CN110068019A - 催化燃烧VOCs的处理系统和处理方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，该处理系统包括：催化燃烧炉，内部分布有催化剂床层，催化剂是复合催化剂，包括以活性炭为主的载体和基体、负载有贵金属的催化燃烧活性成分和蓄热保温材料；引风机，设置有自控调节风阀，与催化剂床层温度联锁；液封罐；设置在催化燃烧炉入口处的有机物浓度检测装置；以及设置在催化燃烧炉下方的助燃气入口和高能点火装置。整个处理系统的设置有助于保证装置催化燃烧VOC过程的正常、平稳、安全的运行。
Description
技术领域
本发明涉及催化燃烧技术领域，具体提供了一种催化燃烧VOCs的处理系统。
背景技术
有机废气主要成分为醇、烃、醚、醛、酯、苯、有机酸等类的有机物。在化工园区，不乏一些含恶臭气味的有机废气，不仅污染环境、影响人类健康，更是对人的生活造成一定的困扰。目前含有机废气的燃烧处理方法主要分火焰燃烧和催化燃烧两种方式。其中火焰燃烧温度高(一般能达到1500℃)，燃烧过程容易发生N2和O2的氧化反应生成毒性很大的NOx，而对空气造成二次污染。而催化燃烧技术是在较低的温度下，使燃料在催化剂的作用下实现完全氧化反应。催化反应机理为：在具有催化作用的多孔介质中燃烧，多孔介质既作为催化剂的载体而存在，也具有稳定燃烧场温度的作用；因为催化剂的存在降低了有机物氧化反应所需要的活化能，降低了燃料的起燃温度，降低反应温度，实现低温稳定燃烧，同时抑制了NOx的生成。
专利CN 205867916 U公开了一种吸附脱附催化燃烧一体化设备：采用活性炭吸附浓缩+催化燃烧组合的工艺处理有机废气，包括喷淋塔、与喷淋塔连接的过滤装置、与过滤装置连接的若干活性炭吸附箱和排风机。该类装置可以处理较低浓度的有机废气，即通过活性炭的吸附-脱附作用，将低浓度有机废气浓缩为较高浓度的有机废气进行催化燃烧处理，整个系统实现了净化、脱附过程闭循环，与回收类有机废气净化装置相比，无须备压缩空气和蒸汽等附加能源。这种通过活性炭吸附的方法提高有机物浓度的方法和装置，存在处理时效长，效率低，对失活的活性炭处置不当会造成二次污染的问题。尤其是在实际的工业生产中，有机废气的含量和浓度具有实时多变性，这对于废气处理装置就提出了较高要求。
发明内容
本发明的目的在于针对以上技术的不足，提供一种催化燃烧VOCs的处理系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，该处理系统包括：催化燃烧炉，内部分布有催化剂床层，催化剂是复合催化剂，包括以活性炭为主的载体和基体、负载有贵金属的催化燃烧活性成分和蓄热保温材料；引风机，设置有自控调节风阀，与催化剂床层温度联锁；液封罐；设置在催化燃烧炉入口处的有机物浓度检测装置；以及设置在催化燃烧炉下方的助燃气入口和高能点火装置。
优选地，催化燃烧炉结构上由筒体、隔热材料、配气管道、相关仪表设施及催化剂床层组成；从功能上包括气体混合区、催化燃烧区、燃烧室、尾气排放区及点火与检测区；中间呈圆筒状，高径比4～1:1，上下两端为圆锥体机构；炉体四壁为夹层结构，内浇筑厚度为60～150mm的耐火材料。
优选地，所述贵金属为铂、钯、铬、铜、锰之一或其组合。
优选地，催化燃烧炉内的催化剂层包括催化剂和瓷球上下两层，催化剂和瓷球的体积比为15～30/1，其中瓷球为直径10～20mm的圆球起支撑催化剂作用，催化剂层占燃烧室体积的1/4～2/5。
优选地，VOCs与助燃气体混合经过催化剂床层，在催化剂多孔的孔隙及表面进行燃烧，充分燃烧后的尾气通过末端烟道排出。
优选地，催化剂床层的燃烧温度在400～700℃。
优选地，燃烧炉引用的助燃气为二甲醚、天然气、沼气、液化石油气中的一种。
优选地，烟囱的排放高度不低于15m。
