CN111457402A - 一种有机废气蓄热催化氧化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机废气蓄热催化氧化装置，适用于低浓度、大风量的有机废气治理。有机废气经预处理后，经风机加压进入蓄热室，蓄热室内装填蓄热体，废气在蓄热室被加热后进入氧化室，再利用氧化室内的反应组件，反应组件由规整催化剂和电加热管相间排列组成。废气中的有机组分在催化剂表面完成氧化反应，电加热管用于提供热量，催化组件框架在反应室中间，其水平截面积与中间蓄热室相同，高度与反应室相同，使得进入反应室的气体无论来自哪个蓄热室都必须经过反应模块，最大程度减少催化剂装填量。该装置能在最大可能节约催化剂的前提下，保证排放达标。

Description

一种有机废气蓄热催化氧化装置

技术领域

本发明属于有机废气治理技术领域，特别涉及一种有机废气蓄热催化氧化装置。

背景技术

迄今为止，在工业上已获得成功应用的有机废气净化方法主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法、生物法、低温等离子法、光催化氧化法和燃烧法。就燃烧法而言，可分为直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。废气中VOCs的燃烧也产生热量，就热量的回收方法（或废气的预热方法）而论，又可分为蓄热式热力燃烧（Regenerative Thermal Incineration）和带间壁式换热器的热力燃烧（Recuperative Thermal Incineration），前者所用的装置即为RTO。在上述各种处理有机废气的方法中，目前应用最多的是蓄热式热力燃烧法和蓄热式催化燃烧法，即用蓄热式热力氧化器或蓄热式催化氧化器（缩写RTO和RCO）来处理VOC废气。

20世纪70年代初（约1972年），由美国Hamon Research-Cottrell公司第一次将RTO引入市场。之后，随着各个国家对VOCs排放控制的日趋严格，到20世纪90年代，RTO装置在欧美国家已经非常普遍地应用于VOCs的净化处理。

RTO和RCO技术的优点：

1）几乎可以处理所有含有机物的废气；

2）可以处理风量大、浓度低的有机废气；

3）操作弹性大（20%～120%）；

4）在合适的废气浓度条件下，无需添加辅助燃料而实现自供热操作；

5）有机沉积物可周期性的清除，蓄热体可更换；

6）装置使用寿命较长；

7）在所有热力燃烧净化法中热效率最高（三室＞99%，两室95%～98%）；

8）RTO装置系统总压力损失一般＜3000Pa。

RTO和RCO的缺点：

1）装置重量大（因为采用陶瓷蓄热体）；

2）装置容积大（因此大型装置只能放在室外）；

3）尽可能连续操作（重新开工花费较长的升温时间）；

4）投资费用相对较高。

针对RCO装置由于涉及贵金属催化剂和过渡金属催化剂，催化剂成本高，造成RCO装置造成较高。RCO用的催化剂主要分为贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、氧化型催化剂和稀土型复合氧化物催化剂，应用最广泛、效果最好的是贵金属催化剂。

传统的RCO装置，在每个蓄热式分别布置一定量的催化剂层。在RTO中，当燃烧气体离开热的蓄热体之前，VOCs基本上已完全分解。但是，在RCO情况下，VOCs的氧化反应发生在两个蓄热体床层的顶部，即传统的催化剂布置的位置，也就是说VOCs在燃烧室中还没有达到充分氧化，还要进入第二个催化剂床层才完全转化如何设计合适的RCO结构，用最少的催化剂装填量获取最大的催化效果，成了摆在科研工作者面前的一个难题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种有机废气蓄热催化氧化装置，利用在氧化室内设置催化剂和电加热管相间排列的催化组件的方式，减少催化剂装填量，保证催化氧化完全，整套装置不仅能处理大流量、低浓度的有机废气，并且能在最大可能节约催化剂的前提下，保证排放达标。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种有机废气蓄热催化氧化装置，包括有机废气管、预处理器、风机、蓄热催化氧化装置、排放筒和PLC控制系统，所述蓄热催化氧化装置包括蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C和氧化室，其中有机废气管、预处理器和风机通过管道依次链接，有机废气管与预处理器之间的管道上有进口开关阀，所述风机通过管道分别与蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C连接，且对应的管道上分别设有进气阀A、进气阀B和进气阀C；蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C分别通过管道与排放筒连接，且对应的管道上分别设有排气阀A、排气阀B和排气阀C；蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C通过管道分别与吹扫阀连接，吹扫阀再通过管道连接至预处理器与风机之间的管道上，蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C与吹扫阀连接的管道上分别装有吹扫阀A、吹扫阀B和吹扫阀C；所述蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C的结构相同，室内均安装有蓄热体A、蓄热体B和蓄热体C，所述氧化室位于蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C上，所述氧化室的正中间，且对应蓄热室B的位置上方设有催化组件框架，所述催化组件框架与氧化室等高，与蓄热室B等宽度，所述催化组件框架内含依次相间排列的催化剂和电加热管,所述PLC控制系统控制进口开关阀、进气阀A、进气阀B、进气阀C、排气阀A、排气阀B、排气阀C、吹扫阀、吹扫阀A、吹扫阀B、吹扫阀C的开启或闭合，控制蓄热体A、蓄热室B和蓄热室C以及电加热管的加热。

