申请日2018.12.27
公开（公告）日2021.02.12
IPC分类号F23G7/07; F23G5/46; F23G5/50; F23J15/02; F23J15/06; F22B1/18
摘要
本发明涉及适于处理挥发性有机物尾气的废气催化焚烧处理系统及其调节控制方法，所述系统包括用于对废气进行加热的预加热装置、用于催化氧化反应的一段催化氧化反应器、用于以一段催化氧气反应后的废气热回收利用的一段热回收装置、用于催化氧化反应的二段催化氧化反应器、用于以二段催化氧气反应后的废气热回收利用的二段热回收装置、用于对二段催化氧化反应后的废气进行选择性催化还原反应以消除氮氧化物的选择性催化还原反应器，所述方法为通过调节相关旁路流量及补充风量进行调节。本发明适应于丙烯腈吸收塔尾气等含有挥发性有机物和氮氧化物的废气处理，有助于降低能耗，方便操作，减少氮氧化物排放。
权利要求书
1.一种适于处理挥发性有机物尾气的废气催化焚烧处理系统，其特征在于包括：
预加热装置，用于对废气进行加热，使之适应于后序的一段催化氧化反应器的进口气体温度要求，其进口用于接入废气；
一段催化氧化反应器，用于预加热后废气的催化氧化反应，其进口连接所述预加热装置的出口；
一段热回收装置，包括一段蒸发器，用于以一段催化氧气反应后的废气作为放热介质进行热回收利用，降低废气的温度，使之适应于后序的二段催化氧化反应器的进口气体温度要求，其放热介质进口连接所述一段催化氧化反应器的出口，所述一段蒸发器以废气作为放热介质，其蒸汽出口接入汽包；
二段催化氧化反应器，用于对一段催化氧化反应后的废气进行催化氧化反应，其进口连接所述一段热回收装置 的放热介质出口；
二段热回收装置，包括二段蒸发器，用于以二段催化氧气反应后的废气作为放热介质进行热回收利用，降低废气的温度，使之适应于后序的选择性催化还原反应器的废气温度要求，其放热介质进口连接所述二段催化氧化反应器的出口，所述二段蒸发器以废气作为放热介质，其蒸汽出口接入汽包；
选择性催化还原反应器，用于以氨作为还原剂，对二段催化氧化反应后的废气进行选择性催化还原反应，将氮氧化物转化为氮气和水，设有喷氨系统，其进口连接所述二段热回收装置 的放热介质出口；
蒸汽过热器，所述蒸汽过热器以废气作为放热介质将蒸汽加热至过热温度，其蒸汽进口连接汽包的蒸汽出口，蒸汽出口用于通过蒸汽输出管道连接蒸汽管网，通过蒸汽过热器将蒸发器产生的蒸汽转换为高品质的过热蒸汽，所述蒸汽过热器的蒸汽进口与所述汽包的蒸汽出口之间的连接管道上设有汽包蒸汽输出控制阀，用于控制汽包的蒸汽输出，进而控制蒸汽过热器的工作状态以及流经蒸汽过热器的废气的放热量；
空气供气系统，包括空气过滤器和补气风机，所述空气过滤器的进口用于连接空气供气管道或压缩空气供气管道，所述空气过滤器的出口连接所述补气风机的进口，所述补气风机的出口构成所述空气供气系统的空气出口，通过管道分别连接氨空混合器的空气进口、气液分离装置的进口和二段催化氧化反应器的进口，对一段催化氧化反应器和二段催化氧化反应器进行两次补风，通过向气液分离罐的一次补风量的控制，控制一段催化氧化反应器的出口温度，通过二段补风，让二段催化氧化反应器内的催化剂和VOCs充分反应，同时适当降低二段催化氧化反应器的反应温度，
通过一段蒸发器，控制进入二段催化氧化反应器的温度，通过二段蒸发器，调节进入选择性催化还原反应器的温度。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述预加热装置包括气气换热器，包括或者不包括电加热器，所述气气换热器用于以选择性催化还原反应器排出的废气作为放热介质对废气进行预加热，设有放热介质进口和放热介质出口，其进口构成所述预加热装置的进口，其放热介质进口连接所述选择性催化还原反应器的出口，其放热介质出口连接后序余热回收设备或系统排放管道，所述电加热器用于在经气气换热器加热后的废气不足以适应于后序的一段催化氧化反应器的进口气体温度要求时对气气换热器加热后的废气进行补充加热，所述电加热器的进口连接所述气气换热器的出口，所述电加热器的出口构成所述预加热装置的出口。