本发明涉及固体废弃物气化产生的废气处理领域，具体涉及一种可联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的装置与工艺。
背景技术：
二噁英(dioxin，dxn)，化学名为二氧杂环乙烷，是一类具有很强的化学稳定性和热稳定性的有机污染物，在自然条件下很难被降解。二噁英通常伴随着废弃物焚烧产生，其成分具有致癌、致畸、致突变等作用。
目前控制二噁英排放的方法主要有填埋法、堆肥法及焚烧法。其中，填埋法虽然操作简单、适应性广，但是其浪费土地资源，而且存在潜在的二次污染堆肥处理周期长，且处理量小，产品难销；焚烧法处理量大，回收能源特性好，但也存在一些不足,如很难控制二噁英、重金属等污染物的排放，残渣量相对较大，灰渣难以综合利用等。
目前控制废弃物气化气中二噁英的方法主要有两种：活性炭吸附法和催化降解法。其中，活性炭吸附法是将二噁英转化到固体上，因此，还需对吸附剂进行处理，这样就大大加大了使用的成本。而催化降解方法可以将二噁英降解成氯化氢，是使用较多的方法。降解二噁英的主要催化剂大致可分为两种：贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂，贵金属催化剂副产物较多，造成污染，并价格昂贵，增加了成本，因此不适合大量开发。而过渡金属催化剂是研究的热点，研究者们做了大量的尝试，且在该领域也取得了一定的进展。
现有技术中关于催化降解法去除二噁英的研究主要有：
cn109225207a公开了一种脱二噁英的催化剂，包括载体为tio2，活性成分为v2o5、wo3、ceo2和mno2，从而形成了多元的金属原子簇，降低反应所需的活化能，从而提高了脱除二噁英效果；其次，二氧化硅占催化剂总量1.0～5.0％，这样催化剂的催化效果不仅能够保持在较佳的状态，同时也强化了催化剂的耐磨强度、抗压强度等机械性能。
然而，单单通过上述的催化剂来脱除二噁英还存在一定的弊端，即：在废弃物气化气中，除了含有co、ch4和h2外，还携带较多的粉尘颗粒，而在催化剂催化过程中，如不对原料气中的粉尘进行去除，其会影响对二噁英的处理效率，而且会堵塞设备，容易降低催化剂的使用寿命。为此，相关研究者们发现，先对原料气(同废弃物气化气)进行脱尘处理，再对脱尘后的原料气通过催化剂降解法除去二噁英。
如cn104075586b公开了一种协同脱除粉尘及二噁英的工艺及设备，该工艺将电炉狗窝密闭罩内的四孔排烟烟气、狗窝烟气、屋顶罩烟气分为3条通道进行同时处理，具体包括：四孔排烟烟气和狗窝烟气在引风机ⅰ的作用下分别经通道ⅰ、通道ⅱ后汇合降温，再引入除尘器ⅰ；在除尘器ⅰ处，四孔排烟烟气和狗窝烟气中的颗粒粉尘在除尘器ⅰ的滤袋表面过滤再经催化剂粉末降解，最后经由烟囱ⅰ排出；屋顶罩烟气在引风机ⅱ的作用下经通道ⅲ进入除尘器ⅱ，净化粉尘颗粒后由烟囱ⅱ排入大气。该工艺可以协同脱除粉尘及二噁英，然而，在该工艺中，原料气需要先通过降温后才能引入除尘器，这样存在的弊端主要有：该过程损失了能耗，后续过程仍需要能量加热。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：不需对原料气进行降温即可除尘，避免原料气在降温过程中再产生二噁英或其它副产物。
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的工艺，该工艺中通过将旋风除尘器设置在径向床内，经过除尘后的气体直接进入填料区内，不需降温即可直接进行催化。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的工艺，依次包括以下步骤：
a、准备所需装置，所述的装置包括径向床和旋风除尘器，在该径向床内自内向外分别设置有内通道、填料区及外通道，所述的旋风除尘器安装在所述的内通道内，所述的旋风除尘器的侧部连接有进料口，所述的旋风除尘器包括位于上部的筒形体和位于下部的锥形体，所述的筒形体的顶部设置有出气口，经所述的进料口进入的废弃物气化气经所述的旋风除尘器除尘；
靠近填料区一侧的内通道壁上和外通道壁上均设置有通气孔，所述的填料区内设置有复合氧化物催化剂；
b、废弃物气化气通过与旋风除尘器侧部连接的进料口水平进入，废弃物气化气的进气温度≥800℃，废弃物气化气在旋风除尘器内部直接除尘后，除尘后的废弃物气化气首先通过所述的出气口向上排出，经过所述的旋风除尘器除尘后的废弃物气化气通过内通道壁上的通气孔进入所述的填料区内，经过旋风除尘器处理后的固体物由旋风除尘器底部连接的管道送至径向床底部的卸灰口排出；
c、在填料区内经所述的复合氧化物催化剂催化后的气化气通过所述的外通道壁上的通气孔进入所述的外通道内，所述的复合氧化物催化剂为zno-fe2o3-cao；
