CN110953599A - 一种VOCs废气催化燃烧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种VOCs废气催化燃烧系统及方法，所述VOCs废气催化燃烧系统包括第一换热装置、除尘装置、臭氧供给装置、混合装置、第二换热装置、催化燃烧装置以及尾气吸收装置；VOCs废气依次流经第一换热装置与除尘装置后，与臭氧供给装置产生的臭氧在混合装置内混合，然后流经第二换热装置，再进入催化燃烧装置进行催化燃烧；催化燃烧后的尾气流经第二换热装置，最终流入尾气吸收装置。本发明通过在臭氧添加的情况下进行催化燃烧，降低了催化燃烧的温度，在使用二氧化钛催化剂的作用下即可对VOCs进行有效处理，且能耗低，操作简便。

Description

一种VOCs废气催化燃烧系统及方法

技术领域

本发明属于废气治理技术领域，涉及一种废气的催化燃烧系统及方法，尤其涉及一种VOCs废气催化燃烧系统及方法。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)通常是指在常温常压下，具有高蒸发压、易挥发的有机化学物质，主要包括脂肪族和芳香族的各种烷烃、烯烃、含氧烃和卤代烃，如苯、甲苯、二氯甲烷、甲醛和乙酸乙酯等。

VOCs一般具有较强的刺激性和毒性，部分具有致畸、致癌以及致突变的作用，相当一部分有易燃易爆等特性；部分VOCs是引起光化学烟雾的因子；卤代烃类VOCs可破坏臭氧层，引起温室效应；VOCs也是臭氧和PM2.5共同的重要的前体物，而雾霾天气与臭氧和PM2.5环境质量浓度密切相关。因此，研究VOCs的产生以及减少VOCs的排放，对于人体和生物健康、生态环境以及减排臭氧、PM2.5和雾霾具有重要意义。

钢铁生产过程中的焦化工序产生VOCs，且烧结工序也是VOCs的来源之一。例如，烧结过程中VOCs由焦炭、含油氧化铁皮等原燃料中的挥发性物质形成，在炼焦工序中，炼焦煤入炉过程中，装入炭化室的煤料转换出大量的空气，同时装炉煤与高温炉墙接触、升温，产生大量水蒸气和荒煤气，还有随水蒸气和荒煤气同时扬起的细煤粉，其含有大量煤粉、CO、CH₄等可燃组分以及VOCs以及苯并芘等污染物。

VOCs降解的方法主要包括活性吸附法、引风高空排放阀、燃烧处理法、吸收除气法、冷凝收集法、生物处理法和采用替代HAP溶剂法。其中燃烧处理法可采用常温或催化氧化燃烧处理，气体由引风管道通入锅炉或焚烧炉燃烧，基本可以将VOCs转化为CO₂与H₂O。

CN 104138756 A公开了一种VOCs低温催化燃烧的负载型催化剂及其制备方法，该催化剂以TSC-1介孔碳材料作为载体，以Pd或Pt贵金属中的一种结合氧化铜、氧化铈、氧化锆、氧化硅或氧化铝中的一种或几种氧化物为活性组分，从而使该催化剂具有较高的室温催化燃烧活性，然后通过添加Pd或Pt贵金属作为催化活性组分不利于降低催化燃烧的成本。

CN 104174391 A公开了一种用于降解VOC的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法，该方法将纳米二氧化钛在氨气气氛中、550-750℃的条件下进行煅烧，然后再进行真空煅烧，最终制备得到纳米二氧化钛光催化剂。但该催化剂的催化温度至少为3h，催化效率较低，不利于工业化应用。

CN 110170232 A公开了一种VOC吸附浓缩催化燃烧系统，由再生区接入再生空气风机，进一步接入热回收用热交换器后，再依次接入催化剂加热器、催化燃烧器，从催化燃烧器出来的高温排气接入到热回收用热交换器的放热侧入口，放热侧出口接触二路，其中一路连接至燃烧排空口，另一路依次通过再生空气混风调节阀、再生空气混风温度传感器、再生加热器接入再生区，而且由冷却区引出连接到再生空气混风调节阀和再生空气混风温度传感器之间。该浓缩催化燃烧系统通过分子筛吸附转轮+催化燃烧器的催化燃烧对VOCs废气进行处理，但是设备投资成本高，且工艺复杂、不易操作。

