CN112844038A - 废气处理系统和废气处理方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种废气处理系统和废气处理方法，所述废气处理系统包括：换热器，该换热器的第一气体入口与废气源流体相通，该换热器的第一气体出口与电加热器的气体输入端流体相通；挥发性有机物催化反应器，该挥发性有机物催化反应器的一端与所述电加热器流体相通，另一端与余热锅炉流体相通，余热锅炉的另一端与所述换热器的第二气体入口流体相通；甲醛反应器，气体输入端与所述换热器的第二气体出口流体相连，气体输出端与大气相连。

Description

废气处理系统和废气处理方法
技术领域
本发明涉及一种废气处理系统，该系统尤其适合处理含有低浓度甲醛的大风量废气，不仅使得经处理的废气能满足环保要求，而且整个处理过程节能环保。本发明还涉及采用所述废气处理系统处理废气的方法。
背景技术
甲醛是一种重要的化学物质，广泛应用于建筑和装饰材料的生产，它亦是一种生产过程中的副产品，如生产化学产品、电子产品和医疗产品时产生的工业废气中都含有甲醛。甲醛化学性质活泼，是一种致癌物，直接排放到大气会对环境和人类造成严重的危害。目前国家标准对大气污染物中非甲烷总烃排放限值为120mg/m3，而对甲醛的排放限值仅为5mg/m3。
目前最常用的处理含挥发性有机物(VOCs)的工业废气(烟气)处理方法是催化氧化。催化氧化处理废气中的VOCs是指在催化剂存在的条件下，以空气中的氧为氧化剂，将有机物转化为二氧化碳(CO2)和水(H2O)，这种方法是目前最有效、最经济环保的净化废气的方法。但是如果VOCs催化氧化反应不充分则该反应本身可能会产生甲醛。换言之，即便通过催化氧化能够使烟气达到关于非甲烷总烃的排放标准，但往往经处理的烟气中甲醛含量可能会超过标准限值，因此，净化烟气中低浓度甲醛的进一步净化存在明显的必要性。
在工业上，尽管将经处理的废气满足排放标准视为第一要务，但是运行成本也是重要的指标。在废气处理过程中需要考虑的因素包括甲醛去除效率、催化剂使用寿命、操作简便程度和生产成本。
因此，需要提供一种废气处理系统，尤其是大风量废气中低浓度甲醛的净化系统。要求该系统不仅可以提高甲醛去除效率，而且具有催化剂使用寿命长、操作简便、通用性强、生产成本低等优点。
还需要提供一种废气处理方法，要求这种方法不仅可以提高甲醛去除效率，而且具有催化剂使用寿命长、操作简便、通用性强、生产成本低等优点。
发明内容
本发明的一个发明目的是提供一种废气处理系统，尤其是大风量废气中低浓度甲醛的净化系统，该系统不仅可以提高甲醛去除效率，而且具有催化剂使用寿命长、操作简便、通用性强、生产成本低等优点。本发明的另一个发明目的是提供一种使用所述系统处理工业废气的方法，这种方法不仅可以提高甲醛去除效率，而且具有催化剂使用寿命长、操作简便、通用性强、生产成本低等优点。。
因此，本发明的一个方面涉及一种废气处理系统，包括：
板式换热器1，该换热器的第一气体入口与废气源流体相通，该换热器的第一气体出口与电加热器2的气体入口端流体相通；
挥发性有机物催化氧化反应器3，该反应器的气体入口端与所述电加热器2的气体出口端流体相通，其气体出口端与余热锅炉6的气体入口端流体相通，余热锅炉6的气体出口端与所述换热器的第二气体入口流体相通；
甲醛反应器7，其气体入口端与所述换热器的第二气体出口流体相连，其气体出口端与大气相连。
本发明的另一方面涉及一种废气的处理方法，包括如下步骤：
将废气经换热器换热后进入电加热器加热至200-300℃，送入挥发性有机物催化氧化反应器进行催化氧化反应；
反应物料经余热锅炉换热后进入所述换热器与所述废气进一步换热后进入甲醛反应器反应。
附图说明
