CN101294709A

CN101294709A - 蓄热式热氧化反应器和低浓度有机废气的净化处理工艺

Info

Publication number: CN101294709A
Application number: CNA2007100400790A
Authority: CN
Inventors: 赵小平; 何军民; 魏生桂; 王锡兵; 张超; 郭韬; 张津驰
Original assignee: DONGHUA ENVIRONMENT ENGINEERING Co Ltd SHANGHAI
Current assignee: DONGHUA ENVIRONMENT ENGINEERING Co Ltd SHANGHAI
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-10-29

Abstract

本发明公开了一种蓄热式热氧化反应器。该反应器主要由焚烧室、蓄热陶瓷层、气体分布室和转阀构成，通过转阀的分配作用，使得焚烧室旋转式进出气，反应器的蓄热－放热－清扫同步进行，没有停顿间歇，反应连续，不会引起波动，最终将低浓度废气中有机物转化成无害的CO₂和H₂O。本发明适用于低浓度有机废气的处理。另外，本发明还公开了一种低浓度有机废气的净化处理工艺。

Description

蓄热式热氧化反应器和低浓度有机废气的净化处理工艺

技术领域

本发明涉及一种蓄热式热氧化反应器；本发明还涉及一种低浓度有机废气的净化处理工艺。

背景技术

对于低浓度有机废气，现有技术中通常采用带有管壳式换热器的焚烧炉和传统的两床式蓄热氧化处理系统来处理。

带有管壳式换热器的焚烧炉燃料费用高，二次污染物NOx生成量大，换热效率相对较低。

中国专利CN2473468Y于2002年01月23日公开了一种蓄热式热氧化器，它主要由蓄热床、与蓄热床顶部连通的燃烧室、自动控制阀等组成，蓄热床底部的自动控制阀分别与进气总管和排气总管相连。蓄热床通过控制阀交替换向，将由燃烧室出来的高温气体热量蓄留，并预热进入蓄热床的有机废气，采用陶瓷蓄热材料吸收、释放热量，热回收率可达到95％以上，废气去除率达到99％以上，解决了能耗高的问题，有效地保护环境。适用于各种流速下中、低浓度大流量的有机废气的治理。

上述两床式蓄热氧化处理器的蓄热床可使热能得到最大限度的回收，热回收率大于90％，每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序，周而复始。但两床式蓄热氧化处理器占地面积大，蓄热室放热后必须引入合格的洁净气对该蓄热室进行清扫，只有待清扫完成后才能进入蓄热程序，两室之间周期性切换，不能连续反应，系统压力波动较大。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题之一是提出一种工艺简单、占地面积小、运行费用低的蓄热式热氧化反应器，用于低浓度有机废气的净化处理。

本发明所要解决的技术问题之二是提出一种使用蓄热式热氧化反应器净化处理低浓度有机废气的工艺。

为了解决上述技术问题之一，本发明提出的蓄热式热氧化反应器包括：

焚烧室，其内部设有燃烧器，加热后的废气在焚烧室内进行氧化反应，将废气中有机物转化成无害的CO₂和H₂O；燃烧器用于提供系统开工时所需热量，以及补充在废气有机物浓度过低时维持系统运行所需热量；

蓄热陶瓷层，其和焚烧室相通，并由挡板平均分成多个腔室，挡板与转阀废气通道上段固定相接，各个腔室内均填充有蓄热陶瓷；蓄热陶瓷层在转阀作用下，用于从高温净化气体集聚热量并将集聚热量传给低温废气；

气体分布室，其设在蓄热陶瓷层下部，由隔板平均分成多个腔室，该多个腔室和蓄热陶瓷层的多个腔室一一对应；隔板与转阀废气通道上段固定相接，其上端与蓄热陶瓷层的挡板一一对应固定相接，其下端和环形挡板垂直连接，该环形挡板与转阀废气通道上段之间的区域形成环形开口，与转阀开口对应相接；气体分布室用于连接转阀通道和蓄热陶瓷层的各个腔室；

转阀，包括固定部分、废气通道和转动部分，并具有和气体分布室环形开口对应相接的开口，固定部分具有外壁，外壁上设有净化气出口和密封气出口；废气通道分成上下两段，上段贯穿焚烧室和蓄热陶瓷层中心，并与外部连接；转动部分具有转子和中心转轴，中心转轴和驱动单元相连，转子由中心圆筒和同心圆筒构成，具有中心圆形通道，中心圆形通道被隔板分为上下两部分，中心圆形通道上部分和同心圆筒之间的环形空间被隔板分成四个扇形通道，其中：

一扇形通道与中心圆形通道上部分构成转阀废气通道下段，具有中心圆形通道上开口和扇形开口，中心圆形通道上开口与转阀废气通道上段同轴可旋转相连，扇形开口与分布室下端的环形开口可旋转相连；另一扇形通道与净化气出口形成净化气通道；另二个扇形通道为密封气通道入口，通过中心圆形通道下部分与密封气出口相连形成密封气通道。转阀用于分配废气和净化气依次进入蓄热陶瓷层放热段和蓄热段。

作为优选技术方案之一，本发明上述蓄热陶瓷层最好由挡板分为高温净化气放热段、低温废气吸热段和密封段三部分，共12个腔室：低温废气吸热段具有5个腔室，高温净化气放热段具有5个腔室，低温废气吸热段和高温净化气放热段以转阀废气通道上段呈轴对称分布；密封段具有2个腔室，以转阀废气通道上段呈轴对称分布。

