CN1166794A - 用于销毁变浓的挥发性有机化合物流的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于处理所含VOC浓度可变的气体物流的设备和方法，藉此，VOC’s在一种组合的非催化/催化氧化系统(33)中被销毁。当VOC浓度高时使用一种非催化销毁基质(12)，该基质由惰性陶瓷材料(14)构成，它增强过程混合并提供利于过程稳定性的热惰性，当VOC浓度低时，主要使用一个催化氧化器(36)。使来自非催化销毁基质(12)的排出气通过催化氧化器(36)以保持适当的催化氧化器温度。添加补充的燃料和空气作为非催化氧化器(10)的适当的上游或下游物流以在系统的各部分保持适当的热值。

Description

用于销毁变浓的挥发性有机化合 物流的方法和设备
发明领域
本发明领域是用于净化掺杂有挥发性有机化合物(“VOC’s”)的气体物流的方法和设备。特别是，本发明虽然可广泛地适用于任何释放出VOC’s的工业过程，但本发明特别涉及用于来自土壤蒸气提取系统、土壤改良系统、或其它浓度随时间改变的有机蒸气源的VOC’s的受控放热反应的设备和方法。
发明背景
有许多不同的VOC’s源，它们具有随时间改变的烟雾浓度。例如，某些间歇制造过程会有这样的VOC’s烟雾流，它们会在长时间(如每24小时)内由富变为贫。
另外，被有机化学品污染的土壤和淤泥是世界性的普遍存在的，只在美国就有数百万立方米需要改良。例如，浓的地下有机污染物烟流是最普遍的地下水污染源之一。一种典型的浓烟流源是泄漏的地下贮罐。当贮存的液体从罐内缓慢溢出时，操作人员可能需要数年才能知道这个问题。到那时，溶剂或燃料会深深地渗入地下，往往进入载水区。在作为一种称为非水相液体(“NAPL’s”)的单独的液态有机相收集时，这些污染物成为一种使周围地下水连续遭到损害的根源。这种泄漏是最难以解决的环境问题之一。
这类被污染的物料的净化还受到美国许多种规章的制约，所述规章包括The Comprehensive Environmental Response，Compensation，andLiability Act of 1980(“CERCLA”)、The Superfund Amendments andReauthorization Act of 1986(“SARA”)和The Resource Conservationand Recovery Act(“RCRA”)。在以后的30-40年里，美国的这些净化项目的总费用估计超过2000亿美元。
许多方法可被用于处理这些被污染的土壤和淤泥。早期的技术包括简单地挖掘被污染的土壤并将它置于允许接收危险废料的设施处。这种方法直接投资很高，而且可导致商业运作在长时期内的严重混乱。
通过抽吸地下水除去这种物料的尝试需要大量的水经过该系统洗涤，这需要数十年的时间。在某些场所抽吸许多年已使流出水看起来是干净的，但当关掉泵，并在数年后重新开始时，地下水还含污染物，这是因为在该第一地点没有彻底去除它们。
诸如热解吸和现场土壤蒸气提取(“SVE”)之类的方法能控制有机物与固体和土壤的分离。在这些方法中，使有机物料挥发以产生有机蒸气，此后该蒸汽必须被除去或进行其它处理。这与直接焚烧的方法相反，直接焚烧法包括在氧化环境中将固体物料加热到破坏温度，这时同时发生有机物的挥发和燃烧。
土壤蒸气提取法
SVE是一种用于现场除掉污染物的流行的方法。SVE法是一种用于从渗流区除去VOC’s和某些部分挥发性有机化合物(“SVOC’s”)的技术。渗流区是位于地表面和地下水面之间的地下土壤区。SVE通过在土壤区的强制真空产生空气(或蒸汽)经过土壤的预定运动，使有机化合物挥发并随气经过井系统排到表面的真空系统中。SVE方案最适合于在已通过常规抽吸技术回收游离的产物或液体后使用，以除掉保留在土壤颗粒的间隙中的封留的液体。
在努力改进SVE改良的效率的过程中，最近已将辅助技术用于标准的SVE系统，所述辅助技术包括空气搅动和蒸汽喷射法。空气搅动能通过将热空气注到地下水面之下来回收水面下的难挥发性有机物和溶解的污染物及残留物。所注入的空气通过增加水与空气的表面积和加热土壤基质来增加挥发性。在某些情况下，它可以用空气泡的移动来诱导产物滴的向上移动。
蒸汽喷射法将蒸汽注入污染区以升高地下温度，从而使高沸点的有机化合物挥发。由蒸汽提供的加量增加了土壤中的有机残留物的挥发性。蒸汽锋使重残留物流动并使轻组分挥发。增加的挥发性和残留物迁移产生了更快、更彻底的传质过程，从而加速了改良并减少了净化费用。
SVE不管是否与空气搅动或蒸汽注入技术结合，它必须与其它技术一起在一个处理系统中使用，因为它使污染物从土壤和隙间水中转移到空气中和所夹带和冷凝的废水物流中，这些空气和物流需要进一步的处理。典型的SVE法的污染空气的处理目前包括用活性碳吸附、冷凝或氧化VOC’s，通过催化或焚烧氧化。还可以使用其它方法，如生物处理、紫外线氧化和分散法。
碳吸附是最常用的蒸气处理方法并且适合于宽范围的VOC浓度和流速。装于滑动底板上的、现场外再生的、碳罐系统一般用于低气量情况，而现场再生的床系统用于高气量和长时间净化的。然而，当污染物量大或VOC’s不易被吸附时，颗粒状活性碳吸附往往是不适合的，因为这些情况导致碳的迅速饱和。另外，这些系统只能使蒸气聚集到固体床上，所述固体床必须周期性地反洗以使碳复原。所述反洗又会引起到处排放污染物的问题。
可以使用冷凝法来从空气载气中分离出VOC’s流出物。这通常通过致冷作用来实现。这种技术的效率取决于温度对VOC’s的蒸气压的影响。对于高浓度的蒸气，冷凝是最有效的。这种技术随着净化的进行和蒸气浓度的降低而变得效率下降。在净化的最后阶段过程中，该技术会是不起作用的。由于蒸气未被完全冷凝，会需要碳吸附或其它附加的处理步骤以从流出物流中除去残留的蒸气。
对于许多种化合物来说，通过焚烧或催化氧化来热销毁污染物蒸气会是有效的。
催化氧化对于烃蒸汽是有效的。近来开发的催化剂还能有效地销毁卤代化合物(溴化物、氯化物或氟化物)。然而，虽然催化燃烧或氧化可能是优选的方法，但其应用受到某些因素的制约。例如，如果污染物中的VOC’s如汽油的浓度超过爆炸下限(“LEL”)的25％时，则在氧化过程中放出的热使催化氧化器的温度升到催化剂的热失活温度。虽然这些问题可以通过在催化燃烧室前使用稀释空气而在某种程度上得到解决，但是这种控温手段在蒸气提取法的早期阶段常常遇到的高VOC浓度下是不现实的。
然而，常规的基于火焰的燃烧技术只提供适当的销毁效率，同时产生二代污染物如NOx。其它热氧化系统，特别是使用催化剂的那些已表明在氯代烃浓度升高下效率大大下降。催化剂在低达100ppm的氯代烃浓度下出现问题。
基于火焰的销毁方法还造成严重的操作、调节和公众接受问题。焚烧难以控制并可导致很不希望产生的副产物如二喔星(dioxins)、呋喃和氮的氧化物的生成。
例如，当处理氯代烃时，标准燃烧室是特别不合需要的。自由火焰还会在某些情况下导致不完全燃烧，并且导致不能控制地产生不合需要的副产物。因为燃烧室一般在约3500°F的火焰温度下操作，往往产生大量的不需要的NOx。一氧化二氮(N2O)和氨(NH3)往往是除NOx技术的副产物。高温还产生安全问题。
利用流行的技术，由于SVE的应用一般产生其它形式的污染的残留物。这些残留物可能包括回收的冷凝液(污染的水和可能存在的上层有机物)、由抽气处理产生的废活性碳、土壤中未回收的污染物、由钻探产生的土壤碎渣和处理后排放的空气。这些残留物中的每一种都会产生处置问题。
到目前为止，所选的处理类型一般取决于污染物的成分和浓度。例如，在VOC’s的浓度和/或沸点低的情况下，与吸附或氧化的投资和操作费用相比，冷凝在经济上是不现实的。问题是在许多除去VOC的情况中，VOC’s的浓度会随时间而改变。这对于SVE特别重要，在某一地点开始可能有很高的VOC浓度，经过数月的改良后，该浓度会降至极低的VOC浓度。对于高VOC负荷来说，一般优选热氧化器，这归因于其耐高温性、以及其低操作费用和高销毁率。对于低VOC负荷，一般优选催化氧化器，这归因于其低操作温度，低操作温度很少需要补加燃料。相反，当热氧化器用于低VOC烟雾时，需要高燃料消耗来保持氧化器所需的高温。当催化氧化器用于高VOC烟雾时，由于温度过高会导致潜在的催化剂烧结和失活。