图1是本发明一个实例的废气处理系统的示意图。
图中附图标记：1、板式换热器；2、电加热器；3、挥发性有机物(VOCs)催化氧化反应器；4、蒸汽过热器1#；5、蒸汽过热器2#；6、余热锅炉；7、甲醛反应器；8、排气筒；9、空气过滤器；10、空气鼓风机1#；11、空气鼓风机2#；12、循环鼓风机
具体实施方式
本发明废气处理系统适合处理反应物浓度较低(例如约为3-20mg/m3)，停留时间较短(例如约为0.05-0.15s)，废气风量较大(例如约为8000-100000m3/h)的废气，它主要包括VOCs催化氧化系统、热量回收系统、甲醛催化氧化系统。
催化氧化系统包括换热器(例如板式换热器)、电加热器和VOCs催化氧化反应器。它还可任选地包括空气过滤器和空气鼓风机。
所述催化氧化系统主要对废气中多组分高浓度VOCs进行催化氧化处理。考虑到催化反应的有效起燃，所述挥发性有机物催化氧化反应器入口温度通常控制在200～300℃，较好控制在220-280℃，更好控制在240-260℃。考虑到催化反应的转化率和催化剂使用寿命，所述挥发性有机物催化氧化反应器出口温度通常控制在500～600℃，较好控制在520-580℃，更好控制在540-560℃。
热量回收系统包括余热锅炉和所述换热器(例如板式换热器)。它还可任选地包括蒸汽过热器和循环鼓风机。
所述热量回收系统主要考虑因素为：从VOCs催化氧化反应器排出的烟气温度较高(约500～600℃)，利用不同介质对该热量进行回收，以此提高系统热量利用率。另外，经甲醛氧化后排空的气体也含有一定的热量(甲醛反应器的出口温度约为150-250℃)，需要酌情回收利用以降低能耗。
甲醛催化氧化系统包括甲醛催化反应器和任选的排气筒。
所述甲醛催化氧化系统对烟气中低浓度甲醛进行低温催化氧化处理，反应温度控制为150～250℃，较好控制在180-240℃，更好控制在200-220℃。所述甲醛催化氧化系统的压降不宜过高，一般控制在1～3kPa，较好控制在1.2-2.8kPa，更好控制在1.5-2.5kPa。
适用于本发明废气处理系统的VOCs催化氧化催化剂和甲醛净化催化剂无特别的限制，可以是本领域常规的贵金属氧化催化剂。在本发明的一个实例中，它们皆为常规的贵金属负载型催化剂。
本发明专利的有益效果是：
(1)该系统分别包含挥发性有机物催化氧化系统和甲醛催化氧化系统，分段式处理能有效地对多组分VOCs和甲醛进行催化净化处理，不仅可以使排入大气的烟气同时满足国家标准对非甲烷总烃和甲醛的排放限值，还可以延长VOCs催化剂的使用寿命，降低生产成本；
(2)合理的设置热量回收系统，提高了整个系统的热量利用效率。
下面结合附图更详细地说明本发明。
如图1所示，本发明废气处理系统包括换热器1，该换热器可以是例如板式换热器，它分别具有两组气体出入口以便两组气体相互换热。换热器1的第一气体入口与废气源(图中未表示)流体相通，该换热器的第一气体出口与电加热器2的气体入口流体相通。
在本发明的一个实例中，由所述废气源输出的废气的温度一般在50-70℃。
在本发明的一个实例中，为提高催化氧化的效率，向所述废气中掺入部分空气作为氧化物。向待处理的废气中掺入空气的方法无特别的限制，可以是本领域已知的常规方法。
在本发明的一个实例中，通过气压泵(图中未表示)向输送待处理废气的管道中加入空气作为氧化物。在本发明的一个实例中，采用气体过滤器9对掺入的空气进行过滤，随后将其与待处理的废气相混合。在本发明的一个实例中，所述换热器第一气体入口与所述废气源之间，本发明系统将经气体过滤器9过滤的空气掺入待处理的废气。在本发明的另一个实例中，所述气体过滤器9通过管道与所述换热器1的第一气体入口流体相连。
