CN103721563A - 一种催化臭氧氧化有机废气的处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种催化臭氧氧化有机废气的处理装置及处理方法，方法包括：（1）有机废气经收集进入预处理器，对废气进行预处理，拦截废气中的油滴、颗粒物、酸性腐蚀气体和雾滴；（2）预处理过的有机废气经引风机增压后进入换热器冷端预热；（3）预热后的有机废气进入催化氧化装置，进入催化氧化装置内的有机废气经升温后与送入催化氧化装置内的臭氧混合，混合后的气体进入催化氧化装置的催化氧化反应区进行催化氧化反应，去除有机污染物；（4）净化后的气体作为热源进入步骤（2）的预热器热端换热；换热后的气体通过排气管道排放。本发明处理工艺结合本发明的处理装置，对废气的净化效果更好，既确保废气的净化效率，又节能环保。

Description

一种催化臭氧氧化有机废气的处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种催化臭氧氧化有机废气的处理装置及处理方法。

背景技术

近年来，有机废气的排放造成的环境污染及其对人体健康的严重危害越来越成为各级政府和民众关注的焦点，高效简便的有机废气处理方式越来越受到人们的重视。

目前，国内外治理有机废气比较普遍的方法有吸附法、吸收法、等离子法、焚烧法和催化氧化法等。但吸附法存在成本高、吸附剂吸附饱和等缺点；吸收法需要选择合适的化学剂，要求化学剂反应条件温和，同时考虑有无二次污染、价格等问题；等离子法存在能耗高、净化率一般等缺点；焚烧法净化效果好，但投资及运行费用高。催化氧化法起燃温度低、安全性好，但存在催化剂失活的缺点。因此，非常有必要开发出一种高效简便、价格适中的有机废气处理新技术。

例如公开号为CN101785951A的中国发明专利申请公开了一种有机废气的净化方法，包括有机废气预处理,特点是将预处理后的有机废气先通过活性炭吸附床进行浓度调节，然后通过等离子体净化器进行净化处理。

公开号为102476029A的中国发明专利申请公开了一种用于净化有机废气的催化剂净化装置，其包含催化剂吸附氧化单元，该催化剂吸附氧化单元的操作温度为25～200℃，空间流速为10000～180000/h，且该催化剂吸附氧化单元，其特征在于，包含：催化剂，其为金属或金属氧化物，且该金属选自钼、锰、铁、铜、锌、铅、钴、银或其组合；及多孔性载体，其为氧化铝或沸石，用于承载上述催化剂；其中，该催化剂净化装置用于净化有机废气入流浓度为0.001～200ppmv的低浓度场合。

臭氧具有强氧化性(E0=+2.07伏)，其氧化还原电位仅次于氟，在理想的反应条件下，臭氧可把环境中大多数单质和化合物氧化到它们的最高氧化态，对有机物有强烈的氧化降解作用，因此臭氧氧化技术应用在环境治理工程中应具有处理效果好、无二次污染的效果。

目前，臭氧技术已在城市污水厂恶臭气体处理中得以工程应用。臭氧虽然能氧化许多难降解有机物，但其氧化特性决定了单一的臭氧氧化技术有很大的局限性。一是臭氧与有机物的反应选择性差，不能氧化一些难降解的有机物，如氯仿等；二是单一的臭氧氧化技术不能将有机物彻底分解为CO2和H2O，同时难以达到较高的去除效果，其产物常常为羧酸类易于生物降解有机物，如：一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸类有机小分子。

发明内容

本发明提供了一种催化臭氧氧化有机废气的处理装置及处理方法，催化与臭氧氧化协同作用，提高有机废气的处理效果。

一种催化臭氧氧化有机废气的处理方法，包括如下步骤：

（1）有机废气经收集进入预处理器，对废气进行预处理，拦截废气中的油滴、颗粒物、酸性腐蚀气体和雾滴；

（2）经步骤（1）预处理过的有机废气经引风机增压后进入换热器冷端预热；

（3）预热后的有机废气进入催化氧化装置，进入催化氧化装置内的有机废气经升温后与送入催化氧化装置内的臭氧混合，混合后的气体进入催化氧化装置的催化氧化反应区进行催化氧化反应，去除有机污染物；

