專利名稱：一種低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工業(yè)尾氣處理裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國處于重化工時(shí)代，每年因工業(yè)生產(chǎn)排放大量的有機(jī)廢氣，目前我國的工業(yè)污染已處于環(huán)境承載的極限，需要加大環(huán)境治理的力度。有機(jī)廢氣是石油化工、輕工、塑料、印刷、涂料、制藥等行業(yè)排放的常見污染物，其中含有烴類化合物(芳烴、烷烴、烯烴)、含氧有機(jī)化合物(醇、酮、有機(jī)酸等)、含氮、硫、商素及含磷有機(jī)化合物等。如對(duì)這些廢氣不加處理， 直接排入大氣將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害人體健康。通常有機(jī)廢氣處理方法有兩種一是非破壞性回收利用技術(shù)，即通過溫度、壓力等改變使有機(jī)廢氣富集分離，如吸附法、溶液吸收法、冷凝法及膜分離法等常規(guī)方法，這些方法僅適用于高濃度、比較昂貴、有回收價(jià)值的有機(jī)廢氣富集凈化與回收利用，目前通用的變壓吸附法在回收過程中始終有一股馳放氣需要排放，致使回收不徹底。二是破壞性技術(shù)， 即通過化學(xué)、物理或生物技術(shù)使有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)化為C02、H2O及其它如氯化氫等無毒或毒性小的無機(jī)物，例如光催化、脈沖電暈、生物降解、直接燃燒和催化燃燒。光催化、脈沖電暈、生物降解等方法要么效率低，要么運(yùn)行成本高而難以廣泛使用。直接燃燒法僅適用于高濃度的可燃廢氣，該方法造成資源和能源巨大浪費(fèi)，同時(shí)產(chǎn)生二惡英、NOx等副產(chǎn)物，以及黑煙、噪音及不完全燃燒產(chǎn)生的異味，從而對(duì)環(huán)境造成二次污染。而催化燃燒法的優(yōu)點(diǎn)有1)與直接燃燒法相比，起燃溫度低、能耗低；2)凈化效率高；3)無二次污染，更環(huán)保；4)設(shè)備體積小， 可操作性強(qiáng)；5)適用范圍廣，可適用多種行業(yè)低濃度、多組分、無回收價(jià)值的廢氣處理。催化燃燒既是一種低濃度有機(jī)廢氣的理想方法，也是有機(jī)可燃廢氣處理技術(shù)發(fā)展的方向。有機(jī)可燃?xì)怏w體積百分含量一般高于5%才能被點(diǎn)燃或維持燃燒。對(duì)于低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w的處理，目前國際上公認(rèn)的最有效方法是將預(yù)熱、反應(yīng)和熱量回收集成在一個(gè)設(shè)備內(nèi)的流向變換催化氧化技術(shù)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)過程的高效耦合與強(qiáng)化反應(yīng)的動(dòng)態(tài)操作， 使熱量自維持的可燃物濃度降至傳統(tǒng)燃燒技術(shù)的10%。1938年，Cottrell最先提出流向變換催化燃燒技術(shù)，上世紀(jì)70 80年代 Boreskov和Matros進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬。近年來，國外已有一些工業(yè)化裝置，如1989年 Kemerovo利用該技術(shù)處理樹脂生產(chǎn)排放的還甲醇、苯酚、甲醛廢氣。逆流燃燒技術(shù)可分為熱逆流反應(yīng)(TFRI )和催化逆流反應(yīng)(CFRR)。熱逆流反應(yīng)以總部設(shè)在瑞典的MEGTEC公司開發(fā)的V0CSIDIZER技術(shù)為代表，催化劑逆流氧化以加拿大礦物與能源技術(shù)中心開發(fā)出的CH4MIN技術(shù)為代表。這兩個(gè)技術(shù)均要求進(jìn)入反應(yīng)器中的氣體不斷變換流動(dòng)方向，使氣體在蓄熱氧化床中吸熱升溫，以保證氧化過程的自維持。MEGTEC公司最初開發(fā)TFRR技術(shù)主要用于處理低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w，在全球共銷售了 600余套裝置。TFRR在處理低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w時(shí)，需要補(bǔ)充添加天然氣以維持運(yùn)行。MEGTEC公司后來將該技術(shù)改進(jìn)用于處理礦井乏風(fēng)瓦斯，處理乏風(fēng)瓦斯技術(shù)的工藝方式是先用電將陶瓷床中心部分加熱到1000°C，然后將礦井乏風(fēng)通入陶瓷床，在800°C
