專利名稱：一種高濃度有機(jī)廢氣的凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高濃度有機(jī)廢氣的凈化處理方法，屬于廢氣凈化領(lǐng)域。高濃度的廢氣來自石油化工行業(yè)生產(chǎn)過程中排放的有機(jī)廢氣,它的組成以有機(jī)組分為主,廢氣的總烴濃度在幾千到幾萬mg/m3之間。
背景技術(shù)：
在某些石油化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中，會(huì)排放出高濃度的有機(jī)廢氣，這種廢氣的組成以有機(jī)組分為主，比如苯、環(huán)己烷、二甲苯等，廢氣的總烴濃度在幾千到幾萬mg/m3之間。這種廢氣如果不經(jīng)處理直接排放，不僅會(huì)違法國家環(huán)保法規(guī)，而且這些有害物質(zhì)在裝置區(qū)的彌漫擴(kuò)散，又嚴(yán)重地?fù)p害企業(yè)職工的身體健康，甚至危及生命。因此，對(duì)這類高濃度廢氣 必須采取有效的治理手段。對(duì)此類高濃度廢氣的處理，催化燃燒是一種有效的處理手段。但在采用傳統(tǒng)的催化燃燒法處理這種高濃度有機(jī)廢氣時(shí)，由于有機(jī)組分的催化燃燒反應(yīng)放熱較高，直接采用催化燃燒時(shí)，會(huì)導(dǎo)致催化燃燒反應(yīng)器的出口溫度超高，超出了反應(yīng)器和催化劑的承受溫度，給裝置帶來安全隱患或者造成裝置停車。因此一般的催化燃燒處理，需要添加大量的稀釋空氣來降低廢氣濃度，從而降低反應(yīng)器的出口溫度，以保護(hù)反應(yīng)器和催化劑，保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。但是，稀釋空氣的加入，使裝置的設(shè)計(jì)處理規(guī)模成倍增加，從而增大了裝置的投資費(fèi)用和催化劑的費(fèi)用，而且還會(huì)使裝置的能耗增大。CN200310104990. 5公開了一種高濃度有機(jī)廢氣的凈化方法，將廢氣經(jīng)過預(yù)處理后，由風(fēng)機(jī)增壓，經(jīng)過換熱器、電加熱器升溫，然后進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器，反應(yīng)器出口氣進(jìn)入換熱器與廢氣換熱，換熱后的廢氣進(jìn)一步發(fā)生蒸汽或生產(chǎn)熱水。該專利的主要特點(diǎn)為進(jìn)入換熱器的反應(yīng)器出口氣設(shè)置旁路管線并調(diào)整旁路管線的氣量，使換熱器冷氣體出口溫度低于設(shè)定的反應(yīng)器入口溫度，保持加熱器在微加熱狀態(tài)；在電加熱器設(shè)置旁路管線并調(diào)整旁路流量，在明顯降低氣體通過加熱器壓降的同時(shí)，保持反應(yīng)器進(jìn)口溫度穩(wěn)定。該發(fā)明方法具有裝置壓力降小，廢氣處理能力大，操作穩(wěn)定，換熱器、反應(yīng)器等設(shè)備工作溫度低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。該發(fā)明方法主要為保護(hù)換熱器而設(shè)置了換熱器旁路，但對(duì)催化燃燒反應(yīng)器的超溫問題沒有解決，它適合處理的有機(jī)廢氣濃度在lOOOOmg/m3以下，對(duì)于濃度更高的廢氣仍需大量空氣稀釋。CN200620126740. O提出了一種高濃度有機(jī)廢氣催化焚燒系統(tǒng)，包括管道連接的廢氣進(jìn)氣管、補(bǔ)氧風(fēng)機(jī)、廢氣預(yù)熱器、啟爐加熱器、催化反應(yīng)器、余熱鍋爐，廢氣預(yù)熱器設(shè)有二級(jí)，補(bǔ)氧風(fēng)機(jī)與廢氣進(jìn)氣管匯集后接入第一級(jí)廢氣預(yù)熱器，第一級(jí)廢氣預(yù)熱器、第二級(jí)廢氣預(yù)熱器、啟動(dòng)加熱器、催化反應(yīng)器、余熱鍋爐、第一級(jí)廢氣預(yù)熱器連接成一煙氣循環(huán)體，循環(huán)風(fēng)機(jī)、啟動(dòng)加熱器、催化反應(yīng)器、第二級(jí)廢氣預(yù)熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)組成內(nèi)循環(huán)控溫系統(tǒng)，利用循環(huán)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)循環(huán)煙氣量來控制催化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度，使催化反應(yīng)器內(nèi)溫度保持穩(wěn)定不會(huì)超溫，確保催化劑的活性，延長催化劑的使用壽命。該發(fā)明利用循環(huán)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)循環(huán)煙氣量來控制催化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度，本質(zhì)上仍是對(duì)進(jìn)料廢氣的稀釋，對(duì)反應(yīng)器的溫度調(diào)整幅度有限，對(duì)濃度高達(dá)幾萬mg/m3的有機(jī)廢氣，該發(fā)明仍不能處理。CN200620119008. O提出了一種高濃度有機(jī)廢氣吸附回收裝置，采用活性炭纖維吸附芯和有機(jī)蒸汽冷凝器對(duì)高濃度有機(jī)廢氣進(jìn)行回收。CNO1109295. 5提供了一種廢氣回收方法及其裝置，采用洗滌吸收、凍結(jié)濃縮、揮發(fā)等手段對(duì)高濃度廢氣中的有機(jī)組分進(jìn)行回收。