CN110030567B - 一种有机废气催化燃烧一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保领域，涉及一种有机废气催化燃烧一体化装置，所述装置包括依次设置在主体内的有机废气预处理系统、换热器、加热室、催化燃烧器、风量调节装置以及设置在主体上的控制系统；有机废气通过废气预处理系统过滤后，进入换热器，和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气的温度得到第一次提升；具有一定温度的有机废气进入加热室，将有机废气温度提高到催化反应的最佳温度；温度符合催化反应的温度要求，进入催化燃烧器，有机废气得到彻底分解，同时释放出大量的热量；净化后的气体通过换热器将热能转换给预处理后的有机废气，降温后再排空。所述装置具有通用性强、能耗低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及废气催化燃烧治理技术，属于环保领域。特别涉及到一种有机废气催化燃烧一体化装置。
背景技术
随着现代工业日益的发展，有机废气对环境的污染越趋严重，尤其是涂装、染料、喷漆、印刷、汽车、家电、化工等行业，在生产过程中会产生大量的有机废气，含氮有机物(含氨气)为其中一种主要成分。然而，现有的催化燃烧装置通常采用贵金属催化剂，这种催化剂能够很好的将有机物分解成水和二氧化碳，但是当有机废气里含有含氮有机物时，则会产生大量的氮氧化物，导致氮氧化物排放超标，还需加装脱硝装置去除氮氧化物，才能实现达标排放。因此，常规的催化燃烧装置只适合处理只含碳、氢元素的有机物，不能处理含氮有机物，限制了其应用。目前处理含氮废气通常采用吸附或焚烧的方式，如中国专利申请CN2017201283647公开了一种含氮废气处理装置，其装置依次设置氧化器、第一吸收塔和第二吸收塔。氧化器将废气中的NO氧化成NO2，吸收塔中的吸收液为NaOH溶液。通过此种方式降低出口氮氧化物的排放。中国专利申请CN2018101019342公开了一种N,N-二甲基甲酰胺(DMF)废气处理系统，实现原理是通过两道水洗，将废气中的DMF浓度降至微量后，再通过蓄热式氧化炉。可以看出，目前对含氮有机废气的处理多为吸收法。中国专利申请CN2018103133836报道了一种新型含氮有机废气蓄热式焚烧处理装置。废气经过焚烧炉分解，通过控制风机，控制燃烧室烟气氧含量，以满足低氮氧化物转化率要求。该装置能耗高，效果没有给出。以上专利所述处理装置实施较为复杂，能耗高，且并不能保证出口污染物的达标排放。含氮有机物催化燃烧催化剂为一类采用催化燃烧原理处理有机废气中含氮有机物的催化剂，现有技术中并未报道过使用含氮有机物催化燃烧催化剂进行有机废气处理的装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机废气催化燃烧一体化装置，所述装置采用催化燃烧原理，可用于处理常规有机物和/或含氮有机污染物，提高催化燃烧装置的通用性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种有机废气催化燃烧一体化装置，所述装置包括依次设置在主体内的过滤装置、换热器、加热室和催化燃烧器；
其中，主体的两侧开有有机废气入口和净化气体出口；有机废气入口位于过滤装置所在侧，净化气体出口位于催化燃烧器所在侧；
过滤装置用于过滤由有机废气入口进入的有机废气中的粉尘和颗粒物；
换热器用于将净化后有机废气的热量传递给经过滤装置预处理后的有机废气；
加热室用于将由换热器预热后的有机废气加热至设定的催化活化温度；
催化燃烧器用于催化燃烧经加热室加热后的有机废气，完成有机废气的净化，净化后的有机废气由催化燃烧器出口排出；所述催化燃烧器包括整体式催化燃烧催化剂和用于支撑整体式催化燃烧催化剂的催化剂支撑层；所述整体式催化燃烧催化剂包括含氮有机物催化燃烧催化剂和/或VOCs催化燃烧催化剂；