作为改进的是，当有机废气管输入的废气中固体灰尘比例大时，所述预处理器中设置除尘布袋。

作为改进的是，当有机废气管输入的废气中水雾量大时，所述预处理器中设置除雾丝网。

作为改进的是，排气阀A、排气阀B和排气阀C所在的管道比吹扫阀A、吹扫阀B和吹扫阀C所在的管道的口径大。

作为改进的是，所述催化剂为贵金属催化剂。

所述预处理器，用于对有机废气进行预处理，除去废气中的灰尘、水雾等可能对蓄热催化氧化装置的正常运行产生不利影响的杂质；

所述风机，用于给需要处理的有机气体提供动力；

所述蓄热催化氧化装置，是处理有机废气的主要场所，它包括三个蓄热室和一个氧化室，蓄热室内装填有蓄热体，可以是规整蓄热体，也可以是散堆蓄热体，氧化室内装填有催化组件；

所述催化组件，是有机废气中可燃组分进行催化氧化的场所，它包括组件框架、催化剂和电加热管，框架用于固定催化剂和电加热管，催化剂可以是规整催化剂，也可以是经一体装填的颗粒催化剂，每层电加热管与催化剂层依次相间排列，用于提供热量。催化组件安装在氧化室内，中间蓄热室的正上方，其水平截面积与单个蓄热室的面积一致，其纵向截面积与氧化室面积一致。传统的布置方式，催化组件布置在每个蓄热室的上部，每个蓄热室都布置催化组件。这样一来造成两个问题：1）系统阻力增大，因为增加了催化层压降；2）装置造价增大，因为催化剂一般采用贵金属催化剂，造价极高。就实际运行而言，三个蓄热室，一个处于放热操作，一个处于蓄热操作，一个处于吹扫操作，处于吹扫操作的蓄热室是不具有废气处理功能的，其催化剂此时是闲置的，相当于比本方案多用了50%的催化剂。

所述排放筒，用于将处理后的有机废气排入大气。

所述控制阀门，安装在不同的工艺管道上，用于控制各气路的开启和关闭，从而实现各工艺功能。

所述PLC控制系统，用于按程序设定控制各控制阀门的开启和关闭。

有益效果：

与现有技术相比，本发明一种有机废气蓄热催化氧化装置的优势如下：

在有机废气蓄热催化氧化装置内，同时设置了预处理器、风机、蓄热催化氧化装置、排气筒和各种阀门。催化组件安装在氧化室内，中间蓄热室的正上方，其水平截面积与蓄热式面积一致，其纵向截面积与反应室面积一致。即本装置利用一台催化组件，通过改变催化剂（催化组件）的布置方式，极大节约了催化剂用量，降低了系统压降（压降即功耗），实现有机废气的集中催化氧化，在保证催化氧化效果的同时，显著减小催化剂的装填量，保证排放气达到毫克级的排放指标。

附图说明

图1为本发明一种有机废气蓄热催化氧化装置的结构示意图；

图2为本发明蓄热催化氧化装置纵向截面结构图；

图3为本发明蓄热催化氧化装置横向截面结构图；

图4为本发明催化组件框架的结构图，催化组件纵向截面与氧化室17面积相等，横向截面与蓄热室B15面积相等，布置在蓄热室B15正上方的氧化室17中；

其中，1-进口开关阀、2-预处理器、3-风机、4-进气阀A、5-进气阀B、6-进气阀C、7-排气阀A、8-排气阀B、9-排气阀C、10-吹扫阀A、11-吹扫阀B、12-吹扫阀C、13-吹扫阀、14-蓄热室A、15-蓄热室B、16-蓄热室C、17-氧化室、18-蓄热体A、19-蓄热体B、20-蓄热体C、21-催化组件框架、22-催化剂、23-电加热管、24-排放筒，25-有机废气管。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明技术方案及其运行方式做进一步详细说明。