這兩件專利采用了吸附、洗滌吸收等手段處理回收高濃度有機(jī)廢氣，相對(duì)于上述專利來說，濃度幾萬mg/m3的有機(jī)廢氣，還不具備回收價(jià)值，或者回收價(jià)值較低，或者回收的成本較高。CN200710068142. I提出了一種處理有機(jī)廢氣的多級(jí)天然吸附劑的制備和使用方法，通過制備的天然吸附劑，去除有機(jī)廢氣中親水性和疏水性有機(jī)污染物。但對(duì)于濃度幾萬mg/m3的有機(jī)廢氣，吸附處理并不適合。CN200810038060. 7公開了一種玻璃鋼多級(jí)洗氣除臭塔，通過噴射洗滌和填料吸收，去除高濃度的惡臭氣體，但該發(fā)明對(duì)要處理的有機(jī)廢氣有所限制，需要時(shí)水溶性的有機(jī)組分才能去除。 因此，上述現(xiàn)有技術(shù)中提出的方法不適合這種石油化工行業(yè)高濃度有機(jī)廢氣的處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)石油化工行業(yè)排放的高濃度有機(jī)廢氣，提出了一種流程簡單、投資省、凈化效果好、經(jīng)濟(jì)效益高、裝置安全穩(wěn)定處理方法。本發(fā)明高濃度有機(jī)廢氣的凈化方法包括如下內(nèi)容高濃度有機(jī)廢氣經(jīng)換熱-預(yù)熱后進(jìn)入一段催化燃燒反應(yīng)器，一段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣的一部分與一段催化燃燒反應(yīng)器入口廢氣換熱，換熱后與一段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣的其余部分混合進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器，二段催化燃燒反應(yīng)器排放氣回收熱量后排放。本發(fā)明方法中，高濃度有機(jī)廢氣中有機(jī)物的濃度為6000 40000mg/m3，優(yōu)選為8000 20000mg/m3。高濃度有機(jī)廢氣可以是任意領(lǐng)域產(chǎn)生的有機(jī)廢氣。本發(fā)明方法中，一段催化燃燒反應(yīng)器出口排放尾氣的有機(jī)物濃度為入口濃度的10°/Γ70%，優(yōu)選為30%飛0%。一段催化燃燒反應(yīng)器的操作條件為入口溫度為20(T30(TC，體積空速為ΙΟΟΟΟ ΟΟΟΟΟΙΓ1，一段催化燃燒反應(yīng)器的溫升，即出口與入口的溫差控制為10(T20(TC。一段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣與一段催化燃燒反應(yīng)器入口廢氣換熱的量按二段催化燃燒反應(yīng)器入口溫度的要求確定。本發(fā)明方法中，二段催化燃燒反應(yīng)器操作條件為入口溫度22(T30(TC，體積空速為eoocTioooootr1，二段催化燃燒反應(yīng)器的具體操作條件按排放尾氣可以達(dá)標(biāo)排放控制。二段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣首先進(jìn)行熱量回收，熱量回收方式如用于產(chǎn)生蒸汽，為其它裝置提供熱量等。本發(fā)明方法中，一段催化燃燒反應(yīng)器和二段催化燃燒反應(yīng)器中可以裝填相同的催化燃燒催化劑，也可以裝填不同的催化燃燒催化劑。催化燃燒催化劑可以選擇市售常規(guī)產(chǎn)品，如蜂窩狀貴金屬催化劑，蜂窩狀非貴金屬催化劑等，催化劑的活性組分為貴金屬鉬、鈀，或非貴金屬錳、銅、鉻、鈰、鑭、釩等中的一種或幾種?？梢栽谝欢未呋紵磻?yīng)器中使用活性相對(duì)較低的催化燃燒催化劑，如非貴金屬催化燃燒催化劑、使用過的貴金屬催化燃燒催化劑等。
本發(fā)明方法中，在兩段催化燃燒反應(yīng)器之間，可以設(shè)置一條管線將一段催化燃燒反應(yīng)器的出口和二段催化燃燒反應(yīng)器的入口相連，管線上設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)閥。部分一段催化燃燒反應(yīng)器的出口氣體不經(jīng)換熱直接進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器，與換熱后的部分混合，一起進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器中。通過調(diào)整這兩股氣體的比例，可以控制二段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度。該自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度根據(jù)二段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度信號(hào)自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)二段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度較低時(shí)，該自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度加大，從而加大不經(jīng)換熱的氣體流量，以提高二段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度；當(dāng)二段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度較高時(shí)，該自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度減小，從而降低不經(jīng)換熱的氣體流量，以降低二段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度。