净化后的有机废气分成两个支路，一路通过设置在主体内部上侧的气体通道A进入换热器中换热后经设置在主体内部下侧的气体通道B再由净化气体出口排出；另一路直接经由净化气体出口排出。。
进一步的，所述整体式催化燃烧催化剂包括由催化燃烧器入口至出口方向依次设置的含氮有机物催化燃烧催化剂和VOCs催化燃烧催化剂。
进一步的，还包括设置在催化燃烧器出口处的流量调节装置，流量调节装置调节净化后有机废气气流的走向和两个支路中气流量的分配；当催化燃烧器出口处气体相对于加热室内气体的温升大于设定值时，增大由净化气体出口直接排出支路上的流量。
进一步的，所述过滤装置包括框架和支撑在框架上的过滤片。
进一步的，所述换热器包括换热器有机废气入口和换热通道，换热器有机废气入口设置在换热器与过滤装置相对的一端，净化后的有机废气由换热通道上方进入，预处理后的有机废气由换热器有机废气入口进入，净化后的有机废气将热量传递给预处理后的有机废气后由换热通道下方排出。
进一步的，所述含氮有机物催化燃烧催化剂中的活性组分以分子筛为骨架，包括嵌入分子筛骨架中的金属离子活性物种和分子筛表面的金属氧化物活性物种。
进一步的，所述VOCs催化燃烧催化剂中活性组分为贵金属Pt和/或Pd。
进一步的，所述气体通道A和气体通道B内设有保温棉。
进一步的，所述流量调节装置包括设置在由净化气体出口直接排出支路上的阀门，催化燃烧器出口处设有温度感应探头，温度感应探头将催化燃烧器出口的温度信号传输给设置在主体上的控制系统，控制系统根据催化燃烧器出口处气体相对于加热室内气体的温升情况控制阀门的开闭及开度大小。
进一步的，所述加热室内设有温控感应探头，控制系统根据设定的温度值控制加热器的加热功率，并依据温控感应探头反馈的温度信号保证加热室内的温度与设定值一致。
所述含氮有机废气催化燃烧一体化装置的有机废气净化工艺为，有机废气通过过滤装置过滤后，进入换热器，和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气的温度得到第一次提升；具有一定温度的有机废气进入加热室，将有机废气温度提高到催化反应的最佳温度；温度符合催化反应的温度要求，进入催化燃烧器，有机废气得到彻底分解，同时释放出大量的热量；净化后的气体通过换热器将热能转换给预处理后的有机废气，降温后再排空。
有益效果
所述装置既可以单独处理含氮有机物或常规有机废气，又可以同时处理碱性的含氮有机物和常规有机物，且当污染物达到一定浓度时，加热器不用工作，实现自持，具有通用性强、能耗低等特点。
附图说明
图1为本发明所述装置结构示意图。
其中，1-主体，2-过滤装置，3-换热器，4-换热器有机废气入口，5-换热通道，6-加热室，7-加热器，8-温控感应探头，9-催化燃烧器，10-含氮有机物催化燃烧催化剂，11-催化剂支撑层，12-常规VOCs催化燃烧催化剂，13-催化燃烧器出口，14-净化气体出口，15-保温棉，16-流量调节装置，17-控制系统。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种有机废气催化燃烧一体化装置，所述装置包括依次设置在主体1内的有机废气预处理过滤装置2、换热器3、加热室6、催化燃烧器9、流量调节装置16以及设置在主体1上的控制系统17。
其中，主体1的两侧开有有机废气入口和净化气体出口14；有机废气入口位于过滤装置2所在侧，净化气体出口14位于催化燃烧器9所在侧。
所述过滤装置2位于主体1内部的最前端，用于过滤、处理废气中的粉尘和颗粒物，实现对有机废气的预处理，防止催化燃烧器9发生堵塞。所述废气预处理过滤装置2由框架和支撑在框架上的过滤片组成，根据所需的处理效果，设置过滤级数及过滤片的过滤精度等参数。
换热器3用于回收催化燃烧器的热量，降低装置能耗。可为列管式、翅片式或陶瓷换热器。换热器3与废气预处理过滤装置2相对的一端设有换热器有机废气入口4。
