CN108926990B - 一种用于VOCs气体净化的催化反应器 - Google Patents

一种用于VOCs气体净化的催化反应器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于VOCs气体净化的催化反应器，包括反应器筒体和位于筒体内部的催化反应床以及气体分布器，其中催化反应床包括格栅支撑件和活动式格栅板，格栅支撑件与反应器筒体内壁焊接在一起；在催化反应床的周边，沿催化反应床的高度上设置方形隔板，方形隔板围成方筒形格套；在反应器筒体的净化气排放口一端设置安全泄放通道。本发明所述催化反应器中活动式格栅板的设计有利于填装或更换不同床层的催化剂，间隙之间填充陶瓷棉可以有效避免VOCs物料的泄露，提高VOCs的处理效率，方筒形格套可以有效杜绝VOCs物料进入催化反应床与筒体之间的空间中，提高反应效率。

Description

一种用于VOCs气体净化的催化反应器
技术领域
本发明涉及VOCs气体净化领域，具体地说，涉及一种治理低浓度VOCs的安全高效的催化反应器。
背景技术
近年来，随着国家及地方环保标准的日益严格，炼化企业产品灌装区域或罐区挥发的高浓度VOCs有机气体通常选择组合式的治理方法，即传统的VOCs气体回收方法+VOCs末端销毁方法。传统VOCs气体回收方法包括吸附法、冷凝法或膜分离法，这些方法已经发展成熟，而VOCs末端治理的销毁方法主要依靠催化氧化法。目前的催化氧化法主要反应设备为催化反应器，用催化反应器来处理低浓度的VOCs物料时，物料的浓度可能处于爆炸浓度范围以内，从而给低温催化氧化工艺带来极大的安全隐患，尤其是目前市场上的大部分催化氧化反应器，并不能满足机械防爆和高效处理VOCs的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全高效的低温催化氧化反应器，使低温催化氧化反应工艺在处理低浓度的VOCs物料时更加安全可靠。
本发明所提供的用于VOCs气体净化的催化反应器，包括反应器筒体和位于筒体内部的催化反应床以及气体分布器，筒体的一端设置有物料入口，另一端设置有净化气排放口，其中：催化反应床包括格栅支撑件和活动式格栅板，格栅支撑件与反应器筒体内壁焊接在一起；在催化反应床的周边，沿催化反应床的高度上设置方形隔板，方形隔板围成方筒形格套，且方形隔板与格栅支撑件连接；在反应器筒体的净化气排放口一端设置安全泄放通道。
优选地，活动式格栅板的数量为2～4块。
优选地，催化反应床的横截面为方形，催化反应床与筒体之间横截面为月牙形的空间内，填充有陶瓷棉。
优选地，催化反应床至少为两层。
优选地，催化反应床为两层，靠近物料入口端的床层填充纳米银催化剂，靠近净化气排放口一端的床层填充金属铂或金属钯催化剂。
优选地，催化剂与方形隔板之间填充陶瓷棉。
优选地，气体分布器包括锥形分布器和孔板式气体分布器，锥形分布器和孔板式气体分布器与物料入口管路依次连接。
优选地，反应器筒体中设置蓄热陶瓷层。
优选地，催化反应床安装有远传温度变送器。
优选地，催化反应器的物料入口和净化气排放口均安装阻爆轰型阻火器。
本发明的有益效果：
(1)活动式格栅板的设计有利于填装或更换不同床层的催化剂；空隙之间均填充陶瓷棉可有效避免VOCs物料的泄露，提高VOCs的处理效率；
(2)方筒形格套可以有效杜绝VOCs物料进入催化反应床与筒体之间的空间中，提高催化床的反应效率；
(3)锥形气体分布器和孔板式分布器使VOCs物料进入催化反应床层之前能够非常均匀地分布，从而使催化剂得到高效利用；
(4)反应器上部设有爆炸能量安全泄放通道，反应器出入口设有安全有效的阻爆轰型阻火器，能够使爆炸损害降至最低，提高反应器安全性能；
(5)蓄热陶瓷层用于存储热量和进行热回收，在低浓度VOCs物料不足以维持反应器起燃时，蓄热陶瓷有助于维持反应器内温度，降低能耗。
附图说明
图1为本发明实施例4所述催化反应器的示意图；
图2为本发明所述催化反应器中催化反应床的横截面示意图；
图3为催化反应床的格栅铺设图；
标号说明：
1--VOCs物料入口管路； 2--反应器筒体； 3--锥形气体分布器；
4--格栅支撑件； 5--活动式格栅板； 6--孔板式气体分布器；
7--陶瓷棉； 8a-8c：陶瓷棉； 9--低温催化反应床；
10--高温催化反应床； 11a-11c：远传温度变送器； 12--蓄热陶瓷；
13--人孔； 14--安全泄放通道； 15--净化气排放口； 16--方形隔板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种用于VOCs气体净化的催化反应器，包括反应器筒体和位于筒体内部的催化反应床以及气体分布器，筒体的一端设置有物料入口，另一端设置有净化气排放口和安全泄放通道，催化反应床包括格栅支撑件和2块活动式格栅板，格栅支撑件与反应器筒体内壁焊接在一起；在催化反应床的周边，沿催化反应床的高度上设置方形隔板，方形隔板围成方筒形格套，且方形隔板与格栅支撑件连接；催化反应床的横截面为方形，催化反应床与筒体之间横截面为月牙形的空间内，填充有陶瓷棉。
上述反应器中，活动式格栅板的设计有利于填装或更换不同床层的催化剂；空隙之间均填充陶瓷棉可有效避免VOCs物料的泄露，提高VOCs的处理效率；方筒形格套可以有效杜绝VOCs物料进入催化反应床与筒体之间的空间中，提高催化床的反应效率，反应器上部设有爆炸能量安全泄放通道，反应器出入口设有安全有效的阻爆轰型阻火器，能够使爆炸损害降至最低，提高反应器安全性能。
