CN110260343A - 一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统，属于废气处理技术领域。所述系统包括依次连通的过滤器，进口气室，反应器，出口气室以及引风机：所述反应器内设置有蓄热体Ⅰ，催化燃烧室，蓄热体Ⅱ，所述进口气室与蓄热体Ⅰ之间采用三通阀A连通，三通阀A的另一个接口与蓄热体Ⅱ连通，所述蓄热体Ⅱ与出口气室采用三通阀B连通，三通阀B的另一个接口与蓄热体Ⅰ连通。本发明还提供利用所述系统对含VOCs有机废气进行蓄热催化燃烧的方法。本发明蓄热催化燃烧的系统及方法克服了两室及多室蓄热催化燃烧器体积庞大的缺点，减少了反吹室，结构紧凑，能耗利用率高，可以设计成撬装设备，适用于对成本和占地要求较高的中小风量VOCs有机废气净化处理。

Description

一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统及方法
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，具体为一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统及方法。
背景技术
目前蓄热式催化燃烧技术正得到越来越多的研究和应用，相比于传统的热交换器，采用蓄热体可以使热量利用率大幅度提高，简化工艺，降低成本。而目前两室式或三室式蓄热催化燃烧工艺应用较多，但工艺路线较长，气路控制复杂，设备庞大。
国内专利CN201510128569.0介绍了一种带反吹功能的两室式蓄热催化净化有机废气的装置，包括第一蓄热催化反应室和第二蓄热催化反应室，其中第一蓄热催化反应室及第二蓄热催化反应室的进气口分别通过第一阀门和第三阀门连接有机废气进气管，还包括反吹室和风机，反吹室通过管道连接两室式蓄热催化燃烧设备的有机废气进气管，风机的排气口通过管道及第五阀门连通反吹室，同时还通过第六阀门连通大气，风机的进气口通过管道及第二阀门连接第一蓄热催化反应室的出气口，通过管道及第四阀门连接第二蓄热催化反应室的出气口。该发明通过设置外部反吹室，减少废气“短路”，有效提高净化率。
国内专利CN201510232629.3介绍了一种圆筒状蓄热催化燃烧器，采用圆筒状保温材料当中砌筑相交于圆心的三面隔离墙，将圆筒分割为尺寸相等的三个蓄热催化燃烧腔室，腔室内由下向上砌筑蓄热多孔陶瓷，不同腔室的蓄热多孔陶瓷之间的隔离墙由不透气的保温材料砌筑而成，而高于蓄热多孔陶瓷的隔离墙则由催化多孔陶瓷砌筑直到腔室顶端，腔室顶端的隔离墙交叉处挖出缺口，放置星形连接的三相电加热棒，用于燃烧器开车期间的供热，三个腔室的下部均设置相互独立的进出气管口，用于各个腔室的进气、出气和反吹操作。该燃烧器结构紧凑，对外散热面小，不同腔室间气体流动距离相等，由于设置了催化多孔陶瓷，使其VOCs降解效果明显提高，可以在处理更低浓度VOCs气体时实现自热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统及方法，本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统，所述系统包括依次连通的过滤器，进口气室，反应器，出口气室以及引风机：
所述反应器内设置有蓄热体Ⅰ，催化燃烧室，蓄热体Ⅱ，所述进口气室与蓄热体Ⅰ之间采用三通阀A连通，三通阀A的另一个接口与蓄热体Ⅱ连通，所述蓄热体Ⅱ与出口气室采用三通阀B连通，三通阀B的另一个接口与蓄热体Ⅰ连通。
进一步，所述蓄热体Ⅰ和蓄热体Ⅱ分别布置于催化燃烧室的上下两端，所述蓄热体Ⅰ和蓄热体Ⅱ采用400～600孔/英寸2的FeCrAl金属蜂窝，比热容在0.5～1.0kJ/kg.K。采用蜂窝蓄热体，热效更高，气体阻力更小，每个蓄热体单体之间采用陶瓷纤维隔热垫间隔紧密排列，且蓄热体与催化剂上下之间的距离小于20mm以利于传热。
