催化燃燒裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及廢氣末端治理技術領域，特別是涉及一種催化燃燒裝置。
【背景技術】
[0002]揮發性有機物是常見的室內外空氣中普遍存在的一類污染物。所謂揮發性有機物，英文名稱為 Volatile Organic Compounds (VOCs)，美國 ASTM D3960-98 標準將 VOCs 定義為任何能參加大氣光化學反應的有機化合物。1989年世界衛生組織(WHO)對總揮發性有機化合物(TVOC)的定義為，熔點低于室溫而沸點在50?260°C之間的揮發性有機化合物的總稱。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，荷蘭學者Edwards等2001年在對赫爾辛基居室和工作場所的有機污染物調查中共檢測到了 323種揮發性有機化合物。
[0003]VOCs的控制技術基本分為兩大類。第一類是預防性措施，以更換設備、改進工藝技術、防止泄漏乃至消除VOCs排放為主。這是人們所期望的，但是以目前的技術水平，向環境中排放和泄露不同濃度的有機廢氣是不可避免的，這時就必須采用第二類技術。第二類技術為控制性措施，以末端治理為主。末端控制技術包含兩類，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將VOCs氧化分解為無毒或低毒物質的破壞性方法。常用的控制技術分為:回收技術和消除技術，其中，回收技術又分為吸附技術、吸收技術、冷凝技術和膜技術；消除技術又分為燃燒技術、光催化降解、生物降解和等離子體技術；而燃燒技術又細分為直接燃燒和催化燃燒。
[0004]目前，末端治理技術中，催化燃燒由于起燃溫度低、去除率高，安全穩定、運行成本低等優點而得到推廣應用。催化燃燒實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。由于絕大部分有機物均具有可燃燒性，因此催化燃燒法已成為凈化含碳氫化合物廢氣的有效手段之一。又由于很大一部分有機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: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，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]常規催化燃燒技術中，在催化反應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器，VOCs經過第一層催化劑時被催化燃燒，氣體溫度上升會導致后面放置的催化劑高溫燒結失活。而只放置高溫催化劑的反應器，反應之前需將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，既不經濟也不環保。
[0006]并且，工廠排放的廢氣中VOCs的含量是實時變化的，且變化幅度較大。現有催化反應塔出口氣體的溫度會隨著入口氣體中VOCs的濃度急劇變化，這樣既不安全又不利于熱量回收。當入口氣體中VOCs的濃度較高時，催化反應塔出口氣體的溫度隨之升高，這樣會縮短設備使用壽命，若遇易燃物質泄漏可能引起大火或爆炸。而當入口氣體中VOCs的濃度較低時，催化反應塔出口氣體的溫度隨之降低，可用于回收的熱量不足，需額外補充熱量才能維持反應繼續進行，增加運行成本。
【發明內容】
[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致的催化劑高溫燒結失活，又不需額外的加熱，具有能耗低的優點。
[0008]—種催化燃燒裝置，包括催化反應塔，設置于該催化反應塔內的低溫催化劑層和高溫催化劑層，所述催化反應塔設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置。
[0009]上述催化燃燒裝置，在催化反應塔內同時設有低溫催化劑層和高溫催化劑層，含有VOCs的污染氣體經加熱器預熱至200?300°C后到達低溫催化層，在低溫催化劑的作用下發生催化燃燒，去除約90%的VOCs并釋放熱量使氣體溫度升至350?400 °C。升溫后的氣體經過高溫催化層時進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經過第一層催化劑時被催化燃燒導致后面放置的催化劑高溫燒結失活，又可以充分利用低溫催化燃燒時產生的熱量，無需再將VOCs氣體加熱至較高的溫度，因此降低了能耗。
[0010]在其中一個實施例中，所述催化燃燒裝置還包括蓄熱層，所述蓄熱層設置于氣體出口和高溫催化劑層之間。采用蓄熱層，當催化反應塔入口氣體VOCs含量較高時，VOCs氣體經催化燃燒后放熱量較大，流經蓄熱層時氣體溫度較高，部分熱量會被蓄熱層吸收，使氣體溫度降低。而當催化反應塔入口氣體VOCs含量較低時，VOCs氣體經催化燃燒后放熱量較小，流經蓄熱層時氣體溫度較低，此時蓄熱層會釋放熱量使氣體溫度升高。因此，蓄熱層的存在使催化反應塔出口的氣體溫度較為平穩。這樣既便于利用外部換熱器進行熱量回收，又不會因催化劑反應塔出口氣體溫度過高產生不安全因素。
[0011]在其中一個實施例中，所述蓄熱層和高溫催化劑層之間設有第一分布空腔。該分布空腔的設置，便于氣體重新分布均勻后再進入蓄熱層，提高了蓄熱效率。
[0012]在其中一個實施例中，所述高溫催化劑層和低溫催化劑層之間設有第二分布空腔。該分布空腔的設置，便于氣體重新分布均勻后再進入高溫催化劑層，提高了高溫催化反應效率。
[0013]在其中一個實施例中，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有若干均勻分布的分布孔，所述氣體分布板設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有第三分布空腔。采用上述設置，便于氣體充分混合均勻后再進入低溫催化劑層，提高了低溫催化反應效率。
[0014]在其中一個實施例中，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，所述臭氧噴頭設置于高溫催化劑層和氣體出口之間。反應時通入適量的臭氧，利用臭氧的強氧化性進一步降低VOCs的含量，進一步提高了 VOCs的燃燒處理效果。
[0015]在其中一個實施例中，所述臭氧噴頭由若干個均勻分布的噴口組成。通過多個均勻分布的噴口向催化反應塔中提供臭氧，可以提高臭氧的混合效果，進而提高臭氧的氧化效果。
[0016]在其中一個實施例中，所述催化燃燒裝置還包括蓄熱層，所述蓄熱層設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有第一分布空腔，所述臭氧噴頭設置于該第一分布空腔內。將臭氧噴頭置于該第一分布空腔內，使氣體經過臭氧的進一步氧化后再進入蓄熱層并由氣體出口排出，使廢氣得到充分處理。
[0017]在其中一個實施例中，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。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0019]本實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設置，既可以避免VOCs經過第一層催化劑時被催化燃燒導致后面放置的催化劑高溫燒結失活，又可以充分利用低溫催化燃燒時產生的熱量，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塔出口的氣體溫度較為平穩。這樣既便于利用外部換熱器進行熱量回收，又不會因為催化劑反應塔出口氣體溫度過高產生不安全因素。
[0021]而且，該催化燃燒裝置中還加入了臭氧分布器，利用臭氧的強氧化性進一步降低VOCs的含量，進一步提高了 VOCs的燃燒處理效果。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1中催化燃燒裝置的結構示意圖；
[0023]圖2為實施例2中催化燃燒裝置的結構示意圖；
[0024]圖3為實驗例中催化反應塔內各層VOCs濃度的變化圖；
[0025]圖4為實驗例中實施例1和實施例3氣體出口溫度變化示意圖。
[0026]其中:100.催化反應塔；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.催化反應塔氣體入口處VOCs濃度；
[0028]2.經過低溫催化劑層后VOCs濃度；
[0029]3.經過高溫催化劑層后VOCs濃度；
[0030]4.經過臭氧氧化后VOCs濃度；
[0031]5.實施例2的催化燃燒裝置氣體出口處溫度；
[0032]6.