CN207546127U - 一种处理高浓度有机废气的冷凝催化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，包括：冷凝系统、气体浓度均衡系统和催化氧化系统。本实用新型耦合了冷凝技术和催化氧化的技术优点，通过气体浓度均衡器、配气箱、稀释风机变频联锁催化氧化反应器最高温度点解决两种技术耦合的运行稳定性和浓度衔接的安全性；通过冷凝系统的三维换热器的冷气冷量回收和气气换热器热气的热量回收，实现设备运行能耗低；通过设备的整体撬装化，实现占地面积小，现场安装方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其是一种处理高浓度有机废气的冷凝催化装置。
背景技术
有机废气，又称VOCs(Volatile Organic Compounds)挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。
具有挥发性的有机化合物主要包括非甲烷总烃(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃)，含氧有机化合物(醛、酮、醇、醚等)、卤代烃、含氮化合物、含硫化合物等。VOCs是大气光化学反应的主要参与者，可直接产生细颗粒物(PM2.5)，并进而引发光化学烟雾、雾霾等严重大气污染现象。同时，多数VOCs具有毒性，直接危害人们健康，国家将VOCs列为重点控制的污染物，强调针对重点行业开展工业VOCs污染治理。
工业VOCs主要来自于石油炼制与石油化工、煤炭加工与转化等含VOCs原料的生产行业，油类(燃油、溶剂等)储存、运输和销售过程，涂料、油墨、胶粘剂、农药等以VOCs为原料的生产行业，涂装、印刷、粘合、工业清洗等含VOCs产品的使用过程。工业源VOCs排放所涉及的行业众多，具有排放强度大、浓度波动大、污染物种类多、持续时间长等特点，对局部空气质量的影响显著。
VOCs的控制技术基本分为两大类。第一类是预防性措施，以更换设备、改进工艺技术、防止泄漏乃至消除VOCs排放为主，这是人们所期望的，但是以目前的技术水平，向环境中排放和泄露不同浓度的有机废气是不可避免的，这时就必须采用第二类技术。第二类技术为控制性措施，以末端治理为主。末端控制技术包含两类，即回收技术和销毁技术。回收技术是通过物理的方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离有机污染物的方法，主要包括冷凝、吸收、吸附和膜分离等技术。回收的挥发性有机物可以直接或经过简单纯化后返回工艺过程再利用，以减少原料的消耗。销毁技术是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂或微生物等将有机化合物转变成为二氧化碳和水等无毒害和无机小分子化合物的方法，主要包括高温焚烧、催化燃烧、生物氧化、低温等离子体破坏和光催化氧化等技术。
VOCs的处理技术一般根据浓度和流量两个因素做初步选择，最终处理方法需综合考虑有机组分的性质。当气体浓度较大时，一般考虑物理分离法回收在利用，而在回收方法中，吸附技术和膜分离技术是分离提浓技术，常常和冷凝技术或者吸收技术组合使用。吸收技术使用浓度较为宽广，但是吸收剂的选取以及吸收液的处理比较麻烦，选择水为吸收剂，有机物质须易溶于水，比如丙酮、甲醇、乙醇等水溶性物质，且吸收液需要再次精馏分离或者当做污水处理，选择其他有机物质进行吸收，吸收剂本身的挥发即会形成VOCs，且有些场所基本没有吸收剂如码头。相对来说，具有回收效果的冷凝技术，使用浓度较为宽广，适用场合更是广泛，如果采用风冷形式，公用工程少，冷凝过后的有机溶剂浓度高。销毁技术多种多样，总归是将有机物转化为H2O和CO2，该过程中，有机物的燃烧热定要引起VOCs的温升，所以销毁技术对VOCs的浓度要求较高，过高的浓度必然引起高温。浓度在1～6g/m3时，可采用催化氧化技术，浓度在2～12g/m3时，可采用热力氧化技术，浓度低于1g/m3时，一般采用低温等离子技术或者光催化技术。