經(jīng)過兩段催化燃燒反應(yīng)器處理之后的氣體，其中的大部分有機(jī)污染物已被去除，直接排放符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。但該凈化氣的溫度較高，直接排放會(huì)造成能源的浪費(fèi)。因此，本發(fā)明設(shè)置了能量回收設(shè)施，對(duì)凈化氣的熱量進(jìn)行回收利用。這里的能量回收設(shè)施，可以是水蒸汽發(fā)生器，將熱量轉(zhuǎn)化為水蒸汽的熱能，或者是蒸汽輪機(jī)，將熱量轉(zhuǎn)化為動(dòng)力。一段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度通過換熱器和加熱器來自動(dòng)控制。當(dāng)由于一段催化燃燒反應(yīng)器出口的大量氣體不經(jīng)換熱直接去二段催化燃燒反應(yīng)器入口時(shí)，經(jīng)過換熱器的氣體較少，使得一段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度達(dá)不到設(shè)定溫度，此時(shí)加熱器啟動(dòng)，對(duì)廢氣加熱，使其達(dá)到所需的溫度。高濃度有機(jī)廢氣經(jīng)過上述工藝處理后，凈化氣排放大氣。本發(fā)明方法中，采用兩段催化燃燒反應(yīng)-能量回收-凈化氣排放工藝。在兩段催化燃燒反應(yīng)中，有機(jī)物均被氧化為二氧化碳和水后，其中一段催化燃燒反應(yīng)器為不完全氧化反應(yīng)，部分有機(jī)物被氧化，產(chǎn)生的熱量用于維持裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，二段催化燃燒反應(yīng)器為完全催化氧化，產(chǎn)生的熱量用于能量回用裝置。廢氣經(jīng)過兩段催化燃燒處理后，達(dá)標(biāo)排放。本發(fā)明方法不僅可以使廢氣達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)還可回收大量能量，降低了裝置的處理規(guī)模，具有流程簡單、投資省、能耗低、凈化效果好、經(jīng)濟(jì)效益高、裝置安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明的一種具體工藝流程示意圖。其中I-高濃度有機(jī)廢氣，2-風(fēng)機(jī)，3-換熱器，4-加熱器，5- 一段催化燃燒反應(yīng)器，6-廢氣切換閥，7-二段催化燃燒反應(yīng)器，8-能量回收裝置，9-凈化氣。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明高濃度有機(jī)廢氣的凈化方法中，高濃度有機(jī)廢氣在引風(fēng)機(jī)的作用下，先后·進(jìn)入換熱器和加熱器，廢氣升溫，達(dá)到所需的催化燃燒反應(yīng)溫度后，進(jìn)入一段催化燃燒反應(yīng)器，在催化劑的作用下，廢氣中部分有機(jī)組分被氧化為二氧化碳和水。有機(jī)物氧化產(chǎn)生的熱量通過換熱器，對(duì)一段催化燃燒反應(yīng)器進(jìn)、出口的廢氣進(jìn)行換熱，換熱后的氣體去二段催化燃燒反應(yīng)器。在一段催化燃燒反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為不完全氧化反應(yīng)，氣體經(jīng)過一段催化燃燒反應(yīng)器處理后，還有部分有機(jī)組分未被氧化，氣體進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行氧化反應(yīng)。在二段催化燃燒反應(yīng)器內(nèi)，將廢氣中的絕大部分有機(jī)污染物氧化為二氧化碳和水，確保處理后氣體符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。某丁苯橡膠生產(chǎn)裝置，在橡膠膠粒的干燥過程中排放出大量的有機(jī)廢氣，其有機(jī)組分主要為環(huán)己烷和苯，其中環(huán)己烷的濃度為8000 12000mg/m3，苯的濃度為6000 9000mg/m3,廢氣排放量約20000Nm3/h，廢氣溫度50 60°C。廢氣直接進(jìn)行催化燃燒時(shí)的反應(yīng)器床層溫升在350°C以上。如果采用現(xiàn)有的催化燃燒技術(shù)進(jìn)行處理，為避免反應(yīng)器出口溫度超高，需要加入稀釋空氣20000 NmVh以上，這樣就使裝置的設(shè)計(jì)規(guī)模擴(kuò)大了一倍以上，不僅使裝置的投資大大增加，而且還會(huì)有大量的能量損失。按照本發(fā)明提出的廢氣處理流程如圖I所示。橡膠廢氣經(jīng)過引風(fēng)機(jī)的作用，進(jìn)入換熱器(加熱)和加熱器，廢氣被預(yù)熱到反應(yīng)溫度后進(jìn)入一段催化燃燒反應(yīng)器。一段催化燃燒反應(yīng)器內(nèi)裝有蜂窩狀貴金屬催化劑，在床層空速ΘΟΟΟΟΙΓ1，入口溫度230°C的條件下，廢 氣中的污染物被部分氧化。隨后廢氣進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器，在二段催化燃燒反應(yīng)器內(nèi)裝有蜂窩狀貴金屬催化劑，在床層空速ZOOOOtr1，入口溫度250 270°C的條件下，廢氣中的絕大部分有機(jī)污染物被氧化。凈化氣經(jīng)過水蒸汽發(fā)生器回收熱量后，達(dá)標(biāo)排放。表I為兩段催化燃燒反應(yīng)器的部分操作參數(shù)及處理效果。表I兩段催化燃燒反應(yīng)器的部分操作參數(shù)及處理效果。
