一种高浓度有机废气的净化处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废气净化领域，涉及一种高浓度有机废气的净化处理方法，适用于石油化工行业生产过程中排放的高有机物浓度、低氧含量有机废气的净化处理。
【背景技术】
[0002]在某些石油化工行业的生产过程中，会排放出高浓度有机废气，这种废气的组成以有机组分为主，比如苯、环己烷、二甲苯、环氧乙烷等，废气中总烃浓度在几千到几十万mg/m3之间。这种废气如果不经处理直接排放，不仅会违反国家环保法规，而且这些有害物质在装置区的弥漫扩散，又严重地损害企业职工的身体健康，甚至危及生命。因此，对这类高浓度有机废气必须采取有效的治理手段。
[0003]对此类高浓度废气的处理，催化燃烧是一种有效的处理手段。但在采用传统的催化燃烧法处理时，由于有些废气中的氧含量不足，因此需要补充大量氧气或空气。直接一次性补充氧气或空气进行催化燃烧处理，不仅存在废气爆燃的安全隐患，而且有机组分的催化燃烧反应放热较高，也会导致催化燃烧反应器的温度升高，超出了反应器和催化剂的承受温度，使催化剂烧结失效。虽然可以加入大量稀释空气进行稀释，但是会使装置的设计处理规模成倍增加，从而增大了装置的投资费用和运行能耗。
[0004]CN200310104990.5公开了一种高浓度有机废气的净化方法，将废气经过预处理后，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。该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。该发明方法主要为保护换热器而设置了换热器旁路，但没有解决催化燃烧反应器的超温问题，适合处理的有机废气浓度在lOOOOmg/m3以下，对于浓度更高的废气仍需加入大量空气稀释。
[0005]CN201110217412.7公开了一种高浓度有机废气的净化方法，高浓度有机废气经换热-预热后进入一段催化燃烧反应器，一段催化燃烧反应器排放尾气的一部分与一段催化燃烧反应器入口废气换热，换热后与一段催化燃烧反应器排放气的其余部分混合进入二段催化燃烧反应器，二段催化燃烧反应器排放气回收热量后排放。该发明方法废气经过两段催化燃烧处理后，净化气达标排放，同时还可回收大量能量。但是，该方法也要根据有机废气浓度进行适当的稀释，或者如果废气中氧不足，需要补充空气，换热设备和加热设备规模均需增加。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供了一种高浓度有机废气的净化处理方法。本发明可以避免可燃气体爆燃产生的安全隐患，防止催化剂床层温度过高导致的催化剂烧结，降低了废气处理设备的规模和运行能耗，特别适合于石油化工行业产生的的高有机物浓度、低氧含量的有机废气的净化处理。
[0007]本发明高浓度有机废气的净化处理方法包括如下内容:有机废气经过换热-预热后通入催化燃烧反应器，反应器内设置若干段隔离的催化剂床层，每段催化剂床层设有废气进出口，在废气进口管线上设有补氧口和管道混合器，使氧气与废气混合均匀后进入催化燃烧反应器，通过分段供氧的方式控制每段床层出口废气温度为350?600°C，使得废气中有机物在每段床层中进行部分催化燃烧反应；按废气流动方向，前一段催化剂床层的有机废气出口通过热量回收装置与后一段床层的有机废气进口相连，使得进口废气温度为150?400°C，从而取出每段催化燃烧释放出来的反应热，实现热量的回收。
[0008]本发明所述有机废气为石油化工行业产生的高有机物浓度、低氧含量的有机废气，废气中有机物浓度为1.5万?30万mg/m3，优选为3万?15万mg/m3，不含氧或氧含量极低，优选氧的体积含量小于5%，如可以是具有挥发性有机物料储罐排放的有机废气、或者是一些绝氧或低氧工业装置排放的有机废气等，具体如芳烃储罐排放废气、易挥发化学品储罐排放废气、成品油储罐排放废气等。这类储罐为了安全，一般都有氮气保护，氧含量极低。
[0009]本发明催化燃烧反应器中有机废气经过每段催化剂床层的体积空速(标准状态下)为6000?200000h \优选为10000?10000h %每段催化剂床层的进口废气温度为150?400°C，优选为200?300°C ;出口废气温度为350?600°C，优选400?550°C ;每段催化剂床层的温升，即出口废气温度与进口废气温度的温差为150?400°C ο本发明根据废气量和有机物浓度确定催化剂用量，所需催化剂床层数量和废气污染物浓度相关，随着废气中污染物浓度的增加，床层数量相应增加。