加热室6由加热器7和温度感应探头8组成，用于加热有机废气，使其达到催化燃烧器9要求的使用温度。可为电加热器、电加热棒或燃气加热器。控制系统根据设定的温度控制加热器7的加热功率，并依据温度感应探头8反馈的温度信号保证加热室6内的温度与设定值一致。
流量调节装置16包含阀门，用于调节净化后有机废气的气流走向和各部件气体流量的分配。控制系统17根据催化燃烧器出口13气体和加热室6内气体的温升通过执行器控制阀门的开闭及开度大小。当催化燃烧器出口13处气体与加热室6内气体的温升大于设定值时，打开阀门并调节开度使一部分净化后的气体经由净化气体出口14直接排出；当温升小于等于设定值时，关闭阀门使净化后的气体依次通过气体通道A、换热通道5和气体通道B再由净化气体出口14排出。
催化燃烧器9用于催化燃烧经加热室6加热后的有机废气，净化后的有机废气由催化燃烧器出口13排出，催化燃烧器出口13设置在催化燃烧器9上靠近净化气体出口14一侧；催化燃烧器出口13处设有温度感应探头。所述催化燃烧器9包括整体式催化燃烧催化剂和用于支撑整体式催化燃烧催化剂的催化剂支撑层11；整体式催化燃烧催化剂包括含氮有机物催化燃烧催化剂10和/或常规VOCs催化燃烧催化剂12，有机废气中的含氮有机物采用含氮有机物选择催化燃烧催化剂16进行处理，可将其转化成氮气，水和二氧化碳，不造成二次污染，有机废气中的常规有机物采用常规VOCs催化燃烧催化剂12进行处理，可将其转化成水和二氧化碳，使废气实现达标排放。
当装填上述两种催化剂其中一种时，可单独处理含氮有机污染物或常规有机污染物，如果需要同时处理含氮有机污染物和常规有机污染物，则上述两种催化剂同时装填，装填顺序按气流先经过含氮有机物催化燃烧催化剂，再经过有机物催化燃烧催化剂，两种催化剂装填量由实际工况(污染物浓度、废气量等参数)决定。
所述含氮有机物催化燃烧催化剂10含有两种活性物种，分别为嵌入分子筛骨架中的金属离子活性物种，以及催化剂表面的金属氧化物活性物种。金属氧化物活性物种可以降低其分解含氮有机废气的活性温度，同时金属离子活性物种可以确保出口气中氮氧化物的痕量达标排放。可以将含氮有机物高选择性地转化成氮气、水和二氧化碳不造成二次污染。该催化剂的使用条件为：空速小于50000h-1，使用温度为150-500℃，污染物浓度小于爆炸极限的四分之一，在以上条件下，污染物转化效率大于98％。
所述有常规VOCs催化燃烧催化剂12采用贵金属Pt、Pd作为活性中心，并进行化学活化，大大降低有机污染物的转化温度，可在较低温度下将常规有机污染物转化为二氧化碳和水。该催化剂的使用条件为：空速小于50000h-1，使用温度为150-700℃，污染物浓度小于爆炸极限的四分之一，在以上条件下，污染物转化效率大于98％。
所述装置工作时，有机废气经过过滤装置2进行预处理后由换热器有机废气入口4进入换热器3中，有机废气与换热通道5中的净化后的气体进行热交换，使废气温度得到初步提升，之后进入加热室6中，废气经由加热器7加热到所需温度，此温度有温度感应探头8反馈到控制系统17上，由控制系统17调节加热器7的加热功率，使整个系统能量利用率达到最佳；废气加热到所需温度后进入催化燃烧器9，废气首先经过含氮有机物催化燃烧催化剂10，将含氮有机物转化为氮气和水，之后再通过常规VOCs催化燃烧催化剂12，将剩余的有机物全部去除；经过催化燃烧器9处理过的废气，根据废气在催化燃烧器出口13的温升(催化燃烧器出口13的温度与温度感应探头8的温度差值)情况，由流量调节装置16分配净化后的废气在换热通道5和净化气体出口14的流量(如果温升大于一定限值会使得进入催化燃烧器9的有机废气温度过高，因此需要改变流量调节装置16的开度，使一部分热气体从净化气体出口14排出)，使催化燃烧器进口温度维持在正常水平，防止催化燃烧器进口温度过高。控制系统17通过由加热室内的温度感应探头8和催化燃烧器出口13处的温度感应探头传输的温度信号，判断温差后通过的执行器控制流量调节装置16中阀门开度，达到控制温度的目的。所述主体内部气体通道A和气体通道B内设有保温棉15，对净化后的有机废气进行保温，降低热量损失，起到节能降耗的作用。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种有机废气催化燃烧一体化装置，其特征在于：所述装置包括依次设置在主体(1)内的过滤装置(2)、换热器(3)、加热室(6)和催化燃烧器(9)；