随着VOCs排放标准越来越低，确保最终尾气排放浓度符合《石油炼制工业污染物排放标准》GB 31570-2015和《石油化学工业污染物排放标准》GB 31571-2015的限值要求，对于高浓度有机废气单独使用冷凝技术或者吸收技术很难做到达标排放，销毁技术对挥发性有机物浓度要求严格，且热力氧化技术温度过高，且有明火。催化氧化技术相对起燃温度较低，无明火产生，相对热力氧化技术更安全一些。所以对于高浓度有机废气的处理，一般采用回收技术和销毁技术耦合使用，然则两种技术耦合的运行稳定性和浓度衔接的安全性备受诟病。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，能够耦合冷凝技术和催化氧化的技术优点，解决两种技术耦合的运行稳定性和浓度衔接的安全性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，包括：冷凝系统、气体浓度均衡系统和催化氧化系统；冷凝系统包括风泵1、蒸发器2、压缩机9、冷凝器10、膨胀阀11、集液器12，气体浓度均衡系统包括气体浓度均衡器3、配气箱4和稀释风机5，催化氧化系统包括气气换热器6、电加热器7、催化氧化反应器8；风泵1的进气口作为高浓度有机废气的入口，风泵1的出气口连接蒸发器2的进气口；风泵2的出气口分为三路，一路连接至集液器12；一路依次经过压缩机9、冷凝器10和膨胀阀11后再次进入蒸发器2；一路依次经过气体浓度均衡器3、配气箱4、稀释风机5、气气换热器6、电加热器7、催化氧化反应器8后再次进入气气换热器6后作为洁净气体排放。
优选的，风泵1为变频风机，与有机废气源头管线的压力传感器联锁。
优选的，气体浓度均衡器3为吸附罐，内部最多装三种吸附剂，分别为活性氧化铝、硅胶和分子筛，均为不可燃吸附剂；其中活性氧化铝和分子筛主要用来处理强极性有机物如甲醇、丙酮等，硅胶主要用来处理非极性有机物和易极化有机物如烃类、芳烃类等；对于气体组分复杂的VOCs，将三种吸附剂按活性氧化铝、硅胶和分子筛1:2:1的质量比例由下往上装填，其中气体浓度均衡器3、配气箱4和稀释风机5构成气体浓度均衡系统，用来衔接冷凝系统和催化氧化系统。
优选的，稀释风机5为变频风机，和催化氧化反应器8中的温度传感器联锁变频。
优选的，气体换热器6为板式换热器或板翅式换热器，配气箱设置有2个及2个以上的新鲜空气入口，每个入口均有4～8目的不锈钢丝网空气过滤器。
优选的，催化氧化反应器8内含有6个或6个以上的温度传感器，传感器的最高温度和变频稀释风机联锁控制。
优选的，催化氧化反应器8内含规整式贵金属催化剂。
优选的，高浓度有机废气处理装置为整体撬装设备。
本发明的有益效果为：本发明耦合了冷凝技术和催化氧化的技术优点，根据有机物的物性分析、冷凝技术能耗温度分析和催化氧化进口浓度计算决定最终冷凝温度，适用于多种类有机气体，包括烃类、芳香族、酮类、酯类、醚类、醛类、醇类，通过气体浓度均衡器、配气箱、稀释风机变频联锁催化氧化反应器最高温度点形成的气体浓度均衡系统解决两种技术耦合的运行稳定性和浓度衔接的安全性；通过冷凝系统的三维换热器的冷气冷量回收和气气换热器热气的热量回收，实现设备运行能耗低；通过设备的整体撬装化，实现占地面积小，现场安装方便快捷。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，包括：冷凝系统、气体浓度均衡系统和催化氧化系统；冷凝系统包括风泵1、蒸发器2、压缩机9、冷凝器10、膨胀阀11、集液器12，气体浓度均衡系统包括气体浓度均衡器3、配气箱4和稀释风机5，催化氧化系统包括气气换热器6、电加热器7、催化氧化反应器8；风泵1的进气口作为高浓度有机废气的入口，风泵1的出气口连接蒸发器2的进气口；风泵2的出气口分为三路，一路连接至集液器12；一路依次经过压缩机9、冷凝器10和膨胀阀11后再次进入蒸发器2；一路依次经过气体浓度均衡器3、配气箱4、稀释风机5、气气换热器6、电加热器7、催化氧化反应器8后再次进入气气换热器6后作为洁净气体排放。
