CN113144886A - VOCs废气处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了VOCs废气处理系统及方法，所述VOCs废气处理系统包括第一换热器、循环风机、加热器和第一催化反应器；第二换热器设置在所述循环风机的上游，废气管道和空气管道通过所述第二换热器，之后送所述循环风机；第二催化反应器的输入端连通在所述第一催化反应器的出口，输出端连通所述第二换热器；气体管道的一端连通所述第一换热器，接收所述第一催化器输出的且经过第一换热器的气体，另一端连通所述循环风机。本发明具有处理效果好、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理，特别涉及VOCs废气处理系统及方法。
背景技术
VOCs(volatile organic compounds)挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa、常压下沸点在50～260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。
针对高浓度、低流量的VOCs废气治理，国内目前通过补充空气或其他惰性气体，对进入反应器的VOCs废气浓度进行稀释。因此在VOCs处理过程中，在相同反应空速条件下，不仅导致了催化剂用量的上升，还增加了输送和升温环节所需消耗的电力与燃料，最终导致投资成本和运营成本上升。
在相关环保规范中，特征污染物排放限值排放要求十分严格，如苯限值为 4mg/m3、1-3丁二烯限值为4mg/m3等等。为了确保达标排放，需降低反应空速，增加废气在催化剂中的停留时间，最终进一步导致催化剂用量增大，催化氧化处理废气的投资成本上升。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种VOCs废气处理系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
VOCs废气处理系统，所述VOCs废气处理系统包括第一换热器、循环风机、加热器和第一催化反应器；所述VOCs废气处理系统还包括：
第二换热器，所述第二换热器设置在所述循环风机的上游，废气管道和空气管道通过所述第二换热器，之后送所述循环风机；
第二催化反应器，所述第二催化反应器的输入端连通在所述第一催化反应器的出口，输出端连通所述第二换热器；
气体管道，所述气体管道的一端连通所述第一换热器，接收所述第一催化器输出的且经过第一换热器的气体，另一端连通所述循环风机。
本发明的另一目的在于提供了应用上述VOCs废气处理系统的VOCs废气处理方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
VOCs废气处理方法，所述VOCs废气处理方法包括以下步骤：
(A1)在循环风机作用下，VOCs废气和空气分别通过第二换热器，升温后混合第一换热器输出的净化气，混合气经过所述循环风机送第一换热器；
(A2)换热后的混合气依次经过加热器和第一催化反应器；
(A3)输出所述第一催化反应器的气体分为二路，第一路气体送所述第一换热器，之后送所述循环风机，第二路气体送第二催化反应器，之后送所述第二换热器，降温输出。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明中催化氧化反应连续，针对低流量高浓度VOCs废气可进行有效稀释，利用循环气的调节功能彻底解决了催化氧化存在的高温闪爆风险；
利用二级催化氧化反应低流量和低空速的条件处理外排净化气，在降低系统总催化剂用量的同时，确保外排净化气达标；
系统能耗低，当高浓度VOCs废气进入系统，可利用VOCs本身的热量实现热平衡，无须对系统补充热量；
对VOCs的热能充分回收利用，冷却器回收的热量可用于制备热水和蒸汽。
具体实施方式
以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
本发明实施例的VOCs废气处理系统，所述VOCs废气处理系统包括：
第一换热器、循环风机、加热器和第一催化反应器，这些器件均是现有技术；
第二换热器，所述第二换热器设置在所述循环风机的上游，废气管道和空气管道通过所述第二换热器，之后送所述循环风机；
第二催化反应器，所述第二催化反应器的输入端连通在所述第一催化反应器的出口，输出端连通所述第二换热器；所述第二催化反应器连接所述第一催化反应器和第一换热器间的管道；
气体管道，所述气体管道的一端连通所述第一换热器，接收所述第一催化器输出的且经过第一换热器的气体，另一端连通所述循环风机；
阀，所述阀设置在所述气体管道上；
冷却器，所述冷却器与所述阀并联设置。
本实施例的VOCs废气处理方法，也即根据本实施例的处理系统的工作方法，所述VOCs废气处理方法包括以下步骤：
(A1)在循环风机作用下，VOCs废气和空气分别通过第二换热器，升温后混合第一换热器输出的净化气，混合气经过所述循环风机送第一换热器；
(A2)换热后的混合气依次经过加热器和第一催化反应器；
