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催化净化装置的类型

浏览次数: 日期:2018-10-03 21:28:00

5. 4. 2  催化净化装置的类型

(1)设有间壁式换热器的催化氧化器[7·8]  图5.13即是一台设有管壳式换热器的催化氧化器示意图 。 废气由风机引入, 先通过换热器 (管内) , 被热的净化气预热到一定温度后进入催化燃烧室 。 为保证气流分布均匀, 气体进入催化剂床层之前, 先通过一个气流分布器。 反应后气体从换热器管间通过, 并与废气换热后排入大气 。

 

图5.13  设有间壁式换热器的催化氧化

 

 

典型的有机废气催化氧化器,所处理废气的 VOC浓度一般低于25%LEL(通常小于15%LEL) , 即废气的总热值大约相当于372~744kJ/m3 (10~20Btu/scf)。

如果反应温度过高, 则有可能使催化剂烧结而失效 。 为避免催化剂过热, 必须控制燃烧产物的温度, 以及添加新鲜空气来调节废气的入口温度 。 当然, 这样会增加辅助燃料的消耗, 因为添加了空气使预热温度降低, 但同样要将废气 (以及增加的空气) 加热到催化反应温度 。

这种设有间壁式换热器的催化氧化器的特点是: 燃烧室温度一般为 300~ 400℃(贵金属催化剂300~450℃;金属氧化物催化剂200~300℃),以及空速为: 贵金属催化剂30000~40000h-1和金属氧化物催化剂10000~15000h-1,热效率最高可达80%;废气处理量一般为500~20000m3/h,调节比为1 : 5。这种催化氧化器投资中等,排放的 NOx和 CO较低,也可用于原料废气温度高的场合。一般比较适用于处理含低到中等浓度 VOC的废气, 其处理的气量通常至少为500Nm3/h。 对某些含催化剂中毒的废气,其应用受到限制。

上述带间壁式换热器的催化氧化器是按箱式设计, 但也有许多装置设计成圆筒形,并根据催化剂形状(颗粒或蜂窝块)具有不同结构。图5. 14表示采用两种类型催化剂的可能结构 。

由图5. 14(a) 可知, 在采用颗粒催化剂时, 废气从管内通过换热器预热后直达燃烧室的混合区, 经燃烧室加热后进到催化剂床层; 催化剂床层呈环形, 并布置在管束换热器的中央, 这样气流适过时阻力较小、 分布均匀, 反应后气体进人换热器的管间,并经过折流板多次绕流、充分换热后排出。换热器设在整个设备内,充分利用了热量,而且布置紧凑。图5.14(b)是用峰窝块催化剂;因为蜂窝块中的通道是直通式的,所以气流通过时阻力较小,可以面向燃烧气体的流向(在直径大情况下, 必要时可在其前面设置气体分布器, 借以确保气流的均匀分布) ; 废气从换热器的管间通过, 并经夹套进入燃烧室的混合区, 燃烧反应后的净化器通过换热器管内排出 。

图5. 14  不同催化剂类型的氧化器结构

 

 

 

 

 

(2) 蓄热式催化净化装置[19]  由于蓄热式催化氧化器(RC〇)兼有蓄热换热器高的热效率和催化氧化低的反应温度两者的优点, 因此颇受设计者的欢迎。 RC〇装置如同第4章中所述的 RT〇装置一样, 不过是在每个蓄热体床层顶部添加一层催化剂,如图5. 15所示。有时为了防止燃烧室的高温辐射,在催化剂上再增加一层散堆陶瓷填料。与没有催化剂的 RT〇相比,为达到 VOC一定的净化率, RC〇的操作温度远比 RT〇低,例如: RT〇的操作温度为1400~1500°F (760~ 815℃),而 RC〇则为600~800°F (315~426℃)。在 RT〇中,当燃烧气体离开热的蓄热体之前, voc基本上已完全分解。但是, 在 RC〇情况下, VOC的氧化反应发生在两个蓄热体床层的顶部;也就是说, VOC在燃烧室中还没有达到充分氧化,还要进人第二个催化剂床层后才完全转化。 这是因为氧化反应主要不是发生在燃烧室, 而是在两个催化剂床层中 。 燃烧室的作用除了预热废气使其达到起燃温度外, 仅仅作为从一个床到另一个床的一个通道,因此其容积可以大大缩小,这是RC〇的另一个优点。

