挥发性有机化合物催化燃烧评价装置及试验方法与流程

本发明属于催化剂评价技术领域，具体涉及一种挥发性有机化合物催化燃烧评价装置及试验方法。

背景技术：

随着环境保护的日趋严格，含有挥发性有机化合物(vocs)的化工和石化工艺废气，石油、化工产品储罐气、印刷和油漆生产废气、萃取废气、木材干馏废气及制药厂废气、汽车尾气等越来越多的采用焚烧处理或催化燃烧处理。与传统的冷凝法、吸收法、吸附法和生物法相比，燃烧法对vocs的处理更彻底、更完全，成为处理污染物成分复杂、高浓度废气处理的首选方法。

cn01207962.6公开了一种有机废气蓄热式焚烧炉，采用两蓄热床交替切换模式，完成气体升温、净化和蓄热的过程。cn200320116750.2公开了一种三蓄热床结构。

上述专利体积庞大，制造成本高，控制复杂，不能方便的用于科学研究。

华东理工大学学位论文《工业有机尾气催化燃烧技术研究》p21、p25给出了2种催化剂实验室评价装置工艺流程，从其工艺流程介绍可以判断出，试验装置为固定床反应器，采用反应器管外电加热的方式。其中p21，催化剂装填量为50毫升，反应前后均设置有插入催化剂床层的热电偶测量温度，由程序升温控制器控制。p21的催化剂装填量未公开，装填长度15～25毫米，催化剂处于加热炉的恒温区。从p21、p25这2种实验室评价装置的介绍可以判断出，p21装置的温度测量存在缺陷，由于vocs催化燃烧时会放出大量热，所以当热偶处于催化剂床层中时，所测得的温度高于物料预热温度，试验数据无法直接辅助工业设计；另外，催化剂装填量偏少，可以判断出催化剂在装填之前，必须要破碎，该装置无法装填蜂窝整体式催化剂，不利于试验结果的工业化转化。p22装置为本征动力学装置，催化剂一方面要破碎，一方面始终处于反应器的恒温区，反应状态过于理想化，不能模拟工业实际情况。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种挥发性有机化合物催化燃烧评价装置，运行平稳、安全可靠、使用便捷、测试数据准确、重复性好；本发明同时提供了采用挥发性有机化合物催化燃烧评价装置的试验方法，科学合理、简单易行。

本发明所述的挥发性有机化合物催化燃烧评价装置，包括反应器，反应器分别与气体质量流量计、计量泵相连，反应器、换热器、冷凝器、气液分离器、湿式流量计、干燥管、气相色谱仪与计算机依次相连，换热器与鼓风机相连，气液分离器与储液罐相连，排气头分别与湿式流量计、干燥管相连。

所述的反应器内部从左到右依次设置有喷雾器、加热板与钢丝网，反应器外部分别与温度测量仪、压力测量仪相连。

所述的温度测量仪的个数为2个。

所述的压力测量仪的个数为2个。

所述的钢丝网内部装填有催化剂。

待测催化剂装填于反应器，原料与空气一起进入反应器，升温至反应温度后，物料进入催化剂床层，反应后气体经换热、冷凝、分离器分离出水和工艺气，再经色谱分析后，尾气放空。

本发明采用上述挥发性有机化合物催化燃烧评价装置的试验方法，步骤如下：

(1)待测催化剂装填于反应器，利用鼓风机将空气通入系统，空气先经过换热器换热，升温后的空气与挥发性有机化合物混合进入反应器，升温至反应温度后，物料进入催化剂床层反应；

(2)反应后物料进入换热器交换热量，然后冷凝，水汽分离，湿式流量计计量尾气量，再经色谱分析后，尾气放空。

本发明的vocs催化燃烧评价装置的评价试验具体工艺流程：

利用鼓风机将空气通入系统，空气先经过换热器与反应后物料充分换热，升温后的空气与来自气体质量流量计和/或计量泵的挥发性有机化合物混合进入反应器，首先在加热器升温，通过催化剂前热偶测量到的温度，来判断物料是否达到反应温度，达到反应温度的物料通过催化剂床层，在催化剂床层上发生催化燃烧，反应后物料进入换热器交换热量，然后经过冷凝，水汽分离，湿式流量计计量尾气量，在放空单元通过碱液吸收之后，将净化后的尾气放空至大气。

本发明的vocs催化燃烧评价装置用于vocs催化燃烧评价的试验方法中试验工艺条件见表1。

表1vocs催化燃烧评价的试验方法中试验工艺条件

本发明的vocs催化燃烧评价装置用于vocs催化燃烧评价的试验方法中优选试验工艺条件见表2。

表2vocs催化燃烧评价的试验方法中优选试验工艺条件

vocs转化率＝(原料气中vocs含量-尾气中vocs含量)/原料气中vocs含量*100％

风量(m³/h)＝有机化合物进料量(g/h)/气样中有机化合物含量(g/m³)

