CN109603531A - 一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统及工艺流程 - Google Patents

Abstract

一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统及工艺流程，属反应工程领域。该系统对有机废气进行催化氧化产生的无害气体进行排放，反应放出的热量用于维持反应的连续进行，膨胀装置利用水蒸气做功带动压缩装置，维持整个系统的所需压力降，富余蒸汽外用，达到节能减排的目的。设置脱硫装置对有机废气进行脱硫处理，防止催化氧化产生硫氧化物对环境造成危害，同时可以防止硫对催化剂破坏。有机废气在进行催化氧化的过程中利用换热介质的温度、缠绕管式换热固定床反应器壳程内催化剂的量以及蒸发器处理水的量对壳程内温度进行控制，避免了飞温现象的发生，进而避免了氮气氧气在高温下反应产生对环境有害的氮氧化物，达到了环保和保护催化剂的目的。

Description

一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统及工艺流程

技术领域

本发明涉及一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统及工艺流程，属于反应工程领域。

背景技术

在经济快速发展的当下,大量有机废气给环境污染治理带来了很大的压力,有机废气处理问题已经成为重要问题。工业产生的废气常对环境和人体健康产生有害影响，在排入大气前应采取措施处理，需要达到国家废气对外排放的标准才可以进行排放。目前较为广泛使用的有机废气处理方法有液体吸收法、吸附法、热破坏法、冷凝法和低温等离子体技术等。利用催化氧化工艺对废气中的有机物进行处理，通过有机废气与催化剂表面充分接触，可使得废气中的有机物充分反应。该方法适用范围广，适用于处理大气量、中高浓度的废气。与传统的吸附法相比，废气处理速度快，采用空气或氧气作氧化剂，成本低，来源广。然而上述催化氧化工艺在处理浓度较高的有机废气时反应放热量大，易造成催化剂高温破坏。

专利《一种高效处理VOCs有机废气的催化氧化装置》（授权公告号：208145730U），改善了催化-氧化反应器结构，保证了催化剂利用率和装置对废气的净化效率，但该装置没有做到即时反应即时散热过程，在处理高浓度有机废气时容易造成飞温现象。基于此，本项专利利用反应热回收利用装置，回收反应放出的热量用于有机废气的增压，同时可以使得反应产生的热量用于反应气体的预热升温，富余的热量可产生一定能量品质的水蒸气外用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统及工艺流程，该系统利用绕管式结构增大换热面积，强化传热。由于氮气与氧气在高温下反应产生一氧化氮，此流程通过温度控制系统防止温度过高造成催化剂失活以及氮氧化物的产生。有机废物通过反应产生不污染环境的气体，同时反应产生的热量被充分利用，实现节能减排的效果。

本发明解决技术采用的技术方案是：一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统，该系统包括预处理装置和烟囱，系统还包括缠绕管式换热固定床反应装置和反应热回收利用装置，所述缠绕管式换热固定床反应装置包含第一缠绕式换热管束、第二缠绕式换热管束和固定床反应器；所述反应热回收利用装置包含膨胀装置、压缩装置、蒸发器、补水储罐和水泵；所述预处理装置包含脱硫床和过滤器；所述第一缠绕式换热管束和第二缠绕式换热管束设置于固定床反应器内，第一温度控制阀门通过第一流股与第一缠绕式换热管束连接；所述压缩装置的入口与有机废气的输送管道相连，压缩装置的出口通过第二流股经第一阀门、第四流股连接第二缠绕式换热管束，并从第二流股通过第五流股经第二温度控制阀门连接固定床反应器的壳程入口，压缩装置的出口还通过第三流股经第二阀门、脱硫床、过滤器与第二流股连接，第二缠绕式换热管束的出口通过输气管道与流经第二温度控制阀门的第五流股混合后与固定床反应器的壳程入口连接，固定床反应器的壳程出口通过管道经蒸发器与烟囱连接；所述膨胀装置的出口通过管道经水泵、蒸发器的壳程、压力控制阀与膨胀装置的入口连接构成闭合回路；所述膨胀装置与压缩装置采用交换轴功的机械连接。