人们已进行许多尝试以通过创造利用热氧化器和催化氧化器的系统来克服操作费用/熄火问题(burnout scenerio)，但这类系统总是有两种氧化器作为独立的实体，具有某种切换机构用于根据VOC浓度从一个装置切换到另一个。U.S.4983364(Buck等人)中示出了这样一种二元系统的一个实例。这样一种二元的、分开的系统导致高的投资费用。
另外，虽然据说氧化催化剂以无焰、低NOx方式操作，但在大多数情况下，在催化氧化器中使用小火焰以使催化剂温度保持在最适宜水平。这部分归因于这样的事实，一般得到的辅助燃料如天然气和丙烷由在大多数催化剂中不易氧化的低碳物料组成。另外，由于催化剂本身一般成本高，大多数催化床是相当小的，而且需将烟雾浓度的变化破坏在不使用辅助小火焰下操作的催化床的稳定状态的可能性与使用小火焰的益处进行权衡。从而，利用来自上游小火焰的热燃烧废气的流过实现催化剂的温度控制。然而，该方法的问题是虽然催化氧化本身本来是一种低NOx过程，但扩散性的小火焰使大量NOx进入催化氧化器废气中。
热解吸
热解吸法已成功地用于处理被有机化合物污染的土壤和固体。利用热解吸法处理掺杂有有机化合物、二喔星、多核芳香烃(PAHs)、多氯代联苯(PCBs)和低含量混合废物的土壤是公知的。考虑到热解吸法在费用方面有竞争力，许多改良公司已将其生产能力的一部分变为热解吸法。其它一些公司正将现有的流化床焚化炉改为着重热解吸的热解吸塔作为优选的热处理方法。另外，热解吸已被证实是一种对改良掺杂有放射性化合物和有机物的混合的废物或土壤有效的方法。
利用热解吸，该方法通过间接加热土壤和固体到足以蒸发危险成分的温度来除去有机污染物。一般将土壤加热到不高于550℃，而且经常在无氧状态下进行加热。
用作分离器的热解吸塔除去有机污染物，将含有惰性成分、放射性物料(当存在时)和金属的残留物留在土壤中。一旦处理过的土壤已被稳定化以防止土壤中的任何金属盐溶于水中，稳定的物料可以作为低含量放射性废料处置或处理。
挥发后，废气中的有机蒸气一般通过在高温燃烧室/焚烧炉中氧化或通过冷凝和所得到的少量冷凝液的常规处理如捕集到碳基质上来处理。用于使用下列燃烧技术的热解吸的公知系统的实例包括U.S.5282695(Grosby等人)、5228803(Crosby等人)、4974528(Barcell)、4961391(Mak等人)、4925389(DeCicco等人)、4815398(Keating等人)、4766822(DeCicco等人)和4746290(DeCicco等人)中所述的那些。用于使用下列冷凝技术的热解吸的公知系统的实例包括U.S.5098481(Monlux)和5228803(Crosby等人)中所述的那些。
然而，热解吸技术存在着，特别是在污染物挥发后需要进一步的处理方面存在着。在冷凝用于挥发后处理时产生的问题的实例包括用于吸附的碳和回收的液态有机废料的处置问题。往往优选将废有机物直接分解成良性的产品如水、二氧化碳和盐，作为最终溶液。
在处理挥发后的污染物过程中使用销毁技术一般涉及有机化合物化学转化成这些氧化产物。虽然正如前面关于SVE所讨论的，作为这样一种最终溶液是所希望的，但基于火焰的销毁方法可造成严重的操作、调节和公众接受。利用基于火焰的技术的危险废物处理方法即土壤的直接焚烧或挥发的污染物的焚烧的操作困难以及费用问题也是众所周知的。另一方面，冷凝方式固有的处理污染的碳废料或现场外液态废料处置的困难增加了那种系统的费用并对操作因素产生副面影响。另外，与热分离有关的相对低温可以是将PAHs和氯化酚醛塑料转化成氧芴和二喔星的最适宜温度。
这样，可见需要一种销毁从被污染的土壤或可变浓度的VOC’s的其它来源中除去的有机物的实用装置，该装置能避免现有技术的各种困难和低效率。进一步需要这样一种系统，它能以经济的方式产生高的销毁和去除效率(“DRE”)。
发明概述
本发明涉及用于销毁烟雾流中所含的VOC’s的方法和设备，所述销毁是通过使用催化床和多孔惰性介质(“PIM”)销毁基质的结合来进行的，所述基质作为无焰、非催化的氧化器中的一部分。使催化氧化器和无焰氧化器在除去蒸气过程中选择性地适应不同的VOC浓度。从而，本发明是无焰、非催化氧化和催化氧化的受到控制的结合，当烃浓度较高时使用无焰的、非催化的氧化器，且当烃浓度降到预定的限值以下时使用催化氧化器。该系统可对蒸气物流中的任何VOC浓度有效地操作。
当烟雾物流的VOC含量可随时间改变时，本发明保证了寿命周期内的成本效率，同时达到极低的NOx产生量。在烟雾流有低VOC含量期间，将低温催化过程用于销毁，同时PIM氧化器保持低流量以在催化床内保持稳定的温度。在烟雾流有高VOC含量期间，将PIM氧化器用于主氧化。
如此布置催化床和无焰氧化器的结合使得烟雾流可初始加入无焰氧化器或直接加入催化床。使用补充的燃料和/或空气来保持无焰氧化器和催化床中有适当的温度。
这种结合系统提供一种完整的、能量有效的VOC销毁方法，该方法具有显著的优点。这些优点包括去污效率高、“几乎无”排放物和费用低。
无焰氧化器的销毁基质由惰性陶瓷材料构成，这种材料增强了过程混合并为过程稳定性提供热惰性。销毁基质被设计成产生大于99.99％的DRE’s，小于10ppmV的CO和小于2ppmV的NOx。热氧化器/销毁基质被设计成在低于要被销毁的挥发物的正常的自燃极限温度1550-1800°F的温度以无焰的方式操作。
在比常规焚烧炉中所需的低的温度和停留时间下可获得适当的转化率，同时仍能处理全范围的VOC浓度。在使用一种没有明火(可能不同于在预热器中)的方法时还有固有的安全性，而且，其中要被引入基质中的气体的混合物是较冷的，在组分的自燃极限之外，从而在环境条件下不爆炸。避免了突然冒火焰的问题。另外，出于实际考虑，所有这些特点应能更容易地获得所需要的政府的许可。
从而，本发明的一个目的是提供一种多级氧化系统，其中效率最佳而用于VOC污染物的最终处置的费用最少。
本发明的另一个目的是提供能够满足现有的规章的方法和设备，它们用于销毁土壤或其它浓度随时间变化的VOC’s源内所含的有机污染物。
本发明的再一个目的是提供用于销毁从土壤或其它浓度随时间变化的VOC’s源除去的有机污染物的方法和设备，它们使NOx氧化副产物减至低于由常规技术达到的那些量。
其它和进一步的目的和优点会在下文看出。
附图简述
图1是可用于本发明的方法和设备中的无焰氧化器的实施方案。
图2是说明本发明的设备的一个实施方案的流程图。
优选实施方案的详述
目前已发现，表现成功的催化氧化器技术与创新的高性能无焰氧化法的结合产生一种完整的VOC破坏装置，这种装置操作简单、几乎无排放物且费用低。所提出的完整的除VOC系统被设计成对于含有随时间变化的VOC浓度的气体物流能有效地操作，从而提供一种便宜的、优越的且更可靠的替代焚烧或严格的催化氧化的方案。应当理解，本发明相似地用于任何溢出或泄漏的VOC’s或任何其它来源的VOC’s的净化。
近来对多孔惰性介质(“PIM”)内的氧化现象进行了大量研究。由于PIM氧化可在正常预混合的燃料/空气自燃极限之外发生，该技术可被称为“无焰的”。关于这一点，U/S.4688495(Galloway)和4823711(Kroneberger等人)公开了关于基质氧化技术的早期成果。另外，U.S.5165884(Martin等人)和5320518(Stilger等人)更详细地讨论了无焰氧化器中所涉及的技术。
作为一种处理技术，这样一种无焰氧化器法显示出具有常规的或催化热燃烧法的大多数优点，同时避免了许多缺点。象基于火焰的热燃烧一样，有机物被氧化成无害的产物气(CO2、H2O)或易于中和的酸性气体(HCl、SO2)。不产生废物或残留物，而且该方法适合于宽范围的化合物或混合物。不象热焚烧法，其中混合和反应与火焰相互依存，它们在本发明的系统中是无必然联系的，这样能够有更大的灵活性和便于控制，并避免了产生不完全燃烧的产物(“PIC”)。
这种氧化法的基础是一种“销毁基质”，它促成了有机化合物的稳定的、无焰的氧化所需的在其各自的自燃极限之外的条件。允许无焰氧化的破坏基质的三个主要的特征是它的空隙式的几何结构(它增进混合)、它的热惰性(它促进稳定性)和它的表面特性(它利于传热)。基质的热性能允许混合区为大约环境温度，烟雾进入所述混合区，而在其下游的无焰反应区有适当的氧化温度。
这些特性在实际应用中产生一些与性能和安全有关的优点。这些优点包括能够建立稳定的反应区(其中烟雾氧化速度比焚燃炉的后火焰区中的快得多)；能够适应快速的过程波动(正如间歇化学反应器排放的情况一样)；能够进行宽范围的过程调节(能经济地适合于变化的条件)；能抑制逆燃(借助于基质的高表面积和热吸附能力)；和有高水平的可操纵性和控制(与火焰相比)。
