一种处理VOCs废气的催化氧化系统的制作方法

一种处理vocs废气的催化氧化系统
技术领域
[0001]
本实用新型涉及大气污染控制领域，具体涉及一种处理vocs废气的催化氧化系统。


背景技术：

[0002]
vocs(英文名为：volatile organic compounds，中文名为：挥发性有机化合物)是当前主要大气污染物之一，我国是vocs排放大国，预计2030 年排放总量可达3800万吨，涉及石化、化工、工业涂装、包装印刷、油品储运销等行业。vocs是形成细颗粒物pm
2.5
和臭氧o3的重要前驱体，京津冀及周边地区，有机物om是细颗粒物pm
2.5
的最主要组分，占比达20-40％。此外，vocs是重点区域臭氧o3生成的主控因子。
[0003]
国家和地方政府相继发布了vocs治理规划和相关标准，《“十三五”挥发性有机污染物防治治理工作方案》、《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，持续展开大气污染防治行动，组织实施vocs专项整治。《重点行业挥发性有机物综合治理方案》，要求2020年建立vocs污染防治管理体系，重点区域、重点行业vocs治理实现“十三五”确定的排放量下降10％的目标。
[0004]
对于vocs的净化去除，催化氧化为高效绿色手段，vocs在催化剂表面被彻底氧化为无害化的h2o和co2。催化氧化反应器对系统的效率和能耗有决定性影响，同时制约了系统的运行条件，当vocs浓度较高时，需要通过稀释降低反应热，但增加了设备规模。常规催化氧化反应器，催化剂床层是通过催化剂堆砌摆放，多层催化剂层垂直于气流方向布置。催化剂床层结构复杂，不易安装和更换，且存在分布不均、密封性差、短流等缺陷。且当入口 vocs浓度较高时，由于氧化放热导致下游床层温度急剧升高，进而引起催化剂烧结。