31000°C的高溫下，礦井乏風(fēng)中的甲烷在陶瓷床中部迅速氧化釋放熱量，通過熱交換，熱量被傳遞到陶瓷床材料的周圍，利用這些熱量可以生產(chǎn)蒸汽和熱水，產(chǎn)生的蒸汽可以進(jìn)一步推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，熱水可用于取暖。加拿大礦物與能源技術(shù)中心開發(fā)了專門處理礦井乏風(fēng)的催化逆流反應(yīng)器 (CH4MIN)技術(shù)。該技術(shù)是在催化劑的作用下，促使乏風(fēng)混合氣體的溫度升高到足以讓甲烷發(fā)生氧化的程度，從而產(chǎn)生熱量，通過利用這種熱量達(dá)到利用乏風(fēng)瓦斯的目的。國內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu)對(duì)低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w和煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化技術(shù)進(jìn)行了研究。典型的如中國專利ZL200820081956. X公開的煤礦乏風(fēng)甲烷氧化裝置和中國專利 200910082886. 8公開的一種處理煤礦礦井乏風(fēng)氣中的低濃度甲烷的設(shè)備及其方法。技術(shù)原理類似于MEGTEC公司的VOCSIDIZER (TFRR)技術(shù)和加拿大礦物與能源技術(shù)中心開發(fā)的 CH4MIN (CFRR)技術(shù)。TFRR技術(shù)反應(yīng)裝置的換熱器位于蓄熱陶瓷中心位置，長(zhǎng)期處于高溫區(qū)會(huì)使換熱器強(qiáng)度下降，壽命變短，且800°C 1000°C的高溫易產(chǎn)生NOx，造成二次污染。CFRR技術(shù)較好的解決了二次污染問題，是低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w的有效處理方式，但如何高效的利用反應(yīng)熱并在處理極低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w時(shí)達(dá)到熱量的自維持進(jìn)而產(chǎn)生高品質(zhì)蒸汽仍是這一技術(shù)的關(guān)鍵所在。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提出一種可以對(duì)極低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w有效處理利用，在保證熱量自維持條件下無二次污染，能高效回收利用熱能的尾氣處理裝置，且設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，使用壽命長(zhǎng)。本實(shí)用新型目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，包括相連的反應(yīng)裝置和蒸汽發(fā)生裝置，所述反應(yīng)裝置內(nèi)兩端設(shè)有第一、二換熱器，第一、二換熱器間依次設(shè)有加熱器和蓄熱裝置，蓄熱裝置內(nèi)還裝填有催化劑，所述第一換熱器、加熱器、蓄熱裝置、第二換熱器相通構(gòu)成反應(yīng)裝置的內(nèi)部氣體通道，并通過第一、二換熱器各自與反應(yīng)裝置上的第一、 二氣體進(jìn)出口相連進(jìn)而與外部氣體通道連通，所述外部氣體通道為可切換外部氣體進(jìn)出反應(yīng)裝置流向的流向變換控制管路，所述流向變換控制管路設(shè)有冷氣體進(jìn)口和熱氣體出口， 其熱氣體出口進(jìn)一步與所述蒸汽發(fā)生裝置的氣體進(jìn)口相連；所述第一、二換熱器間連通蒸汽管路，且其一換熱器與蒸汽發(fā)生裝置的蒸汽出口相連，另一換熱器與蒸汽發(fā)生裝置的蒸汽進(jìn)口相連構(gòu)成蒸汽通道，所述蒸汽發(fā)生裝置還設(shè)有過熱蒸汽出口、流體進(jìn)口和氣體出口。作為優(yōu)選方式，所述蒸汽發(fā)生裝置由多個(gè)換熱裝置串聯(lián)組成。作為優(yōu)選方式，所述換熱裝置為第三、四換熱器及余熱鍋爐，所述反應(yīng)裝置的熱氣體出口依次連通第三換熱器、 余熱鍋爐、第四換熱器及氣體出口，所述流體進(jìn)口依次連通第四換熱器、余熱鍋爐及蒸汽出口，所述蒸汽進(jìn)口依次連通第三換熱器、過熱蒸汽出口。作為優(yōu)選方式，所述余熱鍋爐氣體進(jìn)口端設(shè)有第三溫度傳感器。作為優(yōu)選方式，所述流向變換控制管路包括管路及其上的閥門和控制單元，其由主管路和第一、二支管路組成，主管路閥門連通冷氣體進(jìn)口和第一、二支管路，第一支管路閥門連通第一氣體進(jìn)出口進(jìn)而閥門連通第二氣體進(jìn)出口與熱氣體出口，第二支管路閥門連通第二氣體進(jìn)出口進(jìn)而閥門連通第一氣體進(jìn)出口與熱氣體出口。作為優(yōu)選方式，所述主管路至第一、二氣體進(jìn)出口間的第一、二支管路上還分別設(shè)有三通閥連通一冷卻管至反應(yīng)裝置內(nèi)。作為優(yōu)選方式，所述主管路上還設(shè)有流量計(jì)。作為優(yōu)選方式，所述反應(yīng)裝置內(nèi)蓄熱裝置與催化劑之間分別設(shè)置有第一、二溫度傳感器。工作過程為有機(jī)可燃?xì)怏w燃燒過程中的主要反應(yīng)為CA舉辱(n>li >M>0)由于有機(jī)物與氧反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，有機(jī)可燃?xì)怏w與氧反應(yīng)放出大量熱，通過特殊的反應(yīng)器設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱的自維持并產(chǎn)生高品質(zhì)蒸汽。