CN 206315678 U公开了一种光催化VOCs处理装置，该装置利用微波激发紫外，包括微波发生发生器、谐振腔、无机紫外线发射灯管、承载催化剂的蜂窝陶瓷、旁管、进气阀及风扇风机。该光催化VOCs处理装置使用蜂窝陶瓷承载催化剂，将催化剂烧结在陶瓷表面；同时利用微波谐振激发紫外，利用了微波场强，能量转化率较低。

对此，提供一种催化燃烧温度低、催化燃烧适用性广的VOCs废气催化燃烧系统对于降低VOCs处理时的设备投资成本，降低VOCs处理时对催化剂要求的苛刻程度，进而提高企业的经济效益具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种VOCs废气催化燃烧系统及方法，所述VOCs废气催化燃烧系统将臭氧与催化燃烧进行结合，降低了催化燃烧所需温度，且提高了催化剂的适用性，降低了VOCs废气的处理成本与难度。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种VOCs废气催化燃烧系统，所述VOCs废气催化燃烧系统包括第一换热装置、除尘装置、臭氧供给装置、混合装置、第二换热装置、催化燃烧装置以及尾气吸收装置。

VOCs废气依次流经第一换热装置与除尘装置后，与臭氧供给装置产生的臭氧在混合装置内混合，然后流经第二换热装置，再进入催化燃烧装置进行催化燃烧；催化燃烧后的尾气流经第二换热装置，最终流入尾气吸收装置。

所述催化燃烧装置内装填有催化剂粉末和/或负载有催化剂的填料，当装填有催化剂填料时，负载有催化剂的填料高度不超过催化燃烧装置高度的1/2，VOCs废气的空速为2000-4000h^-1。当催化剂为催化剂粉末时，换热升温后VOCs废气的空速为4000-8000h^-1，所述催化剂粉末能够与换热升温后的VOCs废气一同流入催化燃烧装置，从而提高VOCs废气与催化剂的接触效果。

本发明所述催化燃烧装置内所用催化剂包括本领域催化燃烧常用的催化剂，优选为成本较低的二氧化钛催化剂。本发明通过催化燃烧与臭氧相结合，使低温下催化燃烧效率较低的二氧化钛催化剂对VOCs具有较高的转化率。

优选地，所述催化燃烧装置内，沿轴心向催化燃烧装置器壁的方向设置有1-5个导流板，例如可以是1个、2个、3个、4个或5个。

优选地，所述导流板的形状包括规则形状和/或不规则形状，优选为规则形状；所述规则形状包括圆管形和/或方管形。所述导流板的高度为催化燃烧装置高度的1/5-1/4。本发明通过导流板的设置，提高了VOCs废气在催化燃烧装置内的停留时间，增加了VOCs废气与催化燃烧装置内催化剂的作用效果，从而提高了VOCs的去除率。

优选地，所述催化燃烧装置的器壁形状为规则形状。

优选地，所述规则形状包括圆柱形和/或立方体形。

优选地，所述催化燃烧装置轴心处设置有透光夹套，透光夹套的高度低于催化燃烧装置的高度，透光夹套内设置有紫外光发生装置。

当所述透光夹套设置于催化燃烧装置的底部时，所述催化燃烧装置的进料口设置于与透光夹套对应的顶部；当所述透光夹套设置于催化燃烧装置的顶部时，所述催化燃烧装置的进料口设置于透光夹套所对应的底部。

优选地，所述紫外光发生装置为外部供电的紫外灯；进一步优选的，所述紫外灯为发生254nm紫外线的紫外灯。

优选地，所述产生254nm紫外线的紫外灯功率为200-300W。

优选地，所述导流板与透光夹套的材质分别独立地为石英玻璃。

石英玻璃具有优良的耐热性能，且具有极高的紫外光透过率。本发明将导流板与透光夹套的材质设定为石英玻璃有利于位于中心的紫外灯对催化燃烧装置最外侧流道内的气体进行催化燃烧。

