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CN108554150A - 一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统 - Google Patents

一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统 Download PDF

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CN108554150A CN201810726442.2A CN201810726442A CN108554150A CN 108554150 A CN108554150 A CN 108554150A CN 201810726442 A CN201810726442 A CN 201810726442A CN 108554150 A CN108554150 A CN 108554150A
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Abstract

本发明公开了一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其主要涉及废气处理领域,包括依次连通的压缩储存单元、吸附单元和催化燃烧单元,通过三个单元对VOCs废气进行处理,既能够保证净化效率,由能够减少热能的损失,而且也有利于回收有机溶剂,从而大幅度提高了VOCs废气处理的经济效益。

Description

一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统
技术领域
本发明涉及领域废气处理领域,更具体地说,它涉及一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统。
背景技术
挥发性有机物(Volatileorganiccompounds,VOCs)通常是指在25℃时,饱和蒸汽压大于133Pa的有机化合物,其主要成分为烃类、卤代烃类、氧烃类、硫烃类、氮烃类、芳香烃和多环芳烃。VOCs是一类在石油化工行业、喷涂喷漆行业、油漆涂料生产加工行业、橡胶生产加工行业、印刷印染行业等生产过程中的常用试剂,由此产生的VOCs废气通常具有成分复杂,排放浓度变化大,不易溶于水、含酸或碱的特点而难以处理。
目前,针对VOCs的常规处理方法有:冷凝法,主要用于回收高浓度、高沸点、小气量的单组分气体,对复杂组分的废气回收率低;吸收法,主要针对大气量、高浓度、溶解性的废气,但对溶解性差的废气处理效率低;活性炭吸附法,适用于低浓度、大气量的VOCs废气,活性炭很容易吸附饱和,更换吸附剂的费用昂贵并且吸附饱和后的活性炭需作为一种危险废物处理;燃烧法,主要针对高浓度、复杂组分的有机废气,该方法工艺简单、去除效率高。而吸附、燃烧结合法,不仅适合处理不同浓度和不同组分的废气,同时,其去除效率高。
且吸附、燃烧结合法处理VOCs废气的传统装置有两种运行方式:(1)直排式,直接将脱附后的有机废气输送到换热器和催化燃烧室进行燃烧降解,该方法的不足在于系统启动初期由于催化燃烧室的温度较低,部分有机废气由于不能充分燃烧而生成有害中间产物,或未经燃烧被直接排放,且尾气中的热能难以充分利用;(2)内循环式,脱附后的有机废气燃烧后循环进入到活性炭吸附装置作为脱附气进行脱附,该方法的不足之处在于系统结构较复杂,循环气体可能会造成活性炭吸附装置内部有机废气浓度过高,局部温度过高,导致爆炸、起火等安全隐患。
因而,有必要提供一种安全高效且又能够节省大量资源的废气处理系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其不仅能够快速有效地去除废气中的VOCs废气,同时其也能够对回收大量的有机溶剂,因而提高环境保护和资源节约方面都具有较高的效益。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,依次连通有压缩储存单元、吸附单元和催化燃烧单元,所述压缩储存单元包括容器腔、将VOCs废气通入至容器腔中的鼓风机和连通容器腔与吸附单元的调节阀,并且容器腔与鼓风机之间带有干燥剂容器;所述吸附单元包括依次连通的冷凝器和活性碳吸附装置,所述活性炭吸附装置内带有加热器,且活性炭吸附装置分别与催化燃烧单元和鼓风机相连通;所述催化燃烧单元包括催化床和燃烧器,所述燃烧器朝向于催化床,所述催化床与烟囱相连通,且所述烟囱中带有换热器,所述换热器的冷流管与吸附单元和燃烧器相连通。
