CN104138705A - 一种化工废气处理装置及处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化工废气处理装置，该装置包括依次连接的防爆容器、气体混合器、等离子体反应器和催化燃烧反应器；所述防爆容器包括盛水容体、伸入容体液面的进气管和设于容体顶部的出气管；所述催化燃烧反应器由填装CO催化剂的前段和填装多孔介质的后段组成。本发明还公开了利用上述装置进行化工废气处理的工艺。本发明装置不仅采用等离子体反应器与催化燃烧反应器相结合的方式，提高了整个装置的废气处理效果，还在气体混合器的上游设置防爆容器，防止空气的回流以及离子反应器或催化燃烧反应器反应中产生的回燃火焰，提高了装置的安全性，并通过防爆容器内的水溶解废气中水溶性有机污染物，有助于提高装置的废气处理效果。

Description

一种化工废气处理装置及处理工艺

技术领域

本发明涉及化工废气净化和脱除领域，尤其涉及一种化工废气处理装置及利用该装置处理化工废气的工艺。

背景技术

化工工业是我国国民经济的重要支柱产业，然而化工生产中产生的废气往往含有多种污染物，这些污染物通常物理和化学性质较为复杂，对环境易造成极大污染，同时也影响人体的健康。为此，我国出台了严格的法规和规范，以控制化工废气的排放。例如GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》，该标准对33种排放物做了排放值的限定。

现有技术中，处理化工废气的方法有多种，一般包括吸附法、催化燃烧法、吸收法和紫外光解法等。其中，催化燃烧法是在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳的过程，该方法可应用于化工废气中的有机污染物的去除。

授权公告号为CN102072495B的专利公开了一种有机废气催化燃烧装置，包括用于输入废气的废气入口、用于输出净气的净气口、用于对废气进行催化燃烧的催化净化装置、热启动风循环管以及电气控制装置，废气入口与催化净化装置通过第一管路相连通，净气出口与催化净化装置通过第二管路相连通，热启动风循环管的两端分别于第一管路、第二管路相连通，第二管路连接有风机，第一管路、催化净化装置、第二管路、热启动风循环管以及风机构成循环通路。该发明具有自控程度高、余热可利用性能稳定、安全可靠、体积小重量轻、操作简便、净化效果佳等优点。

但是，由于化工废气中的组成成分通常较为复杂，仅通过该装置采用的催化燃烧方法无法彻底脱除化工废气中的所有污染物。

公开号为CN103759275A的专利公开了一种等离子体强化多孔介质燃烧处理有机废气的装置，包括用于去除有机废气中颗粒物的过滤器、用于热力氧化和等离子体氧化以实现有机废气降解的反应器、用于提供等离子体的高压电源、以及用于对反应器进行流量和温度控制的控制器，过滤器与反应器相连，反应器分别与控制器及高压电源相连。通过多孔介质材料的蓄热作用及等离子体自由基氧化作用协同降解有机废气，提高了有机废气的降解效率，同时根据有机废气浓度，调节等离子体的输入能量，在保证有机废气降解效率的同时有效减少了输入能耗。该装置具有有机废气浓度适用范围广，输入能量低，处理效果高，系统可控性高等优点，但是该发明将多孔介质材料与等离子体结合，造成装置不易拆卸和更换，并且该装置仅能降解废气中的有机物，对于废气中的无机物效果不佳。

此外，由于化工生产区安全要求高，通常需严禁火源，但化工废气处理装置中存在燃烧反应器，常易引发爆燃等情况，并影响化工生产区，故化工生产区内易存在安全隐患。因此，如何能够既提高化工废气脱除效果，又保证装置的高安全性，是我们急需解决一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废气处理效果好、安全性高的化工废气处理装置，及利用该装置处理化工废气的工艺。