根据本发明的另一方面，提供了一种催化燃烧VOCs的处理方法，包括：将VOCs经过液封罐，除去废气中的粉尘颗粒等物质，进入催化燃烧室燃料气入口；开火时，助燃气入口阀门被打开，输送进催化燃烧炉，与输送来的VOCs、空气在催化燃烧炉的气体混合区混合，此时高能点火器引燃有机废气和助燃气的混合物；成功点火后，关闭助燃气阀门，使有机废气在催化剂床层催化燃烧，被完全氧化为二氧化碳和水，期间监控催化燃烧炉内的温度在400-700℃。
优选地，催化燃烧VOCs处理方法还包括：当催化燃烧炉内的床层温度低于400℃时，联锁信号传输到有机废气引风机处，通过自动调整自控风阀的开度，增大有机废气的引风量，维持催化剂床层的持续燃烧和温度保持；当催化燃烧炉内的床层温度高于700℃时，联锁信号传输到有机废气引风机处，调整自控风阀的开度，减小有机废气的引风量，以维持催化剂床层的燃烧强度和温度稳定。
根据本发明实施例的技术方案具有下述优势中的一个或多个：
(1)创新采用新型复合催化剂，含贵金属的催化燃烧活性成分能降低催化燃烧的温度，实现低温燃烧。另外，催化剂中以活性炭为主的基体起到富集废气的作用，在废气浓度较低时，实现废气的富集和燃烧，同时温度联锁系统给以辅助，增大废气的进气量，从而无需添加助燃气，实现催化燃烧炉的平稳运行；另外还复合有蓄热保温材料，在发生短时间断气、断燃料后仍可维持较高温度，当燃料或有机气体再次进入炉内时不需二次点火而迅速继续燃烧。
(2)本发明的助燃气只在点燃燃烧炉的时候用，当平稳运行后，即关掉。整个过程实现了节能降耗及系统的稳定运行，可实现高效、灵活的处理高浓度或低浓度的有机废气，处理效果好、实现环保效果。
(3)催化剂床层设有测温点，并与引风机处设置的自动调节风阀联锁，可根据催化剂床层的温度自动调控引风机的废气输入量。当VOCs浓度降低或者输送量小时，催化剂床层温度降低，自动联锁装置将控制引风机的阀门调节变大，增大引风量；相反，则减小引风量。从而实现系统安全、平稳的运行。
(4)该系统在不设置专门的有机废气吸附装置的条件下，可实现高效、灵活处理高浓度或低浓度的有机废气，废气处理效果好，安全、环保。且装置流程简单，设备投资、运行、维护费用低；
(5)催化燃烧炉的设计能很好的实现气体的扩散、混合，从而实现催化剂的催化燃烧作用，实现废气的充分催化燃烧。燃烧炉的设计安全，防止危险事故的发生。
(6)整个催化燃烧系统还包括引风机、液封罐及其他附属装置，整体设备简单，催化燃烧过程简单，投资、运行、维护费用低。
附图说明
图1为本发明催化燃烧VOCs的处理系统图。
A-有机废气管道，1-1催化燃烧炉，1-2引风机，1-3液封罐，1-4有机物浓度监测点，1-5阻火器，1-6助燃气入口，1-7空气入口，1-8高能点火装置，1-9催化剂床层温度检测点，1-10尾气有机物浓度监测点。
图2为本发明催化燃烧炉的剖视图。
2-1支架，2-2筒体，2-3入孔，2-4耐火浇筑材料，2-5催化剂床层，2-6陶瓷球层，2-7高能点火器，2-8烟气出口，2-9空气入口，2-10有机废气入口，2-11助燃气入口。
具体实施方式
下面结合具体实施例来描述本发明。
在描述之前，需要说明的是，本文中VOCs和有机废气表示相当的含义，可以互换使用。
在本发明一个实施例中，工厂车间生产过程产生的沼气、不凝气或者其他有机废气经收集汇总在引风机作用下通过管线通入VOCs的催化燃烧处理系统，首先经过液封罐，除去废气中的粉尘颗粒等物质，进入催化燃烧室燃料气入口，管道中间设有有机物浓度检测装置和阻火器，防止处理系统发生异常产生明火引发火灾。
首次开火时，助燃气入口阀门被打开，输送进催化燃烧炉，与输送来的有机废气、空气在催化燃烧炉的气体混合区混合，此时高能点火器引燃有机废气和助燃气的混合物。成功点火后，关闭助燃气阀门，使有机废气在催化剂床层催化燃烧，被完全氧化为二氧化碳和水，期间监控催化燃烧炉内的温度在400-700℃。