其中冷凝装置采用压缩制冷循环，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等，若冷凝温度低于-35℃时采用复叠式压缩冷凝系统。催化氧化反应器内含规整式贵金属(Pb/Pt)催化剂。冷凝系统中的蒸发器为三维换热器，可以使得通过冷凝系统后的有机废气温度为15～28℃；将冷气中冷量全部回收，节能效果明显。冷凝系统的最低冷凝温度根据有机废气的组分性质以及经过冷凝系统后的有机废气浓度而定，部分常见的有机物质的温度浓度见表1，冷凝系统可将有机废气最低冷凝至-75℃，经过冷凝系统后的有机废气浓度在4～30g/m3，最佳浓度为10g/m3。常见的有机物质的温度浓度如表1所示。
表1常见的有机物质的温度浓度表
本发明中的稀释风机为变频风机，和催化氧化反应器温度传感器联锁变频，确保催化氧化系统安全运行。所述的风泵为变频风机，与有机废气源头管线的压力传感器联锁。
所述气体浓度均衡器为吸附罐，不需要脱附，内部最多可装三种吸附剂，活性氧化铝、硅胶和分子筛；其中活性氧化铝主要用来均衡如丙酮、甲醇等极性有机物浓度，硅胶用来均衡MTBE、丁醇、醛类等弱极性有机物浓度，分子筛用来均衡苯、甲苯、烃类等易极化或非极性有机物浓度。所述的气体换热器为板式换热器或板翅式换热器，配气箱有2个及2个以上的新鲜空气入口，每个入口均有4～8目的不锈钢丝网空气过滤器。所述的催化氧化室含有6个及6个以上的温度传感器，其中传感器的最高温度和变频稀释风机联锁控制，使得催化氧化室温度不超过600℃，确保装置的安全性能。本发明中的高浓度有机废气处理装置为整体撬装设备。
一种处理高浓度有机废气的冷凝催化处理方法，包括如下步骤：
(1)将高浓度有机废气通过冷凝系统，将高浓度有机废气中的易冷凝组分冷凝回收，处理为低浓度有机废气；
(2)将冷凝过后的气体浓度波动较大的气体通过气体浓度均衡系统，使得气体浓度波动变小；
(3)将气体浓度波动较小的气体通过催化氧化系统，将低浓度有机废气催化氧化为CO2和H2O排出。
实施例1
将该设备用于处理丙酮有机废气100Nm3/h。
首先启动冷凝系统，将丙酮废气冷凝至-50℃～65℃，检测气体浓度均衡器进出口丙酮废气浓度，连续检测3天，每3小时取样检测1次，其中进口丙酮废气浓度为2.8g/m3～20g/m3，出口丙酮废气浓度为4.1g/m3～12g/m3，待气体浓度均衡器出口丙酮废气浓度稳定低于20g/m3时，打开电加热器30min后，启动稀释风机，此时电机热自动关闭，催化氧化反应器温度与变频风机自动连锁，温度控制在250℃～450℃，最佳温度为350℃，系统稳定运行，在排气筒处取样气冷却检测，结果为33mg/m3，达标排放。
实施例2
将该设备用于处理MTBE有机废气100Nm3/h。
首先启动冷凝系统，将MTBE废气冷凝至-60℃～75℃，检测气体浓度均衡器进出口MTBE废气浓度，连续检测3天，每3小时取样检测1次，其中进口MTBE废气浓度为3.2g/m3～25g/m3，出口MTBE废气浓度为5.4g/m3～16g/m3，待气体浓度均衡器出口MTBE废气浓度稳定低于20g/m3时，打开电加热器30min后，启动稀释风机，此时电机热自动关闭，催化氧化室温度与变频风机自动连锁，温度控制在230℃～450℃，最佳温度为340℃，系统稳定运行，在排气筒处取样气冷却检测，结果为98mg/m3，达标排放。
实施例3
将该设备用于处理苯有机废气100Nm3/h。
首先启动冷凝系统，将苯废气冷凝至-25℃～35℃，检测气体浓度均衡器进出口苯废气浓度，连续检测3天，每3小时取样检测依次，其中进口苯废气浓度为15g/m3～36g/m3，出口苯废气浓度为20g/m3～27g/m3，待气体浓度均衡器出口苯废气浓度稳定低于30g/m3时，打开电加热器30min后，启动稀释风机，此时电机热自动关闭，催化氧化反应器温度与变频风机自动连锁，温度控制在220℃～450℃，最佳温度为340℃，系统稳定运行，在排气筒处取样气冷却检测，结果为2mg/m3，达标排放。