一种化工废气处理装置，包括依次连接的防爆容器、气体混合器、等离子体反应器和催化燃烧反应器；

所述防爆容器包括盛水容体、伸入容体液面的进气管和设于容体顶部的出气管；

所述催化燃烧反应器由填装CO催化剂的前段和填装多孔介质的后段组成。

本发明在气体混合器上游加装防爆容器，不仅可通过防爆容器内盛有的水有效阻断等离子反应器或催化燃烧反应器在反应过程中产生的回燃火焰，避免回燃火焰通过装置管道进入本发明装置上游的化工生产区；还能防止通入气体混合器的空气通过气体混合器上游管道进入本发明装置上游的化工生产区。此外，化工废气通入防爆容器后，防爆容器内的水可溶解化工废气中的部分水溶性有机污染物，提前去除该类污染物，有助于提高整个装置的化工废气处理效果。

若在化工废气装置中不采用上述防爆容器，且进入装置中的废气中易燃成分含量较高，则废气可能经过等离子反应器后还有部分剩余易燃成分，该部分剩余的易燃成分在催化燃烧反应器中仍可能燃烧，从而点燃CO气体，使CO气体发生剧烈的燃烧反应，而不是缓慢温和的催化燃烧反应，最终导致气体回燃；此外，由于各反应器及管路压力温度急剧升高，易导致火焰回燃至上游的化工生产区，进而引发安全事故。所以，气体混合器前加装防爆容器，可杜绝明火回燃至上游的化工生产区，而防爆容器上的防爆门也可保证反应器及管路内压力处于可控范围，防止爆炸事故的发生。

在外加电场的作用下，等离子反应器放电产生的大量协能电子会轰击废气中的污染物分子，使污染物分子电离、解离和激发，并引发一系列的物理、化学反应，使废气中大部分的低燃点有机污染物变为CO₂和H₂O；化工废气通过等离子体反应器后，会进入填装CO催化剂的催化燃烧反应器的前段，在此区域内，化工废气中的CO气体经CO催化剂的催化生成CO₂；通过催化燃烧反应器前段后的气体进入催化燃烧反应器的后段，通过该区域的高温燃烧处理可清除气体中的高燃点短链有机污染物以及在催化燃烧反应器前段未完全反应的CO气体。

若化工废气装置中仅采用催化燃烧反应器，当废气进入催化燃烧反应器时，反应器中催化燃烧产生的热量可使挥发性有机化合物中低燃点成分燃烧，进而点燃其他气体，导致反应器内温度和压力急剧升高，发生回燃甚至爆炸，不仅不能脱除此类废气，还易存在安全隐患。在催化燃烧反应器前段增加等离子反应器可提前脱除废气中的挥发性有机化合物，使该类化合物转化为CO₂和H₂O，避免该类化合物在催化燃烧反应器中引起的回燃。

所述防爆容器容体顶部和气体混合器顶部均设有防爆门，所述等离子体反应器和催化燃烧反应器上游均设有阻火塞。通过防爆门和阻火塞的设置可提高装置的安全性。

所述气体混合器上游设有防止空气回流的单向气体导通阀。单向气体导通阀可防止气体混合器内的空气回流，避免空气进入装置上游的化工生产区。

作为优选，所述CO催化剂为Pt催化剂，且浸渍法负载于多孔介质上。

作为优选，所述多孔介质为蜂窝陶瓷。进一步地，所述蜂窝陶瓷的孔隙率为0.6-0.8。

所述催化燃烧反应器下游连接有与烟囱相通的引风机。引风机的使用可以克服装置内存在的气阻，保证经本发明装置处理后的气体顺利进入排气烟囱内。

一种利用所述的化工废气处理装置处理化工废气的工艺，包括如下步骤：

(1)将化工废气通入防爆容器内的水中，废气经水过滤后，进入气体混合器中与空气混合；

(2)混合后的气体进入输入电压为10～20KV的等离子体反应器中进行降解；

(3)降解后的气体再通入催化燃烧反应器的前段，在250～300℃的温度和CO催化剂的催化下，发生氧化反应；

(4)氧化反应后的气体进入催化燃烧反应器的后段，在300～500℃温度下进行燃烧，最后排出燃烧后的气体。

作为优选，通入气体混合器的空气流量为30～5000 Nm³/h。

与现有技术相比，本发明带来的有益技术效果如下：

(1)本发明采用等离子体反应器与催化燃烧反应器相结合的方式，通过等离子体反应器放电产生的大量协能电子轰击废气中的污染物分子，使废气中大部分的低燃点有机污染物变为CO₂和H₂O，再通过填装CO催化剂的催化燃烧反应器的前段使废气中的CO气体氧化产生CO₂，最后通过填装多孔介质的催化燃烧反应器的后段将废气中高燃点短链有机污染物以及在催化燃烧反应器前段未完全反应的CO气体去除，从而提高了整个装置的废气处理效果。