本发明采用蓄热催化的方式对含VOCs的有机废气进行处理，通过在催化燃烧室上下两端布置蓄热体，收集回收热量，缩小反应器体积。通过入口三通阀A改变进气流向，简化工艺流程，使有机废气从上向下经过催化燃烧室，也可以从下向上经过催化燃烧室，从而充分利用蓄热体的热量实现对气体的换热；出口三通阀B使有机废气回流，以防止气流切换初期残留的有机废气直接排空，也可以控制出口气体的流量。
进一步，所述进口气室还与补氧风机连通，所述出口气室还与补冷风机连通。补氧风机通过PLC自动控制，可以对通入进口气室内氧气的浓度进行控制，从而增加或减少氧气的通入量，从而保证VOCs的浓度在安全范围，而又有足够的氧气用于催化氧化反应。
进一步，所述催化燃烧室内装有整体式蜂窝催化剂以及电加热装置。在催化燃烧室设置电加热装置，供初期预热。电加热装置位于整体式蜂窝催化剂中部，优选格栅加热器，格栅采用平面盘管紧密排列的方式，以增大气体接触面和提高散热面积。
进一步，所述整体式蜂窝催化剂采用贵金属浸渍在经过稀土元素改性的γ-Al2O3上制成催化剂粉体，然后采用涂覆法均匀担载在堇青石蜂窝陶瓷载体上，经过干燥、焙烧制备而成。其中，贵金属优选Pd、Pt、Pt-Pd，稀土元素优选为Ce、Zr、La，堇青石蜂窝陶瓷载体优选100、150、200孔/inch2。对于整体式蜂窝催化剂的种类、成分及制备方法并没有特别限定，只要能实现本发明有机废气催化燃烧的效果即可。
一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的方法，所述方法采用上述所述的系统对含VOCs有机废气进行储热催化燃烧，具体过程如下：
含VOCs的有机废气经过滤器过滤除尘后，在进口气室与补氧风机过来的氧气混合后由三通阀A从上部经过蓄热体Ⅰ进入催化反应室，在催化反应室内有机废气和氧气被加热后发生催化燃烧反应被净化，从催化燃烧室出来的热气经下部蓄热体Ⅱ发生热交换，再通过三通阀B通入出口气室，在补冷风机的作用下降温后，由引风机排空；
当下部蓄热体Ⅱ温度升高后，切换三通阀A，使和氧气混合后的有机废气气流换向经下部蓄热体Ⅱ预热进入催化反应室，在催化燃烧室内有机废气和氧气被加热后发生催化燃烧反应被净化，再经上部蓄热体Ⅰ冷却，切换三通阀B，使冷却后的净化气进入出口气室，由引风机排空。
进一步，气路转换初期，切换三通阀B，使上部蓄热体Ⅰ残留的有机废气通过三通阀B引流至催化反应室净化，待上部蓄热体Ⅰ出口气体浓度达标后再切换阀门B使气体进入出口气室，由引风机排空。
进一步，当经上部蓄热体Ⅰ冷却后的气体温度过高，由补冷风机将冷风通入出口气室，使气体在在补冷风机的作用下降温后，由引风机排空。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统及方法克服了两室及多室蓄热催化燃烧器体积庞大的缺点，减少了反吹室，结构紧凑，能耗利用率高(>95％)，可以设计成撬装设备，特别适用于对成本和占地要求较高的中小风量(如1000～10000Nm3/h)VOCs有机废气净化处理。
本发明通过在催化燃烧室上下两端布置蓄热体，收集回收热量，缩小反应器体积。通过入口三通阀A改变进气流向，简化工艺流程，使有机废气从上向下经过催化燃烧室，也可以从下向上经过催化燃烧室，从而充分利用蓄热体的热量实现对气体的换热；出口三通阀B使有机废气回流，以防止气流切换初期残留的有机废气直接排空，也可以控制出口气体的流量。
附图说明
图1为本发明一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧系统的结构示意图。