技术实现要素：

[0005]
(一)本实用新型所要解决的技术问题是：目前催化剂床层无法利用催化过程的反应热，且存在分布不均的问题。
[0006]
(二)技术方案
[0007]
为了解决上述技术问题，本实用新型一个实施例提供了一种处理vocs 废气的催化氧化系统，包括催化氧化反应装置和废气分配器；
[0008]
所述催化氧化反应装置包括：加热器、多个催化器和换热器；所述催化器内并列设置有多个单管反应器；
[0009]
所述催化器出口与所述换热器的热端入口连接，所述换热器的冷端入口与所述废气分配器连接，所述换热器的冷端出口与所述加热器连接，所述换热器的热端出口与烟囱连接。
[0010]
根据本实用新型的一个实施例，所述单管反应器包括反应器外壳和设置于所述反应器外壳内的多层催化剂层，所述反应器外壳与所述催化剂层之间设置有耐火密封衬垫。
[0011]
根据本实用新型的一个实施例，多个所述催化器为前级催化器和后级催化器，所
述前级催化器的出口与前级换热器的热端入口连接，所述后级催化器出口与后级换热器的热端入口连接。
[0012]
根据本实用新型的一个实施例，所述前级催化器入口与前级气体过渡箱连接，所述后级催化器出口通过后级气体过渡箱与所述后级换热器的热端入口连接。
[0013]
根据本实用新型的一个实施例，所述前级气体过渡箱上设置有压力控制器和/或紧急排气阀。
[0014]
根据本实用新型的一个实施例，还包括与所述前级催化器和所述后级催化器连接的补冷风机，所述前级催化器、所述后级催化器与所述补冷风机之间分别设置有电动阀。
[0015]
根据本实用新型的一个实施例，所述废气分配器与所述换热器的冷端入口之间设置有比例调节阀。
[0016]
根据本实用新型的一个实施例，所述催化器包括催化外壳，所述催化器内设置有保温层，多个所述单管反应器并列设置于所述保温层上。
[0017]
根据本实用新型的一个实施例，所述换热器的冷端入口和冷端出口上分别设置有第一温度控制器，所述加热器的热端入口和热端出口上分别设置有第二温度控制器，所述第一温度控制器和所述第二温度控制器与控制单元连接。
[0018]
根据本实用新型的一个实施例，还包括过滤器和阻火器，所述过滤器和阻火器连接，所述阻火器与废气分配器连接。
[0019]
本实用新型的有益效果：本实用新型中催化器内并列设置有多个单管反应器；催化器出口与换热器的热端入口连接，换热器的冷端入口与废气分配器连接，换热器的冷端出口与加热器连接，换热器的热端出口与烟囱连接，本实用新型提供的处理vocs废气的催化氧化系统废气经多个换热器换热，然后经加热器进行最后加热，使得废气达到催化剂的运行温度，有效利用了催化过程产生的反应热，并列设置有多个单管反应器优化了气流、温度分布的均匀性，提高了催化剂利用率。
附图说明
[0020]
本实用新型上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0021]
图1为本实用新型一个实施例中所述处理vocs废气的催化氧化系统的立体示意图
[0022]
图2为本实用新型一个实施例中所述处理vocs废气的催化氧化系统中催化器的结构示意图；
[0023]
图3为本实用新型一个实施例中所述处理vocs废气的催化氧化系统中单管反应器的结构示意图。
[0024]
其中图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
[0025]
1、过滤器，2、阻火器，3、废气分配器，4、加热器，5、前级气体过渡箱，6、前级催化器，7、前级换热器，8、后级催化器，9、后级气体过渡箱，10、后级换热器，11、补冷风机，12、引风机，13烟囱，
[0026]
a1、单管反应器，a2、保温层，a3、催化外壳，
[0027]
a11、反应器外壳，a12、耐火密封衬垫，a13、催化剂层，
[0028]
v1、进气电动阀，v21、前级电动阀，v22、后级电动阀，ev1、紧急排气阀，p1、压力控
制器，
[0029]
v31、第一比例调节阀，v32、第二比例调节阀；
[0030]
t40、加热器入口温度控制器，t41、加热器出口温度控制器，t60、前级催化器入口温度控制器，t61、前级催化器出口温度控制器，t70、前级换热器冷端入口温度控制器，t71、前级换热器冷端出口温度控制器，t80、后级催化器入口温度控制器，t81、后级催化器出口温度控制器，t100、后级换热器冷端入口温度控制器，t101、后级换热器冷端出口温度控制器。
具体实施方式
[0031]
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]
如图1和图2所示，本实用新型一个实施例提供了一种处理vocs废气的催化氧化系统，包括催化氧化反应装置和废气分配器3；
[0033]
催化氧化反应装置包括：加热器4、多个催化器和换热器；催化器内并列设置有多个单管反应器a1；
[0034]
催化器与换热器的热端入口连接，换热器的冷端入口与废气分配器3连接，换热器的冷端出口与加热器4连接，换热器的热端出口与烟囱13连接。
[0035]
单管反应器a1可以根据需求进行安装、维护和更换，可根据废气流量自由调整、组装催化器内单管反应器a1数量。
[0036]
如图3所示，根据本实用新型的一个实施例，单管反应器a1包括反应器外壳a11和设置于反应器外壳a11内的多层催化剂层a13，反应器外壳a11 与催化剂层a13之间设置有耐火密封衬垫a12。单管反应器a1外壳和内部催化剂之间设置耐火密封衬垫a12，防止泄漏、短流等。
[0037]
根据本实用新型的一个实施例，多个催化器为前级催化器6和后级催化器8，前级催化器6出口与前级换热器7的热端入口连接，后级催化器8出口与后级换热器10的热端入口连接。废气分别经前级换热器7、后级换热器 10加热后，经加热器4加热至废气达到催化剂起燃温度。前级换热器7和后级换热器10，用于回收催化器反应产生的热量，后级换热器10出口与引风机12相连。
[0038]
废气分别经前级换热器7、后级换热器10加热，然后经加热器4进行最后加热，使得废气达到催化剂的运行温度，有效利用了催化过程产生的反应热。采用前级、后级换热器10，进一步提高了反应热的利用效率，降低了系统运行能耗。