实施例4
将该设备用于处理汽油有机废气100Nm3/h。
首先启动冷凝系统，将汽油废气冷凝至-70℃～75℃，检测气体浓度均衡器进出口汽油废气浓度，连续检测3天，每3小时取样检测1次，其中进口汽油废气浓度为9g/m3～40g/m3，出口汽油废气浓度为15g/m3～29g/m3，待气体浓度均衡器出口丙酮废气浓度稳定低于35g/m3时，打开电加热器30min后，启动稀释风机，此时电机热自动关闭，催化氧化反应器温度与变频风机自动连锁，温度控制在260℃～470℃，最佳温度为380℃，系统稳定运行，在排气筒处取样气冷却检测，非甲烷总烃为103mg/m3，达标排放。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。
Claims (8)
1.一种处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，其特征在于，包括：冷凝系统、气体浓度均衡系统和催化氧化系统；冷凝系统包括风泵(1)、蒸发器(2)、压缩机(9)、冷凝器(10)、膨胀阀(11)和集液器(12)，气体浓度均衡系统包括气体浓度均衡器(3)、配气箱(4)和稀释风机(5)，催化氧化系统包括气气换热器(6)、电加热器(7)、催化氧化反应器(8)；风泵(1)的进气口作为高浓度有机废气的入口，风泵(1)的出气口连接蒸发器(2)的进气口；风泵(1)的出气口分为三路，一路连接至集液器(12)；一路依次经过压缩机(9)、冷凝器(10)和膨胀阀(11)后再次进入蒸发器(2)；一路依次经过气体浓度均衡器(3)、配气箱(4)、稀释风机(5)、气气换热器(6)、电加热器(7)、催化氧化反应器(8)后再次进入气气换热器(6)后作为洁净气体排放。
2.如权利要求1所述的处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，其特征在于，风泵(1)为变频风机，与有机废气源头管线的压力传感器联锁。
3.如权利要求1所述的处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，其特征在于，气体浓度均衡器(3)为吸附罐，内部最多装三种吸附剂，分别为活性氧化铝、硅胶和分子筛，其中活性氧化铝和分子筛主要用来处理强极性有机物，硅胶主要用来处理非极性有机物和易极化有机物；对于气体组分复杂的VOCs，将三种吸附剂按活性氧化铝、硅胶和分子筛1:2:1的质量比例由下往上装填。
4.如权利要求1所述的处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，其特征在于，稀释风机(5)为变频风机，和催化氧化反应器(8)中的温度传感器联锁变频。
5.如权利要求1所述的处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，其特征在于，气体换热器(6)为板式换热器或板翅式换热器，配气箱设置有2个及2个以上的新鲜空气入口，每个入口均有4～8目的不锈钢丝网空气过滤器。
6.如权利要求1所述的处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，其特征在于，催化氧化反应器(8)内含有6个或6个以上的温度传感器，传感器的最高温度和变频稀释风机联锁控制。
7.如权利要求1所述的处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，其特征在于，催化氧化反应器(8)内含规整式贵金属催化剂。
8.如权利要求1所述的处理高浓度有机废气的冷凝催化装置，其特征在于，高浓度有机废气处理装置为整体撬装设备。
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