[发明专利]一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统及方法

说明书

本发明公开了一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统及方法，该系统包括气体预处理单元、低温等离子体协同催化单元、尾气后处理单元、热能回收单元和监测控制单元组成。本发明采用多种催化剂组合联用，能够明显提高对复杂成分VOCs的整体去除效果；增加自动控制开关在保证最佳电源参数不变的前提下，提高了系统在不同工况下的适应性；增添气体预处理单元，实现对煤化工废气中颗粒物的脱除，大大减轻了对后续处理单元的磨损；加入热能回收单元，对整个系统关键部位的温度进行监测和控制，使得在不同工况下，除尘器、催化剂等仍能够工作在最佳的温度范围内，同时对废气中多余的热量及催化反应生成的热量予以回收利用，进一步提高了整体的能量利用效率。

技术领域

本发明属于煤化工VOCs综合处理技术领域，具体涉及一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统及方法。

背景技术

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)指的是参与大气光化学反应的有机化合物，主要包括：烷烃、不饱和烃、苯系物、醇类、醛酮类、酯类、卤代烃等。其中相当一部分对人体具有较强的致畸、致癌和致突变作用，同时还在可吸入颗粒物(PM 2.5)、臭氧(O₃)等二次污染物形成过程中发挥着重要的作用。鉴于VOCs的这些危害，国家正在积极寻求相关的控制手段。

目前，常见的VOCs控制方式大体可分为两类：一类是预防性控制措施，主要是通过更换原料、改进工艺过程和设备等手段从源头减少VOCs的产生；另一类是末端处理方法，即对已产生的VOCs进行治理。预防性控制措施是相对理想的控制方法，但受限于社会发展、资源条件以及生产技术等原因，很难实现。这使得末端处理成为了现阶段控制VOCs的主要方式。VOCs末端处理方法主要有回收法和降解法两种。回收法主要针对浓度较大且具备相当回收价值和潜力的VOCs，采用物理方法将其回收，主要包括：吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等。降解法主要用于处理回收价值不大、回收难度过高的VOCs，采用生物化学方法将其氧化分解为CO₂、H₂O等无毒或低毒产物，主要有热力燃烧法、催化燃烧法、生物降解法、低温等离子体技术及光催化法等。然而，实际使用过程中发现：不同VOCs处理技术间存在较大差异，实际VOCs去除率普遍低于理论值，且运行过程中波动较大，难以真正实现VOCs的高效脱除；此外，各种VOCs处理技术在实际应用过程中受到了环境因素(空气湿度)、设计参数选取、废气成分、设备维护等诸多因素的影响，使得其潜在处理能力得不到充分发挥。

低温等离子体协同催化技术，结合低温等离子技术与催化燃烧技术的优势，通过气体放电(特别是电晕放电和介质阻挡放电)产生具有大量自由基的高活性低温等离子体激发低温催化氧化反应，使得装置不必工作在600℃左右的高温区，避免了可能因积温导致的催化剂烧结和耐高温材料的使用；另一方面，催化剂的加入强化了气体放电，增加了气体停留时间，大大减少了O₃等有害副产物的生成，并可通过后置式催化剂实现副产物的进一步脱除。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统及方法，实现煤化工VOCs综合处理与热能利用，针对煤化工废气固体颗粒物含量高、温度较高、成分复杂等问题，优化了现有低温等离子体协同催化装置结构，增添气体预处理、监测控制及热能回收单元，实现系统的灵活控制和废气高效净化。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统，包括热能回收单元和监测控制单元，以及依次连接的气体预处理单元、低温等离子体协同催化单元和尾气后处理单元；其中，

气体预处理单元，用于脱除废气中挟带的固体颗粒物，并通过风机增压后，输送至低温等离子体协同催化单元；

低温等离子体协同催化单元，用于借助气体放电产生的低温等离子体激活低温催化氧化反应将VOCs氧化分解为H₂O、CO₂无害物质，并输送至尾气后处理单元；