CN112709998A - 一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于高浓度有机废气净化处理工艺，属于废气处理技术领域。所述具体方法为对高浓度含甲苯、正己烷、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯废气进行收集，在引风机的作用下，高浓度有机废气依次经过一级换热器、电加热区、一段催化燃烧室、二级换热器、二段催化燃烧室，最后通过排气筒达标排放。本发明利用贵金属催化剂起燃温度低的特点，先将高浓度有机废气部分催化氧化分解，然后利用二级换热器移走氧化反应多余的热量，最后通过二段催化燃烧室大量的普通金属催化剂使废气彻底氧化分解。

Description

一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺
技术领域
本发明涉及一种高浓度有机废气净化处理工艺，具体涉及一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺。
背景技术
随着现代工业的发展，有机溶剂作为一类重要的原料，在化工、医药、防腐剂、制革、纺织、涂料、电子和农药等行业中均有广泛的运用，而这些有机溶剂以碳氢氧化合物为主，由于其具有挥发性，因此在生产使用过程中会产生大量VOCS废气。
鉴于挥发性有机污染物(VOCS)严重污染环境，其治理成为当前国内外环境研究的热点。目前较为成熟的有机废气处理工艺主要有：冷凝法、吸附法、有机溶剂吸收法、生物法、光催化氧化法、UV光解法、直接燃烧法及催化燃烧法等。
针对高浓度挥发性有机污染物(VOCS)，目前工业中常采用燃烧法，而燃烧法又分为直接燃烧、催化燃烧和蓄热燃烧。因为催化燃烧在 250～500℃之间就可以使废气完全氧化分解，这样就可以大大降低运行成本，所以催化燃烧在工业废气治理领域应用的越来越普遍。
目前，常规催化燃烧装置进气浓度需控制字2～3g/m3之间，浓度太低导致需要补充大量的热量，浓度太高则超出了催化燃烧装置正常的工作温度范围，设备有被烧坏的风险。然而实际生产过程中产生的废气浓度往往浓度都超过3g/m3，更多的甚至达到10g/m3以上，因此催化燃烧应用在高浓度废气治理领域就受到限制。
发明内容
本发明主要解决传统催化燃烧装置处理高浓度有机废气效率不高，并且容易引起炉体超温，同时蓄热燃烧法处理高浓度有机废气投资成本过高，为高浓度有机废气处理提供一种技术可行、经济合理、达标可靠的新工艺。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案包括以下五个步骤：
所述步骤一：高浓度有机废气通过收集管道进入催化燃烧装置。废气首先从一级换热器冷侧流入，从一级换热器热侧流出；二段催化燃烧室高温烟气从一级换热器热侧流入，从一级换热器冷侧流出。在此过程中废气的温度升高，达到节能的目的；同时高温烟气温度降低，满足排放标准的要求。
所述步骤二：经过预热后的废气接着进入电加热区。当电加热区热电阻检测到废气温度低于180℃时，连锁电加热区启动，电能通过翅片管式电加热器转化为热能，然后传递给废气使其温度升高到180℃以上；当废气温度高于180℃时，电加热区停止。
所述步骤三：经过电加热区的废气继续进入一段催化燃烧室，通过减少贵金属催化剂的装填量，让部分废气氧化分解。一方面能避免废气完全氧化分解造成一段催化燃烧室温度超温的风险；另一方面由于贵金属催化剂价格较高，减少其装填量也能达到节省投资成本的目的。
上述贵金属催化剂，其特征在于：所述贵金属催化剂以双金属铂、钯作为活性组分，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，并加入多种稀土金属制备而成的高活性贵金属催化剂。
上述贵金属催化剂，其性能在于：起燃温度低、活性较高、使用寿命长、适应性强。
所述步骤四：一段催化燃烧室高温烟气由于温度较高，需要进行降温，因此设置二级换热器对高温烟气进行降温。一段催化燃烧室高温烟气从二级换热器热侧流入，从二级换热器冷侧流出；循环冷却水从二级换热器冷侧流入，从二级换热器热侧流出，通过控制循环冷却水的流量控制烟气温度在250～300℃之间。
所述步骤五：经过降温后的高温烟气继续进入二段催化燃烧室，通过增加普通金属催化剂的装填量，让废气彻底氧化分解，满足达标排放的要求。
上述普通金属催化剂，其特征在于：所述普通金属催化剂以双金属锰、铜为活性组分，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，并加入多种稀土金属制备而成的高活性普通金属催化剂。
上述普通金属催化剂，其性能在于：价格便宜、活性较高、使用寿命长、适应性较强。
与现有技术相比，本技术的优势体现在：
(1)能适用于各种废气工况，特别适用于处理废气浓度在10g/m3以上的高浓度有机废气。
(2)一段催化燃烧区装填的贵金属催化剂较少，可以较大幅度降低催化剂的成本。
(3)二段催化燃烧区装填的普通催化剂较多，可以提高有机废气氧化分解效率。
(4)一段催化燃烧室装有贵金属催化剂，由于其能在180℃较低温度下催化氧化分解有机废气，故刚好可以利用二段燃烧室排出的高温烟气预热高浓度有机废气使其温度达到180℃以上。
(5)二段催化燃烧室装有普通金属催化剂，由于其起燃温度较高，通常在250℃左右，因此刚好可以利用第一段催化燃烧室出口烟气温度直接进行第二段催化燃烧。
(6)由于一段燃烧室出口烟气温度一般在400℃以上，因此可以通过二级换热器产生大量热水供厂区生产使用。
