催化燃燒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及廢氣末端治理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種催化燃燒裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]揮發(fā)性有機(jī)物是常見的室內(nèi)外空氣中普遍存在的一類污染物。所謂揮發(fā)性有機(jī)物，英文名稱為 Volatile Organic Compounds (VOCs)，美國 ASTM D3960-98 標(biāo)準(zhǔn)將 VOCs 定義為任何能參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物。1989年世界衛(wèi)生組織(WHO)對總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)的定義為，熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50?260°C之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。VOCs主要成分大致可分為9類:芳香烴、飽和脂肪烴、不飽和脂肪烴/環(huán)烷烴、萜烯類、脂肪醇類、醛/酮類、脂肪酸類、脂類以及鹵代烴類等，荷蘭學(xué)者Edwards等2001年在對赫爾辛基居室和工作場所的有機(jī)污染物調(diào)查中共檢測到了 323種揮發(fā)性有機(jī)化合物。
[0003]VOCs的控制技術(shù)基本分為兩大類。第一類是預(yù)防性措施，以更換設(shè)備、改進(jìn)工藝技術(shù)、防止泄漏乃至消除VOCs排放為主。這是人們所期望的，但是以目前的技術(shù)水平，向環(huán)境中排放和泄露不同濃度的有機(jī)廢氣是不可避免的，這時(shí)就必須采用第二類技術(shù)。第二類技術(shù)為控制性措施，以末端治理為主。末端控制技術(shù)包含兩類，第一類是非破壞性方法，即采用物理方法將VOCs回收；第二類是通過生化反應(yīng)將VOCs氧化分解為無毒或低毒物質(zhì)的破壞性方法。常用的控制技術(shù)分為:回收技術(shù)和消除技術(shù)，其中，回收技術(shù)又分為吸附技術(shù)、吸收技術(shù)、冷凝技術(shù)和膜技術(shù)；消除技術(shù)又分為燃燒技術(shù)、光催化降解、生物降解和等離子體技術(shù)；而燃燒技術(shù)又細(xì)分為直接燃燒和催化燃燒。
[0004]目前，末端治理技術(shù)中，催化燃燒由于起燃溫度低、去除率高，安全穩(wěn)定、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)而得到推廣應(yīng)用。催化燃燒實(shí)際上為完全的催化氧化，即在催化劑作用下，使廢氣中的有害可燃組分完全氧化為0)2和H2O等。由于絕大部分有機(jī)物均具有可燃燒性，因此催化燃燒法已成為凈化含碳?xì)浠衔飶U氣的有效手段之一。又由于很大一部分有機(jī)化合物具有不同程度的惡臭，因此催化燃燒法也是消除惡臭氣體的有效手段之一。與其他種類的燃燒法相比，催化燃燒法具有如下特點(diǎn):催化燃燒為無火焰燃燒，安全性好；要求的燃燒溫度低，大部分烴類和CO在300-450°C之間即可完成反應(yīng)，故輔助燃料消耗少；對可燃組分濃度和熱值限制較小。但是，為延長催化劑的使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴。
[0005]常規(guī)催化燃燒技術(shù)中，在催化反應(yīng)塔中只放置低溫催化劑或只放置高溫催化劑。只放置低溫催化劑的反應(yīng)器，VOCs經(jīng)過第一層催化劑時(shí)被催化燃燒，氣體溫度上升會(huì)導(dǎo)致后面放置的催化劑高溫?zé)Y(jié)失活。而只放置高溫催化劑的反應(yīng)器，反應(yīng)之前需將VOCs氣體加熱至較高的溫度，因此能耗較大。而且，高溫催化劑的反應(yīng)溫度為400°C左右，接近大部分VOCs的自燃溫度，易引起爆炸。這樣的處理效果有限、能耗較大，既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。