通过采用上述技术方案,鼓风机将VOCs废气以较高流速吹入到容器腔中,然后操作调节阀,以改变容器腔的进气速度和出气速度之间的关系,从而使得VOCs废气能够在容器腔中进行缓冲,避免了VOCs废气在系统中流速过大,而影响到净化的效率,进而减少了对系统造成侵蚀的可能性。
其次,冷凝器能够对从容器腔出来的VOCs废气进行冷凝,而活性炭吸附装置能够对废气中剩余的VOCs成份进行吸附,之后剩余的废气就会进入到催化燃烧单元中。等到活性炭吸附装置吸附饱和的时候,此时,关闭VOCs废气的进入,并利用加热器对活性炭吸附装置中的活性炭进行加热,使得被吸附的VOCs废气解吸出来,并且回流至鼓风机处。
而进入到催化燃烧单元的VOCs废气,其首先会经过换热器被预热,之后其就会流至到燃烧器处被点燃,之后废气就会流至催化床处,在催化剂和余温的作用下,剩余的有机废气就会被催化氧化。经过上述处理之后的最终废气,其还会再经过换热器,利用余热对进入换热器中的VOCs废气进行加热,从而有助于增加VOCs废气的温度,进而不仅提高了最终废气的燃烧效率,同时也减少了热能的浪费。
优选为,所述容器腔的顶部与底部之间设置有若干液体附着网,同时,容器腔的底部带有卸料阀。
通过采用上述技术方案,液体附着网是由钢丝编制而成的网,其能够为VOCs废气提供附着点,从而一方面方便了VOCs废气在液体附着网上液化,从而对液化后的有机溶剂进行了导流作用。另一方面,液体附着网也能够对VOCs废气起到过滤作用,减少过大的固体杂物进入到系统中,而造成系统的损坏。再者,当容器腔中的有机溶剂过多的时候,工作人员只要打开卸料阀,就能够使有机溶剂在容器腔内的压力作用下,输送至指定地点,从而也就提高了输送效率。
优选为,所述容器腔的外周面上分布用于冷却容器腔内部废气的冷却管道。
通过采用上述技术方案,冷却管道能够从容器腔外对容器腔内的VOCs废气进行冷凝,由于容器腔内的环境是高压低温的情况,所以VOCs废气更容易发生液化。从而有利于提高VOCs废气的净化效率。
优选为,所述活性炭吸附装置的数量多于一个,且是并联设置的。
通过采用上述技术方案,这样当其中一个活性炭吸附装置吸附饱和的时候,工作人员只要将VOCs废气切换到另外的活性炭吸附装置即可,从而一方面能够保证对VOCs废气的连续化处理,另一方面也不会影响到活性炭吸附装置的解吸操作。进而提高了吸附单元的整体操作效率。
优选为,所述加热器为与烟囱相连通的热风管和加热丝,所述热风管朝向于活性炭吸附装置的活性炭,而加热丝位于热风管与活性炭之间。
通过采用上述技术方案,由于烟囱出来的废气基本上已是无机废气了,但是其还带有大量的余热,因而利用它来对活性炭吸附装置进行解吸操作,能够进一步提高对热能的合理利用率。同时,加热丝能够对热风管出来的热风进行加热,以保证其能够达到所需的温度。
优选为,所述催化床上带有催化剂,所述催化剂为蜂窝状,且催化剂的孔朝向于燃烧器。
通过采用上述技术方案,由于催化剂是成蜂窝状的,这样有利于增大燃烧后的废气与催化剂接触的面积,从而提高了废气的催化氧化效率。
优选为,所述催化床和燃烧器之前设有阻火罩,所述阻火罩的罩口朝向于燃烧器一侧。
通过采用上述技术方案,阻火罩有利于对火焰起到一定的阻挡作用,这样能够避免火焰直接燃烧到催化床,而造成催化剂的损坏。而阻火罩朝向于燃烧器,这样能够对火焰起到反向引导作用,从而进一步降低了火焰燃烧到催化床的可能性。
优选为,所述催化剂由镍铬合金、黏土和陶瓷微珠组成,且三者的质量比为10:7:3。
通过采用上述技术方案,镍铬合金是良好的催化氧化的催化剂,而黏土的加入不仅能够提高催化剂的成型率,同时其有利于提高催化剂内部的粘结强度,从而有助于延长催化剂的使用寿命。而且,由于陶瓷微球的表面有很多的孔隙,因而其也有利于提高催化剂与废气的接触面积。
优选为,所述催化床和燃烧器之前设有阻火罩,所述阻火罩的罩口朝向于燃烧器一侧。
通过采用上述技术方案,阻火罩有利于对火焰起到一定的阻挡作用,这样能够避免火焰直接燃烧到催化床,而造成催化剂的损坏。而阻火罩朝向于燃烧器,这样能够对火焰起到反向引导作用,从而进一步降低了火焰燃烧到催化床的可能性。