实施例2
如实施例1所述的催化反应器，不同之处在于：活动式格栅板的数量为4块，且入口管路的出口处连接有锥形气体分布器，VOCs物料通过锥形气体分布器的环形空间和顶部圆孔进入反应器，VOCs物料较为均匀的分布于整个反应器的横向截面内。之后VOCs物料进一步通过固定在反应器底部的孔板式分布器，并通过其分布作用进一步均匀分布于反应器的径向截面上，从而使VOCs物料进入催化反应床层之前能够非常均匀的分布，使催化剂得到高效利用。
实施例3
如实施例2所述的催化反应器，不同之处在于：活动式格栅板的数量为4块，且反应器筒体中设置两层蓄热陶瓷层，一层靠近物料的入口端，另一层靠近净化气的排放口一端，蓄热陶瓷层用于存储热量和进行热回收，在低浓度VOCs物料不足以维持反应器起燃时，蓄热陶瓷有助于降低能耗，维持反应器内温度。
实施例4
如实施例3所述的催化反应器，不同之处在于：催化反应床为两层，靠近物料入口端的床层填充纳米银催化剂，靠近净化气排放口一端的床层填充金属铂催化剂。纳米银催化剂相对于贵金属催化剂可节省催化剂投资成本，同时高效的去除较高浓度的VOCs物料(例如VOCs物料的浓度是1g/m3-10g/m3，VOCs去除效率高达98％以上)；廉价催化剂又可以降低反应温度，降低运行成本；上-贵金属铂催化剂可以继续高效转化剩余的VOCs物料，从而使VOCs物料接近“零排放”。
实施例5
如图1所示，反应器气相通道采用“下进上出”的工作方式。VOCs物料入口管路1进入反应器内。入口管路的出口处连接有锥形气体分布器3，VOCs物料通过锥形气体分布器环形空间和顶部圆孔进入反应器，VOCs物料较为均匀的分布于整个反应器的横向截面内。之后VOCs物料进一步通过固定在反应器底部的孔板式分布器6，并通过6的分布作用进一步均匀分布于反应器的径向截面上，从而使VOCs物料进入催化反应床层之前能够非常均匀的分布，从而使催化剂得到高效利用。
安全高效低温催化氧化反应器整体上采用“外圆内方”的设计形式。外部筒体为圆形，填装催化剂的床层横截面则为方形。在整个催化床层的高度上设有方形隔板16有效杜绝VOCs物料进入圆方之间的月牙形空间，方形隔板16与格栅支撑件4连接。方形截面的催化床层有利于填装方形体催化剂。圆方之间的半月形空间内填充有降温隔热陶瓷棉。如此设计优点是：圆形外壳设计压力大于有机气体最大爆炸当量值，能够有效避免爆炸情况下催化氧化反应器的损坏，从而避免对设备周围人员造成伤害。同时反应器上部设有爆炸能量安全泄放通道14，反应器出入口设有安全有效的阻爆轰型阻火器，能够使爆炸损害降至最低，因此反应器安全性能高。
如图2、图3所示，格栅支撑件4用于支撑活动格栅板5并焊接于筒体2上，活动式格式板有2-4块组成，活动式格栅板的设计有利于填装或更换不同床层的催化剂。活动式格栅板上方填装有蜂窝陶瓷催化剂，催化剂与催化剂之间、催化剂与方形隔板16之间均填充满陶瓷棉，有效避免VOCs物料间隙泄露，从而影响VOCs的处理效率。
反应器内设有两层催化床，可分别填装不同类型的催化剂。
反应器每层床层出口均设置有远传温度变送器11，用于实时监测反应器各床层出口温度。
应用实施例1
来自于传统VOCs治理末端的低浓度VOCs物料经预处理后低于混合气体的爆炸下限值，主要成分包括乙烷、丙烷、苯系物等，VOCs质量浓度为8g/m3，通过VOCs物料入口管路1进入反应器内，并依此通过反应器的锥形气体分布器3和孔板式气体分布器6，在这两种组合式气体分布器的作用下，VOCs物料被均匀的分布于反应器的径向截面上。之后VOCs物料进入第一层催化反应床层的催化剂9中，该床层填装的是价格低廉的纳米银催化剂，绝大部分VOCs物料在该催化床层内转化为二氧化碳和水，并释放相应的热量。该部分催化剂床层的催化剂为蜂窝陶瓷状，蜂窝陶瓷催化砖之间及催化砖与方形隔板16之间填充塞进陶瓷棉8，能够有效防止气体泄漏而不经催化剂反应。同时方形隔板16与反应器筒体2之间填充塞满陶瓷棉8，从而进一步降低反应热传导至反应器筒体上。反应器筒体2外部设有隔热保温层，使反应器最外侧温度＜60℃。同时远传温度变送器11a实时监测反应器内第一层床口温度，从而有效避免催化剂烧结。剩余的少量未被第一层催化床层氧化的VOCs物料则继续进入第二层催化反应床层10，该催化床层是金属铂高效催化剂。同理，VOCs物料在第二层催化床层内继续氧化生成二氧化碳和水，并释放热量。远传温度变送器11b实时监测床层出口温度，并有效避免催化剂烧结中毒。被彻底净化的混合气体进入第三层蓄热陶瓷层12，高温气体在蓄热层内被均化温度，并通过净化气体排放口15排入大气中。远传温度变送器11c则用于显示催化反应器出口气体的温度。在催化剂填装和更换的过程中，操作人员通过人孔13进入反应器，依此填装最底层催化剂及格栅板，第二层催化剂及格栅板；更换催化剂时情况则相反。
理论上VOCs最大爆炸当量能量值在0.7-0.85MPa之间，催化反应器设计压力为1.0MPa，远大于VOCs最大爆炸能量值，反应器本身具备抗爆损坏能力；同时催化反应器出入口均有阻爆轰性阻火器，能够有效阻止爆炸火焰向外传播。在催化装置发生故障的情况下，爆破管线能够起到较好的泄压作用，从而又增加了催化反应器的安全性。
经过催化反应器处理之后，经检测，VOCs物料中非甲烷总烃含量≤70mg/m3，苯≤2mg/m3，甲苯≤10mg/m3，二甲苯≤10mg/m3。