下面详细描述附图，其中同样的数号表示同样的构件。图1表示可被用于本发明的方法和总体设备中的一种无焰氧化器的一个实施方案，但并没有按比例表示所有构件。一般来说，无焰氧化器(10)由填充有一定量的形成基质床(14)的耐热材料的适合的基质床容器壳(12)组成。所用的基质材料的类型应优选有高的导热性，导热是通过辐射、对流和传导进行的。该系统的传热性能取决于辐射与对流传热的比。
基质床(14)可通过改变基质流动截面、高度、物料、空隙率、出口温度和补充热添加量(如果需要的话)中的一种或多种来确定其尺寸以适合任何所需的流动物流。优选的基质材料是陶瓷球或鞍形材料，但也可使用其它床材料和构形，包括但不限于其它随机陶瓷填料如鲍尔环、构型陶瓷填料、陶瓷或金属泡沫体、金属或陶瓷棉等。一般来说，基质床的空隙率在0.3和0.9之间。另外，基质床中材料一般有40m2/m3-1040m2/m3范围的比表面积。
在图1这种优选的实施方案中，使用两种耐热材料。在无焰氧化器(10)的下部分中，一个陶瓷球床用作一个混合区(16)。该混合区(16)一般有约40％的隙间体积且局部用作一个送气室的等同物。在该球床上方，使用一个陶瓷鞍形物床以形成一个反应区(18)。该反应区(18)一般有约70％的隙间体积。
在无焰氧化器(10)的底部设有一个预热设备(30)。该预热器(30)最初使热气通过基质床(14)以预热陶瓷球混合区(16)和陶瓷鞍反应区(18)到正常的操作温度。在一个供选择的实施方案中，优选为电的加热元件(未示出)可环绕该容器壳(12)以给系统提供预热并使系统在操作过程中保持适当的温度。还可能在无焰氧化器(10)上游设置一个作为独立的装置的预热器，该预热器加热气体，然后该气体流经无焰氧化器(10)以加热基质床(14)。
整个热氧化组件有时但不总是被设计成使到环境中的热损失最小，同时保证所有暴露的表面保持在Class I、Division 2、Group D区域可接受的那些温度之下。(以类(Class)、部(division)和组(group)表示的美国国家电气规程分类定域，取决于可能存在的可燃蒸气、液体或气体的性质或可燃的或可氧化的浓度或量存在的可能性。该规程要求任何暴露表面的表面温度低于有关气体或蒸气的引燃温度。)
来自VOC收集系统上游的入口气体(20，经入口(22)进入无焰氧化器(10)。尽管如图1所示经过单独的入口(22)进入，但入口气体(20)可以经过与预热器(30)所用的相同的入口进入，从而不需要一个单独的入口(22)。另外，根据过程条件，以及按照提供足够的热值以在无焰氧化器内保持自给自足的操作环境的需要，可将附加的空气和/或天然气或其它燃料加到该入口物流(20)中。(下面对于结合的催化/PIM氧化器更详细地讨论这一点)。一般有但不必需有一个优选由耐热材料如穿孔板制成的在基质床(14)底部的送气室(24)以防止耐热材料(16)进入基质床下面的管路。
按照正常的流动模式，氧化器进料物流(20)进入无焰氧化器(10)的底部附近，该送气室(24)还将用于均匀分布进来的气体并在它们进入基质床(14)之前进一步混合这些气体。然而，尽管图1表明进料物流(20)在底部进入无焰氧化器(10)并且气态产物(26)在顶部排出，而这是优选的实施方案，本发明可以在一种供选择的结构中操作，其中气体在顶部进入且在底部排出。
在正常处理过程中的反应器(10)内，含VOC’s(20)的气体物流首先进入混合区(16)，该区接近环境温度。在混合区(16)的基质间隙内进行密切混合后，反应混合物进入反应区(18)，在反应区进行氧化和放热。入口气体将升到1400-3500°F(760-1925℃)且优选1550-1800°F(845-980℃)的氧化温度。然后气体在这些温度下保持一段足够的停留时间以确保基本上完全破坏VOC’s。按照正常的操作，预计该停留时间将少于2.0秒且优选少于0.2秒。
随着气体变热，它们膨胀，而且该膨胀优选通过在反应区(18)中基质空隙增加来适应，例如在反应区内使用陶瓷鞍形物而在混合区内使用陶瓷球。
这种加热的结果是在基质床(14)内形成无焰氧化区，藉此VOC’s被引燃并氧化成稳定的产品如水和二氧化碳。观测到氧化区床温从该区的入口侧的环境温度急剧增加到该区出口侧的混合物的大约绝热氧化温度。这种快速变化在典型的氧化器中在通常数英寸的距离内出现，实际的距离取决于进料浓度、进料速度、气速分布、床材料以及床的物理性质、具体的进料的种类等。在流动方向的热损失还会对氧化区的长度有影响。这种变化的快速性允许使用很紧凑的反应器。
氧化温度取决于进料浓度、进料速率、气速分布、床的物理性质、具体的进料的种类、热损失、加热器的热输入等。
通过使混合与氧化分开，使三个关键参数中的一个(湍动，另两个是时间和温度)从设计因素中除去。在反应前完成混合得到两个有益的结果。第一，确保烟雾和空气的充分混合，不存在混合差的部分未反应离开系统的可能性。第二，反应物流的均匀性还有助于建立反应区的均匀性。这些因素使处理速度能在宽得多的范围内调快或调慢，而无需考虑流体力学的制约。
在无焰氧化器中彻底销毁后，产物气(26)经出口(28)离开反应器。
这样已经公开了用于本发明中的无焰氧化器的优选实施方案的基本特点。对这些基本实施方案还可以进行许多改变或增加。
存在与流动轴向垂直的均匀的、基质内的反应区是这种无焰氧化法的基本条件。在该区，通过热基质表面将反应气有效地预热到氧化温度，于是将它们被放热氧化。它们快速地释放其热，使该热返回基质以保持其局部温度。这种独特的基质床(14)的传热性质是允许在远低于组分的自燃低限的有机物浓度下进行稳定的反应的原因所在。
反应区覆盖了无焰氧化器(10)的整个流动截面，确保了所有反应物通过该强反应区。在该区域中存在大量的反应基(H、OH等)，这使得氧化反应发生的速度比在常规的焚烧炉或热氧化器的后焰区中发生的简单的热分解反应快两个数量级。由于本发明的方法利用以燃烧链反应为特征的反应基化学(如 )，销毁大量有机分子所需的反应时间少于0.1秒。这是与在“后焰”区中销毁的大量有机分子的常规焚烧法完全不同的，常规焚烧法反应基的总数少，控制化学的热分解反应(如 )慢。
这些出乎意料快的动力学避免了需要附加的停留时间，因为反应在数十毫秒内完成。从而，为了确保高的销毁效率，由温度和动力学而不是停留时间决定的设计能力流速和有关的截面需要量在这样一种无焰氧化器中会有适当的制约。因为最大流速由装置的几何形状和反应区性质决定，这种制约是与装置相关的而不是一般的，就象停留时间对于基于火焰的技术一样。
另外，均匀的反应区的存在使PICs的生成最少，PICs往往在焚烧炉的后焰区中生成，有机碎片比反应基总量高的情况更可能相互结合。
均匀的反应区还消除了有焰装置中存在的极高温以及陡的温度梯度。无焰氧化器能够控制最高反应温度相当于平均反应温度，实际上避免了生成热的NOx和CO。在一个用于按照本发明的复合系统中的一种典型的无焰氧化器系统中，已表明有机蒸气的DRE大于99.99％。由于无焰氧化器一般在显著低于标准燃烧器中存在的温度(约3500°F)的温度(1550-1850°F)下操作，很少产生不需要的NOx副产物。出口物流中的典型的NOx浓度小于2ppmV，且CO一般测不出。
已经进行了该技术的广泛的测试以确定可在处理各种烃和卤代烃时得到的DRE。这些测试结果概括在表1中。
                             表1试验条件和结果概述一挥发性有机化合物的销毁
     化合物    最低的入口浓度(ppmV)  最高的入口浓度(ppmV)    最小％DRE*
       苯        1,719      8,406    99.99
    四氯化碳      0.67％(wt)      1.15％(wt)    99.99
    二氯甲烷      5,000     18,000    99.99
     异丙醇        400        600    99.99
     甲基氯     10,000     30,000    99.99
     一甲胺     16,000     31,000    99.99
