CN111121072A - VOCs废气催化燃烧处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VOCs废气催化燃烧处理系统及方法，旨在解决现有工业VOCs废气成分复杂、温度高、沸点范围广、湿度高、产生量不均匀难以稳定高效达标处理的技术问题。包括下列步骤：先对废气收集和预分离和过滤，再利用活性炭箱内布置的活性炭对废气进行吸附，并通过装填催化剂并带加热功能的催化反应釜与烟气挡板阀的适当切换，实现活性炭的分组吸附与解吸，通过喷淋塔处理后环保排放。本系统设有温控装置系统、压力控制系统、冷却喷淋系统，确保VOCs废气处理安全、稳定、高效运行，活性炭可在线循环使用，成本低，且可对成分复杂、温度高、沸点范围广、湿度高、产生量不均匀的VOCs废气进行环保处理，非常适用于VOCs废气治理工业化推广应用。

Description

VOCs废气催化燃烧处理系统及方法

技术领域

本发明涉及VOCs废气处理技术领域，具体涉及一种VOCs废气催化燃烧处理系统及方法。

背景技术

业内通常把沸点在50～260℃，常温下以蒸汽态存在于大气中的一大类有机化合物，称之为挥发性有机化合物(VOCs)，其主要成分为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环芳烃等。VOCs具有一定的毒性，有些还具致癌、致畸、致突变作用，造成大气污染进而危害人体健康，VOCs也是导致城市雾霾的重要前体物，对环境安全和人类生存都会造成很大的危害；因而需要对VOCs废气进行有效治理。

我国生态环境部于2019年6月印发了《重点行业挥发性有机物综合治理方案》，要求对工业涂装等重点行业的VOCs排放源加强综合治理。当前对VOCs废气的治理尤其是重点行业的治理已经迫在眉睫，VOCs处理的法规不断在提升防治处理标准；但当前现有处理技术及装备水平仍然是差强人意，许多VOCs废气的治理技术水平仍待提高。

比如，工业涂装来源的VOCs废气成分复杂，废气中VOCS的成分主要有二甲苯、三甲苯、四甲苯、醋酸丁酯、环氧树脂、聚酯树脂、氨基树脂异氰酸酯等，其沸点温度大多较高，沸点区间范围广（111-196.8℃），并且大多采用间歇式生产，VOCs废气产生量不均匀的特点。

另外，工业涂装行业不同来源的VOCs废气特征差别很大，在喷漆室及流平室VOCs废气产生量非常大，但温度低、湿度高、VOCs浓度低；然而在烘干室VOCs气源产生的废气量小，但温度高、VOCs浓度高。

传统处理方法低效且难以对其进行稳定有效的处理，迫切需要开发一种针对上述VOCs废气进行稳定高效处理的技术，确保环保达标排放，减少环境污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种VOCs废气催化燃烧处理系统及方法，以有针对性的解决工业涂装行业VOCs废气成分复杂、温度高、沸点范围广、湿度高、产生量不均匀难以稳定高效达标处理的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种VOCs废气催化燃烧处理系统，包括中央集气管道，所述中央集气管道上设有气水分离器和过滤器，所述中央集气管道位于所述过滤器之后的管段上连通有吸附管道，所述吸附管道连通有活性炭箱，所述活性炭箱内装填有蜂窝状活性炭，其装填量为所述活性炭箱容积的⅓~½，所述活性炭在所述活性炭箱内呈多层层状排列，且各层活性炭分布呈交叉排列，每层活性炭相互之间为紧密排列，各层活性炭之间设有支架；所述活性炭箱连通有排气烟道，所述排气烟道上安装有第一离心风机，所述排气烟道末端连通有排气烟囱；所述活性炭箱还连通有解吸管道，所述解吸管道连通有催化反应釜，所述解吸管道的末端连通于所述排气烟囱，所述催化反应釜和所述排气烟囱之间的所述解吸管道上设有第二离心机，所述催化反应釜内填装有对应的VOCs废气净化催化剂材料（以硅基、锰基或铝基陶瓷等为载体，负载Pd、Pt等活性成分），所述催化反应釜内还设有加热装置，包括加热盘管，所述加热盘管内通有导热油，所述导热油从所述加热盘管底部流入、顶部流出，所述导热油温度为100~400℃；所述活性炭箱和所述催化反应釜上均设有温度监控装置、压力变送器和冷却水喷淋装置。