优选地，所述第一换热装置包括管壳式换热器和/或板式换热器。

优选地，所述第二换热装置为管壳式换热器。

优选地，所述除尘装置包括喷淋塔。

本发明所述喷淋塔的作用为降温除尘，使用水作为喷淋液即可达到良好的降温除尘效果。

优选地，所述臭氧供给装置包括臭氧发生器。

优选地，所述混合装置包括静态混合器。

优选地，所述尾气吸收装置包括尾气吸收槽。

优选地，所述VOCs废气催化燃烧系统还包括气固分离装置，催化燃烧装置的出气口与气固分离装置的进料口连接，气固分离装置的出气口与第二换热装置连接，气固分离装置分离出的固体由催化燃烧装置的进料口返回催化燃烧装置。

优选地，所述气固分离装置包括旋风分离机和/或布袋除尘器。

当催化燃烧装置内的催化剂为催化剂粉末时，经过催化燃烧处理后的尾气会夹带部分催化剂粉末，通过设置气固分离装置，能够将夹带的催化剂粉末与尾气进行分离。而后将分离得到的催化剂粉末返回至催化燃烧装置的进料口，降低了催化剂粉末的损耗量，提高了催化剂粉末的利用效率。

第二方面，本发明提供了一种应用如第一方面提供的VOCs废气催化燃烧系统进行催化燃烧的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气经过降温后进行喷淋除尘，然后与臭氧混合形成混合气；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用碱吸收液对降温后的尾气进行吸收。

VOCs废气具有较高的温度，而本申请催化氧化所需温度较低，通过对VOCs废气进行换热降温，提高了VOCs废气的热量利用率。本发明通过在臭氧添加的情况下进行催化燃烧，降低了催化燃烧的温度，在使用二氧化钛催化剂的作用下即可对VOCs进行有效处理，且能耗低，操作简便。

优选地，步骤(1)所述VOCs废气降温后的温度为150℃以下，例如可以是100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

对VOCs废气进行换热降温能够对VOCs废气的热量进行充分利用，但VOCs废气降温过低，则后续工艺还需对VOCs废气进行升温，反而不利于节能减耗。因此，步骤(1)所述VOCs废气降温后的温度优选为100-150℃。

优选地，步骤(1)所述VOCs废气经过喷淋除尘后的温度为50℃以下，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃或50℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

对VOCs废气进行喷淋降温能够使起到对VOCs废气进行除尘的所用，但如果，但VOCs废气降温过低，则后续工艺还需对VOCs废气进行升温，反而不利于节能减耗。因此，步骤(1)所述VOCs废气喷淋除尘后的温度优选为30-50℃。

优选地，步骤(1)所述臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比(0.3-0.8):1，例如可以是0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1或0.8:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述催化燃烧的温度为50-150℃，例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为80-120℃。

优选地，步骤(2)所述催化燃烧的时间为5-15min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为8-12min。

优选地，步骤(2)所述碱吸收液包括氢氧化钠吸收液和/或氢氧化钾吸收液。

所述碱吸收液的目的为吸收尾气中的CO₂，经过碱吸收液吸收后的尾气可直接外排。

作为本发明第二方面所述方法的优选技术方案，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至150℃以下，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比(0.3-0.8):1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，催化燃烧的温度为50-150℃、时间为5-15min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用碱吸收液对降温后的尾气进行吸收。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在臭氧添加的情况下进行催化燃烧，降低了催化燃烧的温度，在使用二氧化钛催化剂的作用下即可对VOCs进行有效处理，且能耗低，操作简便，在50-150℃的条件下能够对VOCs实现99％以上的转化。

附图说明

图1为实施例1提供的VOCs废气催化燃烧系统的结构示意图；

图2为实施例2提供的VOCs废气催化燃烧系统的结构示意图；

图3为实施例3提供的VOCs废气催化燃烧系统的结构示意图。

其中：1，第一换热装置；2，除尘装置；3，混合装置；4，第二换热装置；5，催化燃烧装置；6，尾气吸收装置；7，气固分离装置。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种VOCs废气催化燃烧系统，所述VOCs废气催化燃烧系统的结构示意图如图1所示，包括第一换热装置、除尘装置、臭氧供给装置、混合装置、第二换热装置、催化燃烧装置以及尾气吸收装置。