为增加系统中输入空气的压力，在本发明的一个实例中，在所述气体过滤器9的气体出口处放置(或串联)有空气鼓风机。如果所述空气鼓风机多于一个的话，则多个空气鼓风机相互并联，随后并联的多个空气鼓风机整体串联在系统回路中，例如两个相互并联的鼓风机10和鼓风机11，所述鼓风机的一端与气体过滤器9流体相连，另一端与待处理的废气输送管道或者与所述换热器1的第一气体入口流体相连，以便更有效地将作为氧化剂的空气掺入待处理的废气。
经换热器1换热后的废气被送入电加热器2加热，以便将送入VOC催化氧化反应器3的入口废气温度保持在200-300℃，提高催化氧化反应的效率。
VOC催化氧化反应器3的气体输入端与所述电加热器2的气体输出端流体相通，其气体出口端与余热锅炉6的气体入口端流体相通。
为更好地控制经VOC催化氧化反应器催化氧化后废气的温度并更好地回收热量，在本发明的一个实例中，在所述VOC催化氧化反应器3的气体出口端与所述余热锅炉6的气体入口端之间，本发明废气处理系统还包括(例如串联)一个或多个蒸汽过热器，例如两个串联的蒸汽过热器4和蒸汽过热器5，以便降低进入余热锅炉的废气温度，同时回收热量。
在本发明的一个实例中，在所述VOC催化氧化反应器3的气体出口端与所述余热锅炉6的气体入口端之间，本发明废气处理系统串联有两个互相串联的蒸汽过热器，此时VOC催化氧化反应器3的气体出口温度为500-600℃，第一蒸汽过热器的气体出口温度为450-520℃，第二蒸汽过热器的气体出口温度为400-470℃，余热锅炉的气体出口温度为300-350℃。
本发明余热锅炉6的气体输入端与所述VOC催化氧化反应器3的气体输出端流体相连，或者通过蒸汽过热器与所述VOC催化氧化反应器3的气体输出端流体相连；其气体输出端与所述换热器1的第二气体入口流体相通。所述换热器1的第二气体出口与甲醛反应器7的气体入口流体相连。所述甲醛反应器7的气体出口端与大气相连，以便排放经处理的气体。在本发明的一个实例中，为提高排放效率，所述甲醛反应器7通过排气筒8与大气相连。
在本发明的一个实例中，为充分利用最终经处理气体所含的热量，本发明系统还包括鼓风机12，其气体输入端与甲醛反应器7的气体出口相连，其气体输出端与换热器1的第一气体入口或者与待处理废气的输送管道流体相连，以便将部分经最终处理的气体(温度约150-250℃)的余热传输给原始输入的待处理的废气。
使用时，含有非甲烷总烃浓度为3000～6000mg/m3的低温废气同外界空气混合后进入板式换热器1，其中外界空气经过空气过滤器9后由空气鼓风机10和空气鼓风机11进入挥发性有机物催化氧化系统。上述低温废气与空气的混合气经过与高温烟气(即VOCs催化氧化反应器输出的经换热锅炉换热处理的烟气)换热(即板式换热器1)并经电加热(即电加热器2)达到合适的入口温度后进入挥发性有机物催化氧化反应器3，该反应器3的气体入口温度一般控制为200～300℃，反应器内装载贵金属负载型催化剂，其空速为20000～30000h-1，同时可以在催化剂床层出口位置合理地布置4个温度计进行温度监测，该反应器3的气体出口温度控制为500～600℃。经过催化氧化反应后气体中挥发性有机物含量较低，其非甲烷总烃含量为10～50mg/m3，其甲醛浓度约为5～10mg/m3。
温度为500～600℃的高温烟气依序进入蒸汽过热器4(出口温度约为450-520℃)、蒸汽过热器5(出口温度约为400-470℃)、余热锅炉6(出口温度约为300-350℃)和板式换热器1后降温到200～250℃，此热量回收系统的介质包括不同压力的蒸汽(即蒸汽过热器中的蒸汽)、锅炉水(即余热锅炉6的锅炉水)和低温废气(即来自废气源的废气(温度为50-70℃)与掺入的空气的混合气体)，蒸汽温度为200～250℃，锅炉水温度为100～130℃，低温废气的温度为50～70℃。