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述预加热装置的前序设有气液分离装置，用于将水从废气中分离出来，所述气液分离装置设有废气进口、废气出口和污水排放口，所述气液分离装置的废气进口用于连接系统的废气输入管道，废气出口连接所述预加热装置的进口。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述选择性催化还原反应器的喷氨系统包括氨空混合器和喷氨格栅，所述喷氨格栅位于所述选择性催化还原反应器的进口侧管道的管道喷氨段内，设有若干喷氨口，所述氨空混合器设有空气进口、氨气进口和氨空混合气出口，所述氨空混合器的空气进口连接空气供气系统的空气出口，氨气进口连接系统的供氨管道，氨空混合气出口通过氨空混合气输送管道连接所述喷氨格栅，所述氨空混合气输送管道设有输氨总管和输氨支管，所述输氨支管上设有喷氨控制阀，其外端连接于所述输氨总管，内端连接所述喷氨格栅上的对应管道。
5.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于所述预加热装置设有预加热旁路管道，所述预加热旁路管道上设有预加热旁路控制阀，所述预加热旁路管道的两端分别连接于所述预加热装置中的主加热器的进口管道和出口管道，形成对所述预加热装置的主加热器的旁路，所述预加热装置的主加热器设有主加热控制阀。
6.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于所述一段热回收装置设有一段热回用旁路管道，所述一段热回用旁路管道上设有一段热回用旁路控制阀，所述一段热回用旁路管道的两端分别连接于所述一段热回收装置的进口管道和出口管道或者所述一段热回收装置中的主要热回用设备的进口管道和出口管道，形成对所述一段热回收装置或其主要热回用设备的旁路，所述一段热回收装置或者所述一段热回收装置中的主要热回用设备设有一段热回用控制阀。
7.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于所述二段热回收装置设有二段热回用旁路管道，所述二段热回用旁路管道上设有二段热回用旁路控制阀，所述二段热回用旁路管道的两端分别连接于所述二段热回收装置的进口管道和出口管道或者所述二段热回收装置中的主要热回用设备的进口管道和出口管道，形成对所述二段热回收装置或其主要热回用设备的旁路，所述二段热回收装置或者所述二段热回收装置中的主要热回用设备设有二段热回用控制阀。
8.一种权利要求1-7中任一项所述系统的调控方法，其特征在于通过下列任意一种或多种方式调节进入一段催化氧化反应器的废气温度：
所述预加热装置设有预加热旁路管道，所述预加热旁路管道上设有预加热旁路控制阀，所述预加热装置的主加热器设有主加热控制阀，调节所述预加热旁路控制阀，或者调节所述预加热旁路控制阀和所述主加热控制阀，由此调节预加热装置对废气的加热量；
所述预加热装置同时设有主加热器和辅助加热器，调节辅助加热器的工作状态，当所述预加热装置同时设有气气换热器和电加热器时，所述电加热器构成所述辅助加热器；
调节所述空气供气系统送入所述气液分离装置的风量，
通过下列任意一种或多种方式调节进入二段催化氧化反应器的废气温度：
所述一段热回收装置设有一段热回用旁路管道，所述一段热回用旁路管道上设有一段热回用旁路控制阀，所述一段热回收装置或者所述一段热回收装置中的主要热回用设备设有一段热回用控制阀，调节所述一段热回用旁路控制阀，或者调节所述一段热回用旁路控制阀和所述一段热回用控制阀，由此调节一段热回收装置从废气中取出的热能；
调节空气供气系统送入所述二段催化氧化反应器的风量，
通过下列任意一种或多种方式调节进入选择性催化还原反应器的废气温度：
所述二段热回收装置设有二段热回用旁路管道，所述二段热回用旁路管道上设有二段热回用旁路控制阀，所述二段热回收装置或者所述二段热回收装置中的主要热回用设备设有二段热回用控制阀，调节所述二段热回用旁路控制阀，或者调节所述二段热回用旁路控制阀和所述二段热回用控制阀，由此调节二段热回收装置从废气中取出的热能；