Claims (6)

1.一种用于VOCs气体净化的催化反应器，包括反应器筒体和位于筒体内部的催化反应床以及气体分布器，筒体的一端设置有物料入口，另一端设置有净化气排放口，其特征在于：
催化反应床包括格栅支撑件和活动式格栅板，格栅支撑件与反应器筒体内壁焊接在一起；
在催化反应床的周边，沿催化反应床的高度上设置方形隔板，方形隔板围成方筒形格套，且方形隔板与格栅支撑件连接；
在反应器筒体的净化气排放口一端设置安全泄放通道；
催化反应床为两层，靠近物料入口端的床层填充纳米银催化剂，靠近净化气排放口一端的床层填充金属铂或金属钯催化剂；
反应器筒体中，在靠近净化气排放口一端的床层与净化气排放口之间设置蓄热陶瓷层；
催化剂与方形隔板之间填充陶瓷棉。
2.根据权利要求1所述的一种用于VOCs气体净化的催化反应器，其特征在于，活动式格栅板的数量为2～4块。
3.根据权利要求1所述的一种用于VOCs气体净化的催化反应器，其特征在于，催化反应床与筒体之间的空间内填充陶瓷棉。
4.根据权利要求1所述的一种用于VOCs气体净化的催化反应器，其特征在于，气体分布器包括锥形分布器和孔板式气体分布器，锥形分布器和孔板式气体分布器与物料入口管路依次连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于VOCs气体净化的催化反应器，其特征在于，催化反应床安装有远传温度变送器。
6.根据权利要求1所述的一种用于VOCs气体净化的催化反应器，其特征在于，催化反应器的物料入口和净化气排放口均安装阻爆轰型阻火器。
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