一种VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置及处理系统

技术领域

本发明涉及废气处理领域，尤指一种VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置及处理系统。

背景技术

在煤化工、石油化工、污水处理及医药等行业中，由于工艺需要，一些设施不可避免的会排放出大量的VOCs废气，如生化曝气池、污水池、设备厂房、原料罐区、料仓等设施。这些设施排放的大量VOCs(挥发性有机物)组分，浓度和风量不同释放点差别很大，对周边影响范围很大，工作人员长期活动在被这些物质污染的环境中，可能引发呼吸系统、消化系统、生殖系统等疾病，也可能引发机体病变甚至致癌。

目前，VOCs废气处理的方法大致可分为回收和焚烧两大类。回收法仅适用于高价值的VOCs废气，且单独的回收工艺很难达到目前环保要求。焚烧法作为一种终端处理方法，可适用于各种VOCs废气的处理。市场上常用的VOCs焚烧技术有：直接焚烧法、蓄热焚烧法、催化氧化法及蓄热催化氧化法等。直接焚烧法和蓄热焚烧法适用于热值相对较高的VOCs废气处理，处理温度高，消耗能量大。催化氧化法和蓄热催化氧化法适用于热值相对较低的VOCs废气处理，处理温度低，消耗能量小。但VOCs废气中的粉尘、漆雾以及Pb、As等重金属会使催化氧化法和蓄热催化氧化法所使用的催化剂中毒或者表面结炭失活。现有已应用的催化氧化法和蓄热催化氧化法技术对于含尘和含重金属的VOCs废气采用预除尘处理，这将导致废气处理流程变长，处理成本增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置及处理系统，不仅可保证催化剂与废气的高效接触，提高处理效果，而且可避免粉尘中的有害重金属使催化剂中毒。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，提供一种VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置，包括：

壳体，所述壳体内从下至上依次设有进气烟道、废气仓室和净烟气仓室，所进气烟道与所述废气仓室连通；

多孔陶瓷纤维催化滤管，所述多孔陶瓷纤维催化滤管设置在所述废气仓室内，且与所述净烟气仓室连通，所述多孔陶瓷纤维催化滤管的内孔隙表面负载有用于催化氧化VOCs废气的催化剂；

压缩空气反吹机构，所述压缩空气反吹机构设置在所述净烟气仓室内，所述压缩空气反吹机构的压缩空气喷嘴位于多孔陶瓷纤维催化滤管上方，距多孔陶瓷纤维催化滤管的管口10mm～100mm，用于去除所述多孔陶瓷纤维催化滤管外表面的粉尘滤饼。

进一步优选地，所述废气仓室内设有多个分隔的废气腔室，每个所述废气腔室内设有多列多孔陶瓷纤维催化滤管，每个所述废气腔室与所述进气烟道连通的一端设有挡板阀。

进一步优选地，所述多孔陶瓷纤维催化滤管的管壁厚2～5cm，孔隙率为85％～95％。

进一步优选地，所述多孔陶瓷纤维催化滤管催化剂的比表面积大于1×10

进一步优选地，所述多孔陶瓷纤维催化滤管负载催化剂的方法为：

将多孔陶瓷纤维烧结管放入容器中抽真空，脱除催化剂载体多孔陶瓷纤维烧结管中的杂质；

将去除杂质后的多孔陶瓷纤维烧结管浸渍在贵金属催化剂的硝酸盐溶液或粒度为纳米级的过度金属氧化物浆液中；

将浸渍后的多孔陶瓷纤维烧结管干燥，再进行300～800℃高温焙烧使催化剂的活性组分稳定在陶瓷纤维的表面，制成所述多孔陶瓷纤维催化滤管。

进一步优选地，所述壳体内还设有出气烟道，所述出气烟道设置在所述净烟气仓室的上方，且所述出气烟道与所述净烟气仓室之间通过提升阀连通。

进一步优选地，还包括灰仓，所述灰仓为锥形，所述灰仓设置在所述废气仓室的下方。

进一步优选地，所述废气腔室通过挡板阀与所述进气烟道连接。

进一步优选地，所述进气烟道内喷入小苏打、消石灰、活性炭、分子筛，用于在所述多孔陶瓷纤维催化滤管表面脱除酸性气体以及Hg气态重金属。

另一方面，还提供一种VOCs废气的处理系统，包括沿进气方向依次设置的废气预热器、废气加热器和上述的VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置，所述废气预热器与所述VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置连接，用于回收VOCs废气催化氧化后的余热，所述废气加热器用于对VOCs废气加热。