d、在所述的外通道内聚集的气化气向下运动，从位于所述径向床底部的产品气出口排出。
上述技术方案直接带来的有益技术效果为：
上述工艺所采用的装置，其通过在内通道内设置旋风除尘器，废弃物气化气在高温下直接进入旋风除尘器中脱尘，经过脱尘后的气体水平进入内通道内，在该内通道内直接进入填料区内，在填料区内催化剂的作用下，降解二噁英并同步二次除尘；
上述方案中，更为重要的是，在联合脱除废弃物气化气中二噁英和粉尘的过程中，不需要特别降温，而是直接将高温气化气(不低于800℃)进行除尘，除尘后再高温通过填料区，经过填料区降解二噁英后得到的气体经过外通道，最后经产品气出口排出。
而且，从装置整体结构上来看，旋风除尘器位于内通道内，其节省了占地面积，这种集成式设计模式，值得推广应用。
上述方案中，复合氧化物催化剂为zno-fe2o3-cao，催化剂的选择尤为重要，在我们对比诸多催化剂如五氧化二钒等之后，选定催化剂为zno-fe2o3-cao，该催化剂除了存在制备简单、孔道丰富的优点之外，最为重要的是，zno-fe2o3-cao可以利用废弃物气化气充裕中的h2，通过催化剂的临氢催化降解二噁英与有机氯，可以使得c-cl键定向转化为无机氯，即转化为hcl，通过该催化剂一并将hcl脱除，且少有副产物生成。
也就是说，本发明zno-fe2o3-cao催化剂是双功能催化剂，其活性组分zno和fe2o3主要起到了临氢催化降解二噁英和有机氯的目的，将二噁英和有机氯降解为hcl。同时，cao可以将hcl进行吸附，将hcl矿物质化，从而达到二噁英及有机氯的催化降解的目的。
上述工艺中，高温原料气先经过相关装置进行初次除尘，紧接着在该装置内，不需降温直接进行催化和二次除尘，废弃物气化气直接进入旋风除尘器中，可以确保除尘时处于高温，减少了热量的消耗，保证尽可能小的热量流失，因为在催化过程中，温度在低于700℃时就会发生可逆反应，将有二噁英生成，而在上述方案中，经过除尘后的气体快速进入内通道，并由内通道水平移动进入填料区内，这样较短时间内还可以维持较高温度(800℃-1000℃)，在填料区内保持较高温度进行加氢降解二噁英，活性组分zno-fe2o3可进行二噁英的加氢催化降解。使其降解为hcl。而且，由于选定催化剂zno-fe2o3-cao，该催化剂中的碱性氧化物cao可以与hcl反应，即通过一步法即可将二噁英完全降解催化。
进一步优选，所述的催化剂zno-fe2o3-cao中，zno重量百分含量为15-25％，fe2o3重量百分含量为15-25％，cao重量百分含量为50-70％。
进一步优选，催化剂zno-fe2o3-cao的制备方法为：配制一定比例的zn(no3)2·6h2o，fe2(no3)3·9h2o，ca(no3)6·6h2o与一定量的柠檬酸混合，在一定温度下加热成均匀的溶胶状，在120℃下干燥、煅烧，即得。
进一步优选，在温度为50～70℃时加热成均匀的溶胶状，干燥4～8h。
进一步优选，煅烧温度为400～700℃；催化剂zno-fe2o3-cao中，mzno：mfe2o3：mcao为1:1:1～1:1:5。
本发明的另一目的在于提供一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的装置，其包括：径向床和旋风除尘器，在该径向床内自内向外分别设置有内通道、填料区及外通道，所述的旋风除尘器安装在所述的内通道内，所述的旋风除尘器的侧部连接有进料口，废弃物气化气通过所述的进料口进入，所述的旋风除尘器包括位于上部的筒形体和位于下部的锥形体，所述的筒形体的顶部设置有出气口，经所述的进料口进入的废弃物气化气经所述的旋风除尘器除尘，除尘后的废弃物气化气通过所述的出气口向上排出；
靠近填料区一侧的内通道壁上和外通道壁上均设置有通气孔，经过所述的旋风除尘器除尘后的废弃物气化气通过内通道壁上的通气孔进入所述的填料区内，所述的填料区内设置有复合氧化物催化剂，在填料区内经所述的复合氧化物催化剂催化后的气化气通过所述的外通道壁上的通气孔进入所述的外通道内，在所述的外通道内聚集的气化气向下运动，从位于所述径向床底部的产品气出口排出。
进一步优选，所述的复合氧化物催化剂为zno-fe2o3-cao。
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
(1)本发明工艺所采用的装置，其将旋风除尘器设置在内通道内，整个装置结构简单，集成设计后节约占地面积，通过该装置可以在不降温的同时联合脱除二噁英和粉尘。