当催化燃烧炉内的床层温度低于400℃时，联锁信号传输到有机废气引风机处，通过调整自控风阀的开度，增大有机废气的引风量，维持催化剂床层的持续燃烧和温度保持；当催化燃烧炉内的床层温度高于700℃时，联锁信号传输到有机废气引风机处，通过调整自控风阀的开度，减小有机废气的引风量，以维持催化剂床层的燃烧强度和温度稳定。
经催化燃烧处理后的尾气通过催化燃烧炉烟气出口排放，排放之前通过有机物浓度检测点检测尾气中的有机物浓度，以保证尾气的达标排放。因为床层温度一直严格监控制在800℃以下，所以确定不会有NOx的产生和超标排放。期间若有短时间的有机废气断气，催化剂床层的催化剂和蓄热材料可使催化剂床层的温度保持长时间不变，再次通入废气时能继续催化燃烧，而无需再次点火，保证装置正常、平稳、安全的运行。
以下参照实施例进一步说明本发明，应该理解的是，这些实施例仅仅是用于示例性的说明，不是对本发明的限制。在不脱离本发明主旨的范围内对本发明进行的任何修改均落入本发明要求保护的范围中。
实施例1
处理系统的首次点火：自生产车间方向来的有机废气经汇总收集后，通过有机废气管道A输送过来，并通过引风机1-2输送至处理系统。有机废气首先经过液封罐1-3，将气体中混杂的粉颗粒物溶解、沉积下来，然后经管道输送至催化燃烧炉1-1，管道上设置有有机物浓度检测装置1-4和阻火器1-5，检测发现有机物浓度范围在4000-8000mg/m3，约6000mg/m3。此时有机废气的引风量约为100m3/h。进入催化燃烧炉1-1的有机废气，与来自空气入口1-7的空气、助燃气入口1-6的天然气，在燃烧炉内的气体混合区混合，经高能点火器1-8自动打火点燃。有机废气在催化剂床层催化燃烧，催化剂组分中负载有钯贵金属，有机废气被完全氧化为二氧化碳和水。此时点火成功，关闭助燃气管道1-6的阀门。此时催化剂床层的温度检测点1-9的结果显示约为600℃，催化燃烧后的尾气通过设置在烟气出口2-8上的尾气有机物浓度监测点1-10检测有机物浓度，为30ppm，随后经烟气出口2-8排入大气，VOCs气体的去除率为99.5％。有机废气持续不断的输送、催化燃烧，系统平稳运行。
实施例2
如实施例1中描述，完成首次点火后，装置处于平稳运行状态。当来自生产车间的有机废气中的有机物浓度发生变化，有机物浓度检测点1-4检测到有机物含量较高，大于10000mg/m3时，致使催化燃烧炉1-1内的燃烧强度变大，催化剂床层的温度变高，催化剂床层的温度检测点1-9的结果显示约为750℃，超过700℃，此时温度检测点1-9的温度超温信号联锁反映到引风机1-2处，自动调节风阀变小，减小引风量至约40m3/h。来自有机废气管线的有机物含量降低，减弱了其在燃烧炉内的催化燃烧强度，首先抑制了催化剂床层温度的继续升高，随后很快温度检测点1-9的结果显示调控降温至680℃。烟气出口2-8上的尾气有机物浓度监测点1-10检测尾气有机物浓度为42ppm，随后经烟气出口2-8排入大气，VOCs气体的去除率为99.6％。
实施例3
如实施例1中描述，完成首次点火后，装置处于平稳运行状态。当来自生产车间的有机废气中的有机物浓度发生变化，有机物浓度检测点1-4检测到有机物含量小于1000mg/m3，致使催化燃烧炉1-1内的燃烧强度变小，催化剂床层的温度变低，催化剂床层的温度检测点1-9的结果显示约为350℃，小于400℃，此时温度检测点1-9的温度超温信号联锁反映到引风机1-2处，自动调节风阀变大，增加引风量至180m3/h。来自有机废气管线的有机物含量增大，增强了其在燃烧炉内的催化燃烧强度，催化剂床层的温度逐渐升高，很快温度检测点1-9的结果显示温度达到580℃。烟气出口2-8上的尾气有机物浓度监测点1-10检测尾气有机物浓度为25ppm，随后经烟气出口2-8排入大气，VOCs气体的去除率为97.5％。
实施例4