 涂料溶剂混合物      3.87mg/升     5.32mg/升    99.99
*注：受检测水平限制
无焰氧化法本身是高能效的。如果进入无焰氧化器的烟雾含有足够的有机物(热函约30BTU/SCF或更多)，该反应可以自维持，而且在氧化器本身内不需要补充燃料或热。该特性与基于火焰的氧化器的操作相反，在这种基于火焰的氧化器中，通过一种干净、稳定的燃料源如天然气专门供给主火焰燃料，而不考虑烟雾的热函。
该方法一般通过简单的温度控制装置来控制。可将如图1中所示的温度元件(32)连接到一个程控系统上(图1中未示出但下面参照图2来描述)以调节补充燃料或在贫或富烟雾物流的各自情况中的空气的流量。
出于人员安全和保温的考虑，一般将无焰氧化反应器隔热。基质还用作一个受热器，以缓冲烟雾流、浓度和组成方面的可能的波动。在流量或浓度的增量或阶跃变化开始影响基质温度后的延迟期间，监控系统能够采取适当的补偿行动(添加补充燃料或空气)以保持温度。
基质的热容和几何形态还提供了一种重要的安全益处，一种固有的抑制火焰的能力。在可燃混合物进入反应器的情况下，基质床(14)的冷(混合)区(16)会防止上游火焰的反向蔓延。
另外，基质间隙提供了高的骤冷表面积和适于阻止流动的曲折的路径，这样的表面积和路径是商品化的灭火器所固有的。
基质床(14)中的材料种类可以变化，以便可在床内控制壳内传热特性、辐射特性、强制对流特性和内部基质固体的导热特性。这可以通过使用不同尺寸的耐热材料(16，18)来改变平均自由辐射路程或改变这些材料的辐射系数而改变基质床(14)的辐射传热特性、通过改变其单位体积的表面积或几何形态而改变基质床(14)的强制对流传热特性、通过使用具有不同导热系数的耐热材料(16、18)而改变基质床(14)的热传导传热特性或者改变床内材料的点与点表面接触面积来进行。为了达到所需效果可以同时或个别地改变这些特性。
除了改变基质床(14)本身的性质以外，可将一个或数个界面引入床中，在界面任何侧单个或同是改变床的一个或多个传热特性且该改变有助于该位置的反应区并起“氧化区定位”的作用。这可以例如通过在基质床内引入一个空隙率在其两边改变的界面来进行，例如图1中由混合区(16)和反应区(18)所示意的。界面可以改变不依赖空隙率的界面两边的平均自由辐射路程。通过改变耐热材料，可以改变基质床内界面两边的辐射系数。改变界面两边的每单位体积耐热材料的面积，可以改变气体经过该界面时的强制对流传热特性。
与流动轴向垂直的基质床横截面可以构造成圆形、方形、矩形或其它几何形状。可以有意改变截面面积(即作为一种截头圆锥体或截头棱锥体)以在各种给定的基质燃烧速度下实现宽的、稳定的反应物体积流速范围。
现在讨论这种无焰氧化器技术在用于浓度随时间改变的挥发物流的VOC销毁的整个系统内的结合，图2图示出本发明的一个实施方案。
在该实施方案中，一个无焰、非催化氧化器(10)与一个催化氧化器(36)构造成一整体关系，使得由无焰氧化器(10)排出的气必需经一个连接简体或其它直接连接件(56)流经催化氧化器(36)。这种结合的非催化/催化氧化器(33)还构造成允许添加的气体物流在无焰氧化器(10)和催化氧化器(36)之间的一个位置流经结合的氧化器(33)，下面将进行进一步的描述。
图2并不是结合的氧化器(33)的各构件的成比例的表示图。尽管一般的圆筒形设计会是最有效的，但无焰氧化器(10)、连接件(56)和催化氧化器(36)还可能有各种其它的截面形状。
本发明的设备与常规的催化氧化器的设计在有用于入口气(20)的烟雾引入和一定量的氧化催化剂(36)方面有些相似。然而与通常的催化氧化器相反，本发明不使用扩散燃烧器调节装置。取而代之的是，本发明使用上述这种PIM氧化器(10)。另外，用于本发明的系统控制装置是与典型的扩散焰氧化器或催化氧化器的完全不同的。
按照本发明的设备的所示结构，含VOC’s的气体物流(34)可以经过组合管(38)、(40)和(20)直接加入无焰氧化器(10)。另外，还可将补充燃料源(42)加入无焰氧化器(10)，在这种情况下使用组合管(44)、(38)、(40)和(20)。最后，可将补充空气源(46)经组合管(46)、(48)、(38)、(40)和(20)加入无焰氧化器(10)。提供一混合器(50)使得含VOC’s的气体物流(34)、补充燃料源(42)和空气源(46)的任何组合物流在进入无焰氧化器(10)之前充分混合。
按图2的实施方案，将预热器(30)作为无焰氧化器(10)上游的一个单独的装置来描述。正如所描述的，该预热器(30)可以利用经燃料管(52)提供的补充燃料产生热气。这些热气可被用于初始加热基质床，使其达到或超过要被销毁的VOC’s的自燃温度。
另外，含VOC’s的气体物流(34)可供选择地被送至无焰氧化器(10)的下游且在催化剂(36)的上游的一个位置，所述输送是使用旁通管(54)进行的。正如所述，这种旁路气体物流会在催化氧化器(36)上游的一个位置混入结合的非催化/催化氧化器(33)的流动物流中。优选使旁路物流在结合的氧化器(33)周围的数个位置通过一个内部氧化器送气室(56)加入。一般来说，该内部氧化器送气室(56)会简单地是位于结合的氧化器(33)外侧周围的一系列入口。这种环绕式充入确保旁路物流与来自结合的氧化器(33)的无焰氧化器(10)部分的任何气体物流的最大程度混合。
按照一种相似的方式，空气可以经管(58)被送入内氧化器送气室(56)，从而被加入催化剂(36)上游的结合的非催化/催化氧化器(33)中的流动物流中。
阀(60)和(62)允许将含VOC’s的气体物流(34)选择性地输送到无焰氧化器(10)的上游或下游。阀(64)和(66)允许将补充燃料选择性地送到预热器(30)或无焰氧化器(10)的入口物流(20)中。最后，阀(68)和(70)允许将空气(46)选择性地送到无焰氧化器(10)的上游或下游。
来自结合的氧化器(33)的废气流经由废气管(72)排出结合的氧化器(33)。
如图2所示，本发明的一个优选的实施方案使用一种整个系统控制器(74)。该控制器(74)优选与一个温度传感器(76)联合工作，所述传感器测量系统气体物流排出无焰氧化器(10)且进入催化氧化器(36)之前时的温度。其它温度传感器(75)和(77)测量无焰氧化器(10)内的系统气体物流以及当它排出催化氧化器(36)时的温度，并且还被连接到控制器(74)上。另外，系统控制器(74)监测和控制经过各阀的流速，使用控制管(78)监测和控制补充燃料阀(64)和(66)，使用控制管(80)监测和控制气体物流阀(60)和(62)，并且使用控制管(82)监测和控制空气阀(68)和(70)。在操作过程中，系统控制器(74)利用由温度传感器(76)传感的温度以及监测到的经过阀(60)、(62)、(64)、(66)、(68)和(70)的流速选择性地确定那个阀应当开启和开多大程度。通过适当的计算，系统控制器(74)可以结合来自温度传感器(76)的温度数据和经过各阀的气体流速数据来确定气体物流(34)的固有的BTU值。
虽然已描述了一种简单的系统控制器(74)，对本领域技术人员来说显而易见的是可以使用各种不同的控制器来控制该系统的各方面，可以自动也可以手动，而不脱离本发明的实质。
为了进一步描述本发明设备的一种优选的实施方案的构件，下面描述一种优选的系统操作方法，所述操作处理初始含有高VOC浓度的气体物流。
在系统启动过程中，补充燃料经阀(66)和燃料管(52)与经阀(68)和组合管(48)、(38)和(40)的空气一起加入预热器(30)，在此处，燃料燃烧产生热气，然后热气经入口管(20)进入无焰氧化器(10)。所述热气预热耐热材料基质床(14)。一旦基质床(14)已被预热到超过要被氧化的VOC物流的自燃温度的温度时，关闭阀(66)并开启阀(60)，所述自燃温度一般在1400°F(760℃)至约3500°F(1925℃)范围内。(如下所述，阀(68)可以被关闭或可以保持部分开启，这取决于进来的气体物流的分布。)阀(60)的开启允许高VOC浓度气体物流(34)经混合器(50)和预热器(30)进入无焰氧化器(10)。
当加入无焰氧化器(10)的气体有约30-35BTU/SCF的固有BTU值时，该无焰氧化器(10)的优选实施方案的操作状态最佳。作为优选的设计，具有这样的BTU值的气体会允许在无焰氧化器(10)的基质床(14)内建立稳定的、无焰的反应区。