所述催化燃烧装置的底部轴心处设置有石英透光夹套，石英透光夹套的高度低于催化燃烧装置的高度，石英透光夹套内设置有能够发出254nm紫外光且功率为300W的紫外灯。催化燃烧装置内，沿轴心向催化燃烧装置器壁的方向设置有3个圆管形石英导流板，所述圆管形石英导流板的高度为催化燃烧装置高度的1/5。

所述催化燃烧装置内装填有负载有二氧化钛活性组分催化剂的填料，填料的装填高度不超过催化燃烧装置高度的1/2。

所述第一换热装置为管壳式换热器，用于VOCs废气的换热降温；所述除尘装置问喷淋塔，用于VOCs废气的除尘降温；所述臭氧供给装置为臭氧发生器；所述混合装置为静态混合器；所述尾气吸收装置为尾气吸收槽。

VOCs废气依次流经第一换热装置与除尘装置后，与臭氧供给装置产生的臭氧在混合装置内混合，然后流经第二换热装置，再进入催化燃烧装置进行催化燃烧；催化燃烧后的尾气流经第二换热装置，最终流入尾气吸收装置进行尾气吸收。

实施例2

本实施例提供了一种VOCs废气催化燃烧系统，所述VOCs废气催化燃烧系统的结构示意图如图2所示，包括第一换热装置、除尘装置、臭氧供给装置、混合装置、第二换热装置、催化燃烧装置以及尾气吸收装置。

所述催化燃烧装置的顶部轴心处设置有石英透光夹套，石英透光夹套的高度低于催化燃烧装置的高度，催化燃烧装置的进料口设置于与石英透光夹套对应的底部；所述石英透光夹套内设置有能够发出254nm紫外光且功率为200W的紫外灯。催化燃烧装置内，沿轴心向催化燃烧装置器壁的方向设置有3个方管形石英导流板，所述方管形石英导流板的高度为催化燃烧装置高度的1/4。

所述催化燃烧装置内装填有二氧化钛催化剂粉末，二氧化钛催化剂粉的装填高度不超过催化燃烧装置高度的1/4，或者，相同质量的二氧化钛催化剂粉末与换热升温后的VOCs废气一同由催化燃烧装置的进料口流入催化燃烧装置。

所述第一换热装置为管壳式换热器，用于VOCs废气的换热降温；所述除尘装置问喷淋塔，用于VOCs废气的除尘降温；所述臭氧供给装置为臭氧发生器；所述混合装置为静态混合器；所述尾气吸收装置为尾气吸收槽。

VOCs废气依次流经第一换热装置与除尘装置后，与臭氧供给装置产生的臭氧在混合装置内混合，然后流经第二换热装置，再进入催化燃烧装置进行催化燃烧；催化燃烧后的尾气流经第二换热装置与混合臭氧后的VOCs废气换热，最终流入尾气吸收装置进行尾气吸收。

实施例3

本实施例提供了一种VOCs废气催化燃烧系统，所述VOCs废气催化燃烧系统的结构示意图如图3所示，包括第一换热装置、除尘装置、臭氧供给装置、混合装置、第二换热装置、催化燃烧装置、尾气吸收装置以及气固分离装置。

所述催化燃烧装置的底部轴心处设置有石英透光夹套，石英透光夹套的高度低于催化燃烧装置的高度，石英透光夹套内设置有能够发出254nm紫外光且功率为300W的紫外灯。催化燃烧装置内，沿轴心向催化燃烧装置器壁的方向设置有3个圆管形石英导流板，所述圆管形石英导流板的高度为催化燃烧装置高度的1/4。

所述催化燃烧装置内装填有二氧化钛催化剂粉末，填料的装填高度不超过催化燃烧装置高度的1/4，或者，相同质量的二氧化钛催化剂粉末与换热升温后的VOCs废气一同由催化燃烧装置的进料口流入催化燃烧装置。

