CN1098118C - 木材生产工艺中废气的纯化方法 - Google Patents

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Abstract

一种减少充满污染物的工艺排放物的方法，该充满污染物的排放物来自木材制造工艺。这种方法是让排放物在较低的峰值温度下从位于蓄热式催化氧化装置(100)中的氧化催化剂(114、116和118)上流过，以除去挥发性有机化合物(VOC′s)、甲烷、甲醛、树脂、粘合剂、和有害的空气污染物(HAP′s)，该峰值温度低于蓄热式热氧化装置中遇到的峰值温度。氧化催化剂允许全部的除污过程在较低的峰值燃烧温度下进行。借助于降低排放物除污期间的峰值燃烧温度，本发明阻止了排放物中的钾和(或)钠与蓄热式热氧化装置的热量回收介质和陶瓷纤维绝热层中的硅石之间的反应。迄今，这个反应一直损害着木材产品所需的性能和产品的质量。

Description

木材生产工艺中废气的纯化方法
                        发明背景
本发明一般地涉及减少来自各种木材制造工艺的充满污染物的废气的作用，具体地说，涉及一种方法，该方法阻止了在除废气期间对生产的木材产品所需的性能的破坏作用。
各种木材产品(诸如定向纤维板、中密度纤维板、颗粒板或胶合板)通常需要在升高的温度下加工制造，以便实现木材产品需要的某些性能和特性。一种可利用的产生热量的方法是烧掉木头燃料，如树皮、锯末、木粉、刨花、或废木头，因为这些燃料作为木材制造工艺的天然副产品容易利用。这些木头燃料燃烧产生的热量往往用于干燥木片、木头纤维、胶合板、或作为木材最终产品原材料被选中的其它类型木料。
在干燥工艺之前，被选中进行干燥的木料往往先用树脂或粘合剂进行处理。在干燥工艺期间，这些树脂或粘合剂与其他的污染物(诸如挥发性有机成分(VOC′s)、甲醇、以及甲醛)伴随着木料干燥一起被释放出来。此外，木头燃料燃烧时产生并释放出其他的污染物，诸如一氧化碳、以及许多有害的空气污染物(HAP′s)。联邦的法律和法规要求在排放到大气之前必须降低上述这些工艺排放物中污染物的浓度。
迄今为止，已使用蓄热式热氧化装置控制向大气泄放的VOC′s、甲醇、甲醛、一氧化碳和HAP′s的浓度。此外，可以在需要除去颗粒(如蓝色烟雾)的场合使用电子砾石过滤床或湿式静电沉降器。
通常，热氧化装置利用增补热源将受污染的工艺排放物的温度提高到可燃污染物的点火温度以上，使可燃污染物(如VOC′s、甲醇、甲醛、HAP′s、以及一氧化碳)氧化。蓄热式热氧化装置回收留在净化后的排放气体中的热量，用于提高进入氧化装置的排放物的温度，借此减少使排放物升温至其点火温度所需的增补能量。
但是，在干燥工艺期间木头燃料燃烧时，采用当前技术的蓄热式热氧化装置并不十分令人满意，因为在这种情况会遇到高达1400°F至1500°F(即大约760℃至815℃)的高温。更准确地说，木头燃料燃烧还产生含有钾和钠的副产物。此外，蓄热式氧化装置中的回收热量的介质和陶瓷纤维绝热材料都含有硅石。在温度超过1100°F至1200°F(即大约593℃至649℃)时，来自工艺排放物的钾和(或)钠与蓄热式氧化装置中的硅石发生反应，反应温度取决于工艺排放物中钾和(或)钠的浓度。如上所述，蓄热式氧化装置必须在明显高于这个临界温度下工作，因此必定会引起钾和钠与硅石反应。简单地降低热氧化装置的作业温度不能适当地解决问题，因为温度低于1400°F(大约760℃)蓄热式热氧化装置不仅不能正确地除去生成的废气而且实际上甚至会产生更多的一氧化碳和HAP′s。钾和钠与硅石的反应是非常不希望的而且很成问题，因为这个反应破坏生产的木材的产品所需的性能和特色，并且因此降低产品的效益和质量。
                        发明概述
按照本发明，借助一种方法净化各种木材制造工艺的排放气体，从而使上述问题得以解决，该方法包括一种蓄热式催化氧化装置。蓄热式催化氧化装置利用催化氧化物质使VOC′s、甲醇、甲醛、一氧化碳、树脂、粘合剂、以及HAP′s在较低的峰值温度下氧化，该峰值温度低于蓄热式热氧化装置的相应温度。催化氧化物质包括(但不限于)金属催化剂，如铂、钯、铑、铱、钌、钒、铜、锰、铈和铬；金属氧化物催化剂，如氧化锰或氧化铬；以及这些金属催化剂和/或金属氧化物的任意组合。
按照本发明，蓄热式催化氧化装置通常在500°F至1000°F(即大约260℃至538℃)温度范围内实现VOC′s、甲醇、甲醛、一氧化碳、以及HAP′s的氧化，具体温度取决于工艺排放物中的污染物的组分和各浓度。由于在明显低于反应临界温度1100°F(约593℃)的温度下进行氧化，本发明的蓄热式催化氧化装置阻止钾和(或)钠与硅石反应，这个反应至今仍在损害生产的木材产品的性能和质量。
有利的是，本发明适应继续使用烧木头的燃烧炉，不需要不产生钾或钠的替代燃料，如天然气。在木材制造中，继续使用丰富的木头废料作燃料是有利的，因为不需要额外的燃料费用。此外，本发明不需要陶瓷纤维上的隔离衬层阻止钾和(或)钠暴露在硅石面前。本发明还将需要的辅助热量和电力消耗降至最低，以前这些项目增大了除废气费用。
                       附图简述
图1是根据本发明的木材生产/除废体系的图示；
图2是根据本发明的蓄热式催化氧化装置。