[0039]
在前级催化器6与后级催化器8之间设置前级换热器7，将前级催化器 6产生的反应热用于废气预热，提高了系统余热利用，同时降低后级催化器 8入口废气温度，使得催化器在合适的温度下运行，避免催化剂由于超温引起热老化。根据前级催化器6出口废气温度，利用废气分配器3调节前级换热器7和后级换热器10风量，后级催化器8入口废气温度满足催化剂要求。
[0040]
根据本实用新型的一个实施例，前级催化器6的入口与前级气体过渡箱 5连接，后级催化器8的出口通过后级气体过渡箱9与后级换热器10的热端入口连接。
[0041]
前级气体过渡箱5出口与前级催化器6入口相连，废气进入前级催化器 6后发生催化氧化反应，并产生大量反应热，前级催化器6出口的气体温度急剧升高。前级催化器6出口与前级换热器7热端入口相连，对前级换热器 7冷端气体进行预热，前级换热器7热端出口气体降低至后级催化器8入口温度。
[0042]
后级催化器8出口设有后级气体过渡箱9，后级催化器8中单管反应器 a1出口的废气，在后级气体过渡箱9中混合，然后进入后级换热器10，后级换热器10的冷端入口连接气体分配器，热端入口连接后级催化器8，冷端出口的低温废气通过换热加热，热端出口的高温废气温度降低，达到余热回用。
[0043]
根据本实用新型的一个实施例，前级气体过渡箱5上设置有压力控制器 p1和/或紧急排气阀ev1。防止反应过快而导致催化器器内压力升高。
[0044]
根据本实用新型的一个实施例，还包括与前级催化器6和后级催化器8 连接的补冷风机11，前级催化器6、后级催化器8与补冷风机11之间分别设置有电动阀。由前级电动阀v21、后级电动阀v22控制前级催化器6、后级催化器8补冷空气，调控进入催化器的废气温度，防止高温对催化剂造成损害。
[0045]
根据本实用新型的一个实施例，废气分配器3与换热器冷端入口之间设置有比例调节阀。废气分配器3，与前级换热器7冷端入口之间设有第一比例调节阀v31，与后级换热器10冷端入口设有第二比例调节阀v32，通过前级催化器6出口温度与后级催化器8入口温度，控制第一比例调节阀v31和第二比例调节阀v32开启比例，控制进入前级换热器7和后级换热器10冷端入口的废气流量，控制进入后级催化器8的温度。
[0046]
根据本实用新型的一个实施例，催化器包括催化外壳a3，催化器内设置有保温层a2，多个单管反应器a1并列设置于保温层a2上。单管反应器a1 内部装有vocs氧化催化剂，可将废气中的vocs彻底氧化为无害的h2o和co2。
[0047]
根据本实用新型的一个实施例，换热器的冷端入口和冷端出口上分别设置有第一温度控制器，加热器4的热端入口和热端出口上分别设置有第二温度控制器，第一温度控制器和第二温度控制器与控制单元连接。
[0048]
具体地，在加热器4入口设置加热器入口温度控制器t40，在加热器4 出口设置加热器出口温度控制器t41，在前级催化器6入口设置前级催化器入口温度控制器t60，在前级催化器6出口设置前级催化器出口温度控制器 t61，在前级换热器7冷端入口设有前级换热器冷端入口温度控制器t70，在前级换热器7冷端出口设有前级换热器冷端出口温度控制器t71，在后级催化器8入口设有后级催化器入口温度控制器t80，在后级催化器8出口设有后级催化器出口温度控制器t81，在后级换热器10冷端入口设有后级换热器冷端入口温度控制器t100，在后级换热器10冷端出口设有后级换热器冷端出口温度控制器t101。
[0049]
根据加热器入口温度控制器t40和加热器出口温度控制器t41控制加热器4的温度，所述加热器4的加热功率为p＝q*c(δt1)/(k*3600)，c为废气热容，根据不同的废气选择具体的废气热容，q为废气流量，设备运行规格的固定流量，k为修正系数(加热能效系数，在设备确定后为一常数)，δt1＝(t41-t40)。
[0050]
根据前级催化器入口温度控制器t60和前级催化器出口温度控制器t61 来控制补冷系统，具体的当前级催化器入口温度控制器t60检测的温度大于预设温度，则开启前级电动阀v21，补冷风机工作为系统补冷，当级催化器出口温度控制器t61检测的温度大于预设
值时，则开启后级电动阀v22，补冷风机工作为系统补冷。
[0051]
根据前级催化器出口温度控制器t61检测的温度和后级催化器入口温度控制器t80检测的温度来控制第二比例调节阀v32和第一比例调节阀v31，具体的第二比例调节阀开启的比例为x％＝q*c*k*(δt2)＝x％*q*c(δt3)， x％＝δt2/t3，δt2＝t80-t61，δt3＝t80-t70；第一比例调节阀v31的开启比例y％＝1-x％。
[0052]
根据本实用新型的一个实施例，还包括过滤器1和阻火器2，过滤器1 和阻火器2连接，阻火器2与废气分配器3连接。在装置入口设有过滤器1 和阻火器2，过滤器1主要去除废气中的颗粒物，防止颗粒物在设备、催化剂沉积引起腐蚀和堵塞，阻火器2火焰回窜。
[0053]
本实用新型中催化器内并列设置有多个单管反应器a1；催化器出口与换热器的热端入口连接，换热器的冷端入口与废气分配器3连接，换热器的冷端出口与加热器4连接，换热器的热端出口与烟囱13连接，本实用新型提供的处理vocs废气的催化氧化系统废气经多个换热器换热，然后经加热器4 进行最后加热，使得废气达到催化剂的运行温度，有效利用了催化过程产生的反应热，并列设置有多个单管反应器a1优化了气流、温度分布的均匀性，提高了催化剂利用率。改善了催化氧化系统性能，解决了由于入口浓度升高引起催化剂不能正常运行，保证废气温度满足催化剂要求。在提高装置可靠性的同时降低了能耗，充分利用vocs氧化产生的反应热，提高系统的可靠性。系统在运行中，入口vocs浓度为25％lel以下，反应空速sv＝5k-30kh-1
对vocs的去除效率可达99％以上。
[0054]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0055]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0056]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。