调节空气供气系统送入所述选择性催化还原反应器的风量。
说明书
废气催化焚烧处理系统及其调节控制方法
技术领域
本发明涉及一种废气催化焚烧处理系统，还涉及这种废气处理系统的调节控制方法，这种废气处理系统适于处理挥发性有机物尾气，属污染控制技术领域，主要适应于丙烯腈吸收塔尾气等含有挥发性有机物和氮氧化物的废气处理。
背景技术
化工生产工艺中，主生产工艺很多会产生含有大量挥发性有机物的尾气，会对大气环境造成非常严重的污染。例如，丙烯腈生产工艺采用丙烯氨氧化技术，以丙烯和氨为主要原料，在催化剂的作用下，反应生成丙烯腈及其它副产品，之后经过急冷、回收、精制等工艺流程，得到丙烯腈产品。在回收过程设置丙烯腈吸收塔，该塔塔顶排放的尾气主要成分为氮气、水蒸汽及二氧化碳，同时含有少量的一氧化碳、丙烯腈、丙烯、丙烷以及微量氰化氢等，由于这种尾气热值约为820~343kJ/Nm3，远小于7880kJ/Nm3的标准，不能排入火炬系统。
目前处理这类尾气的方式主要技术路线包括明火焚烧法和催化燃烧法两类，其中明火焚烧法为将尾气送入焚烧炉焚烧，这是国外丙烯腈吸收塔尾气的常用处理方式，通过火焰燃烧将尾气中的各种有机物转化为二氧化碳和水等无机物，一起排入大气，可以通过控制燃烧温度和空气过剩量来控制烟气中的氮氧化物浓度，使其符合排放标准，这种处理方式的烟气排放量大，并含有氮氧化物等污染物质，且燃料消耗量大，不利于节能，且总体处理成本也相对较高。催化燃烧法是将在催化反应器中，以相对较低的温度实现尾气中可燃性组分的氧化分解，但由于尾气中挥发性有机物相对浓度高，放热量高，催化剂容易被烧结失活，因此对待处理废气中的有机物浓度有一定的限制，对有机物浓度波动的适应性较弱，工艺控制要求相对较高，操作难度大，且需要引入大量的冷空气进行降温，产生相对较高的能耗，另外氮氧化物排放不达标，依然对大气环境存在一定的污染。
现有丙烯腈生产的吸收塔尾气中的有机物VOCs主要是丙烯和丙烷，丙烯腈生产装置采用不同的原料，尾气中的有机物浓度也不一样，现有原料主要为三种，纯度99%的丙烯，该原料价格较高，但是尾气中有机物浓度较低；纯度98%的丙烯，该原料价格适中，尾气中有机物浓度较高；纯度96%的丙烯，该原料价格最低，尾气中有机物浓度最高。工厂一般使用丙烯纯度98%的原料，该种原料主要由工厂前端配套乙烯裂解装置提供，若提供丙烯纯度99%的，乙烯裂解厂还需要增加若干分离提纯装置，会提高投资及造价。现有技术下，对于丙烯纯度98%及以下，采用传统工艺流程的，需要补充大量的稀释空气作为降温使用，即使这样，催化剂反应器内温度仍然很高，接近材料的极限使用温度。同时由于补充大量的稀释空气，补气风机的功率大且由于板式换热器效率的限制，大量的热风排入烟囱，白白浪费了热能。
最新的环保排放标准中对补充空气的量也做出了限值，目的是防止通入大量的空气去稀释废气中有机物浓度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种适于处理挥发性有机物尾气的废气催化焚烧处理系统及其调节控制方法，以降低能耗，方便操作，减少氮氧化物排放。
本发明的技术方案是：一种适于处理挥发性有机物尾气的废气催化焚烧处理系统，其包括：
预加热装置，用于对废气进行加热，使之适应于后序的一段催化氧化反应器的进口气体温度要求，其进口用于接入废气；
一段催化氧化反应器，用于预加热后废气的催化氧化反应（CO，catalyticoxidation），其进口连接所述预加热装置的出口；
一段热回收装置，用于以一段催化氧气反应后的废气作为放热介质进行热回收利用，降低废气的温度，使之适应于后序的二段催化氧化反应器的进口气体温度要求，其放热介质进口连接所述一段催化氧化反应器的出口；
二段催化氧化反应器，用于对一段催化氧化反应后的废气进行催化氧化反应，其进口连接所述一段热回收器的放热介质出口；
