CN106512686A - 一种有机污染土壤热解析尾气处理*** - Google Patents

一种有机污染土壤热解析尾气处理*** Download PDF

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Abstract

本发明属于有机污染土壤处理领域，并公开了一种有机污染土壤热解析尾气处理***。该尾气处理***包括旋风除尘器、第一反应器、第二反应器、空气风机和喷淋塔，待处理污染物首先经过旋风除尘器除尘，然后进入第一反应器，第二反应器中吸附和加热催化分解，同时空气分机为加热催化分解过程提供氧气，同时帮助该过程完成后催化剂的冷却，最后待处理污染物进入所述喷淋塔中进一步净化，从而实现尾气处理过程。通过本发明，实现了连续不停机的处理尾气，同时巧妙的采用两组催化反应器并行操作，轮流进行“吸附‑加热催化分解”操作，有效的处理了有机污染物的同时降低了能耗，节省了能耗和额外的场地。

Description

一种有机污染土壤热解析尾气处理***
技术领域
本发明属于有机污染土壤处理领域，更具体地，涉及一种有机污染土壤热解析尾气处理***。
背景技术
目前，污染土壤的处理方法有很多种，其中热脱附技术属于其中比较常用和方便的一种，适用于挥发性或半挥发性有机物治理，具有处理效率高、无二次污染、修复后土壤可利用的特点，但是也存在能耗较大，热能利用率低，作为尾气吸附的活性炭需要再次处理等问题。
一般，热脱附工艺分为热脱附和尾气处理两部分，热脱附部分是指污染物在相对高的温度下与土壤分离，尾气处理部分是指脱附的污染物以高温焚烧或催化燃烧或活性炭吸附的方式进行处理，高温焚烧通常需要在1200℃的高温下进行，能耗约占工艺总能耗的60％以上，对设备的要求较高，设备占据的空间较大，能耗较高，因此难以大规模应用；而现有的催化燃烧设备一般较为复杂，需要对有机废气先吸附后解吸，因而需要配备脱附设备，这样不仅导致废气处理效率低，还需要占用大量场地和追加设备投资。此外，用于催化燃烧的催化剂需要定期更换，更换成本较高。同时直接催化燃烧设备对于处理低浓度废气的效率较低，对于污染物燃烧时产生的热量无法有效利用，导致该技术无法大规模推广应用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种有机污染土壤热解析尾气处理***，通过采用两组催化反应器并行操作，轮流进行“吸附浓缩-催化分解”操作，由此解决热脱附之后尾气处理***能耗高和处理效率低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种有机污染土壤热解析的尾气处理***，该尾气处理***包括旋风除尘器、第一反应器、第二反应器、空气风机和喷淋塔，其特征在于：
所述第一反应器和第二反应器并联后一端与所述旋风除尘器连接，另一端与所述喷淋塔连接，另外，所述第一反应器和第二反应器结构相同且相互连通，用于吸附和加热催化分解待处理污染物中的有机物，所述旋风除尘器和所述第一、第二反应器之间分别设置有第一阀和第二阀，所述第一阀和第二阀开启其中任何一个，所述第一反应器和第二反应器由并联变为串联，待处理污染物进入所述旋风除尘器除尘，接着进入所述第一反应器或第二反应器中实现吸附过程，再经过所述第二反应器或第一反应器中实现加热催化分解，最后进入所述喷淋塔中进一步净化，从而实现待处理污染物的尾气处理；
此外，所述空气风机与所述第一反应器和第二反应器均连通，一方面在所述加热催化分解中提供氧气，另一方面在所述加热催化分解完成后对所述第二反应器或第一反应器中的催化剂进行降温。
优选地，所述第一反应器和第二反应器中的加热采用电加热或微波加热中的一种。
优选地，所述第一反应器和第二反应器中的催化剂排布方式采用石英管阵列，陶瓷管阵列或金属管阵列中的一种或者组合。
优选地，所述第一反应器和第二反应器中的催化剂采用负载型的沸石分子筛、负载氧化铝和多孔氧化物中的一种或者组合。
优选地，所述空气风机与所述第一、第二反应器之间还连接有脱水塔，用于除去空气中的水蒸气，防止所述第一、第二反应器中的催化剂水热老化。
优选地，所述喷淋塔中采用碱性水溶液，用于除去待处理污染物中酸性气体。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过采用第一阀和第二阀将第一，第二反应器变为串联的方式，连续不停机的处理尾气，同时巧妙的采用两组催化反应器并行操作，轮流进行“吸附-加热催化分解”操作，有效的处理了有机污染物的同时降低了能耗，此外，与现有技术相比，现有的催化燃烧先吸附后解吸，需要配备脱附设备，本发明无需脱附设备，节省了能耗和额外的场地；