所述的一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统的工艺流程，包括以下步骤：

a、导热介质通过第一流股流入第一缠绕式换热管束，与固定床反应器内的反应物和生成物换热，确保固定床反应器内的介质温度低于催化剂最高耐受温度，高于催化反应所需温度；

b、低温低压的有机废气经输送管道进入压缩装置加温加压，对需要脱硫的有机废气，打开第二阀门，关闭第一阀门，有机废气通过第三流股经脱硫床去除有机废气中的含硫组分并经过滤器过滤杂质后进入第二流股；

c、在有机废气温度低于催化反应所需温度时，第二温度控制阀门关闭，有机废气自第四流股流入第二缠绕式换热管束内与固定床反应器内的高温气体进行换热升温至催化反应所需温度，从第二缠绕式换热管束出口再进入固定床反应器的壳程；在有机废气温度高于催化反应所需温度时，通过改变第二温度控制阀门开度，让部分有机废气自第二流股直接通过第五流股进入固定床反应器的壳程；达到预热温度的有机废气经固定床反应器的壳程入口进入固定床反应器内，与催化剂接触进行催化氧化反应放热，使固定床反应器内的气体温度升高，再与第二缠绕式换热管束内的有机废气换热，固定床反应器内的气体通过固定床反应器的壳程出口流出，经蒸发器（8）放热降低温度后经烟囱（9）排出低温低压气体；

d、在有机废气不需要脱硫时，打开第一阀门，关闭第二阀门，有机废气流入第二流股，重复步骤c；

e、来自补水储罐的液态水通过水泵（12）增压，经蒸发器（8）的壳程吸热变成水蒸气，进入膨胀装置（11）做功，温度降低后变成水从膨胀装置（11）出口流出进入补水储罐，膨胀装置（11）带动压缩装置（1）对低温低压的有机废气进行加压加温。

本发明的有益效果是：这种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统及工艺流程对有机废气进行催化氧化产生无危害的气体进行排放，反应放出的热量用于维持反应的连续进行、对膨胀装置做功带动压缩装置对有机废气增压以及对液态水进行加热得到高品质的水蒸气，达到节能减排的目的。设置脱硫装置，对有机废气进行脱硫处理，防止催化氧化产生硫氧化物对环境造成危害，同时可以防止硫对催化剂破坏。同时，有机废气在进行催化氧化的过程中利用换热介质的温度、缠绕管式换热固定床反应器壳程内催化剂的量以及蒸发器处理水的量对壳程内温度进行控制，避免了飞温现象的发生，进而避免了氮气氧气在高温下反应产生对环境有害的氮氧化物，同时过高的温度会破坏催化剂。达到了环保和保护催化剂的目的。该工艺采用催化氧化工艺，适用范围广，可以处理大流量、中高浓度的废气。废气处理速度快，同时采用空气或氧气作氧化剂，来源广，成本低。

附图说明

图1是一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统的流程图。

图中： 1、压缩装置，1a、输送管道，2、第一阀门，2a、第二流股，3、第二阀门，3a、第三流股，4、脱硫床，5、过滤器，6、第二缠绕式换热管束，7、固定床反应器，7a、第四流股，7b、第五流股，8、蒸发器，9、烟囱，10、第二温度控制阀门，11、膨胀装置，12、水泵，12a、补水管，12b、水蒸气外用管，13、压力控制阀门，14、第一温度控制阀门，15第一缠绕式换热管束，15a、第一流股，16、补水储罐。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进一步详细说明。

图1示出了多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统的工艺流程，这种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统包括预处理装置、烟囱9、缠绕管式换热固定床反应装置和反应热回收利用装置。缠绕管式换热固定床反应装置包含第一缠绕式换热管束15、第二缠绕式换热管束6和固定床反应器7。反应热回收利用装置包含膨胀装置11、压缩装置1、蒸发器8、补水储罐16和水泵12。预处理装置包含脱硫床4和过滤器5。第一缠绕式换热管束15和第二缠绕式换热管束6设置于固定床反应器7内，第一温度控制阀门14通过第一流股15a与第一缠绕式换热管束15连接。压缩装置1的入口与有机废气的输送管道1a相连，压缩装置1的出口通过第二流股2a经第一阀门2、第四流股7a连接第二缠绕式换热管束6，并从第二流股2a通过第五流股7b经第二温度控制阀门10连接固定床反应器7的壳程入口，压缩装置1的出口还通过第三流股3a经第二阀门3、脱硫床4、过滤器5与第二流股2a连接，第二缠绕式换热管束6的出口通过输气管道与流经第二温度控制阀门10的第五流股7b混合后与固定床反应器7的壳程入口连接，固定床反应器7的壳程出口通过管道经蒸发器8的管程与烟囱9连接。膨胀装置11的出口通过管道经补水储罐16、水泵12、蒸发器8的壳程、压力控制阀13与膨胀装置11的入口连接构成闭合回路。膨胀装置11与压缩装置1采用交换轴功的机械连接。