所述第一换热装置为管壳式换热器，用于VOCs废气的换热降温；所述除尘装置问喷淋塔，用于VOCs废气的除尘降温；所述臭氧供给装置为臭氧发生器；所述混合装置为静态混合器；所述尾气吸收装置为尾气吸收槽；所述气固分离装置为布袋除尘器。

经过催化燃烧处理后的尾气会夹带部分二氧化钛催化剂粉末，通过设置布袋除尘器，能够将夹带的催化剂粉末与尾气进行分离，而后将分离得到的催化剂粉末返回至催化燃烧装置的进料口。

VOCs废气依次流经第一换热装置与除尘装置后，与臭氧供给装置产生的臭氧在混合装置内混合，然后流经第二换热装置，再进入催化燃烧装置进行催化燃烧；催化燃烧后的尾气流经第二换热装置，最终流入尾气吸收装置进行尾气吸收。

对比例1

本对比例提供了一种VOCs废气催化燃烧系统，所述VOCs废气催化燃烧系统除不设置臭氧发生单元，VOCs废气直接进入催化燃烧装置进行催化燃烧外，其余均与实施例1相同。

应用例1

本应用例提供了一种应用实施例1提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至120℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.6:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，空速为3000h^-1，催化燃烧的温度为100℃、时间为10min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钠吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钠吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为100％。

应用例2

本应用例提供了一种应用实施例1提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至100℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.3:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，空速为2000h^-1，催化燃烧的温度为50℃、时间为15min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钾吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钾吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为100％。

应用例3

本应用例提供了一种应用实施例1提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至150℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.8:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，空速为4000h^-1，催化燃烧的温度为150℃、时间为5min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钾吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钾吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为100％。

应用例4

本应用例提供了一种应用实施例2提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至120℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.6:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后与二氧化钛催化剂粉末共同通入催化燃烧装置进行催化燃烧，空速为6000h^-1，催化燃烧的温度为100℃、时间为10min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钠吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钠吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为100％。

应用例5

本应用例提供了一种应用实施例2提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至100℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.3:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，催化燃烧装置内二氧化钛催化剂粉的装填高度不超过催化燃烧装置高度的1/4，空速为4000h^-1，催化燃烧的温度为50℃、时间为15min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钾吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钾吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为99％以上。

应用例6

本应用例提供了一种应用实施例2提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至150℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.8:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，催化燃烧装置内二氧化钛催化剂粉的装填高度不超过催化燃烧装置高度的1/4，空速为4000h^-1，催化燃烧的温度为150℃、时间为5min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钾吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钾吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为100％。

应用例7

本应用例提供了一种应用实施例3提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至120℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.6:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后与二氧化钛催化剂粉末共同通入催化燃烧装置进行催化燃烧，空速为6000h^-1，催化燃烧的温度为100℃、时间为10min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钠吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钠吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为100％。

应用例8

本应用例提供了一种应用实施例3提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至100℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.3:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，催化燃烧装置内二氧化钛催化剂粉的装填高度不超过催化燃烧装置高度的1/4，空速为4000h^-1，催化燃烧的温度为50℃、时间为15min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钾吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钾吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为99％以上。

应用例9

本应用例提供了一种应用实施例3提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至150℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比0.8:1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，催化燃烧装置内二氧化钛催化剂粉的装填高度不超过催化燃烧装置高度的1/4，空速为4000h^-1，催化燃烧的温度为150℃、时间为5min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钾吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钾吸收后的尾气进行检测，CH₄的去除率为100％。

对比应用例1

本对比应用例提供了一种应用对比例1提供的VOCs废气催化燃烧系统对VOCs废气进行催化燃烧的方法，本应用例所用VOCs废气为CH₄浓度为180ppm模拟VOCs废气，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至120℃，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下；

(2)步骤(1)所述除尘后气体升温后进行催化燃烧，空速为3000h^-1，催化燃烧的温度为100℃、时间为10min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用氢氧化钠吸收液对降温后的尾气进行吸收。