二段热回收装置，用于以二段催化氧气反应后的废气作为放热介质进行热回收利用，降低废气的温度，使之适应于后序的选择性催化还原反应器的废气温度要求，其放热介质进口连接所述二段催化氧化反应器的出口；
选择性催化还原反应器，用于以氨作为还原剂，对二段催化氧化反应后的废气进行选择性催化还原反应，将氮氧化物转化为氮气和水，设有喷氨系统，其进口连接所述二段热回收器的放热介质出口。
本发明所述任意一种废气催化焚烧处理系统的调节调控方法，通过下列任意一种或多种方式调节进入一段催化氧化反应器的废气温度：
1）所述预加热装置设有预加热旁路管道，所述预加热旁路管道上设有预加热旁路控制阀，所述预加热装置的主加热器设有主加热控制阀，调节所述预加热旁路控制阀，或者调节所述预加热旁路控制阀和所述主加热控制阀，由此调节预加热装置对废气的加热量；
2）所述预加热装置同时设有主加热器和辅助加热器，调节辅助加热器的工作状态，当所述预加热装置同时设有气气换热器和电加热器时，所述电加热器构成所述辅助加热器；
3）调节所述空气供气系统送入所述气液分离装置的风量，
通过下列任意一种或多种方式调节进入二段催化氧化反应器的废气温度：
1）所述一段热回收装置设有一段热回用旁路管道，所述一段热回用旁路管道上设有一段热回用旁路控制阀，所述一段热回收装置或者所述一段热回收装置中的主要热回用设备设有一段热回用控制阀，调节所述一段热回用旁路控制阀，或者调节所述一段热回用旁路控制阀和所述一段热回用控制阀，由此调节一段热回收装置从废气中取出的热能；
2）通过调节一段热回用控制阀的开度，调节进入蒸发器（一段热回收装置）的废气量，利用蒸发器产的蒸汽量来控制废气温度，取出热能。若一段催化氧化反应器出口废气温度高，则废气主要通过一段的蒸发器，利用蒸发器多产蒸汽，一段热回用旁路控制阀通气减少；若一段催化氧化反应器出口废气温度低，废气主要通过一段热回用旁路通过，通过一段热回用旁路控制阀的废气量减少，则少通过蒸发器，少产蒸汽。调节空气供气系统送入所述二段催化氧化反应器的风量，
通过下列任意一种或多种方式调节进入选择性催化还原反应器的废气温度：
1）所述二段热回收装置设有二段热回用旁路管道，所述二段热回用旁路管道上设有二段热回用旁路控制阀，所述二段热回收装置或者所述二段热回收装置中的主要热回用设备设有二段热回用控制阀，调节所述二段热回用旁路控制阀，或者调节所述二段热回用旁路控制阀和所述二段热回用控制阀，由此调节二段热回收装置从废气中取出的热能；
2）通过调节二段热回用控制阀的开度，调节进入蒸发器（二段热回收装置）的废气量，利用蒸发器产的蒸汽量来控制废气温度，取出热能。若二段催化氧化反应器出口废气温度高，则废气主要通过二段的蒸发器，利用蒸发器多产蒸汽，二段热回用旁路控制阀通气减少；若二段催化氧化反应器出口废气温度低，废气主要通过二段热回用旁路通过，通过二段热回用旁路控制阀的废气量减少，则少通过蒸发器，少产蒸汽。调节空气供气系统送入所述选择性催化还原反应器的风量。
通常应依据各反应器的顺序依次调节，在后序反应器的调节影响到前序反应器的状态时，可以反复调节，也可以通过数字模拟等方式对各反应器的状态进行统一调节。
本发明的有益效果是：由于设置了两段催化氧化反应器，废气净化所需的全部催化氧化过程分在两段反应器中进行，由此降低单一催化氧化反应器的反应强度和产热量，降低了催化氧化反应器内部的温升，避免了因为温升过高对催化剂的损坏；由于在两段催化氧化反应器之间以及二段催化氧化反应器和选择性催化还原反应器之间分别设置了一段热回收装置和二段热回收装置，将一段催化氧化反应和二段催化氧化反应产生的多余热量从体系中取出并加以利用，不仅获得了能量，而且还降低了废气的温度，避免了因此热能积累导致二段催化氧化反应器内和选择性催化还原反应器内产生过高的温度；由于设置了选择性催化还原反应器，以氨作为还原剂，通过催化还原反应，将废气中以的氮还原为氮气，减小氮氧化物排放；由于选择性催化还原反应器排出的废气作为预加热装置的放热介质，实现了对催化还原反应产热的有效利用。
本发明适应于丙烯腈的吸收塔尾气处理，也适应于其他类似含有挥发性有机物及氮氧化物的废气处理。
（发明人：薛瑞;张建华;崔晓文;马倩雪）