含有低浓度甲醛的所述高温烟气进入甲醛反应器7，所述甲醛反应器内装载常规的贵金属负载型催化剂，在催化剂床层出口位置可以合理地布置4个温度计进行温度监测，将甲醛反应器的气体出口温度控制为150～250℃。催化床层厚度为100～150mm，床层压降为1～3kPa，床层进出口分别设置压力计。
所述高温烟气在所述甲醛反应器中脱甲醛后，烟气中甲醛的量降至1-5mg/m3，该烟气的一部分由排气筒8排入大气环境中，另一部分经由循环鼓风机12送至换热器1的第一气体入口或者待处理废气的输送管道进行热交换，以回收利用其所含的热量。
本发明废气处理系统先对废气进行催化氧化处理，降低非甲烷总烃的含量，使之满足排放要求，随后对废气中原有的甲醛和/或在所述催化氧化过程中可能产生的甲醛专门进行催化氧化处理，从而使排放的废气能够不仅满足对非甲烷总烃浓度的要求，还能满足对甲醛排放的要求。另外，本发明系统充分利用废气处理过程中的余热，在处理废气的同时进一步降低能耗。

Claims (10)

1.一种废气处理系统，包括：
换热器，该换热器的第一气体入口与废气源流体相通，该换热器的第一气体出口与电加热器的气体输入端流体相通；
挥发性有机物催化氧化反应器，该挥发性有机物催化氧化反应器的气体输入端与所述电加热器的气体输出端流体相通，其气体输出端与余热锅炉的气体输入端流体相通，余热锅炉的气体输出端与所述换热器的第二气体入口流体相通；
甲醛反应器，其气体输入端与所述换热器的第二气体出口流体相连，其气体输出端与大气相连。
2.如权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于还包括空气过滤器，其气体输入端与大气相连，其气体输出端与所述换热器的第一气体入口流体相通。
3.如权利要求2所述的废气处理系统，其特征在于所述空气过滤器与所述换热器的第一气体入口之间还包括串接在所述空气过滤器与所述换热器的第一气体入口之间的一个或多个鼓风机，多个鼓风机相互并联。
4.如权利要求1-3中任一项所述的废气处理系统，其特征在于所述挥发性有机物催化氧化反应器与余热锅炉之间还包括串接的一个或多个蒸汽过热器，多个蒸汽过热器相互串联。
5.如权利要求1-3中任一项所述的废气处理系统，其特征在于所述甲醛反应器的气体输出端通过排气筒与大气相连。
6.如权利要求1-3中任一项所述的废气处理系统，其特征在于所述甲醛反应器的气体输出端同时与排气筒和循环鼓风机流体相连，所述循环鼓风机与所述换热器的第一气体入口流体相连。
7.一种废气的处理方法，包括如下步骤：
将废气经换热器换热后进入电加热器加热至200-300℃，送入挥发性有机物催化氧化反应器进行催化氧化反应；
反应物料经余热锅炉换热后，进入所述换热器与所述废气进一步换热后进入甲醛反应器反应。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于将所述废气与空气掺混后送入热交换器换热，随后进入电加热器加热至200-300℃。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于甲醛反应器反应后的气体中，一部分经排气筒排放，另一部分由循环鼓风机送至换热器的第一气体入口进行热交换。
10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，挥发性有机物催化氧化反应器输出的反应物料先经蒸汽过热器换热、再经余热锅炉换热后，进入所述换热器与所述废气进一步换热后进入甲醛反应器反应。
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