權(quán)利要求
1.一種高濃度有機(jī)廢氣的凈化方法，其特征在于包括如下內(nèi)容高濃度有機(jī)廢氣經(jīng)換熱-預(yù)熱后進(jìn)入一段催化燃燒反應(yīng)器，一段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣的一部分與一段催化燃燒反應(yīng)器入口廢氣換熱，換熱后與一段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣的其余部分混合進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器，二段催化燃燒反應(yīng)器排放氣回收熱量后排放。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于高濃度有機(jī)廢氣中有機(jī)物的濃度為6000 40000mg/m3，優(yōu)選為 8000 20000mg/m3。
3.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于一段催化燃燒反應(yīng)器出口排放尾氣的有機(jī)物濃度為入口濃度的10°/Γ70%，優(yōu)選為30%飛0%。
4.按照權(quán)利要求I或3所述的方法，其特征在于一段催化燃燒反應(yīng)器的操作條件為入口溫度為20(T300°C，體積空速為ΙΟΟΟΟ ΟΟΟΟΟΙΓ1，一段催化燃燒反應(yīng)器的溫升，即出口與入口的溫差控制為10(T20(TC。
5.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于二段催化燃燒反應(yīng)器操作條件為入口溫度 22(T300°C，體積空速為 6000 10000011'
6.按照權(quán)利要求I或5所述的方法，其特征在于一段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣與一段催化燃燒反應(yīng)器入口廢氣換熱的量按二段催化燃燒反應(yīng)器入口溫度的要求確定。
7.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于二段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣的熱量回收方式包括用于產(chǎn)生蒸汽，或者為其它裝置提供熱量。
8.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于一段催化燃燒反應(yīng)器和二段催化燃燒反應(yīng)器中裝填相同的催化燃燒催化劑，或者裝填不同的催化燃燒催化劑。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于一段催化燃燒反應(yīng)器和二段催化燃燒反應(yīng)器中，催化燃燒催化劑為蜂窩狀貴金屬催化劑或蜂窩狀非貴金屬催化劑。
10.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于在兩段催化燃燒反應(yīng)器之間，設(shè)置一條管線將一段催化燃燒反應(yīng)器的出口和二段催化燃燒反應(yīng)器的入口相連，管線上設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，部分一段催化燃燒反應(yīng)器的出口氣體不經(jīng)換熱直接進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器，與換熱后的部分混合，一起進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器中，通過調(diào)整這兩股氣體的比例，控制二段催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種高濃度有機(jī)廢氣的凈化方法，高濃度有機(jī)廢氣經(jīng)換熱-預(yù)熱后進(jìn)入一段催化燃燒反應(yīng)器，一段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣的一部分與一段催化燃燒反應(yīng)器入口廢氣換熱，換熱后與一段催化燃燒反應(yīng)器排放尾氣的其余部分混合進(jìn)入二段催化燃燒反應(yīng)器，二段催化燃燒反應(yīng)器排放氣回收熱量后排放。本發(fā)明方法廢氣經(jīng)過兩段催化燃燒處理后，凈化氣達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)還可回收大量能量。本發(fā)明解決了高濃度有機(jī)廢氣的處理問題，降低了裝置的處理規(guī)模，具有流程簡單、投資省、凈化效果好、經(jīng)濟(jì)效益高、裝置安全穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F23G7/07GK102913919SQ20111021741
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者王新, 趙磊, 方向晨, 劉忠生, 陳玉香 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院