附图标记：1-过滤器，2-进口气室，3-反应器，4-出口气室，5-引风机，21-蓄热体Ⅰ，22-催化燃烧室，23-蓄热体Ⅱ，6-三通阀A，7-三通阀B，8-补氧风机，9-补冷风机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本例中含VOCs有机废气的主要成分如下表所示：
具体蓄热催化燃烧过程如下：
含甲苯、二甲苯的有机废气(气量3000Nm3/h，温度40℃，常压)通过管道进入过滤器1，去除99％粉尘等杂质后，在进口气室2通过补氧风机8补氧后经三通阀A6从进入反应器3上部蓄热体Ⅰ31，然后进入催化燃烧室22，电加热装置提前打开加热，气体在催化燃烧室22内加热30min后温度升至200℃，与混合的氧气发生催化燃烧反应被净化，被净化后的气体进入蓄热体Ⅱ23，发生热交换，降温，蓄热体Ⅱ23出口气体温度为60℃，经过三通阀B7出温度约为55℃，无需补冷空气直接经引风机5排空，出口气体含甲苯<10mg/m3。
当下部蓄热体Ⅱ23温度升高至200℃，切换三通阀A6，使和氧气混合后的有机废气气流换向经下部蓄热体Ⅱ23预热，达到160℃进入催化反应室，在催化燃烧室22内有机废气和氧气被加热至200℃发生催化燃烧反应被净化，再经上部蓄热体Ⅰ31冷却至60℃左右，切换三通阀B7，使冷却后的净化气进入出口气室4，气体温度55℃，无需补冷由引风机5排空。
气路转换初期，切换三通阀B7，使上部蓄热体Ⅰ31残留的有机废气通过三通阀B7引流至催化反应室净化，待上部蓄热体Ⅰ31出口甲苯浓度将至10mg/Nm3以下后再切换阀门B使气体进入出口气室4，由引风机5排空。
实施例2
本例中含VOCs有机废气的主要成分如下表所示：
具体蓄热催化燃烧过程如下：
含2000mg/Nm3四氢呋喃的有机废气(气量2600Nm3/h，温度50℃，常压)通过管道进入过滤器1，去除99％粉尘等杂质后，在进口气室2通过补氧风机8补氧后经三通阀A6进入反应器3上部蓄热体Ⅰ31，然后进入催化燃烧室22，电加热装置提前打开加热，气体在催化燃烧室22内加热30min后温度升至200℃，与混合的氧气发生催化燃烧反应被净化，被净化后的气体进入蓄热体Ⅱ23，发生热交换，降温，蓄热体Ⅱ23出口气体温度为60℃，经过三通阀B7出温度约为60℃，无需补冷空气直接经引风机5排空，出口气体含四氢呋喃<15mg/m3。
当下部蓄热体Ⅱ23温度升高至200℃，切换三通阀A6，使和氧气混合后的有机废气气流换向经下部蓄热体Ⅱ23预热，达到160℃进入催化反应室，在催化燃烧室22内有机废气和氧气被加热至200℃发生催化燃烧反应被净化，再经上部蓄热体Ⅰ31冷却至60℃左右，切换三通阀B7，使冷却后的净化气进入出口气室4，无需补冷由引风机5排空。
气路转换初期，切换三通阀B7，使上部蓄热体Ⅰ31残留的有机废气通过三通阀B7引流至催化反应室净化，待上部蓄热体Ⅰ31出口四氢呋喃浓度小于15mg/Nm3后再切换阀门B使气体进入出口气室4，由引风机5排空。
实施例3
本例中含VOCs有机废气的主要成分如下表所示：
具体蓄热催化燃烧过程如下：
含6100mg/Nm3甲苯的有机废气(气量2500Nm3/h，温度45℃，常压)通过管道进入过滤器1，去除99％粉尘等杂质后，在进口气室2通过补氧风机8补氧后经三通阀A6进入反应器3上部蓄热体Ⅰ31，然后进入催化燃烧室22，电加热装置提前打开加热，气体在催化燃烧室22内加热30min后温度升至200℃，与混合的氧气发生催化燃烧反应被净化，被净化后的气体进入蓄热体Ⅱ23，发生热交换，降温，蓄热体Ⅱ23出口气体温度为60℃，经过三通阀B7出温度约为60℃，无需补冷空气直接经引风机5排空，出口气体含甲苯<15mg/m3。