(2)本发明工艺，高温废弃物气化气首先从进料口进入旋风分离器，其保持了较高的温度，即在旋风分离器中高温除尘，在高温除尘后的气体水平进入填料区内，通过专门的双功能催化剂对其中的二噁英进行降解，在催化剂降解的过程中填料区还对其进行二次除尘，且该催化剂可通过一步法将其中的氯化氢去除，不存在二次污染。
(3)本发明工艺，容易实现大规模的处理原料气，可推广使用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的装置的结构示意图；
图2为本发明旋风除尘器的结构示意图；
图中：1、进料口，2、产品气出口，3、填料区，4、外通道，5、内通道，6、旋风除尘器，7、出气口，8、卸灰口。
具体实施方式
本发明提出了一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的装置与工艺，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
本发明所需原料均可通过商业渠道购买获得。
本发明催化剂活性的评价方法如下：
气相采用pvc气化气氛。
检测方法：采用色质联用设备进行二噁英有机氯的浓度检测。
评价方法：可以通过前后二噁英含量的变化来得到催化效率。
计算方法如式(1)：
式中：cin为入口二噁英污染物浓度；
cout为出口二噁英污染物浓度，η为催化效率。
本发明一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的装置，结合图1和图2所示，包括径向床，该径向床包括壳体，该壳体中间圆柱形，底部半圆形，其弧形部分位于底部，顶部半圆形，其弧形部分位于顶部，该径向床内部有足够大的空腔，在该空腔内从内到外依次设置筒状的内通道5、位于内通道5外侧的填料区3，及位于填料区3外侧且位于径向床内侧的外通道4，在该径向床的侧部设置有进料口1，进料口1水平设置且其连接在旋风除尘器6的圆柱形侧壁上，在该径向床的底部设置有产品气出口2和卸灰口8，卸灰口8通过管道与旋风除尘器相连接，通过旋风除尘器6分离后的固体物顺着管道从该卸灰口8排出。
此外，旋风除尘器的结构，从外形来看是上宽下窄形设计，如上部为圆柱形，下部为锥形，当废弃物气化气通过进料口进入时，由于旋风分离器内部空间上宽下窄，当经过旋风器分离后粉尘便于落下，处理后的气体则从体积较大的上方区域排出，因此，本发明优选将出气口7设置在旋风除尘器的顶部。
在内通道和填料区、填料区和外通道之间保持连通，可以使得气体通过，主要通过在罐壁上设置气孔的方式来实现，空隙率为0.5，排布方式为规则孔状排布。
本发明所选用的催化剂有zno-fe2o3-cao、zno-fe2o3-mgo、zno-cao和fe2o3-cao。
其中，催化剂zno-fe2o3-cao中，mzno：mfe2o3：mcao选择为1:1:1、1:1:2、1:1:3、1:1:4、1:1:5，研究发现不同的质量配比其影响二噁英的催化效率(具体见实施例1—实施例5)。
本发明中联合脱除二噁英和粉尘的具体方法为:
首先，废弃物气化气通过与旋风除尘器顶部连接的进料口水平进入，废弃物气化气的进气温度≥800℃，废弃物气化气在旋风除尘器内部直接除尘后，气体从内通道水平进入填料区，经过旋风除尘器处理后的固体物由旋风除尘器底部连接的管道送至径向床底部的卸灰口排出；
其次，在填料区内复合氧化物催化剂的作用下，气体从填料区水平进入外通道内；
最后，外通道内聚集的气体从所述的径向床底部设置的产品气出口排出。
实施例1：
配制一定比例的zn(no3)2·6h2o，fe2(no3)3·9h2o，ca(no3)6·6h2o与一定量的柠檬酸混合，在60℃下加热成均匀的溶胶状，在120℃下干燥6h，得到产物600℃煅烧2h，最终得到zno-fe2o3-cao复合氧化物催化剂。其中mzno：mfe2o3：mcao＝1:1:1；
催化剂置于填料区内部，气化气通过旋风除尘器经填料区处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英与有机氯催化效率约为90.85％。
实施例2：
配制一定比例的zn(no3)2·6h2o，fe2(no3)3·9h2o，ca(no3)6·6h2o与一定量的柠檬酸混合，在60℃下加热成均匀的溶胶状，在120℃下干燥6h，得到产物600℃煅烧2h，最终得到zno-fe2o3-cao复合氧化物催化剂。其中mzno：mfe2o3：mcao＝1:1:2
催化剂置于填料区内部，气化气通过旋风除尘器经填料区处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英与有机氯催化效率约为93.23％。
实施例3：