优选为,所述烟囱与催化床之间带有喷淋塔,所述喷淋塔的喷淋液为双氧水和饱和氢氧化钙的混合液。
通过采用上述技术方案,由于双氧水在酸性或中性的情况下容易发生自身的分解,生成水和氧气,而在碱性情况下,其能够保存较长的时间。此处将双氧水和饱和氢氧化钙进行混合作为喷淋液,这样有利于延长喷淋液的活性时间。
另外,由于经过催化燃烧之后,VOCs废气的主要成份已变成二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽等无机废气和少量的有机废气了。而喷淋液中的氢氧化钙能够与无机废气进行复分解反应并生成碳酸钙和硫酸钙沉淀。此时,喷淋液的酸碱度是之间趋于中性或弱酸性了,这样双氧水就会发生分解,产生的氧气能够对剩余微量的有机废气进行氧化反应,从而进一步提高了对VOCs废气的处理能力。
优选为,所述喷淋塔内部带有防水紫外灯。
通过采用上述技术方案,由于双氧水的分解会产生大量的氧气,而紫外光能够促使氧气发生反应生成臭氧,而臭氧对于有机废气的氧化能力要远远大于普通的氧气,从而也就进一步提高了处理VOCs废气的效率。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、利用燃烧后的废气余热对进入催化燃烧单元的VOCs废气进行预热,这样不仅能够提高燃烧效率,同时也减少了余热的浪费;
2、通过控制容器腔的进风速率和出风速率之差,使得容器腔能够对VOCs起到缓冲的作用,有利于提高整体系统的安全性;
3、利用燃烧后的废气预热对活性炭吸附装置进行加热,从而有利于VOCs废气进行解吸,从而不仅能够提高活性炭吸附装置的操作效率,同时也进一步提高了对余热的利用效率。
附图说明
图1为实施例一的净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统的结构示意图;
图2为实施例一的活性炭吸附装置的结构图示意图;
图3为实施例一的催化燃烧单元的结构示意图;
图4为实施例二的容器腔的结构示意图;
图5为实施例三的净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统的结构示意图;
图6为实施例三的活性炭吸附装置的结构图示意图;
图7为实施例四的催化燃烧单元的结构示意图;
图8为实施例五的净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统的结构示意图;
图9为实施例五的喷淋塔的结构示意图。
附图标记:1、压缩储存单元;11、鼓风机;12、容器腔;121、卸料阀;122、冷却管;123、液体附着网;13、调节阀;14、干燥剂容器;2、吸附单元;21、冷凝器;22、活性炭吸附装置;221、加热器;2211、热风管;2212、加热丝;223、活性碳块;224、切换阀;225、启闭阀;3、催化燃烧单元;31、催化床;32、燃烧器;33、换热器;34、阻火罩;4、烟囱;5、喷淋塔;51、防水紫外灯。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一:
一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,如附图1所示,依次连通为压缩储存单元1、吸附单元2和催化燃烧单元3。其中,压缩储存单元1主要由鼓风机11和容器腔12组成,其中鼓风机11的一端直接与VOCs废气产生处相连通,另一端与容器腔12相连通,而容器腔12与吸附单元2相连通。同时,容器腔12和吸附单元2之间还带有调节阀13,调节阀13能够对容器腔12的出风速率进行调控。这样鼓风机11能够将VOCs废气以较高流速吹入到容器腔12中,然后操作调节阀13,以调节容器腔12的进气速度和出气速度的关系,这样容器腔12能够对VOCs废气起到缓冲作用,保证了VOCs废气在系统中流动的稳定性。