(7)综上所述，本发明提供的一种高浓度有机废气催化燃烧工艺相比较传统的催化燃烧工艺具有安全性能高、投资成本低、运行成本低、去除效率高，适应性能强等不可比拟的优点。
附图说明
图1是本发明一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺装置结构示意图，其中1-催化燃烧装置本体，2-一级换热器，3-电加热区，4-一段催化燃烧室，5-二级换热器，6-二段催化燃烧室。
图2是本发明一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺装置气体流向图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施案例仅是本发明一部分实施例，不是全部实施例，本发明不受实施例的限制。
本发明提供一种高浓度有机废气净化处理工艺，如图1所示，所述方法具体步骤如下：
(1)高浓度有机废气在引风机的作用下，通过废气收集管道进入催化燃烧装置，首先经过一级换热器和二段催化燃烧室出口高温烟气进行热交换，废气温度升高。
(2)预热后的废气经过电加热区，当热电偶检测到废气温度低于 180℃时，电加热启动，对废气进行加热使其温度升高到180℃以上，当废气温度高于180℃时，电加热停止
(3)然后废气进入一段催化燃烧室，利用贵金属催化剂起燃温度低的特点，废气氧化分解为CO2、H2O。通过减少其装填量，使部分废气氧化分解，避免一段催化燃烧区超温。
(4)接着一段催化燃烧高温烟气通过二级换热器，通过和冷却循环水进行热交换，废气温度降低，避免二段催化燃烧室超温，同时冷却循环水温度升高，产生大量热水供厂区使用。
(5)最后废气通过二段催化燃烧室，由于普通金属催化剂价格便宜，通过增加其装填量，使废气完全氧化分解，确保废气达标排放。
(6)高浓度有机废气种类、浓度、风量不同，所选择的翅片板式换热器换热面积、电加热功率、催化剂空速、冷却循环水量、停留时间以及设备尺寸等均存在较大差异。
(7)应当指出，对于废气治理领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可做出若干改进和调整，这些改进和调整也视为本发明的保护范围。
实施例1
某制药企业排放的温度为30℃，风量为2000Nm3/h的高浓度有机废气，主要成分含量如下：甲苯3000ppm、正己烷1200ppm、甲基叔丁基醚180ppm、乙酸乙酯460ppm、甲醇580ppm、乙醇840ppm。
将上述高浓度有机废气通过废气收集管道通入催化燃烧装置，其中一级换热器换热面积为60m2，废气经过一级换热器后温度从30℃升高到 180℃以上；然后废气进入电加热区，电加热区设置60根单支功率为1kW 的翅片管式电加热管，当废气温度低于180℃时，电加热启动，将废气加热使其温度升高到180℃以上；接着废气进入一段催化燃烧室，贵金属催化剂的装填量为0.08m3，催化剂空速控制在25000-h，截面风速控制在 0.8～1.2m/s，有机废气分解，催化燃烧室温度升高到480℃，经取样检测一段催化燃烧室出口废气浓度如下：甲苯632ppm、正己烷481ppm、甲基叔丁基醚92ppm、乙酸乙酯248ppm、甲醇306ppm、乙醇458ppm，经计算有机物去除率均在55％左右；一段催化燃烧室高温烟气经过二级换热器，其中二级换热器换热面积为20m2，采用循环冷却水降温，烟气温度从 480℃降低到250℃，然后进入二段催化燃烧室，普通金属催化剂的装填量为0.25m3，催化剂空速控制在8000-h，截面风速控制在0.8～1.2m/s，有机废气分解，催化燃烧室温度升高到500℃，经取样检测一段催化燃烧室出口废气浓度如下：甲苯13ppm、正己烷10ppm、甲基叔丁基醚2ppm、乙酸乙酯5ppm、甲醇6ppm、乙醇10ppm，经计算有机物去除率均在98％以上。通过两段分段催化燃烧工艺，有机物总的去除率达到99.1％以上。
对比例1
某制药企业排放的温度为30℃，风量为2000Nm3/h的高浓度有机废气，主要成分含量如下：甲苯3000ppm、正己烷1200ppm、甲基叔丁基醚 180ppm、乙酸乙酯460ppm、甲醇580ppm、乙醇840ppm。
将上述高浓度有机废气通过废气收集管道通入催化燃烧装置，其中一级换热器换热面积为60m2，废气经过一级换热器后温度从30℃升高到 180℃以上；然后废气进入电加热区，电加热区设置60根单支功率为1kW 的翅片管式电加热管，当废气温度低于180℃时，电加热启动，将废气加热使其温度升高到180℃以上；接着废气进入催化燃烧室，贵金属催化剂的装填量为0.08m3，普通金属催化剂的装填量为0.25m3，保持催化剂总的装填量不变，催化燃烧室温度达到550℃以上，此时热旁通打开，排出系统中多余的热量，维持系统正常运行，经取样检测催化燃烧室出口废气浓度如下：甲苯840ppm、正己烷609ppm、甲基叔丁基醚126ppm、乙酸乙酯322ppm、甲醇406ppm、乙醇588ppm，经计算有机物去除率均在70％左右。
综上，本发明公开了一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺，通过两段催化燃烧，一段催化燃烧区装填少量贵金属催化剂，利用贵金属催化剂起燃温度较低的特点，达到节省电能的目的；二段催化燃烧区装填普通金属催化剂，增加普通催化剂装填量，达到高效氧化分解废气的目的。同时在一段催化燃烧区和二段催化燃烧区中间增加换热器，带走一段催化燃烧区废气氧化分解释放的过多热量，产生大量热水供厂区使用。一方面可以解决高浓度有机废气完全氧化分解热量过高的风险，另外一方面可以提高废气氧化分解效率，因此该工艺具有较强的创新性。