进一步的，所述中央集气管道位于所述气水分离器之前的管段上连通有多个集气支管，所述集气支管均连通有集气罩，每个所述集气支管上均设有集气阀，所述中央集气管道上设有烟道阀。

进一步的，所述活性炭箱与所述解吸管道之间设有烟气挡板阀，该烟气挡板阀与所述活性炭箱上的压力变送器联动控制所述活性炭箱内的压力，所述催化反应釜和所述排气烟囱之间的解吸管道上也设有烟气挡板阀，该烟气挡板阀与所述催化反应釜上的压力变送器联动控制所述催化反应釜内的压力，所述压力变送器和烟气挡板阀均由PLC控制。

进一步的，所述冷却水喷淋装置包括冷却水喷淋管道，所述冷却水喷淋管道连通有多个喷淋支管，所述喷淋支管安装在所述活性炭箱和所述催化反应釜的上部，所述喷淋支管上均安装有电磁控制阀，所述喷淋支管末端均安装有孔径为0.5~5mm的微孔喷头，所述微孔喷头位于所述活性炭箱和所述催化反应釜内部，所述冷却水喷淋管道的进水口处设有进水控制阀，所述电磁控制阀和所述进水控制阀均与所述活性炭箱以及所述催化反应釜上的温度监控装置通过PLC联动控制。

进一步的，所述喷淋支管外设有金属套管，其安装在所述活性炭箱和所 述催化反应釜的壁部，所述金属套管上安装有电动球阀，所述喷淋支管连接有气缸，所述喷淋支管在所述气缸的作用下在所述金属套管内伸缩移动；当需要喷淋时，打开所述电动球阀，所述喷淋支管和所述微孔喷头在所述气缸作用下移动至所述金属套管外进行喷淋，不需喷淋时，关闭所述电动球阀，所述喷淋支管和所述微孔喷头收缩至所述金属套管内。

进一步的，所述排气烟道上设有旁通管道，所述旁通管道上设有喷淋塔和旁通阀。

优选的，所述吸附管道有多个，分别连通有多个对应的所述活性炭箱，每个所述吸附管道上均设有烟气挡板阀。

优选的，所述过滤器为板式过滤器，其滤布材质为玻璃纤维。

优选的，所述喷淋塔材质为玻璃钢，内部装填有多面空心球填料。

优选的，所述排气烟囱高度＞15m。

优选的，所述温度监控装置为热电阻。

优选的，所述催化剂装填量为所述催化反应釜容积的⅓~⅔。

优选的，所述金属支架材质为304不锈钢。

优选的，所述金属支架为空间立体网状结构。

优选的，所述加热盘管在催化反应釜内均匀环绕排列。

优选的，所述催化反应釜材质为304不锈钢。

优选的，所述微孔喷头材质为304不锈钢。

优选的，所述集气阀、烟道阀、烟气挡板阀材质均为304不锈钢。

优选的，所述喷淋支管在活性炭箱内倾斜安装，与水平线倾斜角度15~30°。

设计一种VOCs废气催化燃烧处理方法，可利用上述VOCs废气催化燃烧处理系统实施，包括以下步骤：

（1）通过所述中央集气管道收集VOCs废气；

（2）所述VOCs废气经所述气水分离器对其中的水分进行分离、再经所述过滤器过滤后，通入所述活性炭箱中进行吸附处理，吸附后的气体在所述第一离心风机的作用下经由所述排气烟道至所述排气烟囱排出；

（3）在所述第二离心风机作用下，对吸附饱和活性炭进行解吸处理，在温度100~400℃条件下，所述活性炭中吸附的VOCs废气送至催化反应釜由所述催化剂催化氧化处理，处理后的气体经由所述解吸管道至所述排气烟囱排出。