本发明的vocs催化燃烧评价装置适用vocs催化燃烧催化剂的制造企业产品质量控制、vocs催化燃烧催化剂研发过程中的催化剂样品的性能指标测试、vocs催化燃烧催化剂研发放大试验阶段的侧线分析和生产装置运行中的vocs催化燃烧催化剂的应用跟踪分析及催化剂活性衰退的监控指示。

待测催化剂装填位置前后均设置有温度测量点，温度测量点置于钢丝网中央，催化剂之前的测量点可以充分反映物料预热的温度，催化剂之后的测量点可以充分反映vocs催化燃烧后的物料温度，获得这2个温度的数据有利于工业装置设计。

待测催化剂装填位置前后均设置有压力测定点，检测物料通过催化剂床层时的压力降，一方面辅助工业设计，一方面检测蜂窝整体式催化剂或不规整载体制备的催化剂所引起的压力降情况，另外还可以监测催化剂的长周期运行情况，如催化剂床层发生积碳堵塞时，通过床层前后的压力降变化可以发现。

配有计算机控制系统，由计算机、单回路调节器及可编程控制器组成；计算机系统设置有高高、高、低、低低限制报警系统，控制系统采用计算机集中操作管理，或在单回路调节器上操作，控制软件采用开环控制。控制系统设计有高低限报警、高高限、低低限紧急处理及紧急停电三级报警功能，保证系统的安全性。

本发明的vocs催化燃烧评价装置中计算机控制系统采用现场仪表和计算机控制，数据自动采集、自动存储、自动打印，温度、压力、液体流量、气体流量自动控制；显示器上可以看到带有实时状态数据的工艺流程图及实时趋势图、历史趋势图。

采用碱液吸收的方式对反应后工艺尾气进行处置，确保没有硫、nox等污染物后再排放至大气。

利用色谱对反应前后的物料组成进行分析。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)加热为非明火电加热，温度控制及防爆控制较辅助燃料明火直燃式预热简单和可靠。

(2)待测催化剂放置在钢丝网之间，可以进行蜂窝整体式催化剂评价，也可以进行由不规整载体制备的催化剂评价。

(3)催化剂装填量大，可以装填整块蜂窝整体式催化剂，所获得的试验数据真实性强，有利于从实验室装置转化到工业装置。

(4)设置有换热器，充分利用热量，减少实验室用电。

(5)试验数据准确、可靠，所测催化剂活性偏差在1％以下，数据重复性好。

附图说明

图1是本发明的vocs催化燃烧评价装置结构示意图；

图2是反应器结构示意图；

图中：1、气体质量流量计；2、计量泵；3、反应器；4、换热器；5、鼓风机；6、冷凝器；7、气液分离器；8、储液罐；9、湿式流量计；10、干燥管；11、气相色谱仪；12、计算机；13、排气头；14、喷雾器；15、加热板；16、温度测量仪；17、压力测量仪；18、钢丝网；19、催化剂。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

如图1所示，本发明的挥发性有机化合物催化燃烧评价装置，包括反应器3，反应器3分别与气体质量流量计1、计量泵2相连，反应器3、换热器4、冷凝器6、气液分离器7、湿式流量计9、干燥管10、气相色谱仪11与计算机12依次相连，换热器4与鼓风机5相连，气液分离器7与储液罐8相连，排气头13分别与湿式流量计9、干燥管10相连。

如图2所示，反应器3内部从左到右依次设置有喷雾器14、加热板15与钢丝网18，反应器3外部分别与温度测量仪16、压力测量仪17相连。

温度测量仪16的个数为2个。

压力测量仪17的个数为2个。

钢丝网18内部装填有催化剂19。

在本发明的vocs催化燃烧评价装置上，装填蜂窝整体式催化剂3kg，利用鼓风机将空气通入系统，空气先经过换热器换热，升温后的空气与挥发性有机化合物混合进入反应器，升温至反应温度后，物料进入催化剂床层反应；反应后物料进入换热器交换热量，然后冷凝，水汽分离，湿式流量计计量尾气量，再经色谱分析后，尾气放空。对乙醇进行评价试验，评价数据见表3。

表3乙醇净化结果

实施例2

在本发明的vocs催化燃烧评价装置上，装填蜂窝整体式催化剂3kg，按实施例1的试验方法对甲苯进行评价试验，评价数据见表4。

表4甲苯净化结果

实施例3

在本发明的vocs催化燃烧评价装置上，装填不规整载体制备的催化剂3.5kg，按实施例1的试验方法对甲苯进行评价试验，评价数据见表5。

表5甲苯净化结果