CN110145747A - 灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置及方法，所述的装置由依次连接的固定床填料塔、混风箱、离心风机、换热器、加热器及催化燃烧器构成，所述的混风箱入口端外设一个带有调节阀的空气稀释进气口；所述的催化燃烧器的出口与所述的换热器的壳程入口连通形成闭合回路，所述换热器的壳程出口分别连接气体排放管和循环管，所述的循环管与所述的混风箱的入口连通，所述的循环管上设有循环调节阀。本发明所述的净化装置可将待处理的浓度波动的灭菌环氧乙烷废气平衡，再催化燃烧后进行排放，催化燃烧热量得到充分利用，整个过程操作过程简单，能耗低、无废液产生，可广泛应用于灭菌行业EO尾气的吸收治理。
Description
(一)技术领域
本发明涉及大气污染控制技术领域，特别涉及一种灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置及方法。
(二)背景技术
环氧乙烷(EO)是一种广谱优良的杀菌剂，在常温下，即能对细菌、真菌、放线菌、芽胞体和病毒有较好的杀灭作用，一般用于动物皮张、植物种子、医疗器械的消毒，但环氧乙烷也是一种易燃、易爆、易使人体致癌的化合物。在灭菌行业中，大量的环氧乙烷往往会被通入一个密闭的常温环境中，对盛放于此空间的物品进行消毒，部分环氧乙烷会渗透逐渐渗透到物品当中，进行彻底的杀菌消毒。在杀菌结束后，通过真空泵把环氧乙烷抽出，抽出的气体含有高浓度的环氧乙烷，造成了严重的环境污染。
考虑到高浓度环氧乙烷尾气治理的工艺安全性，现有的灭菌行业环氧乙烷尾气治理技术主要为水吸收技术，环氧乙烷经过多级水吸收，一般排放浓度在0.1-1.0g/m3，同时会产生大量低浓度EO废液。气相污染物变成了液相污染物，容易造成二次污染。
EO废气与氧气发生催化燃烧，生成二氧化碳和水是一种相对清洁、无二次污染的治理技术。但是催化燃烧是对进口EO浓度有一定要求(有机废气浓度不能超过爆炸极限的25％)，EO的爆炸极限为3％，因此催化燃烧设计浓度不能超过0.75％。而从灭菌柜排放的EO浓度波动很大，最高浓度可达到25％，最高浓度和设计浓度相差了近35倍。为了使催化燃烧能够顺利进行，不发生安全性事故，需要对EO废气进行大量的空气稀释，才能达到安全浓度，由于大量的空气的稀释，导致EO催化燃烧器处理量负荷增加，能耗大幅提高，使用成本太高。
因此针对严重的环氧乙烷尾气污染，迫切需要一种具有节能高效、安全的EO催化燃烧装置及方法。
(三)发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明针对浓度波动大的EO废气，提供了一种灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置及装置方法，通过一个含有多孔固体惰性吸附剂的固定床填料塔，在高浓度阶段的EO可以快速被吸附剂大量吸收，大幅降低EO出口浓度，在低浓度阶段，吸附的EO又可以被释放，从而达到“削峰平谷”作用，降低空气稀释量，节约能耗。另外，为进一步提高热量利用率，在催化燃烧系统中设置尾气循环，催化燃烧放热的部分尾气重新循环回进口，不仅降低进口EO浓度，而且提高热量利用率。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案来实现：
一种灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置，其特征在于：所述的装置由依次连接的固定床填料塔、混风箱、离心风机、换热器、加热器及催化燃烧器构成，所述的混风箱入口端外设一个带有调节阀的空气稀释进气口；所述的催化燃烧器的出口与所述的换热器的壳程入口连通形成闭合回路，所述换热器的壳程出口分别连接气体排放管和循环管，所述的循环管与所述的混风箱的入口连通，所述的循环管上设有循环调节阀；
所述的固定床填料塔包括塔体，所述塔体内设有由网状隔板隔成的若干填料层，所述的填料层内的填料为多孔惰性吸附材料。
进一步，所述的混风箱出口安装有多层金属丝网。
进一步，所述的换热器为翅片型列管换热器，冷气流走管程，热气流走壳程，要求换热面积达到0.01-0.5m2/m3。
进一步，所述的离心风机和换热器之间的管道外接一个应急安全放空阀。
一种应用所述的灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置处理灭菌环氧乙烷废气的方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤进行：
(a)废气浓度平衡：将待处理的高低浓度波动的EO废气首先通过固定床填料塔，在高浓度EO阶段，所述的填料可以大量吸附EO，在低浓度阶段所述的填料可以释放EO，从而得到浓度相对平衡的EO废气；
(b)废气混合稀释：将浓度平衡后的EO废气通入混风箱，控制空气稀释进气口调节阀的开度，从而达到EO浓度调节作用，得到EO废气和空气的混合气；所述的混合气中空气的理论浓度为0～0.75％；
(c)废气增压：将步骤(b)所得EO废气和空气的混合气通入离心风机，通过离心风机可保持混风箱内的负压为500-3000Pa，可以保持空气稀释的顺利进行；
