本发明属于环境保护和低品位资源利用领域。将低热值(含可燃成分，但浓度低，一般可燃组份含量小于15%)的工业尾气经完全催化氧化净化后达标排放，同时充分回收利用其能量，达到减排、节能的目的。
背景技术：
对于高热值、高浓度的工业尾气，可以通过增压后返回系统再利用、或作为其它化工的原料使用、或作为燃料直接使用的方法加以利用。
而对于低热值、低浓度工业尾气，增压回用或作原料使用的意义不大。且由于其热值较低，不能直接点燃或者虽能直接点燃，但无法实现稳定燃烧，作为燃料使用存在较多问题。如何实现其环保、经济利用，一直是业界不懈研究的问题。
在低热值、低浓度工业尾气中，一般可燃组份co、h2、hc（烷、炔、烯、苯、醚、酚、酯、醇及其衍生物等）的总热值小于2500kj/nm3。由于其有效成分较低，且其它惰性气体（如n2、co2等）含量相对较高，若回收利用，则处理成本过高，经济性差；若作为燃气利用，又很难实现稳定可靠的燃烧。现有技术中，工业企业基本都采用直接放空或者伴烧后放空的方式来处理这类工业尾气。造成这类工业尾气无法达标排放，污染环境的同时，还浪费了能量（热能和压力势能）。随着催化剂技术的发展，催化净化方法开始用于工业尾气的处理。如cn102974216a公开的“工业尾气中一氧化二氮的炭催化还原处理方法”和cn104624223a公开的“一种用于工业尾气净化的连续脱砷碳化剂及其制备方法”，仍未能解决低热值、低浓度工业尾气的催化净化及能量利用问题。此外，利用催化净化方法处理低热值、低浓度工业尾气，现有技术的颗粒状催化剂不耐磨损、寿命短（仅3年左右），阻力高，空速低（5000h-1以内），催化剂在缺氧工况状态下，积碳问题致使催化剂寿命缩短，而处理积碳问题的催化剂再生工艺使催化燃烧流程变得复杂，投资增大，催化剂的适应性相对较弱，尾气中的可燃成分得不到有效氧化。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种低热值工业尾气催化氧化净化及能量利用方法及装置，其将低热值、低浓度工业尾气分次与压缩空气混合、分级进行完全催化氧化。在催化反应器中，始终保持过氧状态，使这类工业尾气中的可燃组份通过催化作用进行完全氧化反应，再针对尾气热值和压力的不同，对尾气的能量加以充分的回收利用。该方法克服了现有技术存在的诸多不足之处，提出了一种有效解决低热值工业尾气的催化净化及能量利用的新技术方案。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种低热值工业尾气催化净化及热量利用的方法，其与现有技术的突出区别在于：将流量为500～40000nm3/h，压力为40～2000kpag，温度为常温，总可燃组份含量为5～15%的工业尾气先分流34%，与来自空气压缩机，过量系数为1.05～1.5的压缩空气进行充分混合，由启动加热器加热至180～350℃后，送入催化反应器第一级进行催化氧化反应，净化后混合气体被加热到400～600℃，送入余热锅炉，回收利用热量，剩余的工业尾气再分流50%，与经第一级换热后的混合气体充分混合，控制温度为180～350℃，送入催化反应器第二级进行催化氧化反应，净化后混合气体被加热到400～600℃，送入余热锅炉，回收利用热量，最后50%的工业尾气与经第二级换热后的混合气体充分混合，控制温度为180～350℃，送入催化反应器第三级进行催化氧化反应，净化后混合气体被加热到400～600℃，回送入热交换器加热压缩空气至180～350℃后，关停启动加热器，最终净化后的混合气体经热量利用设备后达标排放至大气。
基于上述方法的一种低热值工业尾气催化净化及热量利用的装置，由空气压缩机、热交换器、启动加热器、多级结构的催化反应器、催化剂、除尘净化器、余热锅炉、热量利用设备和配套的检测控制元器件构成，其与现有技术的突出区别在于：低热值、低浓度工业尾气管道与压缩空气管道相连后，接入热交换器的入口，热交换器的出口接启动加热器后与催化反应器第一级输入口相连，催化反应器的第一级输出口与余热锅炉的入口相连，余热锅炉的出口再与低热值、低浓度工业尾气管道相连后，接入催化反应器的第二级输入口，催化反应器的第二级输出口与余热锅炉的入口相连，余热锅炉的出口又与低热值、低浓度工业尾气管道相连后，接入催化反应器的第三级输入口，如此重复，直至催化反应器的末级输出口与热交换器的入口相连，热交换器的出口与热量利用设备的入口相连。热量利用设备的出口与大气相连。
该方法和装置处理低热值工业尾气具备如下优点：
1）采用尾气分次加入到空气的工艺，保障可燃气体的含量在爆炸下线以下的安全浓度范围以内，保证装置运行的安全性，保证催化反应器各床层催化剂的温度运行在安全温度线以下，整个催化反应始终处于过氧状态，有效降低或解决催化剂积碳问题；
2）催化剂采用蜂窝式整装结构，空速较高（10000-40000h-1）、阻力低、抗破损和磨损能力强、使用寿命长；
3）根据尾气可燃成分的不同，调整相应的催化剂活性组份配方，增强催化剂对尾气中多组份的共催化氧化，装置的环保性能和能量回收率大大提高；
4）根据尾气压力的高低差异，根据工厂实际情况可采用灵活多样的的能量回收利用方式，出末级反应器后压力对于0.6mpag的，采用发电的方式回收热量及压力能，压力低于0.6mpag，采用废热锅炉副产蒸汽回收热量，或回收部分热量和压力势能（充分利用富裕的热量和压力势能）后用于物料的干燥或加温；