（4）经步骤（3）净化后的气体作为热源进入步骤（2）的预热器热端换热；换热后的气体通过排气管道排放。

步骤（3）中所述催化氧化反应区内反应温度为293K-573K，空速范围为6000-20000m³/(m³催化剂·h)。

所述混合后的气体中臭氧浓度为0-900ppm；进一步优选，臭氧浓度范围为30～900ppm。

步骤（3）中所述催化氧化反应区内的臭氧氧化催化剂为：以氧化铝、活性炭、陶瓷、沸石中任一种为载体，以金属Mn、Cu、Fe、Ni、Co、Ti或其氧化物的任何一种或几种的组合为活性组分的催化剂。

本发明还提供了一种实现如所述催化臭氧氧化有机废气的处理方法的处理装置，包括顺次连接的预处理器、引风机、换热器、催化氧化装置和臭氧发生器；

所述催化氧化装置内自下而上依次分为：

带有废气进口的加热区，

与臭氧发生器连通的气体混合区，

内置固定床反应器的催化氧化反应区，所述固定床反应器内装有臭氧氧化催化剂，催化氧化反应区顶部设有废气出口。

作为优选，还设有与所述换热器的热流出口连通的排气管道，所述催化氧化装置的废气出口与所述换热器的热流入口连通。

反应后的气体直接作为热源与反应前的废气进行换热，能源循环利用，降低能耗，节能环保。

所述加热区内设有电加热器，所述气体混合区内设有温度控制器，所述加热器受控于所述温度控制器。温度控制器检测气体混合区内的温度，根据气体温度控制加热区内加热器的启停。当催化反应效率低时，可通过电加热器提高反应温度，提高有机废气除去率。作为优选，所述催化氧化装置中部设有上下设置的两层导流板，两层导流板之间的空间为气体混合区。该导流板为多空金属板，对气体起均布作用，使加热后的废气均匀的进入气体混合区内，与臭氧更好的混合，与臭氧混合后的混合气体通过导流板均布后进入催化氧化反应区，跟催化剂均匀接触，提高气体的净化效率。

作为优选，连接臭氧发生器与气体混合区的管道贯穿所述气体混合区，且所述管道上设有若干喷头。进一步优选，所述管道在气体混合区内设置为相互平行的若干根，每根上的喷头均匀布置。这样使喷入的臭氧均匀的分布与气体混合区，配合导流板的作用进一步保证废气与臭氧混合均匀。

作为优选，所述催化氧化装置外壁设有保温层。

所述预处理器为除油器、除尘器、吸收塔、除雾器中的任何一种或几种的组合；所述换热器为板式换热器、热管换热器、翅片管换热器或壳管换热器。

本发明有益效果如下：

本发明设置了预处理装置，根据废气特点，选择合适的预处理方法，防止油烟、粉尘颗粒污染或堵塞催化剂，防止酸性气体腐蚀后段设备，防止水分降低催化剂效率；设有电加热器，当催化反应效率低时，可提高反应温度，提高有机废气除去率；

有机废气通过装有催化剂层的固定床反应器，进行催化臭氧氧化反应，使臭氧在催化剂作用下产生更多的有强氧化能力的中间产物，如羟基自由基，大幅度提高了臭氧氧化效率，扩大了臭氧氧化的适用范围，能够去除绝大部分有机污染物；催化臭氧氧化反应降低了有机污染物被完全氧化的温度区间，使常温下亦能对有机废气具有一定的处理效率；

催化剂同时具有分解过量臭氧的能力，防止二次污染，保证达标排放；反应前后气体通过换热器进行换热，能够节省能源消耗，达到设定之后电加热器可逐步关闭，可完全依靠有机物燃烧产生热量维持***运行，降低了运行费用。

