CN109589787A - 一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置，属于有机废气处理技术领域，具体涉及石油化工、精细化工、医药制造、树脂生产等工艺或反应釜过程中排放的高浓度VOCs尾气回收治理装置。其包括由冷凝***和催化氧化***以及上述***之间连接的管路和阀门构成，该装置可规避蒸发冷凝存在的问题和风险，解决单独冷凝处理有机废气难以达标排放的问题，又可有效缓解组合工艺处理有机废气过程中，运行能耗高的问题，装置高效节能、可靠、经济性好，处理效率可达99.9％以上。

Description

一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置

技术领域

本发明涉及有机废气处理技术领域，具体涉及一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置，尤其适用于石油化工、精细化工、医药制造、树脂生产等工艺或反应釜过程中排放的高浓度VOCs尾气回收治理。

背景技术

石油化工、精细化工、医药与树脂生产等行业中排放的尾气，浓度高、组分复杂，主要为挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)，大多数有毒、有害，具有一定的致癌性。2015年环保部颁发了“石油化学工业污染物排放标准(GB31571-2015)”和“石油炼制工业污染物排放标准(GB31570-2015)”，进一步明确了企业污染物排放限值及指标，其中：非甲烷总烃去除效率需达到97％以上，苯及芳烃化合物等归入特征污染物，排放进一步严格，须达到毫克级排放。然而，污染物排放企业希望将产生的高浓度尾气进行回收利用后再进行净化处理，以达到最佳利用。

目前针对高浓度排放尾气的回收处理，主要采用冷凝、膜分离、吸附结合热力氧化分解方式或几种工艺的组合，先回收后净化。

其中，吸附法是一种传统的处理技术，但如果直接进行吸附回收高浓度尾气，吸附负担大，容易导致局部过热，特别是处理含低沸点有机蒸汽，如丙酮、二硫化碳和正己烷等尾气，存在着火隐患，此外，吸附柱频繁切换解析再生和再生寿命期后，将产生大量危废，限制了其在高浓度尾气回收处理中的单独应用。

膜分离法是一种新的高效分离方法，它与传统的吸附法和冷凝法相比，具有高效、操作简单的优点。膜分离法的运转费用与浓度关系不大，适合于处理高浓度VOCs尾气。但该方法的缺点是膜寿命短，初始投入成本和维护成本高，更换下来的膜组件中也会富集存留VOCs,会产生二次污染。

冷凝法是利用各种VOCs在不同温度和压力下具有不同的饱和蒸气压的原理来实现分离回收。传统的冷凝法采用蒸发制冷循环来获得VOCs回收需要的低温环境，但在实际运用中，主要存在制冷剂泄露，产生氟化物污染，甚至造成压缩机损坏进而给后续工艺产生严重影响，另一方面，为了达到所需的较低制冷温度，往往需要采用多级压缩或复叠制冷***，导致工艺复杂，部件多，体积大，成本高等问题。

基于上述问题，排除制冷剂泄露的二次污染风险外，冷凝法是与催化氧化法等末端销毁技术联用，既能满足低于***极限的要求，又能实现高浓度VOCs尾气毫克级排放最为理想的技术选择。然而，在催化氧化分解技术应用中，由于受气源浓度的影响，往往是依靠补风稀释来降低氧化反应室温度以确保***稳定安全运行，这样不仅频繁切换启动电加热器和增设补风风机，也增加了运行功耗。

综上所述，解决蒸发制冷***存在结构复杂、运输或运行过程有制冷剂泄露而导致制冷***失效或制冷温度达不到设定值给后端催化氧化带来的安全风险以及多级制冷或复叠制冷能耗大和催化氧化优化节能等问题，才能保证稳定安全、低能耗的运行和严格的排放指标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置，规避蒸发冷凝存在的问题和风险，解决单独冷凝处理有机废气难以达标排放的问题，又可有效缓解组合工艺处理有机废气过程中，运行能耗高的问题，建立一套高效节能、可靠、经济性好的工艺及装置，达到真正节能减排的效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置，包括：冷凝***和催化氧化***以及上述***之间连接的管路和阀门；所述冷凝***包括尾气入口、阻火器、冷量交换器、冷箱、膨胀机、氮气源、凝液回收罐、导液泵、高压风泵，所述催化氧化***包括预热器、电加热器、催化反应器；所述膨胀机入口与氮气源连接，膨胀机出口与冷箱G口连接经冷箱H口返回氮气源，所述凝液回收罐回液口与冷箱连接，凝液回收罐呼吸口与阻火器前端的尾气入口连接，凝液回收罐排液口与导液泵连接；所述尾气入口接收来自污染源产生的高浓度VOCs,经阻火器后与冷量交换器A口连接，通过冷量交换器C口出来进入冷箱E口，经冷箱F口出来后与高压风泵入口连接，高压风泵出口与冷量交换器B口连接，经冷量交换器D口出来后与预热器壳程入口连接，预热器壳程出口依次与电加热器、催化反应器连接，催化反应器出口与预热器管程入口连接，在预热器中与来自壳程的低温不凝气进行热量交换后由预热器管程出口达标排放；