5）可以根据尾气量和热值的高低分为一级或多级进行反应，配置灵活，经济适用；
6）第一、二级反应的热量用于生产蒸汽、第三级反应的热量用于加热第一级入口气体，便于第二、三级入口温度和反应温度的调节和控制，操作灵活，安全稳定性较高。
本发明有效地解决了现有技术中低热值工业尾气处理成本高，经济性差，不能稳定燃烧，很难用于工业化设备，直接放空或者伴烧后放空造成超标排放，不仅污染环境，而且还浪费能源的低热值的难题，实现了工业尾气的环保达标排放和高效利用低热值、低浓度资源的双重功效。
下面结合附图和实施例对本发明进行阐述。
附图说明
图1是本发明的原理及结构示意图。
具体实施方式：
下述实施例旨在进一步详细描述和解释本发明，而不是以任何方式限定本发明。本领域普通技术人员对本发明所作的任何简单改进和替换，均应落入本发明的保护范围之内。
实施例1：
流量为500nm3/h，压力为41kpag，温度为35℃，可燃组份为5%的不含尘尾气，与空气压缩机总管来的300nm3/h，压力为40kpag空气充分混合后，经启动加热器加热至350℃，送入催化反应器进行完全催化氧化后被加热至489℃，反应后的高温混合气体从反应器出口引出，进入反应器入口加热器将入口气体加热至360℃，自身被冷却后排放至大气。出催化反应器的混合气各项成分指标达到国家排放要求。由于气量小、压力低、无能量回收价值。
实施例2：
流量为24000nm3/h，压力为200kpag，温度为25℃，总可燃组分为11%工业尾气，分流8000nm3/h与空气压缩机总管来的15500nm3/h，压力为210kpag空气充分混合后，经启动加热器加热至220℃，送入催化反应器第一级进行完全催化氧化反应，混合气体被净化的同时，反应热将混合气体加热到583℃，出第一级反应后的高温气体经余热锅炉，回收利用热量，副产蒸汽，温度降至370℃，再分流剩余尾气的8000nm3/h与第一级出口换热后的混合气充分混合，送入催化反应器第二级进行完全催化氧化反应，混合气体被净化的同时，反应热将其混合气体加热到580℃。出第二级反应后的高温气体通过余热锅炉，回收利用热量，副产蒸汽，自身被冷却至330℃，再引入最后剩余的全部尾气8000nm3/h与第二级出口换热后的混合气充分混合，送入催化反应器第三级进行完全催化氧化反应，混合气体被净化的同时，反应热将其混合气体加热到580℃。第三级出口的高温气体引入第一级入口换热器用于加热第一级入口气体至230℃（达到启活温度，关停启动加热器），第三级出口气体自身被冷却，经热量利用设备，用于物料干燥后达标排放至大气。
实施例3：
流量为40000nm3/h，压力为2000kpag，温度为23℃，总可燃组分为15%的工业尾气，分流13000nm3/h与空气压缩机总管来的25500nm3/h，压力为2000kpag空气充分混合后，经启动加热器加热至235℃，送入催化反应器第一级进行完全催化氧化反应，混合气体被净化的同时，反应热将混合气体加热到590℃。出第一级反应后的高温气体经余热锅炉，回收利用热量，副产蒸汽，温度降至310℃，再分流剩余尾气的13000nm3/h与第一级出口换热后的混合气充分混合，送入催化反应器第二级进行完全催化氧化反应，混合气体被净化的同时，反应热将其混合气体加热到596℃。出第二级反应后的高温气体通过余热锅炉，回收利用热量，副产蒸汽，自身被冷却至350℃，再引入最后剩余的全部尾气14000nm3/h与第二级出口换热后的混合气充分混合，送入催化反应器第三级进行完全催化氧化反应，混合气体被净化的同时，反应热将其混合气体加热到594℃。出第三级反应后的高温气体经第一级入口换热器用于加热第一级入口气体至240℃（达到启活温度，关停启动加热器），自身被冷却到350℃后，第三级出口气体自身被冷却，用于发电后达标排放，也可经热量利用设备，用于物料干燥后达标排放至大气。
基于上述方法的一种低热值工业尾气催化净化及热量利用的装置，由空气压缩机1、热交换器2、启动加热器3、多级结构的催化反应器4、催化剂5、除尘净化器6、余热锅炉7、热量利用设备8和配套的检测控制元器件构成，低热值、低浓度工业尾气管道与压缩空气管道相连后，接入热交换器2的入口，热交换器2的出口接启动加热器3后与催化反应器4第一级输入口相连，催化反应器4的第一级输出口与余热锅炉7的入口相连，余热锅炉7的出口再与低热值、低浓度工业尾气管道相连后，接入催化反应器4的第二级输入口，催化反应器4的第二级输出口与余热锅炉7的入口相连，余热锅炉7的出口又与低热值、低浓度工业尾气管道相连后，接入催化反应器4的第三级输入口，如此重复，直至催化反应器4的末级输出口与热交换器2的入口相连，热交换器2的出口与热量利用设备8的入口相连。热量利用设备8的出口与大气相连。
将低热值、低浓度工业尾气加入到压缩空气中，使整个催化净化过程处于过氧反应状态，有效降低或解决催化剂的积碳问题，根据低热值、低浓度工业尾气成分的不同，催化反应器的级数可为一级或多级（取决于出口处混合气体的热值和氧含量，热值高，允许的氧含量低时，级数就多，反之亦然），以增强催化剂对尾气中多组份的催化氧化反应的适应性，配套的检测控制元器件用于控制每一级反应器的出口温度，保证催化剂运行在允许的工作温度内，整套装置的环保性能、安全性能和热量回收利用率大大提高。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。