本申請(qǐng)技術(shù)方案適用于處理濃度在0. 1 5% (ν/ν)的有機(jī)廢氣，原料氣空速 10000 δΟΟΟΟΙΓ1，反應(yīng)溫度為200 800°C，反應(yīng)后能將有機(jī)可燃?xì)夂棵撝列∮?br> 權(quán)利要求1.一種低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，其特征在于包括相連的反應(yīng)裝置和蒸汽發(fā)生裝置，所述反應(yīng)裝置內(nèi)兩端設(shè)有第一、二換熱器，第一、二換熱器間依次設(shè)有加熱器和蓄熱裝置，蓄熱裝置內(nèi)還裝填有催化劑，所述第一換熱器、加熱器、蓄熱裝置、第二換熱器相通構(gòu)成反應(yīng)裝置的內(nèi)部氣體通道，并通過第一、二換熱器各自與反應(yīng)裝置上的第一、二氣體進(jìn)出口相連進(jìn)而與外部氣體通道連通，所述外部氣體通道為可切換外部氣體進(jìn)出反應(yīng)裝置流向的流向變換控制管路，所述流向變換控制管路設(shè)有冷氣體進(jìn)口和熱氣體出口，其熱氣體出口進(jìn)一步與所述蒸汽發(fā)生裝置的氣體進(jìn)口相連；所述第一、二換熱器間連通蒸汽管路，且其一換熱器與蒸汽發(fā)生裝置的蒸汽出口相連，另一換熱器與蒸汽發(fā)生裝置的蒸汽進(jìn)口相連構(gòu)成蒸汽通道，所述蒸汽發(fā)生裝置還設(shè)有過熱蒸汽出口、流體進(jìn)口和氣體出口。
2.如權(quán)利要求1所述的低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽發(fā)生裝置由多個(gè)換熱裝置串聯(lián)組成。
3.如權(quán)利要求2所述的低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，其特征在于所述換熱裝置為第三、四換熱器及余熱鍋爐，所述反應(yīng)裝置的熱氣體出口依次連通第三換熱器、余熱鍋爐、第四換熱器及氣體出口，所述流體進(jìn)口依次連通第四換熱器、余熱鍋爐及蒸汽出口，所述蒸汽進(jìn)口依次連通第三換熱器、過熱蒸汽出口。
4.如權(quán)利要求3所述的低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，其特征在于所述余熱鍋爐氣體進(jìn)口端設(shè)有第三溫度傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，其特征在于所述流向變換控制管路包括管路及其上的閥門和控制單元，其由主管路和第一、二支管路組成，主管路閥門連通冷氣體進(jìn)口和第一、二支管路，第一支管路閥門連通第一氣體進(jìn)出口進(jìn)而閥門連通第二氣體進(jìn)出口與熱氣體出口，第二支管路閥門連通第二氣體進(jìn)出口進(jìn)而閥門連通第一氣體進(jìn)出口與熱氣體出口。
6.如權(quán)利要求5所述的低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，其特征在于所述主管路至第一、二氣體進(jìn)出口間的第一、二支管路上還分別設(shè)有三通閥連通一冷卻管至反應(yīng)裝置內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，其特征在于所述主管路上還設(shè)有流量計(jì)。
8.如權(quán)利要求1所述的低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，其特征在于所述反應(yīng)裝置內(nèi)蓄熱裝置與催化劑之間分別設(shè)置有第一、二溫度傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w催化氧化裝置及熱量利用系統(tǒng)，屬于工業(yè)尾氣處理裝置領(lǐng)域，包括相連的反應(yīng)裝置和蒸汽發(fā)生裝置，反應(yīng)裝置內(nèi)兩端設(shè)有第一、二換熱器，第一、二換熱器間依次設(shè)有加熱器和蓄熱裝置，蓄熱裝置內(nèi)還裝填有催化劑，第一、二換熱器間連通蒸汽管路，且其一換熱器與蒸汽發(fā)生裝置的蒸汽出口相連，另一換熱器與蒸汽發(fā)生裝置的蒸汽進(jìn)口相連構(gòu)成蒸汽通道，蒸汽發(fā)生裝置還設(shè)有過熱蒸汽出口、流體進(jìn)口和氣體出口。本實(shí)用新型是一種可以對(duì)極低濃度有機(jī)可燃?xì)怏w有效處理利用，在保證熱量自維持條件下無二次污染，能高效回收利用熱能的尾氣處理裝置，且設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)B01D53/44GK202169139SQ20112025246
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者廖炯, 曾健, 毛震波, 鄭珩, 陳耀壯, 馬磊 申請(qǐng)人:西南化工研究設(shè)計(jì)院