(d)冷气换热、控温：经过离心风机排除的EO废气和空气的混合气依次进入换热器、加热器，所述加热器内的温度控制在200-300度；
(e)催化燃烧：将加热后的EO废气通入入催化燃烧器内，接触催化剂，发生氧化化学反应，把EO降解为二氧化碳和水，并放出大量热量；所述催化剂为复合氧化物和贵金属催化剂的组合所述催化反应空速为10000-20000h-1；
(g)热气换热：将燃烧后的废气循环通入换热器的壳程与换热器管内的EO废气进行换热；
(h)热气流循环：经过换热的燃烧后的废气，通过循环调节阀分配一部分重新回到混风箱中，与步骤(b)所得EO废气和空气的混合气混合，不仅可以迅速提高步骤(b)所得EO废气和空气的混合气温度，而且可以快速稀释步骤(b)所得EO废气和空气的混合气中EO的浓度，另一部分废气直接排放。
进一步，所述EO废气的体积浓度范围为0.1％-20％。
进一步，所述多孔惰性吸附材料为多孔疏水硅胶、大孔非极性树脂或介孔全硅分子筛；所述大孔惰性吸附材料要求比表面积大于500m2/g，孔径在1-50nm，孔体积大于0.3ml/g。
进一步，所述催化燃烧器内部安装多层高效EO燃烧催化剂；所述燃烧催化剂为稀土Ce型氧化物催化剂和贵金属为Pt、Pd型催化剂的组合。
再进一步，所述的燃烧催化剂为两种催化剂的复合，其中稀土复合CeO2-CuO催化剂占20％-80％，贵金属Pd/Al2O3催化剂占20-80％。
本发明所述的燃烧催化剂对EO起燃温度小于240度，净化率大于98％，EO对二氧化碳选择性大于99％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明技术工艺采用多孔惰性吸附材料，可以有效平衡浓度，减少稀释风量，降低装备投入；
(2)本发明采用尾气热循环技术，有效利用燃烧放出的余热，从而达到高度节能目的；
(3)采用混风箱调节风量和浓度技术，有效控制进气浓度，并且阻隔火源，提高装置的安全性；
(4)工艺中EO低温催化燃烧直接降解为二氧化碳和水，不产生二次污染。
(5)本发明技术环氧乙烷尾气经催化燃烧后可达标排放，催化燃烧热量得到充分利用，整个过程操作过程简单，能耗低、无废液产生，可广泛应用于灭菌行业EO尾气的吸收治理。
附图说明：
图1是本发明技术的工艺流程图。
具体实施方式：
见图1，图中，E101为固定床填料塔，HV01为调节阀，E102为混风箱，X01为离心风机，E103为换热器，E104为加热器，E105为催化燃烧器，DV01为循环调节阀，HV02为应急安全放空阀。
本发明提供EO催化燃烧分解工艺技术，本发明所采用的灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置由依次连接的固定床填料塔(E101)、混风箱(E102)、离心风机(X01)、换热器(E103)、加热器(E104)及催化燃烧器(E105)构成，所述的混风箱(E102)入口端外连一个带有调节阀(HV01)的空气稀释进气口；所述的催化燃烧器(E105)的出口与所述的换热器(E103)的壳程入口连通形成闭合回路，所述换热器(E103)的壳程出口分别连接排出管和循环管，所述的循环管与所述的混风箱(E102)的入口连通，所述的循环管上设有循环调节阀(DV01)；
所述的固定床填料塔(E101)包括塔体，所述塔体内设有由网状隔板隔成的若干填料层，所述的填料层内的填料为多孔惰性吸附材料。
所述的混风箱(E102)出口安装有多层金属丝网。
所述的换热器(E103)为翅片型列管换热器，冷气流走管程，热气流走壳程，要求换热面积达到0.01-0.5m2/m3。
所述的离心风机(X01)和换热器(E103)之间的管道外接一个应急安全放空阀(HV02)。
所述的固定床填料塔塔径为600mm，高度为2000mm，所述的固定床填料塔内填装多孔疏水硅胶吸附材料100公斤)、混风箱(体积300升)、离心风机1000m3/h、翅片列管换热器(换热面积100m2)、加热器(功率32千瓦)、催化反应器(配置催化剂100升，其中稀土CeO2-CuO复合氧化物催化剂80升，贵金属Pd/Al2O3催化剂20升)，配HV01、HV02和DV01等自动调节阀门。
具体治理流程如下：
(1)废气浓度平衡：100m3/h浓度在0.1％-20％波动的EO废气进入经过固定床填料塔(E101)，在高浓度EO阶段，可以大量吸附EO，在低浓度阶段可以释放EO，浓度可以平衡在0.5-5vol％。
(2)废气混合稀释阶段：经过浓度平衡后的EO废气进入混风箱(E102)，所述的混风箱(E102)一侧安装有调节阀(HV101)，另一侧安装循环调节阀(DV01)，固定循环调节阀(DV01)开度，通过调节空气稀释阀(HV101)开度，可以有效调节空气进气量比例，稀释比控制在10-15左右，浓度调节为0.1-0.8vol％之间的安全燃烧浓度；
(3)离心增压：经过浓度控制的EO废气(0.1-0.8vol％)进入离心风机(X01)，风量变为1000m3/h，进入换热阶段；
(4)冷气换热、加热：经过离心风机(X01)后，EO废气依次依次通入换热器(E103)和加热器(E104)，通过加热管加热功率进行温度控制，使EO废气温度进一步提高到240-300度之间；