当下部蓄热体Ⅱ23温度升高至220℃，切换三通阀A6，使和氧气混合后的有机废气气流换向经下部蓄热体Ⅱ23预热，达到180℃进入催化反应室，在催化燃烧室22内有机废气和氧气被加热至200℃发生催化燃烧反应被净化，再经上部蓄热体Ⅰ31冷却至70℃左右，切换三通阀B7，使冷却后的净化气进入出口气室4，经补冷风机补冷至50℃，由引风机5排空。
气路转换初期，切换三通阀B7，使上部蓄热体Ⅰ31残留的有机废气通过三通阀B7引流至催化反应室净化，待上部蓄热体Ⅰ31出口甲苯浓度小于15mg/Nm3后再切换阀门B使气体进入出口气室4，补冷至50℃由引风机5排空。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统，其特征在于，所述系统包括依次连通的过滤器，进口气室，反应器，出口气室以及引风机：
所述反应器内设置有蓄热体Ⅰ，催化燃烧室，蓄热体Ⅱ，所述进口气室与蓄热体Ⅰ之间采用三通阀A连通，三通阀A的另一个接口与蓄热体Ⅱ连通，所述蓄热体Ⅱ与出口气室采用三通阀B连通，三通阀B的另一个接口与蓄热体Ⅰ连通。
2.如权利要求1所述一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统，其特征在于，所述蓄热体Ⅰ和蓄热体Ⅱ分别布置于催化燃烧室的上下两端，所述蓄热体Ⅰ和蓄热体Ⅱ采用400～600孔/英寸2的FeCrAl金属蜂窝，其比热容在0.5～1.0kJ/kg.K。
3.如权利要求1所述一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统，其特征在于，所述进口气室还与补氧风机连通，所述出口气室还与补冷风机连通。
4.如权利要求1所述一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统，其特征在于，所述催化燃烧室内装有整体式蜂窝催化剂以及电加热装置。
5.如权利要求4所述一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的系统，其特征在于，所述整体式蜂窝催化剂采用贵金属浸渍在经过稀土元素改性的γ-Al2O3上制成催化剂粉体，然后采用涂覆法均匀担载在堇青石蜂窝陶瓷载体上，经过干燥、焙烧制备而成。
6.一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的方法，其特征在于，所述方法采用上述权利要求1至5任一项所述的系统对含VOCs有机废气进行储热催化燃烧，具体过程如下：
含VOCs的有机废气经过滤器过滤除尘后，在进口气室与补氧风机过来的氧气混合后由三通阀A从上部经过蓄热体Ⅰ进入催化反应室，在催化反应室内有机废气和氧气被加热后发生催化燃烧反应被净化，从催化燃烧室出来的热气经下部蓄热体Ⅱ发生热交换，再通过三通阀B通入出口气室，在补冷风机的作用下降温后，由引风机排空；
当下部蓄热体Ⅱ温度升高后，切换三通阀A，使和氧气混合后的有机废气气流换向经下部蓄热体Ⅱ预热进入催化反应室，在催化燃烧室内有机废气和氧气被加热后发生催化燃烧反应被净化，再经上部蓄热体Ⅰ冷却，切换三通阀B，使冷却后的净化气进入出口气室，由引风机排空。
7.如权利要求6所述一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的方法，其特征在于，气路转换初期，切换三通阀B，使上部蓄热体Ⅰ残留的有机废气通过三通阀B引流至催化反应室净化，待上部蓄热体Ⅰ出口气体浓度达标后再切换阀门B使气体进入出口气室，由引风机排空。
8.如权利要求6所述一种含VOCs有机废气蓄热催化燃烧的方法，其特征在于，当经上部蓄热体Ⅰ冷却后的气体温度过高，由补冷风机将冷风通入出口气室，使气体在在补冷风机的作用下降温后，由引风机排空。
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