按照实施例1中相同的点火程序进行催化燃烧炉的点火及运行，催化剂床层铺设有以负载有金属元素铜为活性组分的催化剂，管道上设置有有机物浓度检测装置1-4检测发现有机物浓度范围在4000-8000mg/m3，约6000mg/m3。此时有机废气的引风量约为100m3/h。此时催化剂床层的温度检测点1-9的结果显示约为580℃，催化燃烧后的尾气通过设置在烟气出口2-8上的尾气有机物浓度监测点1-10检测有机物浓度，为51ppm，随后经烟气出口2-8排入大气，VOCs气体的去除率为99.1％。有机废气持续不断的输送、催化燃烧，系统平稳运行。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改/变更/组合/次组合都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，该处理系统包括：
催化燃烧炉，内部分布有催化剂床层，催化剂是复合催化剂，包括以活性炭为主的载体和基体、负载有贵金属的催化燃烧活性成分和蓄热保温材料；
引风机，设置有自控调节风阀，与催化剂床层温度联锁；
液封罐；
设置在催化燃烧炉入口处的有机物浓度检测装置；以及
设置在催化燃烧炉下方的助燃气入口和高能点火装置。
2.根据权利要求1所述的催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，
催化燃烧炉结构上由筒体、隔热材料、配气管道、相关仪表设施及催化剂床层组成；
从功能上包括气体混合区、催化燃烧区、燃烧室、尾气排放区及点火与检测区；
中间呈圆筒状，高径比4～1:1，上下两端为圆锥体机构；
炉体四壁为夹层结构，内浇筑厚度为60～150mm的耐火材料。
3.根据权利要求1所述的催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，所述贵金属为铂、钯、铬、铜、锰之一或其组合。
4.根据权利要求1所述的催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，催化燃烧炉内的催化剂层包括催化剂和瓷球上下两层，催化剂和瓷球的体积比为15～30/1，其中瓷球为直径10～20mm的圆球，催化剂层占燃烧室体积的1/4～2/5。
5.根据权利要求1所述的催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，VOCs与助燃气体混合经过催化剂床层，在催化剂多孔的孔隙及表面进行燃烧，充分燃烧后的尾气通过末端烟道排出。
6.根据权利要求1所述的催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，催化剂床层的燃烧温度在400～700℃。
7.根据权利要求1所述的催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，燃烧炉引用的助燃气为二甲醚、天然气、沼气、液化石油气中的一种。
8.根据权利要求1所述的催化燃烧VOCs的处理系统，其特征在于，烟囱的排放高度不低于15m。
9.一种利用权利要求1到8任一项的处理系统进行的催化燃烧VOCs的处理方法，包括：
将VOCs经过液封罐，除去废气中的粉尘颗粒等物质，进入催化燃烧室燃料气入口；
开火时，助燃气入口阀门被打开，输送进催化燃烧炉，与输送来的VOCs、空气在催化燃烧炉的气体混合区混合，此时高能点火器引燃有机废气和助燃气的混合物；
成功点火后，关闭助燃气阀门，使有机废气在催化剂床层催化燃烧，被完全氧化为二氧化碳和水，期间监控催化燃烧炉内的温度在400-700℃。
10.根据权利要求9的处理方法，还包括：
当催化燃烧炉内的床层温度低于400℃时，联锁信号传输到有机废气引风机处，通过自动调整自控风阀的开度，增大有机废气的引风量，维持催化剂床层的持续燃烧和温度保持；
当催化燃烧炉内的床层温度高于700℃时，联锁信号传输到有机废气引风机处，调整自控风阀的开度，减小有机废气的引风量，以维持催化剂床层的燃烧强度和温度稳定。
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