(A3)输出所述第一催化反应器的气体分为二路，第一路气体经过第一换热器后分为二路，一路经过气体管道送所述循环风机，另一路经过冷却器降温后送所述循环风机；
第二路气体未经第一换热器地依次通过第二催化反应器和第二换热器，降温输出；
通过调节气体管道上阀，从而调节进入循环风机的净化气的温度。
实施例2：
本发明实施例的VOCs废气处理系统，与实施例1不同的是：
在处理系统中，第二催化反应器设置在所述第一催化反应器和第一换热器之间，输出的气体经过所述第一换热器后送所述第二换热器。
在处理方法中，步骤(A3)为：第二路气体送所述第二催化反应器，之后经所述第一换热器换热后送所述第二换热器；
第二路气体经过第一换热器换热后送所述第二催化反应器，之后送所述第二换热器，降温输出。
实施例3：
本发明实施例的VOCs废气处理系统，与实施例1不同的是：
1.在处理系统内中，第二催化反应器设置在所述第一换热器和第二换热器之间，输出所述第一催化反应器的气体的部分经过所述第一换热器后送所述第二催化反应器；
2.在处理方法中，步骤(A3)为：输出所述第一催化反应器的气体分为二路，第一路气体送所述第一换热器，之后送所述循环风机。
实施例4：
根据本发明实施例1的VOCs废气处理系统和方法在某羧基丁苯胶乳生产企业中的应用。
在该应用例中，企业拥有胶乳脱气釜两台，每台脱气釜各匹配有水环真空泵一台，真空泵抽气速率为300L/s。对聚合反应釜转料进入脱气釜的胶乳进行取样分析，根据残留VOCs的含量决定脱气时间和通入的蒸汽量，系统能耗很大，脱气效果不稳定。由于采用间歇脱气的发生进行生产，脱气效率较低。导致脱气釜真空泵排放的含有VOCs的废气中有机物的浓度和流量波动很大，很难找到合适的处理方法进行净化处理。
企业经过技术改造，采用了本发明实施例1的方案，废气中含有9750mg/m3的VOCs，与1000m3/h的空气混合后进入第二换热器，经过循环风机增压后，在第一换热器与高温净化气换热至300℃后经加热器(此时，加热器无需启动) 进入装填有贵金属蜂窝催化剂的第一催化反应器，在第一催化反应器内废气中的VOCs与氧气发生反应生成二氧化碳和水，同时放出大量的热量，成为465 ℃高温净化气，高温净化气分两路，一路1000m3/h的外排净化气经第二催化反应器将剩余未反应的VOCs彻底反应后，在第二换热器中与废气和空气混合气换热，最终向大气排空；另外一路5000m3/h循环净化气在第一换热器中与废气换热至200℃，经冷却器冷却回收热量，控制循环净化气温度低于150℃后与废气和空气混合。
本应用例中，9750mg/m3的VOCs经二级催化氧化系统处理后，出口净化气 VOCs≤20mg/m3，且整个系统在运行过程中除循环风机运行电耗外，无外界能源输入。实现了节能环保的预期目标，具有非常好的经济效益和环境效益。
实施例5
根据本发明实施例2的VOCs废气处理系统和方法在某汽车配件生产企业中的应用。
在该应用例中，车间废气通过管道收集，先经过沸石转轮对废气进行15～20 倍的浓缩；转轮来的高浓度废气送入处理系统。
配件生产企业采用了实施例2方案，转轮来的高浓度废气中含有4200mg/m3的VOCs(VOCs中含有200mg/m3丙烯醛)，与1000m3/h的空气混合后进入第二换热器，经过循环风机增压后，在第一换热器中与外排净化气和循环净化气换热至300℃后经加热器(此时，加热器无需启动)，进入装填有贵金属蜂窝催化剂的第一催化反应器，在第一催化反应器内废气中的VOCs与氧气发生反应生成二氧化碳和水，同时放出大量的热量，成为380℃高温净化气。高温净化气分两路，一路2000m3/h的外排净化气先进入第二催化反应器将剩余未反应的VOCs彻底反应后，再进入第一换热器与废气进行换热，最后在第二换热器中与废气和空气混合气换热，最终向大气排空；另外一路3000m3/h循环净化气在第一换热器与废气换热至200℃，经冷却器冷却回收热量，控制循环净化气温度低于100℃，后与废气和空气混合增压。
本应用例中，5000mg/m3的VOCs经多级催化氧化系统处理后，出口净化气 VOCs≤15mg/m3、外排丙烯醛≤2mg/m3，整个系统在运行过程中除循环风机运行电耗外，无需外界能源输入。实现了节能环保的预期目标，具有非常好的经济效益和环境效益。
实施例6
根据本发明实施例2的VOCs废气处理系统和方法在某羧基减水剂生产企业中的应用。
在该应用例中，企业拥有催化剂配置釜两台，前处理釜、反应釜、后处理釜各四台。所有催化剂配置釜、前处理釜、反应釜、后处理釜均为间歇操作，利用釜内压力和氮气吹扫送入后续处理系统。
该羧基减水剂生产企业采用了本实施例3的方案，高浓度废气中含有 50000mg/m3的VOCs(VOCs中含有2000mg/m3环氧乙烷)，与1500m3/h的空气以及循环气混合后进入第二换热器，经过循环风机增压后，在第一换热器中与外排净化气和循环净化气换热至280℃后经加热器(此时，加热器无需启动) 进入装填有贵金属蜂窝催化剂的第一催化反应器，在第一催化反应器内废气中的VOCs与氧气发生反应生成二氧化碳和水，同时放出大量的热量，成为520 ℃高温净化气，之后分为两路，一路4000m3/h的外排净化气先进入第二催化反应器将剩余未反应的VOCs彻底反应，之后经过第一换热器，最后进入第二换热器中与废气和空气混合气换热，最终向大气排空；另外一路20000m3/h循环净化气在第一换热器与废气换热至250℃，经冷却器冷却回收热量，控制循环净化气温度低于150℃，后与废气和空气混合增压。