[0006]并且，工廠排放的廢氣中VOCs的含量是實(shí)時(shí)變化的，且變化幅度較大?，F(xiàn)有催化反應(yīng)塔出口氣體的溫度會(huì)隨著入口氣體中VOCs的濃度急劇變化，這樣既不安全又不利于熱量回收。當(dāng)入口氣體中VOCs的濃度較高時(shí)，催化反應(yīng)塔出口氣體的溫度隨之升高，這樣會(huì)縮短設(shè)備使用壽命，若遇易燃物質(zhì)泄漏可能引起大火或爆炸。而當(dāng)入口氣體中VOCs的濃度較低時(shí)，催化反應(yīng)塔出口氣體的溫度隨之降低，可用于回收的熱量不足，需額外補(bǔ)充熱量才能維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，增加運(yùn)行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]基于此，有必要針對上述問題，提供一種催化燃燒裝置，該催化燃燒裝置既能夠避免由于氣體溫度過高導(dǎo)致的催化劑高溫?zé)Y(jié)失活，又不需額外的加熱，具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]—種催化燃燒裝置，包括催化反應(yīng)塔，設(shè)置于該催化反應(yīng)塔內(nèi)的低溫催化劑層和高溫催化劑層，所述催化反應(yīng)塔設(shè)有氣體入口和氣體出口，所述低溫催化劑層和高溫催化劑層由氣體入口端向氣體出口端依次設(shè)置。
[0009]上述催化燃燒裝置，在催化反應(yīng)塔內(nèi)同時(shí)設(shè)有低溫催化劑層和高溫催化劑層，含有VOCs的污染氣體經(jīng)加熱器預(yù)熱至200?300°C后到達(dá)低溫催化層，在低溫催化劑的作用下發(fā)生催化燃燒，去除約90%的VOCs并釋放熱量使氣體溫度升至350?400 °C。升溫后的氣體經(jīng)過高溫催化層時(shí)進(jìn)一步被高溫催化劑催化燃燒，去除剩余的VOCs。通過上述過程，既可以避免VOCs經(jīng)過第一層催化劑時(shí)被催化燃燒導(dǎo)致后面放置的催化劑高溫?zé)Y(jié)失活，又可以充分利用低溫催化燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，無需再將VOCs氣體加熱至較高的溫度，因此降低了能耗。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述催化燃燒裝置還包括蓄熱層，所述蓄熱層設(shè)置于氣體出口和高溫催化劑層之間。采用蓄熱層，當(dāng)催化反應(yīng)塔入口氣體VOCs含量較高時(shí)，VOCs氣體經(jīng)催化燃燒后放熱量較大，流經(jīng)蓄熱層時(shí)氣體溫度較高，部分熱量會(huì)被蓄熱層吸收，使氣體溫度降低。而當(dāng)催化反應(yīng)塔入口氣體VOCs含量較低時(shí)，VOCs氣體經(jīng)催化燃燒后放熱量較小，流經(jīng)蓄熱層時(shí)氣體溫度較低，此時(shí)蓄熱層會(huì)釋放熱量使氣體溫度升高。因此，蓄熱層的存在使催化反應(yīng)塔出口的氣體溫度較為平穩(wěn)。這樣既便于利用外部換熱器進(jìn)行熱量回收，又不會(huì)因催化劑反應(yīng)塔出口氣體溫度過高產(chǎn)生不安全因素。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述蓄熱層和高溫催化劑層之間設(shè)有第一分布空腔。該分布空腔的設(shè)置，便于氣體重新分布均勻后再進(jìn)入蓄熱層，提高了蓄熱效率。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述高溫催化劑層和低溫催化劑層之間設(shè)有第二分布空腔。該分布空腔的設(shè)置，便于氣體重新分布均勻后再進(jìn)入高溫催化劑層，提高了高溫催化反應(yīng)效率。