CN1611291A - 一种高浓度有机废气的净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含较高浓度有机物的废气催化燃烧净化方法,其过程为废气经过预处理后,由风机增压,经过换热器、电加热器升温,然后进入催化燃烧反应器,反应器出口气进入换热器与废气换热,换热后的废气进一步发生蒸汽或生产热水。本发明的主要特点为进入换热器的反应器出口气设置旁路管线并调整旁路管线的气量,使换热器冷气体出口温度低于设定的反应器入口温度,保持加热器在微加热状态;在电加热器设置旁路管线并调整旁路流量,在明显降低气体通过加热器压降的同时,保持反应器进口温度稳定。与现有技术相比,本发明方法具有装置压力降小,废气处理能力大,操作稳定,换热器、反应器等设备工作温度低,使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种废气催化燃烧净化处理方法,即含可燃性组分废气的催化燃烧净化处理方法,特别是废气中有机物浓度较高、浓度有波动的废气的净化处理方法。
背景技术
催化燃烧法是净化含可燃性组分废气的一种有效方法,该方法特别适合于有机物浓度较高(如总烃浓度大约在3000μL/L以上)、组分复杂且没有回收价值的有机废气的净化处理。催化燃烧过程由于使用催化剂,因此反应可以在比普通燃烧低得多的温度下进行,一般在反应器入口温度为200℃~300℃时,即可使大部分有机物氧化为CO2和H2O。催化燃烧法已经获得了广泛应用,并在催化剂、工艺以及装置上都有新技术不段出现。如US6019952公开了一种有机废气的净化方法,将含有机物的车间废气吸附浓缩,然后用含分子筛的催化燃烧催化剂将其净化。CN1192190A公开了一种耐1000℃高温的催化燃烧催化剂,可以在较高温度下净化有机废气。
催化燃烧技术在应用时,装置投资、设备寿命和操作费用是重要的经济指标。同样投资规模,装置废气处理量越大越好。设备寿命与操作温度及操作的稳定性等因素有关,操作费用主要包括动力消耗、热能消耗等。现有催化燃烧流程一般为废气经换热器、加热器进入催化燃烧反应器,反应后气体经换热器与未处理废气进行热交换。气体流动的动力来自于增压风机,加热器一般为电加热器,如CN2137324Y、CN86202182U等所介绍的废气净化装置等,其原理如图1所示。该过程对于浓度较低并且稳定的废气可以实现稳定运转,但对于浓度较高、浓度波动较大的废气则难以平稳操作,并且装置操作温度高,气体线速大,系统压降大、能耗高,装置废气处理量小,设备寿命也受到影响。因为,当废气中可燃物浓度高时,反应放热较多,使系统温度升高。系统温度过高会使催化剂及各种设备的有效使用寿命缩短;温度过高,气体体积流量加大,系统压力降增加,动力消耗增加;在不更换风机的情况下,系统压力降增加,装置的废气处理量则要降低。另外,系统温度提高以后,作为调整系统温度稳定的加热器将无法起到控制作用,系统温度随着废气中可燃物浓度的变化而波动,虽然此时加热器消耗的功率较小,但相比动力消耗的增加和系统不稳定、以及装置的处理能力下降来说将得不偿失。因此,如何保证催化燃烧系统在稳定运转的条件下,优化操作条件,降低操作费用,保证装置有较高的处理能力,延长设备使用寿命是催化燃烧工艺进一步广泛应用的重要影响因素。
发明内容
针对现有技术的不足,要发明提供一种优化的催化燃烧工艺过程,可以实现较高浓度废气的稳定转化,在保证污染物去除效果的前提下,装置在较低的温度下运行,系统压降低、动力消耗小,装置处理能力大,设备有效使用寿命长。
本发明废气催化燃烧净化处理工艺过程如下:废气经过适当预处理后,由风机增压,经过换热器、电加热器升温,然后进入催化燃烧反应器,反应器出口气进入换热器与废气换热,催化燃烧反应器入口温度控制为150~300℃,换热后的高温净化气体可以进一步发生蒸汽或生产热水。其中进入换热器的反应器出口气设置旁路管线,电加热器设置旁路管线。调整进入换热器及其旁路管线的热气体流量,使进入换热器的热气体流量与进入其旁路管线的热气体流量的体积比为1∶0.1~5,使换热器冷气体出口温度低于反应器入口温度0~100℃,最好为0~15℃。进入电加热器的气体流量与进入电加热器旁路管线气体流量的体积比为1∶0.1~3,最好为1∶0.1~1。由于废气中有机物浓度较高,燃烧放热较多,因此,经过换热后进入加热器的废气温度很可能高于设定的反应器入口温度,所以,设置换热器的旁路管线,使换热器冷气流的出口温度低于反应器入口设定温度。电加热器是压降较大的设备,设置电加热器旁路可以在明显降低气体通过加热器压降的同时,保持经过和未经过加热的气体混合后其温度稳定在设定的反应器入口温度值附近。换热器旁路和电加热器旁路可以采用其中一种方式,但最好两个旁路同时使用。