                      优选方案详述
在优选的实施方案中，本发明是一种净化方法，用这种方法净化受木材制造工艺产生的排放物污染的空气。在这种方法中被排放物污染的空气被送入蓄热式氧化装置，在该装置中有含硅石的蓄热热交换介质以及作为排放物中可燃污染物燃烧的热源。这种方法还进一步包括下述步骤：将污染的排放物加热到低于约1000°F的峰值燃烧温度，该温度借助热动控制单元进行调整；将沾污的排放物送入所述氧化装置内的氧化催化剂组件，在该组件中氧化催化剂使沾污的排放物在低于1000°F的温度下燃烧，以便产生净化的空气并阻止木材制造工艺中产生的钾或钠与所述氧化装置中的硅石反应。所述蓄热式催化氧化装置包括：许多蓄热床，该蓄热床适合周期性地实现进料模式、热交换排气模式、以及清洗模式；一个管道网，该管道网包括每张床的入口管道、清洗管道和出口管道；每张床上的热交换介质；每张床上的氧化催化剂，分别接收来自每张床的排放物；所述氧化催化剂和众多蓄热床公用的燃烧室；以及循环阀，这些阀用于回收所述净化空气和控制每张床的所述进料模式、排气模式、以及清洗模式，包括各床的清洗注入管道，用于清洗床以及与它相应的氧化催化剂，回收所述的净化的空气，使净化空气作为清洗空气通过一个蓄热床和它相应的氧化催化剂形成再循环，然后所述清洗空气经由所述公用燃烧室向所述众多床中不同的床排放并通过这些床以进一步清洗它的氧化催化剂和相应的蓄热床。
参照图1，它表示依据本发明的木材制造/消除废气系统10。木头燃烧炉12通过燃烧木头燃料(如树皮、锯末、木粉、刨花、或废木头)给周围的空气或预热空气加热。空气经过木头燃烧炉12加热后供干燥窑14使用。干燥窑14利用热空气使预定类型的木料干燥，该木料选定为系统10生产的产品组分。例如，干燥窑可以被用来干燥木片、纤维、胶合板或任何符合需要的其它类型木料。
然后需要消除由木头燃烧炉12、干燥窑14、或制造工艺中其它地方产生的充满污染物的排放物。如果还有兰烟之类的颗粒存在，工艺排放物可以被送进颗粒控制设备16，诸如电子砾石过滤床或静电湿式沉降器。在排出物中颗粒浓度不大的系统中可以省略颗粒控制设备16。
依据本发明，将来自干燥窑14(或者来自颗粒控制设备16)的排出物送入蓄热式催化氧化装置100，使可燃的污染物(如VOC′s、甲醇、甲醛、一氧化碳、树脂、粘合剂、以及HAP′s)氧化。
现在参照图2，该图说明依据本发明的蓄热式催化氧化装置100(下文用“RCO”表示)，该装置由三个常规的蓄热器床102、104、106组成，每个蓄热器床都备有各自的热交换介质108、110和112。RCO100进一步包括三种氧化催化剂114、116和118。作为沉积在基材上的金属或金属氧化物可以令人满意地提供氧化催化剂。可以利用的金属或金属氧化物包括但不限于铂、钯、铑、铱、钌、钒、铜、锰、铈、铬、氧化锰、氧化铬以及它们的任何组合。公用燃烧室120与每种氧化催化剂114、116和118连通。燃料(如天然气)从燃料控制器和燃烧器122或者其他的热源供给燃烧室120。
沾污的排放物的进料管124允许工艺排出物通过入口管126、128和130进入RCO100，该工艺排出物来自干燥窑14，如果需要，可以来自颗粒控制设备16。注意：任选的颗粒控制设备16优选位于RCO100的上游，以便防止蓄热床102、104和106的迅速堵塞或“淤塞”。净化的空气分别通过出口管132、134和136流出RCO100，被送入净化排气出口管138，借助排气鼓风机140将净化空气排放到大气。清洗注入管道142周期性地回收鼓风机140排放的净化空气，以便清洗蓄热床102、104和106，以及清除催化剂114、116和118中捕获的污染物。RCO110利用阀门网分别控制沾污的排放物循环流动以及净化空气流入或流出RCO100。
RCO100的三舱系统按三个循环运行。在第一个示范循环中，排放物进入蓄热器床102，从中吸取热量，然后通过氧化催化剂114。污染物氧化(比如氧化成二氧化碳和水)之后，净化的空气通过按蓄热模式(即接收热量的模式)运行的蓄热床104和催化剂116，以便向大气排放或进入清洗注入管道142，清洗管道依次将净化空气导入蓄热床106和催化剂118，以清洗蓄热床和沾污的催化剂。因此，每个蓄热床周期性地完成三种运行模式：进料模式、热交换排气模式以及清洗模式。
注意：图2表示三舱的RCO100，它有三个蓄热床102、104和106，以及三个氧化催化剂床114、116和118，但是本发明并不受RCO100中的舱室数目的限制。进一步要注意的是，现有的蓄热式热氧化装置可以配备催化氧化床，以便按照本发明将现有的蓄热式热氧化装置改变成RCO100。
在运行中，本发明的RCO100使上述的可燃污染物在约500°F至1000°F(即大约260℃至538℃)温度范围内氧化，具体温度取决于工艺排放物中污染物的组成和各浓度。由RCO100提供的这些降低的燃烧峰值温度阻止了由木头燃烧炉12产生的钾和(或)钠与硅石反应，硅石是来自热量回收介质108、110和112，或者RCO100的陶瓷纤维绝热层。借助阻止钾和(或)钠与硅石反应，本发明提高了木材产品的质量，因为木材产品的符合需要的性能和特色得到保持。
在本发明的较好的实施方案已经被揭示出来时，应当了解，本发明对不脱离上述权利要求范围的改进是容易的。