配制一定比例的zn(no3)2·6h2o，fe2(no3)3·9h2o，ca(no3)6·6h2o与一定量的柠檬酸混合，在60℃下加热成均匀的溶胶状，在120℃下干燥6h，得到产物600℃煅烧2h，最终得到zno-fe2o3-cao复合氧化物催化剂。其中mzno：mfe2o3：mcao＝1:1:3；
催化剂置于填料区内部，气化气通过旋风除尘器经填料区处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为95.71％。
实施例4：
配制一定比例的zn(no3)2·6h2o，fe2(no3)3·9h2o，ca(no3)6·6h2o与一定量的柠檬酸混合，在60℃下加热成均匀的溶胶状，在120℃下干燥6h，得到产物600℃煅烧2h，最终得到zno-fe2o3-cao复合氧化物催化剂。其中mzno：mfe2o3：mcao＝1:1:4；
催化剂置于填料区内部，气化气通过旋风除尘器经填料区处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为86.74％。
实施例5：
配制一定比例的zn(no3)2·6h2o，fe2(no3)3·9h2o，ca(no3)6·6h2o与一定量的柠檬酸混合，在60℃下加热成均匀的溶胶状，在120℃下干燥6h，得到产物600℃煅烧2h，最终得到zno-fe2o3-cao复合氧化物催化剂。其中mzno：mfe2o3：mcao＝1:1:5；
催化剂置于填料区内部，气化气通过旋风除尘器经填料区处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为85.83％。
从上述实施例1-实施例5可知，当mzno：mfe2o3：mcao＝1:1:3时，对二噁英的催化效率最好。
实施例6：
与实施例3不同之处在于：在催化剂zno-fe2o3-cao的制备中，控制煅烧温度为400℃，对本实施例制备得到的zno-fe2o3-cao进行催化实验。
催化实验方法为：
将催化剂置于填料区内部，气化气通过旋风除尘器经填料区处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为89.85％。
实施例7：
与实施例3不同之处在于：在催化剂zno-fe2o3-cao的制备中，控制煅烧温度为500℃，对本实施例制备得到的zno-fe2o3-cao进行催化实验。
催化实验方法为：
将催化剂置于填料区内部，气化气通过旋风除尘器经填料区处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为89.76％。
实施例8：
与实施例3不同之处在于：在催化剂zno-fe2o3-cao的制备中，控制煅烧温度为700℃，对本实施例制备得到的zno-fe2o3-cao进行催化实验。
催化实验方法为：
将催化剂置于填料区内部，气化气通过旋风除尘器经填料区处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为92.63％。
从上述实施例6、实施例7、实施例8可知，适应的煅烧温度为600℃。
下面表1示出了进料气未通过本发明装置各气体组分浓度组成，表2提供进料气通过本发明装置各气体组分浓度组成(使用的实施例3制备得到的催化剂)。
表1
表2
对比例1：
与实施例3不同之处在于：在催化剂的制备中，将ca(no3)6·6h2o换成同等浓度的mg(no3)6·6h2o，其他条件不变，制得zno-fe2o3-mgo催化剂，对本实施例制备得到的zno-fe2o3-mgo进行催化实验。
催化剂置于径向床内部，气化气通过旋风除尘器经径向床处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为81.71％。
将废弃物气化气通过径向床(含有上述实施例3制备得到的催化剂)和径向床(对比例1催化剂)各气体组分浓度进行对比，如表3所示。
表3
从上述对比例1可知，mgo去除hcl的能力并不强。不适合用作hcl的矿物质化。
对比例2：
与实施例3不同之处在于：在催化剂的制备中，不添加fe2(no3)3·9h2o，其他条件不变，制得zno-mgo催化剂，对本实施例制备得到的zno-mgo进行催化实验。
催化剂置于径向床内部，气化气通过旋风除尘器经径向床处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为90.37％。
将废弃物气化气通过径向床(含有上述实施例3制备得到的催化剂)和径向床(对比例2催化剂)各气体组分浓度进行对比，如表4所示。
表4
对比例3：