本发明的技术效果在于：

(1)采用多孔陶瓷纤维烧结管负载纳米级催化剂，不仅催化剂与废气的接触效率高，催化氧化效率高，而且可实现除尘、脱酸、催化氧化一体化，减少占地面积及投入成本。

(2)采用多孔陶瓷纤维烧结管负载催化剂，可将废气中的粉尘、酸性气体、重金属等在与催化剂接触之前脱除，避免催化剂中毒，催化剂寿命更长，且催化剂可耐受温度更高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明的一种VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置的结构示意图；

图2是本发明的多孔陶瓷纤维催化滤管的剖面图；

图3是本发明的一种VOCs废气的处理系统的结构示意图。

附图标号说明：

1、壳体；11、进气烟道；12、废气仓室；121、废气腔室；13、净烟气仓室；131、净烟气腔室；14、出气烟道；2、多孔陶瓷纤维催化滤管；3、压缩空气反吹机构；31、反吹电磁阀；32、压缩空气气包；4、挡板阀；5、提升阀；6、灰仓；7、废气预热器；8、废气加热器；10、压缩空气缓冲罐；11、粉尘。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置的具体实施例，如图1和图2所示，包括壳体1、多孔陶瓷纤维催化滤管2和压缩空气反吹机构3，壳体1内从下至上依次设有进气烟道11、废气仓室12和净烟气仓室13，进气烟道11与废气仓室12连通；多孔陶瓷纤维催化滤管2设置在废气仓室12内，且一端与净烟气仓室13连通，多孔陶瓷纤维催化滤管2的表面负载有用于催化氧化VOCs废气的催化剂；压缩空气反吹机构3设置在净烟气仓室13内，且与多孔陶瓷纤维催化滤管2连接，用于去除多孔陶瓷纤维催化滤管2外表面的粉尘11。

具体地，进气烟道11与废气仓室12相连，废气仓室12与进气烟道11之间设有挡板阀4，挡板阀4用于切断废气，正常工作状态下，挡板阀4处于开启状态，进气烟道11内的废气可进入多孔陶瓷纤维催化滤管2进行催化氧化反应，需要对废气仓室12内的多孔陶瓷纤维催化滤管2进行检修或手动/自动清灰时，关闭挡板阀4，切断废气。

废气仓室12内设有多列多孔陶瓷纤维催化滤管2，预热后的废气(含VOCs废气和氧化空气)从进气烟道11进入废气仓室2，多孔陶瓷纤维催化滤管2具有丰富的孔隙结构，在废气仓室2内，废气可以顺利的从孔隙通过进入多孔陶瓷纤维催化滤管2内，而粉尘11被隔离在多孔陶瓷纤维催化滤管2的外表面，避免了粉尘11与多孔陶瓷纤维催化滤管2的内部催化剂接触，粉尘11过滤精度可达到0.5um，粉尘11过滤效率高于99.99％。废气通过多孔陶瓷纤维催化滤管2表面后，在多孔陶瓷纤维催化滤管2内孔隙表面负载的催化剂作用下发生催化氧化反应，废气中的VOCs被完全分解，并放出热量。

VOCs废气和氧化空气催化氧化后产生的烟气进入净烟气仓室13，净烟气仓室13内设有压缩空气反吹机构3，压缩空气反吹机构3与压缩空气缓冲罐10连接，当VOCs废气含尘时，通过压缩空气反吹机构3将附着在多孔陶瓷纤维催化滤管2表面的粉尘11吹落并进行收集。第二仓室13上方还设有出气烟道14，出气烟道14与净烟气仓室13之间通过提升阀5连通，提升阀5为一个阀门用于隔断净烟气仓室13与出气烟道14，便于废气仓室12在线检修、手动/自动清灰等作业。进入净烟气仓室13的烟气通过提升阀5进入出气烟道14，通过出气烟道14收集后送出催化氧化脱酸除尘装置。