优选的，氮气源来自厂区氮气管网或机械制氮机，压力不低于0.4MPa，温度不高于40度，纯度不低于99％；

优选的，冷量交换器D口与预热器壳程入口之间管路设有旁通及相应的流量调节阀；

与现有技术相比，本发明具有的优点是：

1.采用氮气膨胀制冷可避免传统蒸发冷凝制冷剂泄露污染或因其导致的制冷***故障带来的制冷量不够而引起的***故障，同时相比多级冷凝或复叠制冷，结构简单，达到相同制冷温度需要的装机功率低，投资运行成本较低；

2.采用氮气作为制冷介质，可利用企业厂内氮气管网或采用机械制氮供给，成本低，环保，易获得；

3.装置摒弃了所有可能产生二次污染的处理方法，耦合催化氧化技术，既能达到回收效果，又能满足日益严格的排放标准；

4.将安全浓度的不凝气VOCs通过旁通流量调节阀引入催化反应器进行氧化分解，不仅可以替代补风降温带来的投资成本和运行功耗，在能够维持稳定氧化热值的条件下，还节省了电加热器做功能耗。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步的说明。附图为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置，包括冷凝***和催化氧化***以及上述***之间连接的管路和阀门；所述冷凝***包括尾气入口1、阻火器2、冷量交换器3、冷箱4、膨胀机5、氮气源6、凝液回收罐7、导液泵8、高压风泵9，所述催化氧化***包括预热器10、电加热器11、催化反应器12；所述膨胀机5入口与氮气源6连接，膨胀机5出口与冷箱4G口连接经冷箱4H口返回氮气源6，所述凝液回收罐7回液口与冷箱4连接，凝液回收罐7呼吸口与阻火器2前端的尾气入口1连接，凝液回收罐7排液口与导液泵8连接；冷量交换器3D口与预热器10壳程入口之间管路设有旁通13及相应的流量调节阀14，旁通13与催化反应器12入口连接；

尾气入口1接收来自污染源产生的高浓度VOCs,经阻火器2后与冷量交换器3A口连接，通过冷量交换器3C口出来进入冷箱4E口，压力不低于0.4MPa、温度不高于40度、纯度不低于99％的氮气源经膨胀机5入口进入，氮气在膨胀机5内被膨胀降温后，由膨胀机5出口进入与之连接的冷箱4G口，在冷箱4内与VOCs尾气完成冷量交换，冷量交换后的温升氮气返回氮气源6，液化的VOCs由冷箱4流入凝液回收罐7，当凝液回收罐7中的液态VOCs达到一定容量时，通过凝液回收罐7排液口由导液泵8打入产品储罐，其中，凝液回收罐7中二次挥发的VOCs蒸汽由凝液回收罐7呼吸口返回阻火器2前端的尾气入口1管线再次循环冷凝，不凝气经冷箱4F口出来后与高压风泵9入口连接，高压风泵9出口与冷量交换器3B口连接，此时，在冷量交换器3内，温度较低的不凝气与来自尾气入口1的VOCs进行冷量交换后，来自尾气入口1的VOCs温度被降低后进入冷箱4，如此循环，减少了冷箱4负荷；温度被提升的不凝气，经冷量交换器3D口出来依次进入预热器10壳程、电加热器11和催化反应器12进行催化氧化反应，氧化分解后的高温洁净气体，由催化反应器12出口进入预热器10管程，在预热器10中与来自壳程的不凝气进行热量交换后由预热器10管程出口达标排放；被换热温升的不凝气进入电加热器11和催化反应器12，如此循环，减少了电加热器11的负荷；当催化反应器12中温度超过设定值下限时，为了保障***安全稳定运行，从冷箱3D口出来的不凝气由旁通13经流量调节阀14调节合适开度后，一股流量的不凝气不经过预热器10和电加热器11，直接进入催化反应器12参与氧化分解反应，予以给催化反应器12平衡温度，另一股流量的不凝气依旧通过预热器10和电加热器11进入催化反应器12参与氧化反应。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置，包括：冷凝***和催化氧化***以及上述***之间连接的管路和阀门；所述冷凝***包括尾气入口、阻火器、冷量交换器、冷箱、膨胀机、氮气源、凝液回收罐、导液泵、高压风泵，所述催化氧化***包括预热器、电加热器、催化反应器；所述膨胀机入口与氮气源连接，膨胀机出口与冷箱G口连接经冷箱H口返回氮气源，所述凝液回收罐回液口与冷箱连接，凝液回收罐呼吸口与阻火器前端的尾气入口连接，凝液回收罐排液口与导液泵连接；所述尾气入口接收来自污染源产生的高浓度VOCs,经阻火器后与冷量交换器A口连接，通过冷量交换器C口出来进入冷箱E口，经冷箱F口出来后与高压风泵入口连接，高压风泵出口与冷量交换器B口连接，经冷量交换器D口出来后与预热器壳程入口连接，预热器壳程出口依次与电加热器、催化反应器连接，催化反应器出口与预热器管程入口连接，在预热器中与来自壳程的低温不凝气进行热量交换后由预热器管程出口达标排放。

2.根据权利要求1所述的一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置，其特征在于：所述的氮气源来自厂区氮气管网或机械制氮机，压力不低于0.4MPa，温度不高于40度，纯度不低于99％。

3.根据权利要求1所述的一种基于冷凝催化氧化的高浓度VOCs尾气达标排放处理装置，其特征在于：所述的冷量交换器D口与预热器壳程入口之间管路设有旁通及相应的流量调节阀。