Claims (9)

1.一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺，包括以下步骤：一、高浓度有机废气先通过一级换热器和二段催化燃烧之后的高温烟气进行热交换，废气温度升高到180℃以上。二、预热后的废气进入电加热区。当废气温度低于180℃时，电加热启动，使其温度升高到180℃以上；当废气温度高于180℃时，电加热停止。三、经过电加热区的废气继续进入一段催化燃烧室，利用贵金属催化剂起燃温度低的特点，通过减少其装填量，废气部分发生氧化分解，温度升高到400～500℃。四、一段催化燃烧之后的高温烟气经过二级换热器，和冷却水进行热交换，温度降低到250～300℃。五、经过降温后的烟气进入二段催化燃烧室，利用普通金属催化剂价格较低的特点，通过增加其装填量，使废气完全氧化分解。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺，其特征在于所述步骤一中的高浓度有机废气主要为含甲苯、正己烷、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、甲醇、乙醇等有机废气。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺，其特征在于：所述步骤一中的换热器选用翅片板式换热器，材质为SUS304，热源为二段催化燃烧室出口高温烟气，冷源为高浓度有机废气。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺，其特征在于：所述步骤二中的电加热区，其特征在于：所述电加热装置为翅片管式电加热器，材质为316L，呈矩阵型均布排列。
5.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺，其特征在于：所述步骤三中的一段催化燃烧室所用的催化剂为贵金属催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺，其特征在于：所述步骤四中的二级换热器选用翅片板式换热器，材质为SUS304，热源为一段催化燃烧室出口高温烟气，冷源为冷却水。
7.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废气分段催化燃烧工艺，其特征在于：所述步骤五中的二段催化燃烧室所用的催化剂为普通金属催化剂。
8.根据权利要求5所述的贵金属催化剂，其特征在于：所述贵金属催化剂以双金属铂、钯作为活性组分，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，并加入多种稀土金属制备而成的高活性贵金属催化剂。
9.根据权利要求7所述的普通催化剂，其特征在于：所述普通金属催化剂以双金属锰、铜为活性组分，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，并加入多种稀土金属制备而成的高活性普通金属催化剂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114307894A (zh) * 2021-10-08 2022-04-12 河北天龙环保科技有限公司 一种基于催化剂的高温蓄热催化氧化系统

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