为了避免多孔陶瓷纤维催化滤管2负载的催化剂高温烧结，VOCs废气催化氧化后的温度需要控制在650℃以下。由于多孔陶瓷纤维催化滤管2表面积大，废气流速低，内部孔隙丰富，废气与多孔陶瓷纤维催化滤管2内的催化剂接触效率很高，使得催化反应效率高，可以保证出口烟气总VOCs排放浓度低于10mg/Nm

优选地，如图1所示，废气仓室12内设有多个分隔的废气腔室121，每个废气腔室121内设有多列多孔陶瓷纤维催化滤管2，每个废气腔室121与进气烟道11连通的一端设有挡板阀4。将废气仓室12分隔为多个废气腔室121，且每个废气腔室121上分别设置一个挡板阀4，废气腔室121通过挡板阀4与进气烟道11连接，挡板阀4可单独控制每个废气腔室121内的废气流通，以便于对单个废气腔室121内的多孔陶瓷纤维催化滤管2进行检修或维护等作业，且在作业时，可不影响其他废气腔室121内的多孔陶瓷纤维催化滤管2的工作。废气腔室121的数量根据VOCs废气和氧化空气流量进行设计，通常采用1～12个腔室。壳体1可根据VOCs废气热值的高低采用绝热保温结构、水冷壁或空冷壁结构。当VOCs废气热值较高时，为了控制仓室内的温度，壳体1采用膜式水冷壁或空冷壁，当VOCs废气热值较低时，为了保证仓室内的温度，壳体1采用绝热保温结构。

如图1所示，净烟气仓室13内也设有多个分隔的净烟气腔室131，多个净烟气腔室131与多个废气腔室121一一对应设置，废气在废气腔室121内的多孔陶瓷纤维催化滤管2内完成催化氧化反应后进入净烟气腔室131。每个第二腔室131内均设有一个压缩空气反吹机构3，压缩空气反吹机构3内通入压缩空气，将附着在多孔陶瓷纤维催化滤管2表面的粉尘11吹落。压缩空气反吹机构3包括用于与压缩空气管道连通的压缩空气入口、压缩空气反吹电磁阀31和压缩空气气包32，反吹电磁阀31用于控制压缩空气反吹机构3的启闭。

优选地，如图1所示，废气仓室12下方还设有灰仓6，灰仓6用于收集从多孔陶瓷纤维催化滤管2表面吹落的粉尘11。灰仓6为锥形，灰仓6与废气仓室12连接，以便于粉尘11进入灰仓6进行收集。

优选地，多孔陶瓷纤维催化滤管2的管壁厚2～5cm，孔隙率为85％～95％。多孔陶瓷纤维催化滤管2的催化剂比表面积大于1×10

多孔陶瓷纤维催化滤管2负载催化剂的方法为：

将多孔陶瓷纤维烧结管放入容器中抽真空，脱除多孔陶瓷纤维烧结管中的杂质；

将去除杂质后的多孔陶瓷纤维烧结管浸渍在贵金属催化剂的硝酸盐溶液或粒度为纳米级的过度金属氧化物浆液中；

将浸渍后的多孔陶瓷纤维烧结管干燥，再进行300～800℃高温焙烧使催化剂的活性组分稳定在陶瓷纤维的表面，制成多孔陶瓷纤维催化滤管2。

通过该方法可使催化剂负载在多孔陶瓷纤维催化滤管2的孔隙表面和内表面，使进入孔隙的废气与孔隙表面和内表面负载的催化剂充分接触并进行催化氧化反应，以分解废气中的VOCs。