只要气体一般含30-35BTU/scf，所述的这种无焰氧化器一般可在宽的气体流速范围内操作。对于这样一种无焰氧化器来说有20比1的调节比是很正常的，也就是说氧化器可以被设计成处理以20倍变化的流速(例如从1000scfm降至50scfm)。
通常，气体物流(34)的VOC浓度初始时高于会提供30-35BTU/scf的固有BTU值的VOC浓度。在这些情况下，温度传感器(76)会检测来自无焰氧化器(10)的气态产物废(26)中的增加的和/或不稳定的温度。系统控制器(74)将通过开启阀(68)以允许稀释空气经管(48)进入在无焰氧化器(10)的上游的系统中来校正该情形。该空气将与管38中的气体物流混合，这两者此后经混合机(50)中充分混合。加入足够的稀释空气以使混合的空气一气体物流的固有的BTU值降到30-35BTU/SCF范围内。
在一种典型的方法如SVE中，气体物流(34)的VOC浓度会随时间而逐渐降低。随着VOC浓度的降低和气体物流(34)的固有的BTU值更接近优选的0-35BTU/scf范围，所需的并经阀(68)引入的稀释空气的量会减少。一旦气体物流固有的BTU值达到30-35BTU/scf范围，无需更多的稀释空气并且将阀(68)关闭。
此后，随着气体物流(34)的VOC浓度连续降低，需要通过添加补充燃料来补充固有的BTU值。天然气有约1000BTU/scf的固有BTU值，从而可以用较少量的天然气来提高总的BTU值。为此，系统控制器(74)使燃料阀(64)逐渐打开以引入管(44)中的补充燃料。该燃料与管(38)和混合器(50)中的气体物流(34)在进入无焰氧化器(10)之前混合。
虽然系统控制器(74)的主要功能是测定气体物流(34)的固有的BTU值并调节在无焰氧化器(10)上游的补充燃料和/或空气的流量，但是它还有与催化剂(36)有关的附加功能。因为如果经过催化剂(36)的气体初始时过热或含有太大的固有BTU值，催化剂(36)会热失活，所以调节引入催化氧化器(36)的气体的固有BTU值和温度是很关键的。排出催化剂的气体的最后温度必须保持在催化剂(36)会被烧结的温度之下。从而，系统控制器(74)通过监测温度和流速来确定是否和多少稀释空气应与来自无焰氧化器(10)的气态产物(26)混合以保护催化氧化器(36)免于不正常的催化剂的危险。系统控制器(74)将适当地打开空气阀(70)以将空气经管(58)送至内部氧化器送气室(56)而降低气体物流的温度和BTU值。
在全部气体物流(34)被送至无焰氧化器(10)期间，催化氧化器(36)在氧化有害排出物方面几乎不起作用，这是由于在无焰氧化器(10)中进行完全氧化。然而，优选控制气态产物(26)和稀释空气(70)的相对混合量，以便混合物的温度将使催化剂床(36)保持在其优选的操作温度。许多催化氧化器的排出气温度为600-800°F(315-425℃)。因为应当保持废气温度不超过该正常的600-800°F(315-425℃)，任何加入催化氧化器(36)中的气体物将不得不以较低的温度加入，这是由于氧化过程本身产生热。
如果可能的话，基于固有的BTU值，优选使用催化氧化器(36)来处理VOC’s。其主要原因是需要较低的操作温度，靠此节省总能量。
当气体物流(34)的固有BTU值降至近似5BTU/scf或更低时，气体物流(34)可以通过催化氧化器(36)进行可行的处理。此时，至少大部分气体物流(34)将旁路绕过无焰氧化器(10)，直接进入催化氧化器(36)。阀(62)将开启，同时阀(60)将几乎全部(如果不是全部的话)关闭。
虽然出于正常的处理的观点，考虑到整个系统效率和确保在催化氧化器(36)内保持适当的操作温度，优选直接通过催化氧化器(36)处理含5BTU/scf或更低的任何气体物流，但是在本发明方法中优选在最低流速下连续操作无焰氧化器(10)。这样，控制器(74)优选控制阀(60)和(64)以形成混合的气体/补充燃料物流，该物流以适合于无焰氧化器(10)操作的尽可能小的量流动并且还含有优选的30-35BTU/scf。由于天然气有很高的BTU值，它将必须与一种稀释物流混合，所述稀释物流为低BTU值的烟雾或稀释空气或氧气。其余的气体物流(34)旁路经过阀(62)进入内部氧化器送气室(56)。
虽然这是优选的实施方案，但是还可能经过无焰氧化器(10)加入补充的燃料/空气混合物流，同时使所有气体物流(34)旁路进入催化氧化器(36)。然而，这种改变并不是效率高的，因为会需要更多的补充燃料来为无焰氧化器(10)形成适当的30-35BTU/scf物流。
由于需要在所有时间保持经过无焰氧化器(10)的流量最小，可能需要将稀释空气加入内部氧化器送气室(56)，以便混合的气态产物(26)、气体物流(54)和稀释空气(58)将有适当的BTU值/温度以避免损害催化氧化器(36)。
总的来说，在正常操作期间，如果气体物流(35)的VOC浓度降低或升高，系统控制器会起作用以为最有效地销毁VOC’s而重新配置系统。
为了本发明的最有效的操作，一个需要考虑的关键问题是要确保进入无焰氧化器(10)的物流和进入催化氧化器(36)的那些在进入之前充分混合。例如，如果为了避免催化氧化器(36)过热将稀释空气加入来自无焰氧化器(10)的气态产物(26)中，必须使稀释空气与热的气态产物(26)进行良好的混合，以便不存在会导致催化剂中毒的局部热点。正因为如此，优选在围绕无焰氧化器(10)和催化氧化器(36)之间的连接件周围的一组位置处充入或另外添加任何稀释空气或旁路气体物流。
虽然已经描述了本发明方法和设备的一种优选的实施方案，但可以预示在本发明的范围内将有许多其它变化。例如，可能如此配置本系统使得废气物流(72)的热量被回收用于预热无焰氧化器(10)的入口气体(20)。然而应当注意，如果气体物流(34)有超过优选的30-35BTU/scf的BTU值，没有理由试图回收废气的热用于该物流(尽管它总是可被用于加热其它的、这里没有描述的系统)。另一方面，当气体物流(34)有在5和30BTU/scf之间的BTU值或大大低于5BTU/scf时，从废气物流(72)回收热是很可能有用的。(除了用于所述的系统内以外，回收的热可被用于其它系统如热量回收锅炉或用于热解吸过程。)
本发明相对现有的系统有显著的优点，甚至相对于现有系统的结合也有显著的优点。如上所述，催化床常常使用火焰调节装置来保持适当的温度。所述火焰调节装置是必需的，因为与将小催化剂单元用于大的系统有关的停留时间很短。由于催化材料昂贵催化床通常很小，而且烟雾值变化，所以如果不使用外部热源如火焰调节装置，很难在催化床自身内实现稳态的、自调节的温度。因为床的最大使用温度太低以致不能提供足够的热回流(沿催化剂基质辐射和传导的)，引起在正常的烟雾气体流速下催化剂的前边存在高于“点火”温度(一般不小于400°F)。然而，本发明通过使用无焰氧化器(10)作为催化氧化器(36)的调节热源消除了对所述火焰调节装置的需要。
另外，当用有焰燃烧器代替无焰氧化器(10)时，利用本发明的一般设计会是几乎无效的。这是由于大多数有焰燃烧器需要200-250BTU/scf的固有BTU值。(事实上某些情形要求有焰燃烧器满足这些标准。)由于催化氧化器一般只能容许约5BTU/scf，有焰燃烧器用于本系统的一般布置会需要加入补充燃料，越过VOC浓度从200-250BTU/scf降至5BTU/scf的整个范围。
相反，这里所述的PIM技术是到目前为此已知的唯一的可以用现在所述的两步法热操作从200BTU/scf降至30BTU/scf的VOC浓度范围。因为这一点以及由于两步系统是成一体的而不是作为三个和另一个之间切换的两个分开的系统操作，本发明的系统会有较低的操作费用。另外，使用本发明会导致有较低热NOx产量的废气，以体积计NOx不多于2ppm。
这种结合的非催化/催化氧化器系统克服了在操作高VOC浓度的物流时对催化氧化器所要求的过量的稀释空气的需要，同时，克服了在运行基于火焰的热氧化器来销毁低VOC浓度物流时对所要求的过量的补充燃料的需要。
虽然本发明对于VOC浓度在初始较高并随时间逐渐降低的土壤改良系统是特别有用的，它还可以容易地用于VOC浓度随时间变化大的任何系统。例如，某些间歇方法(如丙烯酸的制造)在24小时或更长时间内由富VOC流变至贫VOC物流。
最后，本发明的设计提供的另一个主要优点是这种处理方法不能分为焚烧炉类。这很容易被批准。可以表明，这种完整的处理系统可以放大形成在较低单元操作费用下系统性能和操作可靠性超过焚烧系统的工业生产能力。