一种有机废气蓄热催化氧化装置，本发明与有机废气收集管道连接，有机废气经进口开关阀1进入有机废气处理装置后，先在预处理器2进行预处理，如果有机废气中固体灰尘较多，为了避免灰尘进入蓄热体或催化剂，可在预处理器2中设置除尘布袋，除去绝大部分的固体灰尘， 使得进入蓄热催化氧化装置的有机废气含尘量降低到10mg/m³以下，如果有机废气中水雾较多，为了避免水雾影响燃烧（氧化）过程的进行，可在预处理器2中设置除雾丝网，滤除绝大部分的小水滴（水雾）。

经预处理器2预处理除雾除尘后的有机废气经风机3加压，去蓄热催化氧化装置。蓄热催化氧化装置分蓄热室A/B/C和氧化室，蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C分别依次进行进入、排出、吹扫三项操作，当有机废气进入蓄热室时，蓄热室内蓄热体是经过加热的，有机废气在该蓄热室内进行加热，当有机废气排出蓄热室时，蓄热室内蓄热体被进行过催化氧化的热的有机废气加热（蓄热），当有机废气吹扫蓄热室时，部分经过催化氧化的热的有机废气对蓄热室进行吹扫（净化）。蓄热室A、蓄热室B和蓄热室C操作程序简要表示如下：

循环一进行时，经风机3加压后的有机废气进入蓄热催化氧化装置，此时进气阀A 4开启，进气阀B 5关闭，进气阀C 6关闭，排气阀A 7关闭，排气阀B 8开启，排气阀C 9关闭，吹扫阀A 10关闭，吹扫阀B 11关闭，吹扫阀C 12开启。有机废气经进气阀A 4进入蓄热室A 14，蓄热室A 14内的蓄热体A 18在此之前已被预热，有机废气在蓄热室A 4内被蓄热体A 18加热，离开蓄热体A 18 和蓄热室A 4的有机废气已接近催化氧化温度或达到催化氧化温度，蓄热室A 4内蓄热体A 18则温度下降。有机废气离开蓄热室A 14进入氧化室17，氧化室17内布置有催化组件，催化组件内含催化剂22和电加热管23，催化剂22和电加热管23被催化组件框架固定在氧化室17正中，有机废气进入氧化室17后，在压力的作用下必然流向催化组件中催化剂22，

如此时有机废气达到催化氧化反应温度，则有机废气中的可燃组分在催化剂22表面完成催化氧化反应，生成CO₂和H₂O；

如此时有机废气达不到催化氧化反应温度，则电加热管自动开启加热功能，使之达到催化氧化反应温度，并在催化剂22表面完成催化氧化反应，生成CO₂和H₂O。

催化氧化反应进行时，放出热量，有机废气的温度进一步升高。由于排气阀B 8和吹扫阀C 12已经开启，且排气阀B 8所在工艺管道远比吹扫阀C 12所在工艺管道口径大，在压力的作用下，绝大部分的催化氧化完成后的有机废气必然经过蓄热室B 15、蓄热室B 15内装填的蓄热体B 19和排气阀B 8排出蓄热催化氧化装置，此时，高温的有机废气将热量传递给蓄热体B 19，蓄热体B 19温度升高，有机废气温度降低，降低温度后的有机废气经排放筒24排向大气。少部分的催化氧化完成后的有机废气经过蓄热室C 16、蓄热室C 16内装填的蓄热体C 20和吹扫阀C 12排出蓄热催化氧化装置，在该过程中，蓄热体C 20内的杂质和灰尘被有机废气吹扫带出蓄热体，该部分离开蓄热催化氧化装置的有机废气经吹扫阀13流向风机3入口，进行下一个循环二。