[0010]本发明催化燃烧反应器中装填蜂窝型贵金属催化剂，载体为蜂窝陶瓷体，其上担载活性组分Pt、Pd等，其中Pt含量为0.2wt%?0.5wt%，Pd含量为0.lwt%?0.3wt%。
[0011]本发明有机废气通过换热和预热达到催化燃烧反应器入口所需的温度，进入催化燃烧反应器后，在催化剂的作用下，有机物氧化为二氧化碳和水，彻底消除污染。换热方式为催化燃烧反应器排出的热物流与入口的冷物流换热，正常情况下通过换热即可以达到催化燃烧反应器入口的温度要求，此时就不需开启加热器预热，加热器主要是在开工过程中使用。
[0012]本发明排出的高温有机废气进入热量回收装置取热后进入下一段催化剂床层继续进行催化燃烧反应，回收热量后的废气温度满足催化燃烧反应所需初始反应温度。通过重复分段供氧和分段取热，直到废气中污染物浓度达到排放标准以下，最终净化气排放温度为300?50(TC，经过预热进入催化燃烧反应器前的冷有机废气后，通过排气筒排放。热量回收装置可以是换热器加热水、蒸汽发生器生产蒸汽、或是换热器加热生产中的待加热物料等，设置独立的换热通道，保证每一段废气换热的独立性。
[0013]本发明催化燃烧反应可以补入空气或者氧气，优选补入氧气，因为氧气在催化燃烧反应过程中会消耗掉，不会明显增加废气处理量，从而保证了整个废气处理过程中废气量的稳定。如果使用空气进行补充氧，则废气量在整个处理过程中逐渐增加，如果每个催化剂床层装填相同量的催化剂，则处理空速逐层增大；如果要保证每个催化剂床层的空速不变，则每个床层装填的催化剂量要逐渐增加，而且催化燃烧反应器设计规模要按照排气量考虑设计。本发明在每段催化剂床层出口废气温度不超过最高温度以及氧浓度不超过可燃气体爆炸最大氧浓度情况下，尽可能的补充氧，最大程度氧化废气中的有机物，充分发挥催化剂的作用，从而能够降低催化剂床层数。
[0014]本发明所述的有机废气在进入催化燃烧反应器前可以进行预处理，如去除废气中含有的使催化燃烧催化剂中毒的物质(如硫化物、卤素等)；当废气浓度波动很大时，采取必要的浓度均化措施；当废气中含有颗粒物时，需要设置过滤设备将其除去；储罐废气也有相应的压力控制，当储罐内气相压力超过设定压力时，储罐呼吸阀开启，从罐内排出的气体通过管道进入。
[0015]本发明采用上述净化处理方法的高浓度有机废气的净化处理装置，包括引风机、换热器、加热器、催化燃烧反应器、热量回收装置、排气筒、过滤除尘器、管道混合器和温度控制系统，其中所述催化燃烧反应器内设置若干段隔离的催化剂床层，每段催化剂床层都设有有机废气进出口，在废气进口管线上设有补氧口和管道混合器，使氧气与废气混合均匀后进入催化燃烧反应器进行部分催化燃烧反应；按废气流动方向，前一段催化剂床层的有机废气出口通过热量回收装置与后一段床层的有机废气进口相连，从而取出每段催化燃烧释放出来的反应热，实现热量的回收。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下突出特点:在催化燃烧反应器中设置多个完全隔离的催化剂床层，通过对每段床层进行分段补氧控制催化燃烧反应的程度，从而控制床层中有机废气的温度，同时将每段床层的废气及时引出进行取热，回收热量的同时可以控制取热后的废气温度满足下一段催化燃烧反应所需的初始反应温度。本发明方法不必使用大量的空气将废气浓度稀释至单个床层允许的处理浓度，降低了废气处理设备的规模(如管道、风机、废气换热器和加热器)和运行能耗。通过控制每个催化剂床层氧的补充量，使有机污染物发生部分氧化，在保证催化燃烧顺利进行的同时，有效避免可燃气体爆燃产生的安全隐患，同时防止设置一个催化剂床层使得床层温度过高导致的催化剂烧结。通过分段取热的方式充分回收反应热，利用废气中有机物的氧化放热，产生热水、蒸汽或加热待加热物料，达到节能的目的。
【附图说明】
[0017]图1是本发明方法的工艺流程图；
图2是本发明分段供氧和分段取热的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面通过实施例对本发明方案作进一步详细说明。
[0019]本发明高浓度有机废气的净化处理装置，包括引风机、换热器、加热器、催化燃烧反应器、热量回收装置、排气筒、管道混合器和温度控制系统，其中所述催化燃烧反应器内设置若干完全隔离的催化剂床层，每段催化剂床层都设有有机废气进出口，每个床层进口管线上设有补氧口和管道混合器，氧气和有机废气在管道混合器内混合均匀后，进入催化剂床层。通过分段供氧的方式控制每段