2、本发明通过采用空气风机，既可以补充氧气、防止有毒副产物的产生，又可以加速催化剂的冷却速度，提高***的整体运行效率；
3、本发明中通过催化剂和其排布方式的选择，使得催化剂既可以在低温下吸附有机污染物，又可以在高温下催化分解污染物；
4、本发明通过在所述空气风机与所述第一、第二反应器之间设置有脱水塔，在除去空气中的水蒸气的同时防止了所述第一、第二反应器中的催化剂水热老化；
5、本发明通过采用装有碱性水溶液的喷淋塔，能有效去除催化分解过程中产生的含氯等酸性气体，达到净化气体的作用。
附图说明
图1是按照本发明的一个优选实施例所构建的尾气处理***的结构示意图；
图2是按照本发明的一个优选实施例所构建的第一反应器和第二反应器中温度和时间的关系。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-旋风除尘器 2-第一阀 3-第二阀 4-第一通球阀 5-第一反应器 6-第二反应器7-第一排气口 8-第二排气口 9-第二通球阀 10-脱水塔 11-空气风机 12-喷淋塔
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明的一个优选实施例所构建的尾气处理***的结构示意图；如图1所示，一种有机污染土壤热解析的尾气处理***，包括旋风除尘器1、第一阀2、第二阀3、第一通球阀4、第一反应器5、第二反应器6、第一排气口7、第二排气口8、第二通球阀9、脱水塔10、空气风机11、喷淋塔12。
根据本发明的实施例，现有的催化燃烧***通常是将污染土壤热解析产生的废气通过除尘处理后直接通入催化反应器，通常在不低于400℃下进行催化燃烧反应将有机废气分解，这样不仅能耗较高，而且对于污染物的处理效率较低，造成能源浪费、成本增加。本发明首先将污染土壤热解析产生的废气通入旋风除尘器1进行干燥、降尘、降温处理，有利于下一步有机污染物的低温吸附反应，交替开关所述的第一阀2和第二阀3，分别形成A和B两种状态，当状态为A时，开启第一阀2、关闭第一排气口7、关闭第二阀3、开启第二排气口8、第一通球阀4和第二通球阀9分别与第二反应器6连通，状态B与A的阀门状态完全相反，在A状态下，第一反应器5开始在低温下吸附浓缩有机污染物，排出的纯净空气与空气风机11鼓出的空气相混合后进入第二反应器6，此时6开始程序升温，对已经浓缩的有机污染物进行高温催化分解，通过7排出至喷淋塔12，待升温至一定温度后保持一段时间，然后开始降温，当5中的有机污染物浓度达到一定值时，此时6中的温度也降至室温，同时6中的催化剂上浓缩的有机污染物已经完全分解，催化剂得以再生，可以二次利用，这时切换到B状态，有机污染物开始在6中重新吸附浓缩，排出的纯净空气与空气风机11鼓出的空气相混合后进入第一反应器5，而5中已经浓缩的有机污染物在升温的过程中被催化分解，通过第一排气口7排出至喷淋塔12，所述的第一反应器5、第二反应器6通过电加热的方式对内部装载的催化剂进行加热，所述的催化剂是指具有吸附和催化分解功能的双功能催化剂，如负载型的沸石分子筛、负载氧化铝、多孔氧化物等，所述的空气风机11具体指将外部纯净空气引入催化反应器中，一方面在催化分解过程中提供额外的氧气，避免在缺氧状态下燃烧生成有毒副产物，一方面在降温过程中起到快速吹扫降温的作用，减少催化剂的冷却时间。本发明提供的一种土壤热解析尾气处理***，可以连续不停机的处理尾气，同时巧妙的采用两组催化反应器并行操作，轮流进行“吸附-催化分解”操作，传统的催化设备需要先对废气进行浓缩，然后再高温脱附将浓缩的废气脱附下来，再将脱附下来的废气进行高温催化分解，整个过程的能耗很高。
根据本发明的实施例的一个方面，第一反应器5、第二反应器6的加热方法可以为电加热或微波加热中的一种，其中微波加热具有加热速度快、能耗低等特点。
根据本发明的实施例的另一个方面，第一反应器5、第二反应器6的催化剂排布方式可以为石英管阵列，陶瓷管阵列或金属管阵列一种或者组合。
根据本发明的有一个方面，第一反应器5、第二反应器6中的催化剂可以为负载型的沸石分子筛、负载氧化铝、多孔氧化物一种或者组合。
