[发明专利]从气流中去除有机化合物的方法和反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过催化分解或燃烧从气流中去除有机化合物的方法，以及适用于该方法的反应器。

背景技术

众所周知，可通过氧化作用将气流中不需要的组分转化成轻害或者无害的化合物。一个实例就是将易挥发的有机化合物氧化成二氧化碳和水。气态有机化合物通常有毒，如含氧有机溶剂，例如甲基异丁基甲酮、甲基乙基酮以及丙酮。有机化合物通常还具有不好的气味或不可接受的气味，人们不希望长期暴露在这种气味中。这种有机化合物，也称为易挥发的有机化合物(Volatile Organic Compound，VOC)，其氧化生成无毒无味的二氧化碳和水。易挥发的有机化合物一个特有的例子就是含硫化合物，比如硫醇。这些化合物的气味很难闻，比如可在下水道气体中存在。氧化作用把这些化合物转化为二氧化碳、水以及二氧化硫。该二氧化硫只有在浓度很高时才可以闻到，因此可以通过氧化气流中的硫化合物来防止严重的气味问题。

进一步地，气流中非常有害的重要组分由病毒和细菌组成。通过氧化病毒和细菌从而净化气流，这在很多情况中非常引人注目。同样，去除可引起过敏反应的尘粒在这里也非常重要。

通过氧化作用净化气流的一个主要问题是该气流必须升高到足够高的温度。通常，氧化作用要求800℃甚至更高的温度。很清楚，整个气流必须达到这种温度，以氧化通常占较少量的有害化合物。这些有害组分的燃烧热量不足以使气流达到所要求的温度。有人提出引导需净化的气流通过火焰。在美国专利4,444,735中，描述了一种设备，其中，要处理的气流穿过火焰前缘。该火焰通过燃烧化石燃料获得。为了使燃烧完全，在气流穿过该火焰之前，必须使用热交换器使气流达到足够高的温度。

为了减少用于净化的燃料的量，人们试图从净化的气流中回收尽可能多的热能。根据本技术，使用了逆流技术(Reverse Flow Technique)。在实际燃烧设备的两边，都具有陶瓷材料的床，在其中储存净化气流的热能。在设备的一边，气流穿过预先加热的陶瓷床，从而进入该设备时气流的温度升高。穿过火焰后，气流穿过在设备另一边的陶瓷材料，这样气流的部分热能储存在了陶瓷材料中。

当热能传送给气流时，陶瓷材料的温度下降。当陶瓷材料温度降至预定水平以下时，进入的气流转换到设备的另一边，该另一边的陶瓷材料已被加热。很清楚，这种设备相当地复杂并且相当地大，需要大量的测量和控制装置。在美国专利3,870,474和4,741,690中，描述了这种用于去除杂质或者有害气味的逆流反应器。本发明中描述的装置需要两个或多个填满惰性材料的床，用以储存来自经处理气流的热能。在转换的过程中，未处理的令人讨厌的气体会散发出来。在美国专利3,870,474中，有人建议通过引导气体穿过第三再生器(regenerator)，以防止在转换的过程中散发未处理的气体。

活性氧化催化剂(比如氧化铂或者氧化钯)可在低得多的温度下氧化有害化合物。但仍然需要至少200℃的温度。即使为了获得这样的温度，存在于气流中的杂质燃烧的热量也是不足的。可通过把燃料气体加入气流中以解决这个问题。但这样增加了方法的成本。为了将燃料气体的使用最少化，本发明中也使用了逆流技术。

以与纯热氧化装置中相同的方式，通常在催化剂床的一边提供气流以及燃料气体。这就在催化剂床中造成了温度梯度，其中，温度在催化剂床的下游方向升高。通过这种方法，燃烧的热量储存在催化剂床中。适当的时间之后，逆转催化剂床中气流的方向，这样气流在温度最高的位置进入催化剂床。以这种方法，将气流加热到催化剂的最低燃烧温度。在此期间，催化剂的温度分布逐渐变化，造成在催化剂床的出口处再次获得最高温度。这时，再次逆转气流的方向。由于尽可能多地回收了已处理气体内的热能，这种方法称为再生焚烧炉系统(Regenerative Incinerator System)。在美国专利4,478,808和4,877,592中，描述了这种方法。

虽然大量使用了逆流技术，该技术确实有严重的不足之处。首先，需要较多的装置来实现该逆流。这种技术需要阀门和测量装置来逆转气流。由于热能必须储存在催化剂床中，所以催化剂床必须较大。最后，已处理的气流以高温离开催化剂床，因此流失了相当多的热能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种从气流中去除有机化合物的方法，尤其是去除低浓度的有机化合物的方法，该方法不具有上述的缺点。更具体地说，本发明的目的在于提供一种方法，其中能量需求低，并且依据需求，该方法可小规模或大规模地应用。