一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统的工艺流程包括以下步骤：

a、导热介质通过第一流股15a流入第一缠绕式换热管束15，与固定床反应器7内的反应物和生成物换热，确保固定床反应器7内的介质温度低于催化剂最高耐受温度，高于催化反应所需温度；

b、低温低压的有机废气经输送管道1a进入压缩装置1加温加压，对需要脱硫的有机废气，打开第二阀门3，关闭第一阀门2，有机废气通过第三流股3a经脱硫床4去除有机废气中的含硫组分并经过滤器5过滤杂质后进入第二流股2a；

c、在有机废气温度低于催化反应所需温度时，第二温度控制阀门10关闭，有机废气自第四流股7a流入第二缠绕式换热管束6内与固定床反应器7内的高温气体进行换热升温至催化反应所需温度，从第二缠绕式换热管束6出口再进入固定床反应器7的壳程；在有机废气温度高于催化反应所需温度时，通过改变第二温度控制阀门10开度，让部分有机废气自第二流股2a直接通过第五流股7b进入固定床反应器7的壳程。达到预热温度的有机废气经固定床反应器7的壳程入口进入固定床反应器7内，与催化剂接触进行催化氧化反应放热，使固定床反应器7内的气体温度升高，再与第二缠绕式换热管束6内的有机废气换热，固定床反应器7内的气体通过固定床反应器7的壳程出口流出，经蒸发器8放热降低温度后经烟囱9排出低温低压气体；

d、在有机废气不需要脱硫时，打开第一阀门2，关闭第二阀门3，有机废气流入第二流股2a，重复步骤c；

e、来自补水储罐16的液态水通过水泵12增压，经蒸发器8的壳程吸热变成水蒸气，进入膨胀装置11做功，温度降低后变成水从膨胀装置11出口流出进入补水储罐16，膨胀装置11带动压缩装置1对低温低压的有机废气进行加压加温。

实施例1 对于反应放热效应较大、浓度较高的有机废气I的控制过程：

有机废气I经输送管道进入压缩装置加压加温，对需要脱硫的该有机废气I，打开第二阀门，关闭第一阀门，有机废气I通过第三流股经脱硫床去除有机废气中的含硫组分并经过滤器过滤杂质后进入第二流股。在有机废气I温度高于催化反应所需温度380-450℃时，第二温度控制阀门打开，有机废气I自第二流股直接通过第五流股进入固定床反应器的壳程进行催化氧化反应；在有机废气I温度低于催化反应所需温度380-450℃时，温度低位报警，第二温度控制阀门关闭，有机废气I自第二流股通过第四流股流入第二缠绕式换热管束内与固定床反应器内的高温气体进行换热升温；有机废气I从第二缠绕式换热管束出口再进入固定床反应器的壳程，在固定床反应器内与催化剂接触进行催化氧化反应放热，使固定床反应器内的气体温度升高，再与第二缠绕式换热管束内的有机废气换热，固定床反应器内的气体通过固定床反应器的壳程出口流出，经蒸发器放热降低温度后经烟囱排出低温低压气体。

实施例2对于反应放热效应很大、浓度很高的有机废气II的控制过程：

有机废气II经输送管道进入压缩装置加温加压，对需要脱硫的有机废气II，打开第二阀门，关闭第一阀门，有机废气II通过第三流股经脱硫床去除有机废气中的含硫组分并经过滤器过滤杂质后进入第二流股。在有机废气II温度高于催化反应所需温度380-450℃时，第二温度控制阀门10打开，有机废气II自第二流股直接通过第五流股进入固定床反应器的壳程进行催化氧化反应；在有机废气II温度低于催化反应所需温度380-450℃时，第二温度控制阀门关闭，有机废气II自第二流股通过第四流股流入第二缠绕式换热管束内与固定床反应器内的高温气体进行换热升温；有机废气II从第二缠绕式换热管束出口再进入固定床反应器的壳程，在固定床反应器内与催化剂接触进行催化氧化反应放热，使固定床反应器内的气体温度升高，再与第二缠绕式换热管束内的有机废气换热，固定床反应器内的气体通过固定床反应器的壳程出口流出，经蒸发器放热降低温度后经烟囱排出低温低压气体。同时，固定床反应器内局部温度超过催化剂耐受温度630-700℃时，温度高位报警，且通过调节第一温度控制阀门开度调整冷却介质流量，进入第一缠绕式换热管束与反应介质换热，进而控制固定床反应器内部温度小于630-700℃。