(5)催化燃烧：将加热后的EO废气进入催化燃烧器(E105)内，接触催化剂，发生氧化化学反应，把EO降解为二氧化碳和水，并放出大量热量，出口温度提高到350-400度；
(6)余热回收：经过催化燃烧降解的废气重新进入到换热器(E103)，与新鲜冷气流进行换热；
(7)热气流循环：经过换热的废气，通过循环调节阀(DV01)分配一部分重新回到混风箱(剩余废气排放)，与冷气流混合，不仅可以迅速提高冷气流温度，而且可以快速稀释进气EO浓度，另一部分热废气直接排放。
运行效果：利用本发明装置按照上述工艺对10m3灭菌柜环氧乙烷废气进行处理(高浓度废气流量为100m3/h，稀释后变为1000m3/h)，进口浓度在0.4vol％以上时，燃烧放出的热量可以维持平衡，加热器能耗为零。尾气环氧乙烷浓度经检测，排放浓度为小于5mg/m3，CO2选择性99％。
Claims (9)
1.一种灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置，其特征在于：所述的装置由依次连接的固定床填料塔(E101)、混风箱(E102)、离心风机(X01)、换热器(E103)、加热器(E104)及催化燃烧器(E105)构成，所述的混风箱(E102)入口端外设一个带有调节阀(HV01)的空气稀释进气口；所述的催化燃烧器(E105)的出口与所述的换热器(E103)的壳程入口连通形成闭合回路，所述换热器(E103)的壳程出口分别连接气体排放管和循环管，所述的循环管与所述的混风箱(E102)的入口连通，所述的循环管上设有循环调节阀(DV01)；
所述的固定床填料塔(E101)包括塔体，所述塔体内设有由网状隔板隔成的若干填料层，所述的填料层内的填料为多孔惰性吸附材料。
2.如权利要求1所述的灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置，其特征在于：所述的混风箱(E102)出口安装有多层金属丝网。
3.如权利要求1所述的灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置，其特征在于：所述的换热器(E103)为翅片型列管换热器(E103)，冷气流走管程，热气流走壳程，要求换热面积达到0.01-0.5m2/m3。
4.如权利要求1所述的灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置，其特征在于：所述的离心风机(X01)和换热器(E103)之间的管道外接一个应急安全放空阀(HV02)。
5.一种应用权利要求1所述的灭菌环氧乙烷废气催化燃烧分解净化装置处理灭菌环氧乙烷废气的方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤进行：
(a)废气浓度平衡：将待处理的高低浓度波动的EO废气首先通过固定床填料塔(E101)，在高浓度EO阶段，所述的填料可以大量吸附EO，在低浓度阶段所述的填料可以释放EO，从而得到浓度相对平衡的EO废气；
(b)废气混合稀释：将浓度平衡后的EO废气通入混风箱(E102)，控制空气稀释进气口调节阀的开度，得到EO废气和空气的混合气；所述的混合气中空气的理论浓度为0～0.75％；
(c)废气增压：将步骤(b)所得EO废气和空气的混合气通入离心风机(X01)，通过离心风机(X01)保持混风箱(E102)内的负压为500-3000Pa；
(d)冷气换热、控温：经过离心风机(X01)排除的EO废气和空气的混合气依次进入换热器(E103)、加热器(E104)，所述加热器(E104)内的温度控制在200-300度；
(e)催化燃烧：将加热后的EO废气通入催化燃烧器(E105)内，接触催化剂，发生氧化化学反应，得到燃烧后的产物；所述催化剂为复合氧化物和贵金属催化剂的组合；所述催化反应空速为10000-20000h-1；
(g)热气换热：将燃烧后的产物循环通入换热器(E103)的壳程与换热器(E103)管内的EO废气进行换热；
(h)热气流循环：经过换热的燃烧后的产物，通过循环调节阀分配一部分重新回到混风箱(E102)中，与步骤(b)所得EO废气和空气的混合气混合，另一部分直接排放。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述EO废气的体积浓度范围为0.1％-20％。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述多孔惰性吸附材料为多孔疏水硅胶、大孔非极性树脂或介孔全硅分子筛；所述大孔惰性吸附材料要求比表面积记大于500m2/g，孔径在1-50nm，孔体积大于0.3ml/g。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述催化燃烧器(E105)内部安装多层高效EO燃烧催化剂；所述燃烧催化剂为稀土Ce型氧化物催化剂和贵金属为Pt、Pd型催化剂组合。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的燃烧催化剂为所述的燃烧催化剂为20％-80％的CeO2-CuO催化剂和20-80％的Pd/Al2O3催化剂的组合。
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