循环二进行时，经风机3加压后的有机废气进入蓄热催化氧化装置，此时进气阀A4关闭，进气阀B 5开启，进气阀C 6关闭，排气阀A 7关闭，排气阀B 8关闭，排气阀C 9开启，吹扫阀A 10开启，吹扫阀B 11关闭，吹扫阀C 12关闭。有机废气经进气阀B 5进入蓄热室B15，蓄热室B 15内的蓄热体B19在此之前已被高温有机废气加热，此时有机废气在蓄热室B15内被蓄热体B 19加热，离开蓄热体B 19和蓄热室B 15的有机废气已接近催化氧化温度或达到催化氧化温度，蓄热室B 15内蓄热体B 19则温度下降。有机废气离开蓄热室B 15进入氧化室 17，氧化室17内布置有催化组件，催化组件内含催化剂22和电加热管23，催化剂22和电加热管23被催化组件框架固定在氧化室17正中，有机废气进入氧化室17后，在压力的作用下必然流向催化组件中催化剂22，如此时有机废气达到催化氧化反应温度，则有机废气中的可燃组分在催化剂22表面完成催化氧化反应，生成CO₂和H₂O，如此时有机废气达不到催化氧化反应温度，则电加热管自动开启加热功能，使之达到催化氧化反应温度，并在催化剂22表面完成催化氧化反应，生成CO₂和H₂O。催化氧化反应进行时，放出热量，有机废气的温度进一步升高。由于排气阀C 9和吹扫阀A 10已经开启，且排气阀C 9所在工艺管道远比吹扫阀A 10所在工艺管道口径大，在压力的作用下，绝大部分的催化氧化完成后的有机废气必然经过蓄热室C 16、蓄热室C 16内装填的蓄热体C 20和排气阀C 9排出蓄热催化氧化装置，此时，高温的有机废气将热量传递给蓄热体C 20，蓄热体C 20温度升高，有机废气温度降低，降低温度后的有机废气经排放筒24排向大气。少部分的催化氧化完成后的有机废气经过蓄热室A 14、蓄热室A 14内装填的蓄热体A18和吹扫阀A10排出蓄热催化氧化装置，在该过程中，蓄热体A 18内的杂质和灰尘被有机废气吹扫带出蓄热体，该部分离开蓄热催化氧化装置的有机废气经吹扫阀13流向风机3入口，进行下一个循环三。

循环三进行时，经风机3加压后的有机废气进入蓄热催化氧化装置，此时进气阀A4关闭，进气阀B5关闭，进气阀C6开启，排气阀A7开启，排气阀B 8关闭，排气阀C9关闭，吹扫阀A10关闭，吹扫阀B11开启，吹扫阀C12关闭。有机废气经进气阀C6进入蓄热室C16，蓄热室C16内的蓄热体C20在此之前已被高温有机废气加热，此时有机废气在蓄热室C16内被蓄热体C20加热，离开蓄热体C20和蓄热室C16的有机废气已接近催化氧化温度或达到催化氧化温度，蓄热室C16内蓄热体C20则温度下降。有机废气离开蓄热室C16进入氧化室17，氧化室17内布置有催化组件，催化组件内含催化剂22和电加热管23，催化剂22和电加热管23被催化组件框架固定在氧化室17正中，有机废气进入氧化室17后，在压力的作用下必然流向催化组件中催化剂22，如此时有机废气达到催化氧化反应温度，则有机废气中的可燃组分在催化剂22表面完成催化氧化反应，生成CO₂和H₂O，如此时有机废气达不到催化氧化反应温度，则电加热管23自动开启加热功能，使之达到催化氧化反应温度，并在催化剂22表面完成催化氧化反应，生成CO₂和H₂O。催化氧化反应进行时，放出热量，有机废气的温度进一步升高。由于排气阀A7和吹扫阀B11已经开启，且排气阀A7所在工艺管道远比吹扫阀B11所在工艺管道口径大，在压力的作用下，绝大部分的催化氧化完成后的有机废气必然经过蓄热室A14、蓄热室A14内装填的蓄热体A18和排气阀A7排出蓄热催化氧化装置，此时，高温的有机废气将热量传递给蓄热体A18，蓄热体A18温度升高，有机废气温度降低，降低温度后的有机废气经排放筒24排向大气。少部分的催化氧化完成后的有机废气经过蓄热室B15、蓄热室B15内装填的蓄热体B19和吹扫阀B11排出蓄热催化氧化装置，在该过程中，蓄热体B19内的杂质和灰尘被有机废气吹扫带出蓄热体，该部分离开蓄热催化氧化装置的有机废气经吹扫阀13流向风机3入口，进行下一个循环一。