废气的预处理的目的在于使废气适于催化燃烧反应,对于不同来源的废气,预处理的方法可以有所不同。如对于敞口设备散发的废气,预处理应包括废气收集;对于含硫化物的有机废气,预处理应包括脱硫;对于浓度较高的有机废气,预处理应包括稀释;对于浓度波动较大的有机废气,预处理应包括浓度均化;对于含尘的有机废气,预处理应包括除尘等。上述预处理方法可以选择其中的一种单独使用或几种同时使用。换热器、电加热器及催化燃烧反应器可以与现有技术相同,具体选择可以根据废气来源、性质及设计指标确定。本发明方案可以适用于各种含较高浓度可燃性组分废气的净化处理,如石油化工、喷漆、印刷、涂料、粘结等行业的有机废气可采用本发明方案进行净化处理。
本发明优化的催化燃烧方案,使整个反应系统的压力降低、动力消耗小、装置处理能力大和热能有效回收。另外,因为电热器的热交换效率较高,温度的再线调整灵敏,通过调整进入换热器的热气体流量使其处于适度的工作状态,可以使反应器入口的温度稳定,进而使整个系统操作稳定,并在适宜的温度下操作,可以大大延长设备的有效使用寿命。由于电加热器具有高的热交换效率,其内部气流处于高度湍流状态,因而其压降较大。通过设置旁路分流方案,可以适量减少流过换热器热气体一侧和电加热器内的气体流量,降低压力降,并且整个系统处于适宜的温度下运转,气体的体积流量比在较高温度下大大减小,也减少了各单元的压力损失,减少了总动力消耗,提高了装置处理能力。
附图说明
图1是现有技术中催化燃烧工艺流程示意图。
图2是本发明优化的催化燃烧工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合石化企业污水处理场隔油池废气的催化燃烧净化处理为例具体说明本发明的方案和效果。
石化企业污水处理场隔油池产生的废气的污染物浓度较高且波动范围大,一般总烃浓度为2000~25000μl/l,总硫含量在50mg/m3以下。其中总硫物质为硫化氢和/或有机硫化物,总烃物质为挥发性有机化合物(VOCs)。所述的有机硫化物包括硫醇、硫醚、羰基硫、有机二硫化合物(如二甲基二硫)、噻吩等一切可能由加工含硫原油而产生的含硫有机化合物。所含的硫化物及有机物成分均较复杂,根据这些特点,采用下面具体处理方案:
(1)废气进行浓度均化及脱硫处理;
(2)进入换热器进行预热;
(3)预热后的废气经电加热器及其旁路管线进入反应器,在催化剂的作用下催化燃烧,将有机物转化为CO2和H2O,从而达到废气净化的目的;
(4)催化燃烧反应器排出气经换热器及其旁路管线混合排放。
(5)可以在换热器热气体旁路管线上或经过换热器的热气体与经过旁路的热气体混合后的排放管线上,安装热量回收装置,发生蒸汽或生产热水。
浓度均化、脱硫可以在一个装置中进行,也可以在两个装置中顺序进行。采用一个装置时,装置内部装填具有浓度均化和脱硫双功能的填料,如脱硫活性炭,操作温度为常温,操作空速一般为100~10000h-1,当脱硫率降低后,再生或更换新鲜脱硫剂。脱硫活性炭可以采用商业品。采用两个串联装置进行时,脱硫剂可以采用金属氧化物型脱硫剂,采用常温脱硫剂时,可不限制先后顺序,若采用高温脱硫剂,则优选先进行浓度均化、后进行脱硫的流程。使用串联流程时,浓度均化所使用的物质一般为吸附性较强的物质,包括活性炭、分子筛、硅胶、氧化铝、硅藻土等的一种或几种的组合,各物质大多需经成型处理而成为特定的形状,如球形、条状、片状、中空圆柱状、齿轮状、三叶形等各种适宜的形状,也可为粉末或颗粒状。根据废气的浓度大小以及浓度的波动幅度来决定使用何种吸附性物质以及确定其装填量。一般而言,有机废气浓度较高且浓度波动较大时,所需吸附性物质的装填量较大。浓度均化器的操作空速为300~15000h-1。浓度均化、脱硫串联流程中的脱硫采用常规的脱硫剂,如ZnO型脱硫剂、Fe2O3型脱硫剂,也可以使用脱硫活性炭等。当废气中有机物浓度波动大且含硫化物时,优先选用脱硫活性炭,同时达到浓度均化和脱硫的双重作用。脱硫条件应根据脱硫剂的性能及设计要求来确定,一般入口温度为常温~400℃,空速为100~10000h-1,脱硫率降低后进行再生或更换。
废气经浓度均化及脱硫后,总烃浓度一般在3000~12000μl/l范围内,经换热器和电加热器,进入催化燃烧反应器。催化燃烧催化剂为常规可选催化剂,如蜂窝型贵金属催化剂,载体为蜂窝陶瓷体,其上担载贵金属如Pt和/或Pd以及CeO2等组分。催化燃烧反应器的入口床层温度范围一般为150~300℃,使用空速范围为5000~80000h-1。
下面结合实例和比较例进一步说明采用换热器旁路和电加热器旁路的方案得到的效果,其中浓度均化及脱硫可以采用常规操作条件,如果废气中无硫化物或浓度波动不大,工艺中可不包括浓度均化或脱硫部分,具体方式根据实际情况确定。
实施例1-2
将石化企业污水处理场排放的含有硫化氢和有机硫的有机废气加盖密封后,用引风机从排出口把废气引入浓度均化、脱硫器,采用脱硫活性炭和脱烃活性炭混装,以使废气的浓度趋于均一并脱除硫化物。然后经换热器和电加热器,加热至反应所需温度进入催化燃烧反应器。各实施例中的废气净化处理条件及结果列于表1。其中,C1催化剂由蜂窝陶瓷载体上浸渍担载Pt 1.8g/L、Pd 0.9g/L和CeO214g/L,C2催化剂由蜂窝陶瓷载体上浸渍担载0.4wt%Pt和2wt%CeO2制得。