(2)本发明在气体混合器的上游设置防爆容器，不仅可以防止空气的回流以及离子反应器或催化燃烧反应器反应中产生的回燃火焰，提高装置的安全性，还能通过防爆容器内的水溶解废气中水溶性有机污染物，提高装置的废气处理效果。

附图说明

图1为本发明化工废气处理装置的结构示意图；

图2为图1所示化工废气处理装置中催化燃烧反应器的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明化工废气处理装置进行详细的描述。

实施例1

如图1所示，一种化工废气处理装置，包括依次连接的防爆容器1、气体混合器7、等离子体反应器12和催化燃烧反应器13。防爆容器1包括盛水容体2、伸入容体液面的进气管3和设于容体顶部的出气管4。进气管3管口与水面的距离需不小于100 mm，出气管4管口高于水面的高度需大于50 mm。防爆容器1的进气管3伸入容体水面可将废气中的部分水溶性有机污染物溶于水中。防爆容器1置于整个装置的最前端，即气体混合器7的上游，可起到隔绝火源的作用，保证本装置和上游化工生产区的安全。防爆容器1设有可通过电动阀门控制的自动补水水源，定时自动补水、排水，补水流量大于排水流量，从防爆容器1排出的水会排入污水池。防爆容器1的容体2顶部还设有防爆门5。

气体混合器7的顶部设有防爆门，其底部与带空气电磁阀门9的空气进气管8连通，空气通过空气进气管8进入气体混合器7中，并与经过防爆容器1进入气体混合器7的废气混合。通入的空气采用厂用压缩空气或者另置送风机。空气进气管8上还安装有气体流量计10，可实时监测通入空气的流速。气体混合器7上游与防爆容器1连接处还设有防止空气回流的单向气体导通阀6。等离子体反应器12上游与气体混合器7相连处设有阻火塞11。等离子体反应器12采用脉冲电晕等离子体反应器。

如图1所示，催化燃烧反应器13由填装CO催化剂的前段14和填装多孔介质的后段15以及电加热炉17和热控原件构成。催化燃烧反应器13由壁厚6 mm以上的304不锈钢管组成，催化燃烧反应器13的前段14和后段15分别包裹于配套的电加热炉17内，炉内开有测温孔，测温孔上插有热电偶18。催化燃烧反应器13的前段14与后段15通过法兰连接于整个装置上，便于拆卸、维护和再利用。在具体实施过程中，可根据催化燃烧反应后气体中污染物含量自行增减催化燃烧反应器的段数。催化燃烧反应器13中的CO催化剂的类型为Pt催化剂，多孔介质为蜂窝陶瓷，且通过浸渍法负载于多孔介质上。在填装多孔介质的催化燃烧反应器13管道末端设有缩口，可根据现场空间情况将催化燃烧反应器进行立式放置或卧式放置。

如图1所示，在本发明化工废气处理装置的末端还加装有引风机16，可克服装置内的气阻，保证处理后的气体顺利进入排气烟囱。在废气处理装置前段和末端的直管段还预留有检测孔，便于检测气体成分和验证废气处理效果。

本发明化工废气处理装置处理化工废气的工艺如下：

化工废气通过进气管3进入防爆容器1内，废气经防爆容器1内的水过滤后，部分水溶性有机污染物溶解于水中，过滤后的废气通过出气管4进入气体混合器7中，与从空气进气管8进入的空气进行混合后，再进入等离子体反应器12，在外加电场的作用下，等离子体反应器12放电产生的大量协能电子轰击废气中污染物分子，使其电离、解离和激发，并引发一系列的物理、化学反应，使废气中大部分的低燃点有机污染物变为CO₂和H₂O；化工废气通过等离子体反应器12后进入填装CO催化剂的催化燃烧反应器13的前段14，在此段区域内，化工废气中的CO气体经CO催化剂的催化与O₂反应生成CO₂；通过催化燃烧反应器13前段14后的气体进入催化燃烧反应器13的后段15，通过该区域的高温燃烧处理，可清除气体中的高燃点短链有机污染物和在催化燃烧反应器13前段14中未完全反应的CO气体，最后从催化燃烧反应器13后段15排出的气体通过引风机16进入排气烟囱内。