循环一、循环二、循环三依次往复运行。由于催化组件纵向截面与氧化室17面积相等，横向截面与蓄热室B15面积相等，布置在蓄热室B15正上方的氧化室17正中。无论进行循环一、循环二，还是循环三，经加热的有机废气都必然经过催化组件内的催化剂22，并在催化剂2表面完成催化氧化反应，将可燃组分（有机组分）氧化成CO₂和H₂O，实现有机废气的清洁化处理。一般来讲，当有机废气中可燃组分（有机组分）的浓度高于2～3g/Nm³时，催化氧化反应放出的热量可以维持下一个循环反应所需的热量。由于高温有机废气和蓄热体的换热效率不可能达到100%，且装备本身有散热，当催化氧化反应放出的热量不足以维持下一个循环反应所需的热量时，需要开启电加热管23，对有机废气进行补热，使其达到催化氧化反应所需的温度，完成催化氧化反应，实现有机废气清洁化处理。

催化组件内，每层电加热管与催化剂层依次相间排列装置内另设置可编程控制系统（PLC），所有机泵电机、自动阀的开启、关闭状态等信号、均传输至PLC，在PLC内编制各阀门开启和关闭逻辑控制程序。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种有机废气蓄热催化氧化装置，其特征在于，包括有机废气管（25）、预处理器（2）、风机（3）、蓄热催化氧化装置、排放筒（24）和PLC控制系统，所述蓄热催化氧化装置包括蓄热室A（14）、蓄热室B（15）和蓄热室C（16）和氧化室（17），其中有机废气管（25）、预处理器（2）和风机（3）通过管道依次链接，有机废气管（25）与预处理器（2）之间的管道上有进口开关阀（1），所述风机（3）通过管道分别与蓄热室A（14）、蓄热室B（15）和蓄热室C（16）连接，且对应的管道上分别设有进气阀A（4）、进气阀B（5）和进气阀C（6）；蓄热室A（14）、蓄热室B（15）和蓄热室C（16）分别通过管道与排放筒（24）连接，且对应的管道上分别设有排气阀A（7）、排气阀B（8）和排气阀C（9）；蓄热室A（14）、蓄热室B（15）和蓄热室C（16）通过管道分别与吹扫阀（13）连接，吹扫阀（13）再通过管道连接至预处理器（2）与风机（3）之间的管道上，蓄热室A（14）、蓄热室B（15）和蓄热室C（16）与吹扫阀（13）连接的管道上分别装有吹扫阀A（10）、吹扫阀B（11）和吹扫阀C（12）；所述蓄热室A（14）、蓄热室B（15）和蓄热室C（16）的结构相同，室内均安装有蓄热体A（18）、蓄热体B（19）和蓄热体C（20），所述氧化室（17）位于蓄热室A（14）、蓄热室B（15）和蓄热室C（16）上，所述氧化室（17）的正中间，且对应蓄热室B（15）的位置上方设有催化组件框架（21），所述催化组件框架（21）与氧化室（17）等高，与蓄热室B（15）等宽度，所述催化组件框架（21）内含依次相间排列的催化剂（22）和电加热管（23）,所述PLC控制系统控制进口开关阀（1）、进气阀A（4）、进气阀B（5）、进气阀C（6）、排气阀A（7）、排气阀B（8）、排气阀C（9）、吹扫阀（13）、吹扫阀A（10）、吹扫阀B（11）、吹扫阀C（12）的开启或闭合，控制蓄热体A（14）、蓄热室B（15）和蓄热室C（16）以及电加热管（23）的加热。

2.根据权利要求1所述的一种有机废气蓄热催化氧化装置，其特征在于，当有机废气管（25）输入的废气中固体灰尘大于10mg/m³时，所述预处理器（2）中设置除尘布袋。

3.根据权利要求1所述的一种有机废气蓄热催化氧化装置，其特征在于，当有机废气管（25）输入的废气中水雾量大于10%时，所述预处理器（2）中设置除雾丝网。

4.根据权利要求1所述的一种有机废气蓄热催化氧化装置，其特征在于，排气阀A（7）、排气阀B（8）和排气阀C（9）所在的管道比吹扫阀A（10）、吹扫阀B（11）和吹扫阀C（12）所在的管道的口径大。

5.根据权利要求1所述的一种有机废气蓄热催化氧化装置，其特征在于，所述催化剂为贵金属催化剂。

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