概括地说，已描述了用于利用结合的无焰氧化系统销毁来自土壤和其它VOC浓度变化的来源现场的危险有机物的设备和方法。
已经以数个优选实施方案的方式描述了本发明。然而，并不限于所述的实施方案，本发明的范围内可以有许多变化方案。例如，虽然描述的是一种燃料燃烧的预热器，但是对本领域技术人员来说显而易见的是在本发明的结构内也可使用其它的标准的预热装置。
从而，本发明的范围不应当由所述的实施方案来确定，而应由权利要求及其正当的等同物来确定。尽管是这样描述的本发明，但希望保护的专利权由所附的权利要求限定。
根据条约第19条修改时的声明
这里提交的替换页第32-41页中有权利要求1-32，这些权利要求替换原始申请的权利要求1-32。
权利要求25和32已经修改。其余权利要求未改变。
修改后的权利要求25和32描述的是本发明的优选的操作方式。本发明涉及有效地销毁存在于一种过程气体物流中的挥发性有机化合物(VOCS)。方法权利要求涉及更专门地处理一种有变化的VOCS浓度的过程气体物流。修改后的权利要求描述了明显不同于引用的文献中单独的或其结合的技术。
             权利要求书
          按照条约第19条的修改
1.一种用于销毁VOC’s的设备，包括：
具有无控制VOC含量的一种或多种气体物流源；
一个无焰、非催化的氧化器，该氧化器具有：
(a)一个与气体物流源相通的入口；
(b)一个出口；和
(c)一个位于入口和出口之间的部分，该部分包括一个非催化的、耐热材料的基质床，该床包括一个与所述入口相通的上游侧和一个与所述出口相通的下游侧；
一个催化氧化器，该氧化器装有催化剂并有一个入口和一个出口；
一个无焰非催化氧化器的出口和催化氧化器的入口之间的连接件，使基质床的下游侧与催化氧化器相通；
用于选择性地添加补充燃料和空气到基质床的上游侧的物流中的装置；
用于选择性地添加空气到连接件的物流中的装置；
一个直接连接连接件的气体物流源的旁通管，使一种或多种气体物流与催化氧化器的入口直接相通；和
一个选择性地控制输送到无焰、非催化氧化器的一种或多种气体的物流量和经旁通管直接送至催化氧化器的量的控制系统。
2.权利要求1的设备，其中控制系统选择性地输送一种或多种气体物流部分到无焰、非催化氧化器或直接到催化氧化器，这取决于在该一种或多种气体物中的VOC’s的浓度。
3.权利要求1的设备，其中基质床构造成使它可以热销毁挥发性污染物而不使用或产生火焰。
4.权利要求1的设备，进一步包括控制装置，它控制加到基质床上游侧的物流中的补充燃料和空气的量，使基质床的最热部分内的温度保持在约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)之间。
5.权利要求1的设备，进一步包括控制装置，它控制加到连接件物流中的空气的量，使得催化氧化器的出口处的温度保持在低于催化剂的热失活温度。
6.权利要求1的设备，其中控制系统选择性地输送一种或多种固体物流的一部分到无焰、非催化氧化器或直接到催化氧化器，这取决于由一个或多个温度传感器在基质床或连接件内传感器的温度。
7.权利要求1的设备，其中耐热材料包括陶瓷球、陶瓷鞍形物、陶瓷鲍尔环、陶瓷拉西环、陶瓷泡沫材料、陶瓷棉、金属泡沫材料或金属棉。
8.权利要求1的设备，其中基质床包括至少两层耐热材料，其中所述层由不同尺寸的耐热材料构成，而且无焰氧化器部分构造成形成从入口到出口的流动模式，使得任何物流首先经过较小尺寸的材料层。
9.权利要求1的设备，其中基质床具有0.3-0.9的空隙率。
10.权利要求1的设备，其中基质床中的材料具有40m2/m3至1040m2/m3的比表面积。
11.权利要求1的设备，进一步包括一个预热器，它能将基质床预热到在一种或多种气体物流中的VOC’s的自燃温度之上的温度。
12.权利要求1的设备，其中无焰的、非催化的氧化器进一步包括一个位于入口和基质床之间的送气室。
13.权利要求1的设备，进一步包括一个送气室装置，它用于使加到连接件物流中的任何空气和基质床下游的任何气体物流在它们进入催化氧化器之前进行混合。
14.权利要求1的设备，其中用于一种或多种气体物流的旁通管和用于选择性添加空气到连接件物流中的装置构造成在所述物流进入催化氧化器之前，在围绕连接件周围的数个位置处添加所述气体物流。
15.一种设备，包括：
一个含VOC’s的气体物流；
一个无焰、非催化氧化器，它有一个与气体物流相通的气体入口，一个气体出口，和一个位于入口和出口之间的非催化、耐热材料的基质床，该床包括一个与入口相通的上游侧和一个与出口相通的下游侧；
一个有入口和出口的催化氧化器，其中入口与基质床的下游侧通过一连接件相通；
用于选择性添加燃料和空气到基质床的上游侧物流中的装置；
用于选择性添加空气到基质床的下游侧和催化氧化器入口之间的物流中的装置；
一个使气体物流和催化氧化器入口之间直接相通的旁通管；和
一个控制系统，它控制输送到无焰的、非催化的氧化器的气体物流的量、经旁通管直接输送到催化氧化器的气体物流的量、添加到基质床的上流侧的物流中的燃料或空气的量和添加到基质床的下游侧和催化氧化器入口之间的物流中的空气的量。
16.权利要求15的设备，其中控制系统选择性地输送部分或全部气体物流到无焰、非催化氧化器或直接到催化氧化器，这取决于气体物流中的VOC’s的浓度。
17.权利要求16的设备，其中控制系统构造成利用由一个或多个温度传感器在基质床或连接件内传感出的温度确定气体物中的VOC’s的浓度。
18.权利要求15的设备，其中基质床构造成使得它可以热销毁挥发性的污染物而不使用或产生火焰。
19.权利要求15的设备，其中控制系统控制添加到基质床上游侧的物流中的燃料和空气的量以保持基质床的最热部分内的温度在约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)之间。
20.权利要求15的设备，其中控制系统控制添加到基质床的下游侧和催化氧化器入口之间的物流中的空气的量以保持在催化氧化器出口处的温度在催化剂的热失活温度之下。
21.权利要求15的设备，其中耐热材料包括陶瓷球、陶瓷鞍形物、陶瓷鲍尔环、陶瓷拉西环、陶瓷泡沫材料、陶瓷棉、金属泡沫或金属棉。
22.权利要求15的设备，进一步包括一个用于使添加到连接件物流中的任何空气和基质床下游侧的任何气体物流在进入催化氧化器之前进行混合的送气室装置。
23.权利要求15的设备，其中旁通管和用于选择性地添加空气到基质床的下游侧和催化氧化器入口之间的物流中的装置与连接件通过围绕连接件周围的数个注入位置相连通。
24.一种用于销毁VOC’s的设备，包括
具有无控制的VOC含量的一种或多种气体物流源；
一个无焰、非催化氧化器，它具有：
(a)一个与气体物流源相连通的入口；
(b)一个出口；和
(c)一个位于入口和出口之间的部分，该部分包括一个非催化的、耐热材料的基质床，该床包括一个与所述入口相通的上游侧和一个与所述出口相通的下游侧；
一个催化氧化器，该氧化器装有催化剂并有一个入口和一个出口；
一个无焰非催化氧化器和催化氧化器入口之间的连接件，使基质床的下游侧与催化氧化器相通；
一个预热器，它能使基质床预热到一种或多种气体物流中的VOC’s的自燃温度之上的温度；
用于选择性地添加补充燃料和空气到基质床的上游侧的物流中的装置；
用于选择性地添加空气到连接件物流中的装置；
一个控制装置，它控制添加到基质床上游侧的物流中的补充燃料和空气的量，使得基质床的最热部分的温度保持在约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)之间；
一个第二控制装置，它控制添加到连接件物流中的空气的量，使得催化氧化器出口处的温度保持在催化剂的热失活温度之下；
一个旁通管，它使连接件直接一种或多种气流源，使得一种或多种气体物流与催化氧化器的入口相通，其中旁通管和用于选择性地添加空气到连接件物流中的装置构造成在围绕连接件周围的一组位置处将任何气体物流和空气在它们进入催化氧化器之前充入其中；和
一个控制系统，用于选择性地控制输送到无焰、非催化氧化器中的一种或多种气体物流的量和经旁通管直接输送到催化氧化器中的量，其中控制系统选择性地输送一种或多种气体物流，这取决于一种或多种气体物流中的VOC’s的浓度，所述浓度是由通过一个或多个温度传感器在基质床或连接件内传感出的温度确定的。