与实施例3不同之处在于：在催化剂的制备中，不添加zn(no3)2·6h2o，其他条件不变，制得fe2o3-mgo催化剂，对本实施例制备得到的fe2o3-mgo进行催化实验。
催化剂置于径向床内部，气化气通过旋风除尘器经径向床处理后，以得到二噁英及有机氯催化效率。实验结果为二噁英催化效率约为83.27％。
将废弃物气化气通过径向床(含有上述实施例3制备得到的催化剂)和径向床(对比例3催化剂)各气体组分浓度进行对比，如表5所示。
表5
从上述对比例可知，单纯zno和fe2o3的活性组分催化降解二噁英及有机氯的性能不如二者共同作为活性组分。
本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。
1.一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的工艺，其特征在于，依次包括以下步骤：
a、准备所需装置，所述的装置包括径向床和旋风除尘器，在该径向床内自内向外分别设置有内通道、填料区及外通道，所述的旋风除尘器安装在所述的内通道内，所述的旋风除尘器的侧部连接有进料口，所述的旋风除尘器包括位于上部的筒形体和位于下部的锥形体，所述的筒形体的顶部设置有出气口，经所述的进料口进入的废弃物气化气经所述的旋风除尘器除尘；
靠近填料区一侧的内通道壁上和外通道壁上均设置有通气孔，所述的填料区内设置有复合氧化物催化剂；
b、废弃物气化气通过与旋风除尘器侧部连接的进料口水平进入，废弃物气化气的进气温度≥800℃，废弃物气化气在旋风除尘器内部直接除尘后，除尘后的废弃物气化气首先通过所述的出气口向上排出，经过所述的旋风除尘器除尘后的废弃物气化气通过内通道壁上的通气孔进入所述的填料区内，经过旋风除尘器处理后的固体物由旋风除尘器底部连接的管道送至径向床底部的卸灰口排出；
c、在填料区内经所述的复合氧化物催化剂催化后的气化气通过所述的外通道壁上的通气孔进入所述的外通道内，所述的复合氧化物催化剂为zno-fe2o3-cao；
d、在所述的外通道内聚集的气化气向下运动，从位于所述径向床底部的产品气出口排出。
2.根据权利要求1所述的一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的工艺，其特征在于：所述的催化剂zno-fe2o3-cao中，zno重量百分含量为15-25％，fe2o3重量百分含量为15-25％，cao重量百分含量为50-70％。
3.根据权利要求2所述的一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的工艺，其特征在于：催化剂zno-fe2o3-cao的制备方法为：配制一定比例的zn(no3)2·6h2o，fe2(no3)3·9h2o，ca(no3)6·6h2o与一定量的柠檬酸混合，在一定温度下加热成均匀的溶胶状，在120℃下干燥、煅烧，即得。
4.根据权利要求3所述的一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的工艺，其特征在于：在温度为50～70℃时加热成均匀的溶胶状，干燥4～8h。
5.根据权利要求4所述的一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的工艺，其特征在于：煅烧温度为400～700℃；催化剂zno-fe2o3-cao中，mzno：mfe2o3：mcao为1:1:1～1:1:5。
6.一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的装置，其包括径向床和旋风除尘器，其特征在于：
在该径向床内自内向外分别设置有内通道、填料区及外通道，所述的旋风除尘器安装在所述的内通道内，所述的旋风除尘器的侧部连接有进料口，废弃物气化气通过所述的进料口进入，所述的旋风除尘器包括位于上部的筒形体和位于下部的锥形体，所述的筒形体的顶部设置有出气口，经所述的进料口进入的废弃物气化气经所述的旋风除尘器除尘，除尘后的废弃物气化气通过所述的出气口向上排出；
靠近填料区一侧的内通道壁上和外通道壁上均设置有通气孔，经过所述的旋风除尘器除尘后的废弃物气化气通过内通道壁上的通气孔进入所述的填料区内，所述的填料区内设置有复合氧化物催化剂，在填料区内经所述的复合氧化物催化剂催化后的气化气通过所述的外通道壁上的通气孔进入所述的外通道内，在所述的外通道内聚集的气化气向下运动，从位于所述径向床底部的产品气出口排出。
7.根据权利要求6所述的一种用于联合脱除废弃物气化气中二噁英与粉尘的装置，其特征在于：所述的复合氧化物催化剂为zno-fe2o3-cao。
技术总结