进一步的，通过所述压力变送器测定所述活性炭箱和所述催化反应釜的内部压力，当超过设定压力0.05~0.5MPa时，进行泄压。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1. 利用本发明系统及工艺能对成分复杂、温度高、沸点范围广、湿度高、产生量不均匀的VOCs废气进行无害化处理，操作性强，运行便捷，可根据工况条件，既可连续运行，也可间歇式运行，同时可实现自动化操作，活性炭失效后可整体便捷更换，适用于工业VOCs废气处理并能进行工业化推广应用。

2. 本发明中的活性炭可通过解吸重复循环使用，能够避免产生新的固体危险废弃物，而且能降低活性炭用量成本以及活性炭废料作为危废产生必须用高价进行环保处理的费用成本，更环保，使用成本更低。

3. 本发明采取了多重安全结构及措施，如微孔喷淋、旁通管路、喷淋套管及球阀、温度监控、压力控制、泄压等，更加安全，而且通过上述装置控制运行，整个系统非常平稳，同时催化剂的存在，一方面降低了燃烧处理废气的温度，降低了能耗和成本，另一方面也加速了废气的处理，提高了处理效率。

附图说明

图1为本发明中一种VOCs废气催化燃烧处理系统示意图。

图2为本发明中冷却水喷淋管路示意图（一）。

图3 为本发明中冷却水喷淋管路示意图（二）。

图4为本发明中金属支架构造示意图。

以上图中，1为中央集气管道、2为集气支管、3为集气罩、4为集气阀、5为烟道阀、6为气水分离器、7为过滤器、8为吸附管道、9为活性炭箱、10为烟气挡板阀、11为金属支架、12为温度监控装置、13为排气烟道、14为第一离心风机、15为排气烟囱、16为旁通管道、17为旁通阀、18为喷淋塔、19为解吸管道、20为催化反应釜、21为第二离心风机、22为加热盘管、23为压力变送器、24为冷却水喷淋管道、25为喷淋支管、26为电磁控制阀、27为微孔喷头、28为进水控制阀、29为壁部、30为金属套管、31为电动球阀、32为气缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

实施例1：一种VOCs废气催化燃烧处理系统，参见图1-4，包括中央集气管道1，中央集气管道1上设有气水分离器6和过滤器7，气水分离器6用于分离水分，过滤器7为板式过滤器，其滤布材质为玻璃纤维，用于过滤气体中粉尘、粒子等杂质。气水分离器6和过滤器7之前的中央集气管道1连通有多个集气支管2，集气支管2均连通有集气罩3，每个集气支管2上均设有304不锈钢材质的集气阀4，中央集气管道1上设有304不锈钢材质的烟道阀5，气水分离器6和过滤器7之后的中央集气管道1连通有多个吸附管道8，分别连通有多个对应的活性炭箱9，活性炭箱9内装填有活性炭，活性炭为蜂窝活性炭，其装填量为活性炭箱9容积的⅓~½，活性炭在活性炭箱9内呈多层层状排列，且各层活性炭分布呈交叉排列，每层活性炭相互之间为紧密排列，各层活性炭之间设有304不锈钢材质、空间立体网状结构的金属支架。

活性炭箱9连通有排气烟道13，排气烟道13上安装有第一离心风机14，排气烟道13末端连通有排气烟囱15，其高度＞15m（标准要求），排气烟道13上设有旁通管道16，旁通管道16上设有喷淋塔18和旁通阀17，喷淋塔18材质为玻璃钢，内部装填有多面空心球填料。活性炭箱9还连通有解吸管道19，解吸管道19连通有304不锈钢材质的催化反应釜20，解吸管道19的末端连通于排气烟囱15，催化反应釜20和排气烟囱15之间的解吸管道上设有第二离心机21，催化反应釜20内填装有CAS-KR-V01型催化剂材料，催化剂装填量为催化反应釜20容积的⅓~⅔，催化反应釜20内还设有加热盘管，加热盘管在催化反应釜20内均匀环绕排列，加热盘管内通有导热油，导热油从加热盘管底部流入、顶部流出，导热油温度为100~400℃（可适用于沸点范围广泛的VOCs废气处理）。