25.一种从含有可变量的VOC排出物的气体物流中除去VOC排出物的方法，包括下述步骤：
(a)直接或间接监测含有可变量的VOC’s的气体物流中的VOC’s的浓度；
(b)将气体物流的任意部分通入无焰、非催化氧化器，所述气体物流有超过可在下游的催化氧化器中销毁而不使该催化氧化器中催化剂过热应有的BTU值的BTU值，所述非催化氧化器有耐热材料的基质床，该床已被预热到超过VOC排出物的自燃温度的温度，藉此，气体物流中的VOC’s在无焰反应中被热氧化成热气态产物而不使用或产生火焰；
(c)将气态产物导入下游的有催化剂的催化氧化器；
(d)直接或间接监测来自无焰氧化器的任何气态产物的温度并且使足够的稀释空气混入所述气态产物中，以在将气态产物导入催化氧化器之前将混合的气态产物-空气物流的温度降至导致催化氧化器废气温度低于催化剂的热失活温度的温度；
(e)按照保持无焰氧化器内的无焰反应区的需要，将补充燃料和空气混入气体物流的任意部分中，所述气体物流有这样的VOC浓度，它高于可在催化氧化器中氧化而不使催化剂的温度超过其热失活温度的浓度；和
(f)当一部分气体物流有足够低的BTU值使它可以在催化氧化器内被氧化而不使催化剂过热时，使具有足够低的BTU值的该部分气体物流中的至少一部分直接旁流进入催化氧化器，同时将具有足够低的BTU值的气体物流的任何其余部分与为保持无焰反应区所需的补充燃料和空气一起加入无焰氧化器。
26.权利要求25的方法，其中监测来自无焰氧化器的任何气态产物的温度和监测气体物流中的VOC’s浓度的步骤利用在无焰氧化器中的或在无焰氧化器和催化氧化器之间的一个或多个温度传感器来完成。
27.权利要求25的方法，其中将稀释空气和任何旁路气体物流加入来自无焰氧化器的任何气态产物物流中，所述添加是在这些物流进入催化氧化器之前在围绕气态产物物流周围的数个位置处进行的。
28.权利要求25的方法，其中基质床温度保持在无焰反应区中的约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)之间。
29.权利要求25的方法，其中，当一部分气体物流旁路直接进入催化氧化器时，将该气体物流的其余部分加入无焰氧化器，所述其余部分在与补充燃料混合时足以满足无焰氧化器最小流量需要，同时保持无焰反应区。
30.权利要求25的方法，其中添加到无焰氧化器的任何气体物流、补充燃料和空气的混合物流被控制成有约30到约35BTU/scf。
31.权利要求25的方法，其中添加到催化氧化器的任何气体物、气态产物和空气的混合物流被控制成有不大于约5BTU/scf。
32.一种从含有可变量的VOC排出物的气体物流中除去VOC排出物的方法，包括下述步骤：
(a)直接或间接监测含有可变量的VOC’s的气体物流中的VOC’s浓度；
(b)将气体物流的任意部分通入无焰、非催化氧化器，所述气体物流有超过可在下游的催化氧化器中销毁而不使该催化氧化器中催化剂过热应有的BTU值的BTU值，所述非催化氧化器有耐热材料的基质床，该床已被预热到超过VOC排出物的自燃温度的温度，藉此，气体物流中的VOC’s在无焰反应区中被热氧化成热气态产物并且无焰反应区中温度被保持在约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)；
(c)将气态产物导入下游的有催化剂的催化氧化器；
(d)直接或间接监测来自无焰氧化器的任何气态产物的温度并且使足够的稀释空气混入所述气态产物中，以在将气态产物导入催化氧化器之前将混合的气态产物一空气物流的温度降至导致催化氧化器废气温度低于催化剂的热失活温度的温度；
(e)按照保持无焰氧化器内无焰反应区的需要，将补充燃料和空气混入气体物流的任意部分中，所述气体物流有这样的VOC浓度，它高于可在催化氧化器中氧化而不使催化剂的温度超过其热失活温度的浓度；和
(f)当一部分气体物流有足够低的BTU值使它可以在催化氧化器内被氧化而不使催化剂过热时，使具有足够低的BTU值的该部分气体物流中的至少一部分直接旁流进入催化氧化器，同时将具有足够低的BTU值的气体物流的任何其余部分与为保持无焰反应区所需的补充燃料和空气一起加入无焰氧化器；
(g)控制添加到无焰氧化器的任何气体物流、补充燃料和空气的混合物流为有约30-约35BTU/scf；
(h)控制添加到催化氧化器中的任何气体物流、气态产物和空气的混合物流为有不超过约5BTU/scf；和
(i)添加稀释空气和任何旁路气体物流到来自无焰氧化器的任何气态产物物流中，所述添加是在这些物流进入催化氧化器之前在围绕气态产物物流周围的数个位置处进行的；
其中监测来自无焰氧化器的任何气态产物的温度和监测气体物流中的VOC’s浓度的步骤利用在无焰氧化器内或在无焰氧化器和催化氧化器之间的一个或多个温度传感器来完成。

Claims (32)

1.一种用于销毁VOC’s的设备，包括：
具有无控制VOC含量的一种或多种气体物流源；
一个无焰、非催化的氧化器，该氧化器具有：
(a)一个与气体物流源相通的入口；
(b)一个出口；和
(c)一个位于入口和出口之间的部分，该部分包括一个非催化的、耐热材料的基质床，该床包括一个与所述入口相通的上游侧和一个与所述出口相通的下游侧；
一个催化氧化器，该氧化器装有催化剂并有一个入口和一个出口；
一个无焰非催化氧化器的出口和催化氧化器的入口之间的连接件，使基质床的下游侧与催化氧化器相通；
用于选择性地添加补充燃料和空气到基质床的上游侧的物流中的装置；
用于选择性地添加空气到连接件的物流中的装置；
一个直接连接连接件的气体物流源的旁通管，使一种或多种气体物流与催化氧化器的入口直接相通；和
一个选择性地控制输送到无焰、非催化氧化器的一种或多种气体的物流量和经旁通管直接送至催化氧化器的量的控制系统。
2.权利要求1的设备，其中控制系统选择性地输送一种或多种气体物流部分到无焰、非催化氧化器或直接到催化氧化器，这取决于在该一种或多种气体物中的VOC’s的浓度。
3.权利要求1的设备，其中基质床构造成使它可以热销毁挥发性污染物而不使用或产生火焰。
4.权利要求1的设备，进一步包括控制装置，它控制加到基质床上游侧的物流中的补充燃料和空气的量，使基质床的最热部分内的温度保持在约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)之间。
5.权利要求1的设备，进一步包括控制装置，它控制加到连接件物流中的空气的量，使得催化氧化器的出口处的温度保持在低于催化剂的热失活温度。
6.权利要求1的设备，其中控制系统选择性地输送一种或多种固体物流的一部分到无焰、非催化氧化器或直接到催化氧化器，这取决于由一个或多个温度传感器在基质床或连接件内传感器的温度。
7.权利要求1的设备，其中耐热材料包括陶瓷球、陶瓷鞍形物、陶瓷鲍尔环、陶瓷拉西环、陶瓷泡沫材料、陶瓷棉、金属泡沫材料或金属棉。
8.权利要求1的设备，其中基质床包括至少两层耐热材料，其中所述层由不同尺寸的耐热材料构成，而且无焰氧化器部分构造成形成从入口到出口的流动模式，使得任何物流首先经过较小尺寸的材料层。
9.权利要求1的设备，其中基质床具有0.3-0.9的空隙率。
10.权利要求1的设备，其中基质床中的材料具有40m2/m3至1040m2/m3的比表面积。
11.权利要求1的设备，进一步包括一个预热器，它能将基质床预热到在一种或多种气体物流中的VOC’s的自燃温度之上的温度。
12.权利要求1的设备，其中无焰的、非催化的氧化器进一步包括一个位于入口和基质床之间的送气室。
13.权利要求1的设备，进一步包括一个送气室装置，它用于使加到连接件物流中的任何空气和基质床下游的任何气体物流在它们进入催化氧化器之前进行混合。
14.权利要求1的设备，其中用于一种或多种气体物流的旁通管和用于选择性添加空气到连接件物流中的装置构造成在所述物流进入催化氧化器之前，在围绕连接件周围的数个位置处添加所述气体物流。
15.一种设备，包括：
一个含VOC’s的气体物流；
一个无焰、非催化氧化器，它有一个与气体物流相通的气体入口，一个气体出口，和一个位于入口和出口之间的非催化、耐热材料的基质床，该床包括一个与入口相通的上游侧和一个与出口相通的下游侧；
一个有入口和出口的催化氧化器，其中入口与基质床的下游侧通过一连接件相通；
用于选择性添加燃料和空气到基质床的上游侧物流中的装置；
用于选择性添加空气到基质床的下游侧和催化氧化器入口之间的物流中的装置；
