[发明专利]相变蓄热催化燃烧装置及燃烧方法

说明书

一种相变蓄热催化燃烧装置及燃烧方法，涉及有机废气治理领域。该装置包括外壳及设置在外壳内的T型构件、热管式相变蓄热体及加热炉，其中热管式相变蓄热体内壁包裹有不锈钢容器，不锈钢容器底部设有相变蓄热材料，通过相变蓄热材料可以回收燃烧废气中的热量，对进入的有机废气进行预热，减少了催化燃烧所需要的能源消耗；加热炉中使用过渡金属氧化物催化剂作为高温氧化催化剂，降低了贵金属催化剂用量，节约了成本；热管式相变蓄热体外表面负载有低温氧化催化剂，利用废气余热，对有机废气多级催化氧化，提高了废气净化效率。该装置简单、换热效率高、运行成本低，同时节省了进排气切换阀的使用，减少了后期设备维护工作。

技术领域

本发明涉及有机废气治理领域，特别涉及一种相变蓄热催化燃烧装置及燃烧方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)目前已成为我国大气环境中继二氧化硫、氮氧化物之后的第三大类污染物，该类物质广泛来源于工业生产与居民消费。科学研究表明，VOCs不但能够直接破坏人体的呼吸、消化系统，还是PM_2.5、臭氧等污染物的主要前体物，能够引发深层次的环境问题。

目前VOCs的常见处理技术包括活性炭吸附、生物处理、氧化燃烧、等离子体催化、光催化等，其中氧化燃烧技术由于具有VOCs处理效率高、氧化彻底、使用安全等特点，特别适合石油化工、有机化工、医药制造等高浓度有机废气的处治。但是，该技术由于在运行过程中需要保持充分的高温反应条件，因而需要消耗较多的能源供给。为此，工程技术人员设计了一种用于VOCs处理的蓄热催化反应器（RCO），一方面利用催化剂降低VOCs氧化所需要的温度，一方面利用2-3个陶瓷蓄热体对VOCs燃烧后的热量进行回收，再通过进气阀与排气阀的切换，使已蓄热的陶瓷体对废气进行预热，进一步达到降低系统能耗的目的。但是，这种传统的蓄热催化反应器在实际应用中，同样暴露出了一定的不足，具体表现为：（1）催化材料活性组分多为贵金属，为保障一定的去除效率，需要较长的反应停留时间，使得催化剂用量较大、设备初期投资成本高，难以保障高效的VOCs净化效率；（2）通过进、排气阀切换的方式进行陶瓷体蓄热、放热，换热速率慢，并且陶瓷体蓄热性能差，系统热回收效率低；（3）进、排气阀由于不断切换，不便于设备操作，并且容易造成阀门损坏，需要定期更换维护。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种相变蓄热催化燃烧装置及燃烧方法。

本发明所采用的技术方案是： 一种相变蓄热催化燃烧装置，其技术要点是，包括外壳、T型构件、热管式相变蓄热体及加热炉，其中，T型构件和热管式相变蓄热体相互垂直设置在外壳的腔体内，T型构件的长端将腔体分隔成上下两层，由进气至出气方向腔体依次被划分为进气口、废气预热区、燃烧室、废气放热区及出气口，所述的热管式相变蓄热体上端位于废气预热区、下端位于废气放热区，T型构件的短端与外壳底壁之间密封连接加热炉，且加热炉处于燃烧室内，加热炉内设有高温氧化催化剂；所述的热管式相变蓄热体内壁包裹有不锈钢容器，在不锈钢容器内设有相变蓄热材料，在热管式相变蓄热体下端的外表面还设有低温氧化催化剂。

上述方案中，所述的热管式相变蓄热体为多孔陶瓷棒。

上述方案中，所述的相变蓄热材料为石蜡。

上述方案中，所述的高温氧化催化剂为MnO₂催化剂或Co₃O₄催化剂。

一种相变蓄热催化燃烧方法，其技术要点是，步骤如下：

有机废气经进气口、废气预热区，在燃烧室中被加热至高温氧化催化剂的活化温度，实现部分催化降解；

随后废气进入放热区，部分热量使得热管式相变蓄热体下端负载的低温氧化催化剂活化，进一步催化氧化VOCs；

废气中的热量通过热管式相变蓄热体内部包裹的不锈钢容器传递给相变蓄热材料，使之相变汽化，带走废气中的热量；