本发明处理工艺结合本发明的处理装置，对废气的净化效果更好，例如催化反应装置中的加热器和温度控制装置可以在气体温度不够时及时进行升温处理，导流板的均布作用协同臭氧喷送管路的设置进一步保证废气与臭氧混合充分，充分混合的气体再一次由导流板均布后进入催化氧化区，与催化剂充分混合，净化后的热气体返回换热器为废气的预热提供热源，在上述各条件的协同作用下，既确保废气的净化效率，又节能环保。附图说明

图1是本发明处理装置的结构示意图。

其中，图中所示附图标记如下：

1-预处理器      2-引风机   3-换热器

4-催化氧化装置  5-导流板   6-催化氧化反应区

7-气体混合区    8-加热区   9-排气管道

10-臭氧发生器。

具体实施方式

如图1所示，一种催化臭氧氧化有机废气的处理装置，包括预处理器1、引风机2、换热器3、催化氧化装置4、排气管道9和臭氧发生器10。

预处理器1为除油器、除尘器、吸收塔、除雾器中的任何一种或几种的组合，预处理器出口连接引风机2入口，引风机2出口连接换热器3的冷流入口，换热器3为板式换热器、或热管换热器、或翅片管换热器、或壳管换热器。

催化氧化装置4包括壳体，壳体内自下而上依次为加热区8、气体混合区7和催化氧化反应区6，加热区8内设有电加热器，换热器3的冷流出口通过管道连接加热区8，接入口位于电加热器的下方。

在壳体中部设置两块上下布置的导流板5，两块导流板5之间的区域为气体混合区7，该导流板5为多孔金属板，对气体起均布作用。气体混合区7内设一个温度控制器，该温度控制器感应气体混合区7内气体的温度，根据气体温度控制电加热器的启停。

气体混合区7的上方为催化氧化反应区6，催化氧化反应区6内安装固定床反应器，固定反应床内装有臭氧氧化催化剂，催化氧化反应区6顶部设有废气出口。

催化氧化反应区内的臭氧氧化催化剂为：以氧化铝、活性炭、陶瓷、沸石中任一种为载体，以金属Mn、Cu、Fe、Ni、Co、Ti或其氧化物的任何一种或几种的组合为活性组分的催化剂。

臭氧发生器10的臭氧出口通过管道连接至气体混合区7内，该管道在气体混合区7内的部分贯穿整个气体混合区7，可以设置为相互平行的若干根，每根上均匀设置若干个喷头，保证臭氧均匀的喷入气体混合区7内，与废气均匀混合。

废气出口通过管道连接至换热器3的热流入口，换热器3的热流出口连接排气管道9，净化后的气体在换热器3中与待处理的废气换热后最终由排气管道9排出。

通过上述装置进行废气处理的工艺流程如下：

（1）有机废气经收集进入预处理器1，对废气进行预处理，拦截废气中的油滴、颗粒物、酸性腐蚀气体和雾滴；

（2）经步骤（1）预处理过的有机废气经引风机2增压后进入换热器3冷端预热；

（3）预热后的有机废气进入催化氧化装置4，进入催化氧化装置4内的有机废气经升温后在气体混合区7内与送入催化氧化装置4内的臭氧混合，混合后的气体进入催化氧化装置4的催化氧化反应区6进行催化氧化反应，去除有机污染物；

催化氧化反应区6反应温度为293K-573K，空速范围为6000-20000m³/(m³催化剂·h)；臭氧浓度范围为30～900ppm。

（4）经步骤（3）净化后的气体作为热源进入步骤（2）的预热器3热端换热；换热后的气体通过排气管道9排放。

实施例1

某股含低浓度苯系物的有机废气，采用本发明的上述装置和工艺，经引风机进入催化氧化装置处理。催化剂载体采用γ型氧化铝，活性组分采用氧化锰，负载量约为5%。臭氧与苯系物的浓度分别为70mg/m³和15mg/m³。室温下即可反应，苯、甲苯、对二甲苯的净化效率分别达到75%、84%、88%；当反应温度提高到90℃以上，苯、甲苯、对二甲苯的净化效率均能够达到95%以上。