图2是按照本发明的一个优选实施例所构建的第一反应器和第二反应器中温度和时间的关系，如图2所示，整个操作过程中2个反应器的温度变化过程，可见两个反应器的温度为交替上升，在低温段为有机污染物吸附浓缩阶段，在高温段为浓缩的有机污染物催化分解阶段，通过较长时间的低温吸附和较短时间的高温催化，有效的降低了整个操作的能耗。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种有机污染土壤热解析的尾气处理***，该尾气处理***包括旋风除尘器(1)、第一反应器(5)、第二反应器(6)、空气风机(11)和喷淋塔(12)，其特征在于：
所述第一反应器(5)和第二反应器(6)并联后一端与所述旋风除尘器(1)连接，另一端与所述喷淋塔(12)连接，另外，所述第一反应器(5)和第二反应器(6)结构相同且相互连通，用于吸附和加热催化分解待处理污染物中的有机物，所述旋风除尘器(1)和所述第一、第二反应器(5,6)之间分别设置有第一阀(2)和第二阀(3)，所述第一阀和第二阀开启其中任何一个，所述第一反应器和第二反应器由并联变为串联，待处理污染物进入所述旋风除尘器除尘，接着进入所述第一反应器或第二反应器中实现吸附过程，再经过所述第二反应器或第一反应器中实现加热催化分解，最后进入所述喷淋塔中进一步净化，从而实现待处理污染物的尾气处理；
此外，所述空气风机(11)与所述第一反应器(5)和第二反应器(6)均连通，一方面在所述加热催化分解中提供氧气，另一方面在所述加热催化分解完成后对所述第二反应器或第一反应器中的催化剂进行降温。
2.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤热解析的尾气处理***，其特征在于，所述第一反应器(5)和第二反应器(6)中的加热采用电加热或微波加热中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种有机污染土壤热解析的尾气处理***，其特征在于，所述第一反应器(5)和第二反应器(6)中的催化剂排布方式采用石英管阵列，陶瓷管阵列或金属管阵列中的一种或者组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种有机污染土壤热解析的尾气处理***，其特征在于，所述第一反应器(5)和第二反应器(6)中的催化剂采用负载型的沸石分子筛、负载氧化铝和多孔氧化物中的一种或者组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种有机污染土壤热解析的尾气处理***，其特征在于，所述空气风机(11)与所述第一、第二反应器(5,6)之间还连接有脱水塔(10)，用于除去空气中的水蒸气，防止所述第一、第二反应器中的催化剂水热老化。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种有机污染土壤热解析尾气处理***，其特征在于，所述喷淋塔(12)中采用碱性水溶液，用于除去待处理污染物中酸性气体。
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Patentee after: WUHAN STHB ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 430074 Hubei Province, Wuhan city Hongshan District Luoyu Road No. 1037

Patentee before: HUAZHONG University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

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Denomination of invention: A tail gas treatment system for thermal analysis of organic polluted soil

Effective date of registration: 20211215

Granted publication date: 20190308

Pledgee: Wuhan area branch of Hubei pilot free trade zone of Bank of China Ltd.

Pledgor: WUHAN STHB ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO.,LTD.

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