根据VOCs种类的不同，多孔陶瓷纤维催化滤管2可负载不同类型的催化剂，负载的催化剂可为贵金属Pt、Pd单质或过度金属La、Cr、Mn、Ru等的氧化物复配。

进气烟道11内可喷入小苏打、消石灰、活性炭、分子筛等物质，用于在多孔陶瓷纤维催化滤管2表面脱除酸性气体以及Hg等气态重金属。

本发明还提供一种VOCs废气的处理系统，如图3所示，包括沿进气方向依次设置的废气预热器7、废气加热器8和上述实施例中的VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置，废气预热器7与VOCs废气的催化氧化脱酸除尘装置连接，用于回收VOCs废气催化氧化后的余热，废气加热器8用于对VOCs废气加热。

该VOCs废气的处理系统的工艺流程为：

通过废气预热器7回收催化氧化脱酸除尘装置中VOCs废气催化氧化后烟气的余热，用于预热VOCs废气以减少废气加热器8所需的热量。根据废气VOCs的组成和VOCs的浓度，设定废气预热器7出口的温度，尽可能利用催化氧化后烟气的余热将废气预热至催化反应起始温度(250～350℃)。

当VOCs废气催化氧化后烟气的余热不足以将VOCs废气温度预热至催化反应所需温度，在废气预热器7后设置废气加热器8，根据VOCs废气流量的大小，废气加热器8可采用电加热器或者燃气加热器。

经过预热和加热后的VOCs废气在进入VOCs催化氧化脱酸除尘装置前，可在进气烟道11内喷入消石灰/小苏打/活性碳/分子筛等，将VOCs废气中的HCl和H

达到催化反应温度的VOCs废气进入多孔陶瓷纤维催化滤管2，多孔陶瓷纤维催化滤管2在催化氧化废气中VOCs的同时，将废气中的粉尘脱除，避免多孔陶瓷纤维催化滤管2内负载的VOCs催化剂中毒。多孔陶瓷纤维催化滤管2的催化反应温度在300～500℃之间。

催化氧化后产生的烟气进入废气预热器7预热VOCs废气。经过废气预热器7后的废气通过烟囱达标排放。

对于上述实施例提供的处理装置和工艺，将其进行具体项目试验，形成如下的各实施例：

实施例1

某化工厂滤饼焚烧废气处理项目

废气来源：本项目废气为滤饼焚烧后产生的烟气，前端焚烧工艺采用低温焚烧工艺(温度小于690℃)，由于燃烧温度低，因此焚烧后的烟气含有大量的CO、VOCs气体以及少量的重金属粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为La、Sr、Mn复合氧化物。

项目实施方式：废气预热器+催化氧化脱酸除尘装置处理工艺，在废气进入多孔陶瓷纤维催化氧化脱酸除尘装置前的烟道内喷入小苏打进行脱酸。

处理效果：经过本发明装置处理后，CO浓度：25mg/Nm

实施例2

某化工厂滤饼焚烧废气处理项目

废气来源：本项目废气为滤饼焚烧后产生的烟气，前端焚烧工艺采用低温焚烧工艺(温度小于690℃)，由于燃烧温度低，因此焚烧后的烟气含有大量的CO、VOCs气体以及少量的重金属粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为La、Sr、Mn复合氧化物。

项目实施方式：废气预热器+催化氧化脱酸除尘装置处理工艺，在废气进入多孔陶瓷纤维催化氧化脱酸除尘装置前的烟道内喷入小苏打进行脱酸。

处理效果：经过本发明装置处理后，CO浓度：25mg/Nm

实施例3

某化工厂滤饼焚烧废气处理项目

废气来源：本项目废气为滤饼焚烧后产生的烟气，前端焚烧工艺采用低温焚烧工艺(温度小于690℃)，由于燃烧温度低，因此焚烧后的烟气含有大量的CO、VOCs气体以及少量的重金属粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为La、Sr、Mn复合氧化物。

项目实施方式：废气预热器+催化氧化脱酸除尘装置处理工艺，在废气进入多孔陶瓷纤维催化氧化脱酸除尘装置前的烟道内喷入小苏打进行脱酸。

处理效果：经过本发明装置处理后，CO浓度：25mg/Nm

实施例4

某打磨喷漆车间废气处理项目

废气来源：本项目废气来源为打磨抛光喷漆车间废气，废气中含有大量的VOCs气体和金属粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为贵金属Pt。

