高浓度废气催化氧化方法 【技术领域】
本发明涉及一种废弃处理方法，尤其涉及一种高浓度废气催化氧化方法。
背景技术
随着环保要求的提高，高浓度有机废气的处理越来越得到化工等各生产厂家的重视，催化焚烧是近年来逐步发展的处理有机废气的新兴的先进技术，它是采用贵金属铂、钯等催化剂对挥发性有机物低温氧化燃烧的有机废气进行处理技术，几乎所有挥发性有机物都可在200-650℃的范围内催化燃烧，使有机物或氮氧化物转化成二氧化碳、氯化氢、二氧化氮、二氧化硫、氯气、水和氮气。目前市场上有三个系列的贵金属催化剂：金属蜂窝贵金属催化剂、陶瓷蜂窝贵金属催化剂、陶瓷球型贵金属催化剂。其中金属蜂窝贵金属催化剂具有活性高、机械强度高、热稳定性好、压降小、易于清洗、使用寿命长的特点，预计在石油化工领域将取代球型催化剂和陶瓷催化剂。催化焚烧技术具有正常生产过程中无需任何辅助燃料，系统操作简单、可靠，运行费用低的特点，具有非常好的社会效益和经济效益。目前已应用在：硝酸尾气催化还原处理、丙烯腈尾气催化氧化处理、丙烯酸尾气催化氧化处理、苯酐(PA)、顺酐(MA)、马来酸尾气催化氧化处理、苯乙烯尾气催化氧化处理、苯酚丙酮尾气催化氧化、尿素尾气催化氧化处理、聚丙烯酰胺尾气催化氧化处理、ABS尾气处理、橡胶工业尾气处理、炼油厂尾气催化氧化处理、油漆、喷涂、电子工业尾气处理、纺织工业尾气处理的领域中。已逐渐取代操作复杂，能耗高的热力焚烧系统。
催化焚烧通用工艺介绍如下：有机废气与补充空气经尾气换热器预热后，经加热器(一般只在开车使用)后，达到起始温度200-300℃后，进入催化氧化反应器，有机物在此被氧化为CO2和H2O等无机物。氧化反应放出的热量经热量回收装置和尾气换热器后，排入大气。
在工业化生产过程中，高浓度有机废气的组成，往往不是单一组分，通常是多种物质的混合物，以丙烯酸装置尾气为例，其有机组分有；醋酸、甲苯、丙烯酸、丙烯醛、丙烯、丙烷、丙烯酸酯类、醇类、醛类、等等近几十种成分。而这些成分的燃点由高到低各不相同，燃烧时的放热量也不相同，氧化反应速度也不一样，更重要的是在工业化生产时，其原料的组份含量和流量在不同的条件下也在发生着变化。这就给稳定生产带来较大的困难，在催化反应器内，一般装填2-4层催化剂，燃点低、氧化速度快的无机物先被氧化，放出热量，随着反应的深入进行，各层催化剂的温度被逐步提高，高燃点的有机物也开始氧化，并进一步放出热量，催化剂床层温度逐级被推高。以3层为例，因有机物在三层催化剂内停留时间很短，氧化反应迅速被完成，如果出口控制的过低，高燃点有机物起燃时间较晚，反应没有完全结束，即被终止，这样尾气仍然还存在少量的有机物，而达不到环保要求。如果反应器床层出口温度控制过高，这样反应会过于激烈，一旦外部条件稍有变化，如：进料有机物浓度略有增加或补加的空气量有较大的波动等，都会引起反应温度迅速增加，工艺上即使有连锁停车系统，但因这个过程时间很短，一般在10秒～30秒，当发现时，已来不及控制，而造成催化剂床层飞温，严重的将损害催化剂，甚至造成安全事故。催化剂一旦损害，其中的贵金属有效成份将流失，且载体也可能被烧毁并有可能坍塌。所以损坏的催化剂是不可再生和回用的。损坏的催化剂通常是最后一层因温度最高，而损坏的最为严重，下一层次之，第一层损坏最轻。
在化工实际生产控制过程中，反应温度的控制至关重要。如果温度控制低，反应不完全，有机气体残余量较大就被放空，则达不到环保要求。如果温度控制高，不仅催化剂寿命大大缩短，同时因在连续运行的过程中，不稳定因素较多，控制的平稳率很难保证，稍有波动，极易造成飞温，即有可能在30秒内温度快速达到650℃以上，甚至可达到1000℃，这将对催化剂造成毁灭性损坏，也给安全生产带来较大的隐患。
【发明内容】
为了解决现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种高浓度废气催化氧化方法，分两级或多级对废气进行催化氧化。
本发明的技术方案是：
本发明高浓度废气催化氧化方法，工业废气先与空气混合成待催化的废气，这种废气被加热(预热)后，依次有间隔地经过多级催化层和撤热层，而被多级催化氧化并回收热量后排放。
所述高浓度废气总有机碳含量(TOC)＞1000mg/m3。
催化层装填有催化所需的催化剂。撤热层中注有蒸汽、导热油或高压水等撤热介质，以吸收热量，使得经过催化层的废气温度得以下降，从而进入下一级催化层继续被催化氧化。废气在任一级催化层出口处的温度为350-550℃，废气经撤热层冷却后，在下一级催化层进口处的温度为220-300℃。
本发明中，催化层为2级以上，撤热层为1级以上。废气先通过第一级催化层和第一级撤热层，然后再通过第二级催化层和第二级撤热层，当经2级催化氧化处理后的废气达到环保要求时，即可经热量回收后排放；如达不到环保要求，则可增加第三级或更多级催化层和撤热层，直到达到环保要求为止。
本发明的有益效果是：
本发明高浓度废气催化氧化方法，采用逐级催化氧化并与撤热层相结合的方式极大的提高了装置运行稳定性，还可有效的延长催化剂的使用寿命，从而带来较好的经济效益。本发明所述方法在处理高浓度有机气体时，系统有非常高的热稳定性。采取分段氧化和逐步处理后，环保效果同单一反应器相比提高约10-20％，因催化层高点温度降低50-100℃，催化剂寿命约增加1-2年。
【附图说明】
图1是本发明多级催化层和撤热层的结构示意图；
图2是本发明催化层地剖面结构示意图；
图3是本发明撤热层的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图进一步说明本发明的结构特征。
图1是本发明多级催化层和撤热层的结构示意图，图中箭头方向为废气流动方向；图2是催化层的剖面结构示意图；图3是撤热层的剖面结构示意图。
图1和图3中撤热层为翅片换热器，其中注有蒸汽。混合有空气的废气经加热后先通过第一级催化层11和第一级撤热层21，使得出口气体的温度达到220-500℃(此处温度可以通过调节撤热介质的流量进行控制)。然后进入第二级催化层12，未被氧化处理的残余有机气体进一步被氧化，出来的有机气体温度可达到400～600℃，如废气达到环保要求，即可经热量回收后排放；如达不到要求，可设置第二级撤热层和第三级催化层，如废气仍达不到要求，可设置第三级撤热层和第四级催化层，按类似方式增加多级撤热层和催化层，直到达到环保要求为止。在每级催化床层的两侧可增加人孔，以便催化剂的检查和更换。也可按着类似的原理将催化床层、换热器按单个设备进行组合，控制原理和要求是完全类似的。