Claims (3)

1.一种净化污染空气的方法，这种污染来自木材制造工艺产生的排放物，在这种方法中排放物被送入蓄热式氧化装置，该氧化装置有含硅石的蓄热的热交换介质和适合排放物中可燃污染物燃烧的热源，该方法进一步包括下述步骤：
将受污染的排放物加热到调整好的峰值燃烧温度，该温度在538℃以下；
将受污染的排放物送入位于所述氧化装置之内的氧化催化设备，其中氧化催化剂使沾污的排放物在低于538℃的温度下燃烧，以阻止木材制造工艺产生的钾或钠与所述的氧化装置中的硅石反应。
2.根据权利要求1的方法，其中所述蓄热式氧化装置具有：
蓄热床，所述蓄热床适合周期性地执行进料模式、热交换排气模式和清洗模式；
管道网，它包括每张床的入口管道、清洗管道、出口管道、每张床的热交换介质、每张床的氧化催化剂，氧化催化剂分别接收来自每张床的排放物进料；
燃烧室，该燃烧室是所述氧化催化剂和众多的床公用的；以及
一些循环阀，适合于回收所述净化空气和控制每张床的所述进料模式、排气模式和清洗模式，包括控制每张床的清洗注入管道，该注入管道用于床的清洗以及与它相应的氧化催化剂的清洗；
回收所述净化的空气；
让净化空气作为清洗空气通过一个蓄热床和与它相应的氧化催化剂再循环；
将所述清洗空气经由所述公用燃烧室向所述众多床中不同的床排放并通过这些床，以便进一步清洗它的氧化催化剂和相应的蓄热床。
3.根据权利要求1或2的方法，其中氧化催化剂从一组金属氧化物催化剂中选择，该组催化剂包括铂、钯、铑、铱、钌、钒、铜、锰、铈、铬、这些金属的氧化物、以及所述金属催化剂和金属氧化物催化剂的各种组合。
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