本应用例中，50000mg/m3的VOCs经多级催化氧化系统处理后，出口净化气VOCs≤60mg/m3、外排环氧乙烷≤0.5mg/m3，整个系统在运行过程中除循环风机运行电耗外，无需外界能源输入。实现了节能环保的预期目标，具有非常好的经济效益和环境效益。
实施例7
根据本发明实施例3的VOCs废气处理系统和方法在某石化储罐区域中的应用。
在该应用例中，企业拥有2万方甲醇内浮顶储罐两座、1万方甲醇内浮顶储罐一座、1万方柴油内浮顶储罐2座、2万方汽油内浮顶储罐1座、1万方汽油内浮顶储罐1座、3000方汽油内浮顶储罐4座。所有废气均由储罐呼吸阀呼出，由引风机送入后续处理系统。
该石化储罐采用了本发明实施例3的方案，罐区废气中含有10000mg/m3的VOCs(VOCs中含有4000mg/m3甲醇)，与1000/h的空气以及循环气混合后进入第二换热器，经过循环风机增压后，在第一换热器中与高温净化气换热至 270℃后经加热器(此时，加热器无需启动)进入装填有贵金属蜂窝催化剂的第一催化反应器，在第一催化反应器内废气中的VOCs与氧气发生反应生成二氧化碳和水，同时放出大量的热量，成为440℃高温净化气。高温净化气经第一换热器与废气进行换热至300℃，之后分为二路，一路进入第二催化反应器将剩余未反应的VOCs彻底反应后，在第二换热器中与废气和空气混合气换热，最终向大气排空；另外一路8000m3/h循环净化气经冷却器冷却回收热量，控制循环净化气温度低于120℃，后与废气和空气混合增压。
本应用例中，10000mg/m3的VOCs经多级催化氧化系统处理后，出口净化气VOCs≤80mg/m3、外排甲醇≤30mg/m3，整个系统在运行过程中除循环风机运行电耗外，无需外界能源输入。实现了节能环保的预期目标，具有非常好的经济效益和环境效益。
Claims (10)
1.VOCs废气处理系统，所述VOCs废气处理系统包括第一换热器、循环风机、加热器和第一催化反应器；其特征在于，所述VOCs废气处理系统还包括：
第二换热器，所述第二换热器设置在所述循环风机的上游，废气管道和空气管道通过所述第二换热器，之后送所述循环风机；
第二催化反应器，所述第二催化反应器的输入端连通在所述第一催化反应器的出口，输出端连通所述第二换热器；
气体管道，所述气体管道的一端连通所述第一换热器，接收所述第一催化器输出的且经过第一换热器的气体，另一端连通所述循环风机。
2.根据权利要求1所述的VOCs废气处理系统，其特征在于，所述第二催化反应器连接所述第一催化反应器和第一换热器间的管道。
3.根据权利要求1所述的VOCs废气处理系统，其特征在于，所述第二催化反应器设置在所述第一催化反应器和第一换热器之间，输出的气体经过所述第一换热器后送所述第二换热器。
4.根据权利要求1所述的VOCs废气处理系统，其特征在于，所述第二催化反应器设置在所述第一换热器和第二换热器之间，输出所述第一催化反应器的气体经过所述第一换热器后送所述第二催化反应器。
5.根据权利要求1所述的VOCs废气处理系统，其特征在于，所述气体管道上设置阀，冷却器与所述阀并联设置。
6.VOCs废气处理方法，所述VOCs废气处理方法包括以下步骤：
(A1)在循环风机作用下，VOCs废气和空气分别通过第二换热器，升温后混合第一换热器输出的净化气，混合气经过所述循环风机送第一换热器；
(A2)换热后的混合气依次经过加热器和第一催化反应器；
(A3)输出所述第一催化反应器的气体分为二路，第一路气体送所述第一换热器，之后送所述循环风机，第二路气体送第二催化反应器，之后送所述第二换热器，降温输出。
7.根据权利要求6所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述第二路气体未经第一换热器地依次通过第二催化反应器和第二换热器。
8.根据权利要求6所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述第二路气体经过第一换热器换热后送所述第二催化反应器。
9.根据权利要求6所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述第二路气体送所述第二催化反应器，之后经所述第一换热器换热后送所述第二换热器。
10.根据权利要求6所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述第一路气体经过第一换热器后分为二路，一路经过气体管道送所述循环风机，另一路经过冷却器降温后送所述循环风机。
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2020
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