RC〇不仅可以减少辅助燃料的消耗,同时还可降低系统的压力损失。这是因为降低了操作温度, 预热废气所需的蓄热体容积也随之而减少,因而即使加了一层催化剂, RC〇系统的压降也比 RT〇低。

当然,在采用 RC〇时,必须在热效率和辅助燃料消耗方面作审慎考虑,以防止催化剂温度过高 。

这种蓄热式催化氧化器其热效率可达98%,容积流量的调节比为1 : 6,适合于处理小到中等浓度的大气量废气 (一般>3oooNm3/h) 。 其缺点除了与 RT〇一 样外(投资大、占地多),而且对废气的组成还有一定要求,即防止催化剂中毒。

成功应用 RC0的例子很多, 值得一提的是 KBACleanAir公司['o]开发的蓄热式催化氧化器是在原来开发的陶瓷蜂窝蓄热体 “XtraComb” 基础上涂以活性组分, 并称为 “XtraActiv” 。 该蓄热式催化氧化器已成功用于汽车厂涂装车间 VOC排放气的处理(废气处理量20000Nm3/h)。与原来的 RT〇相比,反应温度从820℃降低到55o℃, 天然气消耗减少三分之一。 压降也较低,从而也降低了风机的电耗。

目前这种蓄热式催化氧化器也已用于改造使用已久的 RT〇装置上 。

⑶  旋转式蓄热催化氧化器  旋转式蓄热催化氧化器的原理、结构、操作与第4章所述的旋转蓄热式热力氧化器完全一样, 不过是在蓄热体床层顶部增加了一层催化剂,如图5.16所示。

图5.16  旋转式蓄热催化气化器

 

 

 

除了上述类型外, 这里还要介绍另一种类型的旋转蓄热式催化氧化器, 如图5. 17所示['']。这种 VOC废气净化系统称为 Girocat, 它主要由催化反应器/蓄热换热器系统, 带燃烧器的燃烧室和相应的燃气调节器所组成。 当废气处理量较小时, 也可采用电加热方法。 反应器/换热器系统是一个中空圆筒, 并绕垂直轴旋转。 中空圆筒是由许多可使气体径向流动的小室组成, 并分为两个不同的区域: 外侧传热区和内侧催化反应区 。

图5.16  径向流动的旋转式蓄热催化气化器

 

 

 

圆筒中央是燃烧室, 借以对系统补充热量。 反应器/换热系统用专门的耐温旋转密封与外界大气隔绝。 冲洗区与废气入口侧和净化气出口侧也用专用密封机构可靠地将其分隔 。 净化后的气体由风机经烟囱排入大气。 通常用陶瓷蜂窝块作为蓄热体。

这种装置的操作原理: 装置开工时先通新鲜空气运转, 直至达到操作温度后再引入有机废气。废气先径向通过圆筒的第一个区域,与热的陶瓷蜂窝块接触而被加热。 然后进到第二个催化剂区域,使 VOC进行催化转化。接着气流经燃烧室进到对面的区域, 先通过催化剂层,使残留的 VOC完全转化。净化气则将其大部分热量传给陶瓷蜂窝块后排出 。 圆筒的旋转保证了装置操作过程的连续进行。 净化气的一部分气流可用作冲洗空气再返回装置中, 这是为了当圆筒从废气人口侧过渡到净化气出口侧时, 残留在蓄热体中的 VOC可以再输送到这种类型的旋转蓄热式催化氧化器, 其热效率可达 95%, 使催化转化所需能耗降到最低 。

 特别是:

①达到自供热操作的废气浓度大约仅为 0‘4g/Nrn3 (取决于 VOC的热值);

② 与纯热力氧化相比, 由于催化氧化使反应温度大大降低;

③装置不必花费更多的外部隔热, 因为高温区设在装置内部;

④该装置也可用于处理小的废气流量(一般>1oooNm3/h);

⑤不用换向阀门;

⑥ 结构紧凑。

 

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该资讯的关键词为:高效过滤器、RTO、RCO、催化氧化装置 

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