使用气体分析仪对经过氢氧化钠吸收后的尾气进行检测，由于没有添加臭氧，100℃时使用活性组分为二氧化钛的催化剂无法有效地对CH₄进行催化燃烧，CH₄的去除率仅为20％以下。

综上所述，本发明通过在臭氧添加的情况下进行催化燃烧，降低了催化燃烧的温度，在使用二氧化钛催化剂的作用下即可对VOCs进行有效处理，且能耗低，操作简便，在50-150℃的条件下能够对VOCs实现99％以上的转化。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种VOCs废气催化燃烧系统，其特征在于，所述VOCs废气催化燃烧系统包括第一换热装置、除尘装置、臭氧供给装置、混合装置、第二换热装置、催化燃烧装置以及尾气吸收装置；

VOCs废气依次流经第一换热装置与除尘装置后，与臭氧供给装置产生的臭氧在混合装置内混合，然后流经第二换热装置，再进入催化燃烧装置进行催化燃烧；催化燃烧后的尾气流经第二换热装置，最终流入尾气吸收装置。

2.根据权利要求1所述的VOCs废气催化燃烧系统，其特征在于，所述催化燃烧装置内，沿轴心向催化燃烧装置器壁的方向设置有1-5个导流板。

3.根据权利要求2所述的VOCs废气催化燃烧系统，其特征在于，所述催化燃烧装置的器壁形状为规则形状；

优选地，所述规则形状包括圆柱形和/或立方体形。

4.根据权利要求3所述的VOCs废气催化燃烧系统，其特征在于，所述催化燃烧装置轴心处设置有透光夹套，透光夹套的高度低于催化燃烧装置的高度，透光夹套内设置有紫外光发生装置。

5.根据权利要求4所述的VOCs废气催化燃烧系统，其特征在于，所述导流板与透光夹套的材质分别独立地为石英玻璃。

6.根据权利要求1-5任一项所述的VOCs废气催化燃烧系统，其特征在于，所述第一换热装置包括管壳式换热器和/或板式换热器；

优选地，所述第二换热装置为管壳式换热器；

优选地，所述除尘装置包括喷淋塔；

优选地，所述臭氧供给装置包括臭氧发生器；

优选地，所述混合装置包括静态混合器；

优选地，所述尾气吸收装置包括尾气吸收槽。

7.根据权利要求1-6任一项所述的VOCs废气催化燃烧系统，其特征在于，所述VOCs废气催化燃烧系统还包括气固分离装置；

催化燃烧装置的出气口与气固分离装置的进料口连接，气固分离装置的出气口与第二换热装置连接，气固分离装置分离出的固体由催化燃烧装置的进料口返回催化燃烧装置；

优选地，所述气固分离装置包括旋风分离机和/或布袋除尘器。

8.一种应用如权利要求1-7任一项提供的VOCs废气催化燃烧系统进行催化燃烧的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气经过降温后进行喷淋除尘，然后与臭氧混合形成混合气；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用碱吸收液对降温后的尾气进行吸收。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述VOCs废气降温后的温度为150℃以下；

优选地，步骤(1)所述VOCs废气经过喷淋除尘后的温度为50℃以下；

优选地，步骤(1)所述臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比(0.3-0.8):1；

优选地，步骤(2)所述催化燃烧的温度为50-150℃，优选为80-120℃；

优选地，步骤(2)所述催化燃烧的时间为5-15min，优选为8-12min；

优选地，步骤(2)所述碱吸收液包括氢氧化钠吸收液和/或氢氧化钾吸收液。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)VOCs废气换热降温至150℃以下，然后进行喷淋除尘，喷淋除尘后VOCs废气的温度降至50℃以下，然后与臭氧混合形成混合气，臭氧与VOCs废气中VOCs的质量比(0.3-0.8):1；

(2)步骤(1)所述混合气升温后进行催化燃烧，催化燃烧的温度为50-150℃、时间为5-15min，催化燃烧产生的尾气与混合气换热降温，然后使用碱吸收液对降温后的尾气进行吸收。

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