其中，主体(1)的两侧开有有机废气入口和净化气体出口(14)；有机废气入口位于过滤装置(2)所在侧，净化气体出口(14)位于催化燃烧器(9)所在侧；
过滤装置(2)用于过滤由有机废气入口进入的有机废气中的粉尘和颗粒物；
换热器(3)用于将净化后有机废气的热量传递给经过滤装置(2)预处理后的有机废气；
加热室(6)用于将由换热器(3)预热后的有机废气加热至设定的催化活化温度；
催化燃烧器(9)用于催化燃烧经加热室(6)加热后的有机废气，完成有机废气的净化，净化后的有机废气由催化燃烧器出口(13)排出；所述催化燃烧器(9)包括整体式催化燃烧催化剂和用于支撑整体式催化燃烧催化剂的催化剂支撑层(11)；所述整体式催化燃烧催化剂包括含氮有机物催化燃烧催化剂(10)和/或VOCs催化燃烧催化剂(12)；
净化后的有机废气分成两个支路，一路通过设置在主体(1)内部上侧的气体通道A进入换热器(3)中换热后经设置在主体(1)内部下侧的气体通道B再由净化气体出口(14)排出；另一路直接经由净化气体出口(14)排出；
所述过滤装置(2)包括框架和支撑在框架上的过滤片；
所述气体通道A和气体通道B内设有保温棉(15)。
2.如权利要求1所述的一种有机废气催化燃烧一体化装置，其特征在于：所述整体式催化燃烧催化剂包括由催化燃烧器(9)入口至出口方向依次设置的含氮有机物催化燃烧催化剂(10)和VOCs催化燃烧催化剂(12)。
3.如权利要求1或2所述的一种有机废气催化燃烧一体化装置，其特征在于：还包括设置在催化燃烧器出口(13)处的流量调节装置(16)，流量调节装置(16)调节净化后有机废气气流的走向和两个支路中气流量的分配；当催化燃烧器出口(13)处气体相对于加热室(6)内气体的温升大于设定值时，增大由净化气体出口(14)直接排出支路上的流量。
4.如权利要求1或2所述的一种有机废气催化燃烧一体化装置，其特征在于：所述换热器(3)包括换热器有机废气入口(4)和换热通道(5)，换热器有机废气入口(4)设置在换热器(3)与过滤装置(2)相对的一端，净化后的有机废气由换热通道(5)上方进入，预处理后的有机废气由换热器有机废气入口(4)进入，净化后的有机废气将热量传递给预处理后的有机废气后由换热通道(5)下方排出。
5.如权利要求1或2所述的一种有机废气催化燃烧一体化装置，其特征在于：所述含氮有机物催化燃烧催化剂(10)中的活性组分以分子筛为骨架，包括嵌入分子筛骨架中的金属离子活性物种和分子筛表面的金属氧化物活性物种。
6.如权利要求1或2所述的一种有机废气催化燃烧一体化装置，其特征在于：所述VOCs催化燃烧催化剂(12)中活性组分为贵金属Pt和/或Pd。
7.如权利要求3所述的一种有机废气催化燃烧一体化装置，其特征在于：所述流量调节装置(16)包括设置在由净化气体出口(14)直接排出支路上的阀门，催化燃烧器出口(13)处设有温度感应探头，温度感应探头将催化燃烧器出口(13)的温度信号传输给设置在主体(1)上的控制系统(17)，控制系统(17)根据催化燃烧器出口(13)处气体相对于加热室(6)内气体的温升情况控制阀门的开闭及开度大小。
8.如权利要求3所述的一种有机废气催化燃烧一体化装置，其特征在于：所述加热室(6)内设有温控感应探头(8)，控制系统(17)根据设定的温度值控制加热器(7)的加热功率，并依据温控感应探头(8)反馈的温度信号保证加热室(6)内的温度与设定值一致。
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