应用例1

为了说明本发明的装置能达到较好的化工废气处理效果，采用该装置对生产印染助剂化工厂的化工废气进行处理，其中，该装置采用的CO催化剂为PT催化剂，多孔介质为蜂窝陶瓷，其孔隙率为0.8；该化工废气中环戊二烯、甲基环戊二烯和四氢呋喃占废气的4％～12％，一氧化碳含量为5000 ppm，脂类占2％，其余为惰性气体。常温常压下排放废气，排放量为70 Nm³/h。进入装置的空气采用厂内压缩空气。设定空气流量为30Nm³/h，等离子体反应器的输入电压为10 KV，催化燃烧反应器前段的电加热炉的温度为250℃，催化燃烧反应器后段的电加热炉的温度为300℃。经本装置处理后的废气中CO含量降至5 ppm，CxHy降至20 mg/m³。

应用例2

为了说明本发明的装置能达到较好的化工废气处理效果，采用该装置对燃油添加剂化工厂的化工废气进行处理，其中，该装置采用的CO催化剂为Pt催化剂，多孔介质为蜂窝陶瓷，其孔隙率为0.6；该化工废气中含有3％左右VOCs，其中包括乙醇、丙酮、甲醛和二氯甲烷，CO和CH₄各占约1％，其余为空气。常温常压下排放废气，排放量为500 Nm³/h。进入装置的空气采用厂内压缩空气。设定空气流量为120 Nm³/h，等离子体反应器的输入电压为20 KV，催化燃烧反应器前段的电加热炉的温度为300℃，催化燃烧反应器后段的电加热炉的温度为500℃。经本装置处理后的废气中CO含量降至30ppm，CxHy降至15 mg/m³。

Claims (9)

1.一种化工废气处理装置，其特征在于，包括依次连接的防爆容器、气体混合器、等离子体反应器和催化燃烧反应器；

所述防爆容器包括盛水容体、伸入容体液面的进气管和设于容体顶部的出气管；

所述催化燃烧反应器由填装CO催化剂的前段和填装多孔介质的后段组成。

2.如权利要求1所述的化工废气处理装置，其特征在于，所述防爆容器容体顶部和气体混合器顶部均设有防爆门，所述等离子体反应器和催化燃烧反应器上游均设有阻火塞。

3.如权利要求1所述的化工废气处理装置，其特征在于，所述气体混合器上游设有防止空气回流的单向气体导通阀。

4.如权利要求1所述的化工废气处理装置，其特征在于，所述CO催化剂为Pt催化剂，且通过浸渍法负载于多孔介质上。

5.如权利要求1或4所述的化工废气处理装置，其特征在于，所述多孔介质为蜂窝陶瓷。

6.如权利要求5所述的化工废气处理装置，其特征在于，所述蜂窝陶瓷的孔隙率为0.6～0.8。

7.如权利要求1所述的化工废气处理装置，其特征在于，所述催化燃烧反应器下游连接有与烟囱相通的引风机。

8.一种利用权利要求1～7任一所述的化工废气处理装置处理化工废气的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将化工废气通入防爆容器内的水中，废气经水过滤后，进入气体混合器中与空气混合；

(2)混合后的气体进入输入电压为10～20KV的等离子体反应器中进行降解；

(3)降解后的气体再通入催化燃烧反应器的前段，在250～300℃的温度和CO催化剂的催化下，发生氧化反应；

(4)氧化反应后的气体进入催化燃烧反应器的后段，在300～500℃温度下进行燃烧，最后排出燃烧后的气体。

9.如权利要求8所述化工废气处理装置处理化工废气的工艺，其特征在于，通入气体混合器的空气流量为30～5000 Nm³/h。