活性炭箱9和催化反应釜20上均设有铂热电阻温度监控装置12、压力变送器23（电压4~24V，将压力信号变为数字量电信号并传输至控制单元）和冷却水喷淋装置，冷却水喷淋装置包括冷却水喷淋管道24，其设有多个喷淋支管25，喷淋支管25安装在活性炭箱9和催化反应釜20的上部，喷淋支管25在活性炭箱9内倾斜安装，与水平线倾斜角度15~30°，喷淋支管25上均安装有电磁控制阀26，喷淋支管25末端均安装有孔径为0.5~5mm、304不锈钢材质的微孔喷头27，微孔喷头27位于活性炭箱9和催化反应釜20内部，冷却水喷淋管道24的进水口处设有进水控制阀28，电磁控制阀26和进水控制阀28均与活性炭箱9以及催化反应釜20上的温度监控装置12通过西门子S7型PLC联动控制。喷淋支管25外设有金属套管30，其安装在活性炭箱9和催化反应釜20的壁部，金属套管30上安装有电动球阀31，喷淋支管25连接有气缸32，喷淋支管25在气缸32的作用下在金属套管30内伸缩移动。

活性炭箱9与解吸管道19之间设有304不锈钢材质的烟气挡板阀10，该烟气挡板阀10与活性炭箱9上的压力变送器23联动控制活性炭箱9内的压力，催化反应釜20和排气烟囱15之间的解吸管道上也设有烟气挡板阀，该烟气挡板阀与催化反应釜20上的压力变送器联动控制催化反应釜20内的压力，上述压力变送器和烟气挡板阀均由西门子S7型PLC控制。

实施例2：一种VOCs废气催化燃烧处理方法，利用实施例1所述VOCs废气催化燃烧处理系统实施，主要包括以下步骤：

（1）分别将不同涂装VOCs气源产生的废气进行收集，通过中央集气管道1进行收集。集气支管2的一端通过与中央集气管道1相连，集气支管2的另一端通向VOCs废气气源，集气支管2的末端与集气罩3相连。

（2）VOCs废气经气水分离器6对其中的水分进行分离、再经过滤器7过滤后，通入一个活性炭箱9中进行吸附处理，吸附后的气体在第一离心风机14的作用下经由排气烟道13至排气烟囱15排出。当该活性炭箱中活性炭饱和后，切换烟气挡板阀至其它活性炭箱继续进行吸附。

（3）在第二离心风机21作用下，通过催化反应釜20对吸附饱和的活性炭进行解吸处理，在温度100~400℃条件下，活性炭中所吸附的VOCs废气送至催化反应釜20，由催化剂催化氧化处理，处理后的气体经由解吸管道19至排气烟囱15排出，解吸处理后的活性炭箱9在需要吸附时可继续循环使用，可适应间歇生产及产生量不均匀工况条件下VOCs废气的处理。当活性炭箱9和催化反应釜20内部压力超过设定压力（0.05~0.5MPa）时，打开烟气挡板阀进行泄压，从而避免压力超限安全事故产生。

（4）当需要喷淋时，打开电动球阀31，喷淋支管25及微孔喷头27在气缸32作用下移动至活性炭箱9或催化反应釜20内部进行喷淋，不需喷淋时，收缩喷淋支管25及微孔喷头27至活性炭箱9或催化反应釜20外部，然后关闭电动球阀31。

本发明综合采用活性炭吸附及催化剂催化燃烧氧化技术，对涂装产生的复杂成分VOCs废气进行环保处理，并且活性炭经解吸后可循环使用，避免新的固体危险废弃物的产生，降低企业生产运营成本，运行安全稳定，具有极大的推广应用价值。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明；但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变换或者是部件、结构的等同替代等，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (8)