上述同股含低浓度苯系物的有机废气，同样采用本发明的上述装置和工艺，当不放置催化剂时，室温下，臭氧对苯、甲苯和对二甲苯的净化效率可以忽略不计，提高反应温度，净化效果依然不明显。

实施例2

另某股含苯有机废气，采用本发明的上述装置和工艺，预处理后经引风机进入换热器，然后进入催化氧化装置处理。催化剂载体采用γ型氧化铝，活性组分采用氧化钴和氧化铬的混合物，钴和铬的比例为4:1，负载量为8.5-10%。臭氧与苯的浓度比约为10:1，当反应温度为100-150℃时，苯的净化效率约为75%-96%。

上述同股含苯有机废气，采用同类型处理装置及催化剂，当不采用臭氧时，反应温度需提高到300-360℃，苯的净化效率约为65%-92%。

经对比，臭氧的存在能够有效降低苯废气的催化反应温度，对苯的净化效果更好，保证相同净化效率的前提下，运行能耗约为常规催化氧化反应的40-60%。

Claims (10)

1.一种催化臭氧氧化有机废气的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）有机废气经收集进入预处理器，对废气进行预处理，拦截废气中的油滴、颗粒物、酸性腐蚀气体和雾滴；

（2）经步骤（1）预处理过的有机废气经引风机增压后进入换热器冷端预热；

（3）预热后的有机废气进入催化氧化装置，进入催化氧化装置内的有机废气经升温后与送入催化氧化装置内的臭氧混合，混合后的气体进入催化氧化装置的催化氧化反应区进行催化氧化反应，去除有机污染物；

（4）经步骤（3）净化后的气体作为热源进入步骤（2）的预热器热端换热；换热后的气体通过排气管道排放。

2.根据权利要求1所述催化臭氧氧化有机废气的处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述催化氧化反应区内反应温度为293K-573K，空速范围为6000-20000m³/(m³催化剂·h)。

3.根据权利要求1所述催化臭氧氧化有机废气的处理方法，其特征在于，所述混合后的气体中臭氧浓度为30～900ppm。

4.根据权利要求1所述催化臭氧氧化有机废气的处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述催化氧化反应区内的臭氧氧化催化剂为：以氧化铝、活性炭、陶瓷、沸石中任一种为载体，以金属Mn、Cu、Fe、Ni、Co、Ti或其氧化物的任何一种或几种的组合为活性组分的催化剂。

5.一种实现如权利要求1所述催化臭氧氧化有机废气的处理方法的处理装置，其特征在于，包括顺次连接的预处理器、引风机、换热器、催化氧化装置和臭氧发生器；

所述催化氧化装置内自下而上依次分为：

带有废气进口的加热区，

与臭氧发生器连通的气体混合区，

内置固定床反应器的催化氧化反应区，所述固定床反应器内装有臭氧氧化催化剂，催化氧化反应区顶部设有废气出口。

6.根据权利要求5所述处理装置，其特征在于，还设有与所述换热器的热流出口连通的排气管道，所述催化氧化装置的废气出口与所述换热器的热流入口连通。

7.根据权利要求5所述处理装置，其特征在于，所述加热区内设有电加热器，所述气体混合区内设有温度控制器，所述加热器受控于所述温度控制器。

8.根据权利要求5所述处理装置，其特征在于，所述催化氧化装置中部设有上下设置的两层导流板，两层导流板之间的空间为气体混合区。

9.根据权利要求5所述处理装置，其特征在于，连接臭氧发生器与气体混合区的管道贯穿所述气体混合区，且所述管道上设有若干喷头。

10.根据权利要求5所述处理装置，其特征在于，所述催化氧化装置外壁设有保温层。

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