料失活。所述吸附器上设有废气进口、洁净气出口、脱附剂进口、及混合气出口，所述洁净气出口连接有烟囱3。
所述吸附器2包括并联、且交替工作的至少两个，所述吸附器2的洁净气出口处设有VOCs检测仪。吸附器2交替工作，可实现整个处理过程24h运转，可有效提高对VOCs废气的处理效率。而VOCs检测仪的设置则可实时监测经洁净气出口处排出的气体的VOCs浓度，可用以提示吸附器是否达到吸附饱和。当VOCs检测仪监测的VOCs浓度达到当地VOCs排放限值的80％以上时，则更换该吸附器本体1，用以保证对VOCs的处理效果。
所述催化燃烧单元包括与吸附器2的混合气出口连接的催化燃烧反应器4，用以对吸附器2进行脱附处理后得到的含高浓度VOCs的气体进行催化燃烧处理。所述催化燃烧反应器4上设有进气口及出气口，所述催化燃烧反应器4内部设有换热室和催化燃烧室，所述进气口与换热室的冷媒入口相连，所述换热室的冷媒出口与催化燃烧室的入口相连，所述催化燃烧室的出口与换热室的热媒入口相连，所述换热室的热煤出口与出气口相连。如此含高浓度VOCs的气体先进入换热室，在换热室中与催化燃烧处理后V的高温气体进行间接接触而吸收高温气体的热量，从而实现对含高浓度VOCs的气体进行预热的目的，且高温气体所含热量得到再利用，从而可降低生产能耗。所述换热室中具体为板式换热器，经板式换热器进行热交换的效率≥70％。
所述余热再利用单元包括与催化燃烧反应器4出气口相连的换热器5，所述换热器5的热媒出口通过管道连接至烟囱3。所述催化燃烧反应器4的出气口处设有温度检测器，用以实时检测催化燃烧反应器4排放气体的温度。当排放的高温气体温度＞120℃时，则将该高温气体作为热媒通入换热器5中以用于加热常温循环水至30-50℃，以供生产生活使用，而经催化燃烧后的气体可低温经烟囱3排放，节省能源。当排放的高温气体温度＜120℃时，则可直接经烟囱3排放。同时催化燃烧反应器4的出气口还经均温箱6连接吸附器2的脱附剂出口。如此，经催化燃烧处理后的高温气体还可作为脱附剂对吸附饱和的吸附器进行脱附处理。而均温箱6的设置可对催化燃烧反应器4排出的高温气体进行温度调节，以调节高温气体温度至140℃以下后再对吸附饱和的吸附器2进行脱附处理，防治气体温度过高而引起的火灾等不必要的安全隐患。
进一步的，所述吸附器2上设有消防水进口和消防水出口，并于所述吸附器2内部设有温度传感器，所述温度传感器通过安装在消防水进口处的电磁阀与消防水进口自动连锁。温度传感器的设置可实时监测吸附器2内的温度，用于在吸附器2内温度≥80℃可经电磁阀将消防水进口打开，从而使消防水进入吸附器2内部以对吸附器内部进行降温处理。另外，如图2所示，所述的系统为撬装式设计，如此设置不仅运输方便、外观整洁，同时可使工期节约50％以上，且节省现场工程安装调试工期，现场安装工作量少。
在上述所述的系统中，对VOCs废气按如下步骤进行处理：
a、预处理：VOCs废气经冷却降温至50℃以下，可避免VOCs废气温度过高而影响后续吸附效果，同时还避免了温度过高引起的安全隐患；随后再经过滤去除杂质，以防止杂质颗粒物堵塞后续吸附处理中使用的吸附填料而导致吸附填料失活。
b、吸附：将步骤a处理后的气体经由吸附填料进行吸附，VOCs废气中的有毒有害成分吸附于吸附填料上，而经净化后的洁净气体则排放至大气中。吸附过程中吸附温度不高于80℃，如此可有效避免吸附过程中放出热量而带来不必要的安全隐患。
c、脱附：经过一段时间的吸附操作后，并经吸附器的结净气出口处设置的VOCs检测器监测排出至大气中的VOCs含量来判断吸附器的吸附情况。当吸附器吸附饱和时，通过管道上的阀门切换使废气通入至与吸附饱和的吸附器并联于管路中的另一具有吸附能力的吸附器中，并同时对吸附饱和的吸附器中吸附填料上的VOCs进行脱附，使吸附填料再生，同时得到含高浓度VOCs的气体。
具体的脱附方法是采用不被吸附的气体冲洗吸附填料，以使被吸附在吸附填料上的组分脱附下来。本发明中采用的不被吸附的气体脱附剂为催化燃烧处理后得到的高温气体，该高温气体主要以二氧化碳和水为主，不会被吸附填料吸附；同时该高温气体在脱附过程中还可使吸附填料的温度升高，而吸附填料的吸附量是随温度的升高而减小的，因而在高温气体作用下吸附填料内的温度升高，从而可使部分被吸附在吸附填料上的组分脱附下来。但是脱附过程中脱附剂的温度应小于140℃，用以防止在脱附时温度过高而引起火灾等不必要的安全隐患。