Claims (2)

1.一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统，该系统包括预处理装置和烟囱（9），其特征在于: 系统还包括缠绕管式换热固定床反应装置和反应热回收利用装置，所述缠绕管式换热固定床反应装置包含第一缠绕式换热管束（15）、第二缠绕式换热管束（6）和固定床反应器（7）；所述反应热回收利用装置包含膨胀装置（11）、压缩装置（1）、蒸发器（8）、补水储罐（16）和水泵（12）；所述预处理装置包含脱硫床（4）和过滤器（5）；所述第一缠绕式换热管束（15）和第二缠绕式换热管束（6）设置于固定床反应器（7）内，第一温度控制阀门（14）通过第一流股（15a）与第一缠绕式换热管束（15）连接；所述压缩装置（1）的入口与有机废气的输送管道（1a）相连，压缩装置（1）的出口通过第二流股（2a）经第一阀门（2）、第四流股（7a）连接第二缠绕式换热管束（6），并从第二流股（2a）通过第五流股（7b）经第二温度控制阀门（10）连接固定床反应器（7）的壳程入口，压缩装置（1）的出口还通过第三流股（3a）经第二阀门（3）、脱硫床（4）、过滤器（5）与第二流股（2a）连接，第二缠绕式换热管束（6）的出口通过输气管道与流经第二温度控制阀门（10）的第五流股（7b）混合后与固定床反应器（7）的壳程入口连接，固定床反应器（7）的壳程出口通过管道经蒸发器（8）与烟囱（9）连接；所述膨胀装置（11）的出口通过管道经补水储罐（16）、水泵（12）、蒸发器（8）的壳程、压力控制阀（13）与膨胀装置（11）的入口连接构成闭合回路；所述膨胀装置（11）与压缩装置（1）采用交换轴功的机械连接。

2.根据权利要求1所述的一种多流股催化氧化处理高浓度有机废气系统的工艺流程，其特征在于，包括以下步骤：

a、导热介质通过第一流股（15a）流入第一缠绕式换热管束（15），与固定床反应器（7）内的反应物和生成物换热，确保固定床反应器（7）内的介质温度低于催化剂最高耐受温度，高于催化反应所需温度；

b、低温低压的有机废气经输送管道（1a）进入压缩装置（1）加压加温，对需要脱硫的有机废气，打开第二阀门（3），关闭第一阀门（2），有机废气通过第三流股（3a）经脱硫床（4）去除有机废气中的含硫组分并经过滤器（5）过滤杂质后进入第二流股（2a）；

c、在有机废气温度低于催化反应所需温度时，第二温度控制阀门（10）关闭，有机废气自第四流股（7a）流入第二缠绕式换热管束（6）内与固定床反应器（7）内的高温气体进行换热升温至催化反应所需温度，从第二缠绕式换热管束（6）出口再进入固定床反应器（7）的壳程；在有机废气温度高于催化反应所需温度时，通过改变第二温度控制阀门（10）开度，让部分有机废气自第二流股（2a）直接通过第五流股（7b）进入固定床反应器（7）的壳程；达到预热温度的有机废气经固定床反应器（7）的壳程入口进入固定床反应器（7）内，与催化剂接触进行催化氧化反应放热，使固定床反应器（7）内的气体温度升高，再与第二缠绕式换热管束（6）内的有机废气换热，固定床反应器（7）内的气体通过固定床反应器（7）的壳程出口流出，经蒸发器（8）放热降低温度后经烟囱（9）排出低温低压气体；

d、在有机废气不需要脱硫时，打开第一阀门（2），关闭第二阀门（3），有机废气流入第二流股（2a），重复步骤（c）；

e、来自补水储罐（16）的液态水通过水泵（12）增压，经蒸发器（8）的壳程吸热变成水蒸气，进入膨胀装置（11）做功，温度降低后变成水从膨胀装置（11）出口流出进入补水储罐（16），膨胀装置（11）带动压缩装置（1）对低温低压的有机废气进行加压加温。