结合附图1和附图2所示,吸附单元2主要由冷凝器21和活性炭吸附装置22组成,其中冷凝器21一端与调节阀13相连通,而另一端与活性炭吸附装置22的底部相连通。活性炭吸附装置22的数量可以根据实际需要来确定,此处活性炭吸附装置22的数量为两个,并且,两活性炭吸附装置22是并联设置的。另外,活性炭吸附装置22内带有平行设置的活性碳块223,且性炭吸附装置在活性炭块下方带有加热器221。而两活性炭吸附装置22的顶部均分别与鼓风机11和催化燃烧单元3相连通,这里每个活性炭吸附装置22的顶部和底部均分别带有切换阀224和启闭阀225。这样当其中一个活性炭吸附装置22吸附饱和的时候,启闭阀225就能够关闭该活性炭吸附装置22,使得废气无法进入到活性炭吸附装置22中。同时。另一个活性炭吸附装置22上的启闭阀225就会打开。而在这个过程中,启闭阀225关闭的活性炭吸附装置22中的加热器221就会加热活性炭块,使得VOCs废气发生解吸,并且此时切换阀224就会使该活性炭吸附装置22与鼓风机11连通而与催化燃烧单元3断开,这样解吸后的VOCs废气就会回流继续进行处理。而另一个活性炭吸附装置22在切换阀224的做下与鼓风机11断开,而与催化燃烧单元3连通。从而也就保证了吸附单元2的连续化生产,进而大幅度提高了整体废气净化系统的效率。
另外,结合附图1和附图3所示,催化燃烧单元3主要包括了催化床31和燃烧器32,其中燃烧器32与催化床31连通,并且燃烧器32朝向于催化床31。而催化床31还与一烟囱4相连通。同时,烟囱4与催化床31之间带有一个换热器33,换热器33中的热流管与催化床31和烟囱4相连通,而冷流管与吸附单元2和燃烧器32相连通。这样吸附后的废气能够被催化燃烧后的废气加热,如此循环有利于提高有机废气对余热的利用率。另外,当被燃烧的VOCs废气因浓度过低无法燃烧的时候,可以向燃烧器添加燃料对VOCs废气进行燃烧。
实施例二:
一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,如附图4所示,基于实施例一的基础上,容器腔12的外周面还带有冷却管122,冷却管122内流动有冷却液。而该冷却液能够对容器腔12内的VOCs废气进行冷却,有助于VOCs废气的液化效率。同时,容器腔12顶部和底部之间连接有若干液体附着网123,液体附着网123数量可以根据实际情况来确定。通过液体附着网123能够为VOCs废气提供附着点,这样一方面有利于提高VOCs废气的液化效率,另一方面也能够提高对液化后的有机溶剂起到导流作用,使其能够尽快流至容器腔12底部。再者,此处的容器腔12底部还带有卸料阀121,这样当容器腔12中的有机溶剂过多的时候,工作人员只要打开卸料阀121,就能够使有机溶剂在容器腔12内的压力作用下,输送至指定地点,从而也就提高了输送效率。
实施例三:
一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,结合附图5和附图6所示,基于实施例二的基础上,此处加热器221为与烟囱4连通的热风管2211和加热丝2212,热风管2211朝向于活性炭吸附装置22的活性炭,而加热丝2212位于热风管2211与活性炭之间。这样一方面能够对燃烧后的废气余热进行高效的利用,另一方面也能够通过加热丝2212对来自烟囱4的废气进行加热,使其达到所需的温度,这样便于活性炭进行解吸。
实施例四:
一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,如附图7所示,基于实施例三的基础上,催化床31上的催化剂为成蜂窝状,并且其孔朝向于燃烧器32。同时,催化剂311由镍铬合金、黏土和陶瓷微珠组成,且三者的质量比为10:7:3。这样一方面在镍铬合金的作用下能够提高废气的催化氧化效率,另一方面黏土有利于提高催化剂的结构强度,再者陶瓷微球和催化剂本身的孔隙都增大了催化剂与废气接触的面积,这样有利于提高废气的催化氧化的效率。另外,此处的催化床31和燃烧器32之间还带有一个罩口朝向燃烧器32的阻火罩34,这样能够减少火焰直接燃烧到催化剂的概率,从而有利于延长催化剂的使用寿命。
实施例五:
一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,结合附图8和附图9所示,基于实施例四的基础上,烟囱4与催化床31之间带有喷淋塔5,具体位置为换热器33和烟囱4之间。并且,此处喷淋塔5的喷淋液为双氧水和饱和氢氧化钙的混合液,体积比为摩尔比为2;1。由于经过催化燃烧后的VOCs废气的主要成份已变成二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽等无机废气和少量的有机废气了。而喷淋液中的氢氧化钙能够与无机废气进行复分解反应并生成碳酸钙和硫酸钙沉淀。此时,喷淋液的酸碱度是之间趋于中性或弱酸性了,这样双氧水就会发生分解,产生的氧气能够对剩余微量的有机废气进行氧化反应,从而进一步提高了对VOCs废气的处理能力。