d、预热：含高浓度VOCs的气体经催化燃烧后的高温气体进行预热，使热量得到部分回收再利用；
e、催化燃烧：经预热后的气体在催化剂作用下发生氧化，生成可安全排放的高温气体，而高温气体参与至步骤d中，用以对尚未进行催化燃烧处理的含高浓度VOCs的气体做预热处理，使高温气体的热量传递给低温的含高浓度VOCs的气体。催化燃烧过程中，燃烧温度不高于500℃，如此可用以避免温度过高而导致催化剂使用寿命缩短，从而大致企业生产成本增加。
f、余热利用：对经步骤d处理后可安全排放的高温气体进行温度检测，温度低于120℃的的高温气体直接排放，而温度高于120℃的气体用于对常温循环水加热至30-50℃，以进行余热回收，加热后的水可作为生产生活用水使用，因而可达到节省能源的目的。
以上所述仅为本发明较佳实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种催化燃烧处理VOCs废气的方法，其特征在于，包括以下处理步骤：
a、预处理：VOCs废气经冷却降温至50℃以下，随后经过滤去除杂质；
b、吸附：将步骤a处理后的气体经由吸附填料进行吸附；
c、脱附：对吸附饱和的吸附填料上的VOCs进行脱附，使吸附填料再生，同时得到含高浓度VOCs的气体；
d、预热：含高浓度VOCs的气体经催化燃烧后的高温气体进行预热，使热量得到回收再利用；
e、催化燃烧：经预热后的气体在催化剂作用下发生氧化，生成可安全排放的高温气体，高温气体参与至步骤d中；
f、余热利用：对经步骤d处理后可安全排放的高温气体进行温度检测，温度低于120℃的的高温气体直接排放，而温度高于120℃的气体用于对常温循环水加热至30-50℃，以进行余热回收。
2.根据权利要求1所述的催化燃烧处理VOCs废气的方法，其特征在于：步骤b中所述吸附温度不高于80℃。
3.根据权利要求1所述的催化燃烧处理VOCs废气的方法，其特征在于：步骤c中所述脱附温度小于140℃。
4.根据权利要求3所述的催化燃烧处理VOCs废气的方法，其特征在于：步骤e中所述燃烧温度不高于500℃。
5.一种催化燃烧处理VOCs废气的系统，用于如权利要求1所述的催化燃烧处理VOCs废气的方法，其特征在于：包括依次连接的吸附脱附单元、催化燃烧单元、及余热再利用单元；
所述吸附脱附单元包括经管路依次连接的对VOCs废气可进行冷却和过滤处理的预处理装置、及用于吸附VOCs废气的吸附器，所述吸附器上设有废气进口、洁净气出口、脱附剂进口、及混合气出口，所述洁净气出口连接有烟囱；
所述催化燃烧单元包括与吸附器的混合气出口连接的催化燃烧反应器，所述催化燃烧反应器上设有进气口及出气口，所述催化燃烧反应器内部设有换热室和催化燃烧室，所述进气口与换热室的冷媒入口相连，所述换热室的冷媒出口与催化燃烧室的入口相连，所述催化燃烧室的出口与换热室的热媒入口相连，所述换热室的热煤出口与出气口相连。
所述余热再利用单元包括与催化燃烧反应器出气口相连的换热器，所述换热器的热媒出口通过管道连接至烟囱。
6.根据权利要求5所述的催化燃烧处理VOCs废气的系统，其特征在于：所述预处理装置包括表冷器和过滤器。
7.根据权利要求5所述的催化燃烧处理VOCs废气的系统，其特征在于：所述吸附器包括并联、且交替工作的至少两个，所述吸附器的洁净气出口处设有VOCs检测仪。
8.根据权利要求5所述的催化燃烧处理VOCs废气的系统，其特征在于：所述吸附器上设有消防水进口和消防水出口，并于所述吸附器内部设有温度传感器，所述温度传感器通过安装在消防水进口处的电磁阀与消防水进口自动连锁。
9.根据权利要求5所述的催化燃烧处理VOCs废气的系统，其特征在于：所述催化燃烧反应器的出气口经均温箱连接吸附器的脱附剂进口。
10.根据权利要求5所述的催化燃烧处理VOCs废气的系统，其特征在于：所述的系统为撬装式设计。
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