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述催化燃燒裝置還包括氣體分布板，所述氣體分布板上設(shè)有若干均勻分布的分布孔，所述氣體分布板設(shè)置于低溫催化劑層和氣體入口之間，且所述低溫催化劑層和氣體分布板之間設(shè)有第三分布空腔。采用上述設(shè)置，便于氣體充分混合均勻后再進(jìn)入低溫催化劑層，提高了低溫催化反應(yīng)效率。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述催化燃燒裝置還包括臭氧分布器，所述臭氧分布器包括用于輸入臭氧的輸入管路和與該輸入管路連通的臭氧噴頭，所述臭氧噴頭設(shè)置于高溫催化劑層和氣體出口之間。反應(yīng)時(shí)通入適量的臭氧，利用臭氧的強(qiáng)氧化性進(jìn)一步降低VOCs的含量，進(jìn)一步提高了 VOCs的燃燒處理效果。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述臭氧噴頭由若干個(gè)均勻分布的噴口組成。通過多個(gè)均勻分布的噴口向催化反應(yīng)塔中提供臭氧，可以提高臭氧的混合效果，進(jìn)而提高臭氧的氧化效果。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述催化燃燒裝置還包括蓄熱層，所述蓄熱層設(shè)置于氣體出口和高溫催化劑層之間，且所述蓄熱層和高溫催化劑層之間設(shè)有第一分布空腔，所述臭氧噴頭設(shè)置于該第一分布空腔內(nèi)。將臭氧噴頭置于該第一分布空腔內(nèi)，使氣體經(jīng)過臭氧的進(jìn)一步氧化后再進(jìn)入蓄熱層并由氣體出口排出，使廢氣得到充分處理。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述蓄熱層由蓄熱陶瓷制成。將蓄熱層由高性能蓄熱陶瓷制成，具有蓄熱效果好的特點(diǎn)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]本實(shí)用新型的一種催化燃燒裝置，通過低溫催化劑層和高溫催化劑層的同時(shí)設(shè)置，既可以避免VOCs經(jīng)過第一層催化劑時(shí)被催化燃燒導(dǎo)致后面放置的催化劑高溫?zé)Y(jié)失活，又可以充分利用低溫催化燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，無需再將VOCs氣體加熱至較高的溫度，因此降低了能耗。
[0020]并且，該催化燃燒裝置中還加入了蓄熱層，該蓄熱層的存在使催化反應(yīng)塔出口的氣體溫度較為平穩(wěn)。這樣既便于利用外部換熱器進(jìn)行熱量回收，又不會(huì)因?yàn)榇呋瘎┓磻?yīng)塔出口氣體溫度過高產(chǎn)生不安全因素。
[0021]而且，該催化燃燒裝置中還加入了臭氧分布器，利用臭氧的強(qiáng)氧化性進(jìn)一步降低VOCs的含量，進(jìn)一步提高了 VOCs的燃燒處理效果。
【附圖說明】
[0022]圖1為實(shí)施例1中催化燃燒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為實(shí)施例2中催化燃燒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為實(shí)驗(yàn)例中催化反應(yīng)塔內(nèi)各層VOCs濃度的變化圖；
[0025]圖4為實(shí)驗(yàn)例中實(shí)施例1和實(shí)施例3氣體出口溫度變化示意圖。
[0026]其中:100.催化反應(yīng)塔；110.氣體入口 ；120.氣體出口 ；200.氣體分布板；300.低溫催化劑層；400.高溫催化劑層；500.蓄熱層；600.第一分布空腔；700.第二分布空腔；800.第三分布空腔；910.輸入管路；920.臭氧噴頭；921.噴口 ；
[0027]1.催化反應(yīng)塔氣體入口處VOCs濃度；
[0028]2.經(jīng)過低溫催化劑層后VOCs濃度；
[0029]3.經(jīng)過高溫催化劑層后VOCs濃度；
[0030]4.經(jīng)過臭氧氧化后VOCs濃度；
[0031]5.實(shí)施例2的催化燃燒裝置氣體出口處溫度；
[0032]6.