1.一种VOCs废气催化燃烧处理系统，其特征在于，包括中央集气管道，所述中央集气管道上设有气水分离器和过滤器，所述中央集气管道位于所述过滤器之后的管段上连通有吸附管道，所述吸附管道连通有活性炭箱，所述活性炭箱内装填有蜂窝状活性炭，其装填量为所述活性炭箱容积的⅓~½，所述活性炭在所述活性炭箱内呈多层层状排列，且各层活性炭分布呈交叉排列，每层活性炭相互之间为紧密排列，各层活性炭之间设有支架；所述活性炭箱连通有排气烟道，所述排气烟道上安装有第一离心风机，所述排气烟道末端连通有排气烟囱；所述活性炭箱还连通有解吸管道，所述解吸管道连通有催化反应釜，所述解吸管道的末端连通于所述排气烟囱，所述催化反应釜和所述排气烟囱之间的所述解吸管道上设有第二离心机，所述催化反应釜内填装有对应的VOCs废气净化催化剂，所述催化反应釜内还设有加热装置，包括加热盘管，所述加热盘管内通有导热油，所述导热油从所述加热盘管底部流入、顶部流出，所述导热油温度为100~400℃；所述活性炭箱和所述催化反应釜上均设有温度监控装置、压力变送器和冷却水喷淋装置。

2.根据权利要求1所述的VOCs废气催化燃烧处理系统，其特征在于，所述中央集气管道位于所述气水分离器之前的管段上连通有多个集气支管，所述集气支管均连通有集气罩，每个所述集气支管上均设有集气阀，所述中央集气管道上设有烟道阀。

3.根据权利要求1所述的VOCs废气催化燃烧处理系统，其特征在于，所述活性炭箱与所述解吸管道之间设有烟气挡板阀，该烟气挡板阀与所述活性炭箱上的压力变送器联动控制所述活性炭箱内的压力，所述催化反应釜和所述排气烟囱之间的解吸管道上也设有烟气挡板阀，该烟气挡板阀与所述催化反应釜上的压力变送器联动控制所述催化反应釜内的压力，所述压力变送器和烟气挡板阀均由PLC控制。

4.根据权利要求1所述的VOCs废气催化燃烧处理系统，其特征在于，所述冷却水喷淋装置包括冷却水喷淋管道，所述冷却水喷淋管道连通有多个喷淋支管，所述喷淋支管安装在所述活性炭箱和所述催化反应釜的上部，所述喷淋支管上均安装有电磁控制阀，所述喷淋支管末端均安装有孔径为0.5~5mm的微孔喷头，所述微孔喷头位于所述活性炭箱和所述催化反应釜内部，所述冷却水喷淋管道的进水口处设有进水控制阀，所述电磁控制阀和所述进水控制阀均与所述活性炭箱以及所述催化反应釜上的温度监控装置通过PLC联动控制。

5.根据权利要求4所述的VOCs废气催化燃烧处理系统，其特征在于，所述喷淋支管外设有金属套管，其安装在所述活性炭箱和所述催化反应釜的壁部，所述金属套管上安装有电动球阀，所述喷淋支管连接有气缸，所述喷淋支管在所述气缸的作用下在所述金属套管内伸缩移动。

6.根据权利要求1所述的VOCs废气催化燃烧处理系统，其特征在于，所述排气烟道上设有旁通管道，所述旁通管道上设有喷淋塔和旁通阀。

7.一种VOCs废气催化燃烧处理方法，其特征在于，利用权利要求1所述VOCs废气催化燃烧处理系统实施，包括以下步骤：

（1）通过所述中央集气管道收集VOCs废气；

（2）所述VOCs废气经所述气水分离器对其中的水分进行分离、再经所述过滤器过滤后，通入所述活性炭箱中进行吸附处理，吸附后的气体在所述第一离心风机的作用下经由所述排气烟道至所述排气烟囱排出；

（3）在所述第二离心风机作用下，通过所述催化反应釜对吸附饱和的所述活性炭进行解吸处理，于温度100~400℃条件下，所述活性炭中吸附的VOCs废气解吸并送入对应的催化反应釜经由催化剂催化氧化处理，处理后的气体经由对应的管道送至所述排气烟囱排出。

8.根据权利要求7所述的VOCs废气催化燃烧处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过所述压力变送器测定所述活性炭箱和所述催化反应釜的内部压力，当超过设定压力0.05~0.5MPa时，进行泄压。

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