项目实施方式：本项目采用：废气预热器+废气加热器+催化氧化脱酸除尘装置处理工艺，废气预热至300℃后进入陶纤维催化氧化脱酸除尘装置，处理后的净烟气进入废气换热器预热废气，然后排入烟囱。

处理效果：经过本发明装置处理后，VOCs浓度：2.0mg/Nm

实施例5

某打磨喷漆车间废气处理项目

废气来源：本项目废气来源为打磨抛光喷漆车间废气，废气中含有大量的VOCs气体和金属粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为贵金属Pt。

项目实施方式：本项目采用：废气预热器+废气加热器+催化氧化脱酸除尘装置处理工艺，废气预热至300℃后进入陶纤维催化氧化脱酸除尘装置，处理后的净烟气进入废气换热器预热废气，然后排入烟囱。

处理效果：经过本发明装置处理后，VOCs浓度：3.0mg/Nm

实施例6

某打磨喷漆车间废气处理项目

废气来源：本项目废气来源为打磨抛光喷漆车间废气，废气中含有大量的VOCs气体和金属粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为贵金属Pt。

项目实施方式：废气预热器+废气加热器+催化氧化脱酸除尘装置处理工艺，废气预热至300℃后进入陶纤维催化氧化脱酸除尘装置，处理后的净烟气进入废气换热器预热废气，然后排入烟囱。

处理效果：经过本发明装置处理后，VOCs浓度：5.0mg/Nm

实施例7

某聚烯烃VOCs综合处置项目

废气来源：本项目废气主要来源为粉料输送和颗粒淘洗，废气中含有大量的VOCs气体和粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为贵金属pt。

项目实施方式：本项目采用：废气预热器+废气加热器+催化氧化除尘装置处理工艺，废气加热器仅开工使用，废气预热至300℃后进入多孔陶纤维催化氧化除尘装置，处理后的净烟气进入废气预热器预热废气，然后排入烟囱。

处理效果：经过本发明装置处理后，VOCs浓度：3.0mg/Nm

实施例8

某聚烯烃VOCs综合处置项目

废气来源：本项目废气主要来源为粉料输送和颗粒淘洗，废气中含有大量的VOCs气体和粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为贵金属pt。

项目实施方式：废气预热器+废气加热器+催化氧化除尘装置处理工艺，废气加热器仅开工使用，废气预热至300℃后进入多孔陶纤维催化氧化除尘装置，处理后的净烟气进入废气预热器预热废气，然后排入烟囱。

处理效果：经过本发明装置处理后，VOCs浓度：5.0mg/Nm

实施例9

某聚烯烃VOCs综合处置项目

废气来源：本项目废气主要来源为粉料输送和颗粒淘洗，废气中含有大量的VOCs气体和粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

催化剂形式：多孔陶瓷纤维催化滤管负载的催化剂为贵金属pt。

项目实施方式：本项目采用：废气预热器+废气加热器+催化氧化除尘装置处理工艺，废气加热器仅开工使用，废气预热至300℃后进入多孔陶纤维催化氧化除尘装置，处理后的净烟气进入废气预热器预热废气，然后排入烟囱。

处理效果：经过本发明装置处理后，VOCs浓度：5.0mg/Nm

比较例1

某化工厂滤饼焚烧废气处理项目

废气来源：本项目采用本发明提供的处理装置处理滤饼焚烧后产生的烟气，滤饼含有V

项目实施方式：由于废气中SO

处理效果：经过该工艺处理后，CO浓度：50mg/Nm

比较例2

某聚烯烃VOCs综合处置项目

废气来源：本项目废气主要来源为粉料输送和颗粒淘洗，废气中含有大量的VOCs气体和粉尘，装置入口废气参数如下表所示。

项目实施方式：由于项目含尘，温度低，热值低，因此采用布袋除尘+RTO处理工艺。

处理效果：经过本发明装置处理后，VOCs浓度：20.0mg/Nm

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。