另外,在喷淋塔5内部带有防水紫外灯51,防水紫外灯51产生的紫外线能够促使促使双氧水分解产生的氧气发生反应生成臭氧,而臭氧对于有机废气的氧化能力要远远大于普通的氧气,从而也就进一步提高了处理VOCs废气的效率。
再者,鼓风机11和容器腔12之间还连通有一个干燥剂容器14,干燥剂容器14中的干燥剂选取可以根据实际情况来选择,此处采用的是氧化铝和明矾等干燥剂,这样能够对VOCs废气预脱水,从而有利于提高液化下来的有机溶剂的纯度。并且此处干燥剂容器14的数量为两个,且是成并联设置的。同时,烟囱还与两干燥剂容器14分别相连通,这样当一个干燥剂容器14中的干燥剂吸收水分饱和的时候,VOCs废气就可以被切换到另一个干燥剂容器14中,之后烟囱4中燃烧后的热空气就能够对饱和的干燥剂进行干燥,从而也就实现了干燥剂的循环使用。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,依次连通有压缩储存单元(1)、吸附单元(2)和催化燃烧单元(3),其特征在于:所述压缩储存单元(1)包括容器腔(12)、将VOCs废气通入至容器腔(12)中的鼓风机(11)和连通容器腔(12)与吸附单元(2)的调节阀(13),并且容器腔(12)与鼓风机(11)之间带有干燥剂容器(14);所述吸附单元(2)包括依次连通的冷凝器(21)和活性碳吸附装置,所述活性炭吸附装置(22)内带有加热器(221),且活性炭吸附装置(22)分别与催化燃烧单元(3)和鼓风机(11)相连通;所述催化燃烧单元(3)包括催化床(31)和燃烧器(32),所述燃烧器(32)朝向于催化床(31),所述催化床(31)与烟囱(4)相连通,且所述烟囱(4)中带有换热器(33),所述换热器(33)的冷流管与吸附单元(2)和燃烧器(32)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其特征在于:所述容器腔(12)的顶部与底部之间设置有若干根钢丝(123),同时,容器腔(12)的底部带有卸料阀(121)。
3.根据权利要求2所述的一种净化挥发性有机废气的预热方式催化燃烧系统,其特征在于:所述容器腔(12)的外周面上分布用于冷却容器腔(12)内部废气的冷却管(122)道。
4.根据权利要求1所述的一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其特征在于:所述活性炭吸附装置(22)的数量多于一个,且是串联设置的。
5.根据权利要求4所述的一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其特征在于:所述加热器(221)为与烟囱(4)相连通的热风管(2211)和加热丝(2212),所述热风管(2211)朝向于活性炭吸附装置(22)的活性炭,而加热丝(2212)位于热风管(2211)与活性炭之间。
6.根据权利要求1所述的一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其特征在于:所述催化床(31)上带有催化剂(311),所述催化剂(311)成蜂窝状,且催化剂(311)的孔朝向于燃烧器(32)。
7.根据权利要求6所述的一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其特征在于:所述催化剂(311)由镍铬合金、黏土和陶瓷微珠组成,且三者的质量比为10:7:3。
8.根据权利要求6所述的一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其特征在于:所述催化床(31)和燃烧器(32)之前设有阻火罩(34),所述阻火罩(34)的罩口朝向于燃烧器(32)一侧。
9.根据权利要求1所述的一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其特征在于:所述烟囱(4)与催化床(31)之间带有喷淋塔(5),所述喷淋塔(5)的喷淋液为双氧水和饱和氢氧化钙的混合液。
10.根据权利要求9所述的一种净化挥发性有机废气的预热式催化燃烧系统,其特征在于:所述喷淋塔(5)内部带有防水紫外灯(51)。
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