比较例1-2
采用现有技术方案(如图1),即换热器和电加热器没有旁路。
表1 实施例及比较例工艺条件及处理结果
工艺条件及结果/实施例 | 实施例1 | 比较例1 | 实施例2 | 比较例2 | |
废气组分及浓度波动 | 总烃,μl/l | 2000~15000 | 3000~24900 | ||
总硫,mg/m3 | 3~15 | 6~20 | |||
浓度均化及脱硫 | 空速,h-1 | 1000 | 750 | 800 | 570 |
出口总烃,μl/l | 3800~10000 | 3950~9420 | 4000~8000 | 4800~7300 | |
出口总硫,mg/m3 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | |
催化燃烧及处理结果 | 催化剂 | C1 | C1 | C2 | C2 |
进口温度,℃ | 240 | 240~380 | 300 | 300~420 | |
空速,h-1 | 20000 | 15000 | 30000 | 21500 | |
烃转化率,% | 98 | 97 | 95 | 94 | |
硫去除率,% | 100 | 100 | 100 | 100 | |
换热器 | 换热器与旁路气量体量比 | 1∶0.1~0.5 | / | 1∶1.5~3.5 | / |
出口温度为,℃ | 235~240 | 240~380 | 295~300 | 300~420 | |
电加热器 | 加热器与旁路气量体量比 | 1∶0.1~0.4 | / | 1∶0.3~0.7 | / |
压降 | 系统总压降,KPa | 15~20 | 12~25 | 18~26 | 14~32 |
处理量 | 同一装置可处理的气量,Nm3/h | 2400 | 1800 | 2800 | 2000 |
同一装置处理气量提高,% | 33 | 40 |
从上述实施例和比较例的数据可以看出,对于相同的废气处理装置,采用本发明方法,可以有效控制反应器进口温度,提高装置的处理量,装置运转更加稳定,对降低装置投资、延长使用寿命、降低操作费用均有良好的促进作用。
Claims (11)
1、一种高浓度有机物的废气的催化燃烧净化方法,其过程为废气经过预处理后,由风机增压,经过换热器、电加热器升温,然后进入催化燃烧反应器,反应器出口气进入换热器与废气换热,其特征在于在进入换热器的反应器出口气设置旁路管线,和/或在电加热器设置旁路管线;调整进入换热器及其旁路管线的热气体流量,使进入换热器的热气体流量与进入其旁路管线的热气体流量的体积比为1∶0.1~5,使换热器冷气体出口温度低于反应器入口温度0~100℃,保持加热器在低负荷加热状态;控制进入电加热器的气体流量与进入电加热器旁路管线气体流量的体积比为1∶0.1~3。
2、按照权利要求1所述的方法,其特征在于废气中总烃浓度2000~25000μL/L。
3、按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的催化燃烧反应器入口温度控制为150~300℃。
4、按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的换热器出口冷气体温度低于反应器入口温度0~15℃。
5、按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的进入电加热器的气体流量与进入电加热器旁路管线气体流量的体积比为1∶0.1~1。
6、按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述废气的预处理方法包括脱硫、浓度均化、除尘中的一种或几种。
7、按照权利要求6所述的方法,其特征在于所述的浓度均化、脱硫在一个装置中进行或串联的两个装置中进行。
8、按照权利要求7所述的方法,其特征在于所述的采用一个装置进行浓度均化及脱硫处理时,装置内装填一种或几种类型的活性炭,空速为100~10000h-1,温度为常温。
9、按照权利要求7所述的方法,其特征在于所述的采用两个串联装置进行浓度均化及脱硫处理时,浓度均化装置使用活性炭、分子筛、硅胶、氧化铝和硅藻土中的一种或几种,操作空速为300~15000h-1,操作温度为常温;脱硫装置使用ZnO型脱硫剂或Fe2O3型脱硫剂,入口温度为常温~400℃,空速为50~10000h-1。
10、按照权利要求7或9所述的方法,其特征在于所述的两个串联装置的顺序为先进行浓度均化、后进行脱硫处理。
11、按照权利要求1所述的方法,其特征在于催化燃烧使用的催化剂为担载贵金属Pt和/或Pd的蜂窝状催化剂,入口床层温度为150~300℃,空速为5000~80000h-1。
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