一个使气体物流和催化氧化器入口之间直接相通的旁通管；和
一个控制系统，它控制输送到无焰的、非催化的氧化器的气体物流的量、经旁通管直接输送到催化氧化器的气体物流的量、添加到基质床的上流侧的物流中的燃料或空气的量和添加到基质床的下游侧和催化氧化器入口之间的物流中的空气的量。
16.权利要求15的设备，其中控制系统选择性地输送部分或全部气体物流到无焰、非催化氧化器或直接到催化氧化器，这取决于气体物流中的VOC’s的浓度。
17.权利要求16的设备，其中控制系统构造成利用由一个或多个温度传感器在基质床或连接件内传感出的温度确定气体物中的VOC’s的浓度。
18.权利要求15的设备，其中基质床构造成使得它可以热销毁挥发性的污染物而不使用或产生火焰。
19.权利要求15的设备，其中控制系统控制添加到基质床上游侧的物流中的燃料和空气的量以保持基质床的最热部分内的温度在约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)之间。
20.权利要求15的设备，其中控制系统控制添加到基质床的下游侧和催化氧化器入口之间的物流中的空气的量以保持在催化氧化器出口处的温度在催化剂的热失活温度之下。
21.权利要求15的设备，其中耐热材料包括陶瓷球、陶瓷鞍形物、陶瓷鲍尔环、陶瓷拉西环、陶瓷泡沫材料、陶瓷棉、金属泡沫或金属棉。
22.权利要求15的设备，进一步包括一个用于使添加到连接件物流中的任何空气和基质床下游侧的任何气体物流在进入催化氧化器之前进行混合的送气室装置。
23.权利要求15的设备，其中旁通管和用于选择性地添加空气到基质床的下游侧和催化氧化器入口之间的物流中的装置与连接件通过围绕连接件周围的数个注入位置相连通。
24.一种用于销毁VOC’s的设备，包括
具有无控制的VOC含量的一种或多种气体物流源；
一个无焰、非催化氧化器，它具有：
(a)一个与气体物流源相连通的入口；
(b)一个出口；和
(c)一个位于入口和出口之间的部分，该部分包括一个非催化的、耐热材料的基质床，该床包括一个与所述入口相通的上游侧和一个与所述出口相通的下游侧；
一个催化氧化器，该氧化器装有催化剂并有一个入口和一个出口；
一个无焰非催化氧化器和催化氧化器入口之间的连接件，使基质床的下游侧与催化氧化器相通；
一个预热器，它能使基质床预热到一种或多种气体物流中的VOC’s的自燃温度之上的温度；
用于选择性地添加补充燃料和空气到基质床的上游侧的物流中的装置；
用于选择性地添加空气到连接件物流中的装置；
一个控制装置，它控制添加到基质床上游侧的物流中的补充燃料和空气的量，使得基质床的最热部分的温度保持在约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)之间；
一个第二控制装置，它控制添加到连接件物流中的空气的量，使得催化氧化器出口处的温度保持在催化剂的热失活温度之下；
一个旁通管，它使连接件直接一种或多种气流源，使得一种或多种气体物流与催化氧化器的入口相通，其中旁通管和用于选择性地添加空气到连接件物流中的装置构造成在围绕连接件周围的一组位置处将任何气体物流和空气在它们进入催化氧化器之前充入其中；和
一个控制系统，用于选择性地控制输送到无焰、非催化氧化器中的一种或多种气体物流的量和经旁通管直接输送到催化氧化器中的量，其中控制系统选择性地输送一种或多种气体物流，这取决于一种或多种气体物流中的VOC’s的浓度，所述浓度是由通过一个或多个温度传感器在基质床或连接件内传感出的温度确定的。
25.一种从含有可变量的VOC排出物的气体物流中除去VOC排出物的方法，包括下述步骤：
(a)直接或间接监测含有可变量的VOC’s的气体物流中的VOC’s的浓度；
(b)将任意部分的气体物流通入无焰、非催化氧化器，所述气体物流有超过可在下游的催化氧化器中销毁而不使该催化氧化器中催化剂过热应有的BTU值的BTU值，所述非催化氧化器有耐热材料的基质床，该床已被预热到超过VOC排出物的自燃温度的温度，藉此，气体物流中的VOC’s在无焰反应中被热氧化成热气态产物而不使用或产生火焰；
(c)将气态产物导入下游的有催化剂的催化氧化器；
(d)直接或间接监测来自无焰氧化器的任何气态产物的温度并且使足够的稀释空气混入所述气态产物中；以在将气态产物导入催化氧化器之前将混合的气态产物-空气物流的温度降至导致催化氧化器废气温度低于催化剂的热失活温度的温度；
(e)按照保持无焰氧化器内的无焰反应区的需要，将补充燃料和空气混入任意部分的气体物流中，所述气体物流有这样的VOC浓度，它高于可在催化氧化器中氧化而不使催化剂的温度超过其热失活温度的浓度；和
(f)当一部分气体物流有足够低的BTU值使它可以在催化氧化器内被氧化而不使催化剂过热时，使具有足够低的BTU值的该部分气体物流中的至少一部分直接旁流进入催化氧化器，同时将具有足够低的BTU值的气体物流的任何其余部分与为保持无焰反应区所需的补充燃料和空气一起加入无焰氧化器。
26.权利要求25的方法，其中监测来自无焰氧化器的任何气态产物的温度和监测气体物流中的VOC’s浓度的步骤利用在无焰氧化器中的或在无焰氧化器和催化氧化器之间的一个或多个温度传感器来完成。
27.权利要求25的方法，其中将稀释空气和任何旁路气体物流加入来自无焰氧化器的任何气态产物物流中，所述添加是在这些物流进入催化氧化器之前在围绕气态产物物流周围的数个位置处进行的。
28.权利要求25的方法，其中基质床温度保持在无焰反应区中的约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)之间。
29.权利要求25的方法，其中，当一部分气体物流旁路直接进入催化氧化器时，将该气体物流的其余部分加入无焰氧化器，所述其余部分在与补充燃料混合时足以满足无焰氧化器最小流量需要，同时保持无焰反应区。
30.权利要求25的方法，其中添加到无焰氧化器的任何气体物流、补充燃料和空气的混合物流被控制成有约30到约35BTU/scf。
31.权利要求25的方法，其中添加到催化氧化器的任何气体物、气态产物和空气的混合物流被控制成有不大于约5BTU/scf。
32.一种从含有可变量的VOC排出物的气体物流中除去VOC排出物的方法，包括下述步骤：
(a)直接或间接监测含有可变量的VOC’s的气体物流中的VOC’s浓度；
(b)将气体物流的任意部分通入无焰、非催化氧化器，所述气体物流有超过可在下游的催化氧化器中销毁而不使该催化氧化器中催化剂过热应有的BTU值的BTU值，所述非催化氧化器有耐热材料的基质床，该床已被预热到超过VOC排出物的自燃温度的温度，藉此，气体物流中的VOC’s在无焰反应区中被热氧化成热气态产物并且无焰反应区中温度被保持在约1400°F(760℃)和约3500°F(1925℃)；
(c)将气态产物导入下游的有催化剂的催化氧化器；
(d)直接或间接监测来自无焰氧化器的任何气态产物的温度并且使足够的稀释空气混入所述气态产物中，以在将气态产物导入催化氧化器之前将混合的气态产物—空气物流的温度降至导致催化氧化器废气温度低于催化剂的热失活温度的温度；
(e)按照保持无焰氧化器内无焰反应区的需要，将补充燃料和空气混入气体物流的任意部分中，所述气体物流有这样的VOC浓度，它高于可在催化氧化器中氧化而不使催化剂的温度超过其热失活温度的浓度；和
(f)当一部分气体物流有足够低的BTU值使它可以在催化氧化器内被氧化而不使催化剂过热时，使具有足够低的BTU值的该部分气体物流中的至少一部分直接旁流进入催化氧化器，同时将具有足够低的BTU值的气体物流的任何其余部分与为保持无焰反应区所需的补充燃料和空气一起加入无焰氧化器；
(g)控制添加到无焰氧化器的任何气体物流、补充燃料和空气的混合物流为有约30到约35BTU/scf；
(h)控制添加到催化氧化器中的任何气体物流、气态产物和空气的混合物流为有不超过约5BTU/scf；和
(i)添加稀释空气和任何旁路气体物流到来自无焰氧化器的任何气态产物物流中，所述添加是在这些物流进入催化氧化器之前在围绕气态产物物流周围的数个位置处进行的；
其中监测来自无焰氧化器的任何气态产物的温度和监测气体物流中的VOC’s浓度的步骤利用在无焰氧化器内或在无焰氧化器和催化氧化器之间的一个或多个温度传感器来完成。
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