作为优选技术方案之二，本发明上述气体分布室最好由隔板分为高温净化气通道、低温废气通道和密封气通道三部分，共12个腔室：低温废气通道具有5个腔室，高温净化气通道具有5个腔室，低温废气通道和高温净化气通道以转阀废气通道上段呈轴对称分布；密封气通道具有2个腔室，以转阀废气通道上段呈轴对称分布。

本发明提出的低浓度有机废气的净化处理工艺，包括如下工艺步骤：常压下，来自工厂的低浓度有机废气除尘后进入上述蓄热式热氧化反应器，先经过转阀废气通道上段和下段的废气通道进入陶瓷蓄热层进行预热至700～1200℃，然后进入焚烧室进行热氧化反应，将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水；反应完的净化气再次经过陶瓷蓄热层放热，高温净化气体热量被冷陶瓷吸收，放热回收后的净化气再次经过反应器底部转阀，经过转阀净化气通道排出反应器。

相对于现有技术，本发明的蓄热式热氧化反应器只有一个焚烧室，与蓄热陶瓷层相连，占地面积小。将低浓度有机废气引入本发明的蓄热式热氧化反应器后，通过转阀的分配作用，使得焚烧室旋转式进出气，系统的蓄热-放热-清扫同步进行，没有停顿间歇，反应连续，不会引起波动。本发明低浓度有机废气的净化处理工艺简单、操作方便、设备紧凑、占地面积小、能耗较小、运行成本低，并具有很好的处理效果。

附图说明

图1是本发明低浓度有机废气的净化处理工艺的工艺流程图。

图2是本发明的旋转蓄热式热氧化反应器转阀结构分解图。

图3是本发明的旋转蓄热式热氧化反应器转阀剖面及驱动单元简图。

其中：A为蓄热式热氧化处理器；B为净化气旁路阀；C为风机；1为蓄热陶瓷层；2为分布室；3为转阀；4为焚烧室；5为燃烧器；6为转阀驱动单元；11为挡板；21为隔板；22为环形开口；23为环形挡板；34为中心圆筒；35为同心圆筒；36为转阀中心轴；37为转阀外壁；311为废气入口；312为转阀废气通道下段；321为扇形通道；322为净化气出口；331为密封气入口；332为转阀下端中心圆形通道；333为密封气出口。

具体实施方式

下面结合附图及其实施例对本发明作进一步详细描述。

如图2和3所示，本发明一较佳实施例提出的蓄热式热氧化反应器，包括：

焚烧室4，其内部设有燃烧器5，加热后的废气在焚烧室4内进行氧化反应，将废气中有机物转化成无害的CO₂和H₂O；燃烧器5用于提供系统开工时所需热量，以及补充在废气有机物浓度过低时维持系统运行所需热量；

蓄热陶瓷层1，其和焚烧室4相通，并由挡板11平均分成高温净化气放热段、低温废气吸热段和密封段三部分，共12个腔室：低温废气吸热段具有5个腔室，高温净化气放热段具有5个腔室，低温废气吸热段和高温净化气放热段以转阀废气通道上段311呈轴对称分布；密封段具有2个腔室，以转阀废气通道上段311呈轴对称分布。挡板11与转阀废气通道上段311固定相接，各个腔室内均填充有蓄热陶瓷；蓄热陶瓷层1在转阀作用下，用于从高温净化气体集聚热量并将集聚热量传给低温废气；

气体分布室2，其设在蓄热陶瓷层1下部，由隔板21平均分成高温净化气通道、低温废气通道和密封气通道三部分，共12个腔室：低温废气通道具有5个腔室，高温净化气通道具有5个腔室，低温废气通道和高温净化气通道以转阀废气通道上段呈轴对称分布；密封气通道具有2个腔室，以转阀废气通道上段呈轴对称分布。该12个腔室和蓄热陶瓷层1的12个腔室一一对应；隔板21与转阀废气通道上段311固定相接，其上端与蓄热陶瓷层的挡板11一一对应固定相接，其下端和环形挡板23垂直连接，该环形挡板23与转阀废气通道上段311之间的区域形成环形开口22，与转阀3的开口对应相接；气体分布室1用于连接转阀通道和蓄热陶瓷层1的各个腔室；

转阀3，包括固定部分、废气通道和转动部分，并具有和气体分布室2环形开口22对应相接的开口，固定部分具有外壁37，外壁37上设有净化气出口322和密封气出口333；废气通道分成上下两段，上段311贯穿焚烧室4和蓄热陶瓷层1中心与外部连接；转动部分具有转子和中心转轴36，中心转轴36和驱动单元6相连，转子由中心圆筒34和同心圆筒35构成，具有中心圆形通道，中心圆形通道被隔板分为上下两部分，中心圆形通道上部分和同心圆筒35之间的环形空间被隔板分成四个扇形通道，其中：

一扇形通道与中心圆形通道上部分构成转阀废气通道下段312，具有中心圆形通道上开口和扇形开口，中心圆形通道上开口与转阀废气通道上段311同轴可旋转相连，扇形开口与分布室2下端的环形开口22可旋转相连；另一扇形通道与净化气出口形成净化气通道；另二个扇形通道为密封气通道入口331，通过中心圆形通道下部分与密封气出口相连形成密封气通道。转阀用于分配废气和净化气依次进入蓄热陶瓷层放热段和蓄热段。

如图3所示，本实施例的蓄热式热氧化反应器先利用燃烧器5燃烧燃料气和空气的混合气体产生的热量，给蓄热陶瓷层1的低温废气吸热段提供热量，待蓄热陶瓷完成蓄热，温度达到预定温度后，再经过废气入口311导入低浓度有机废气，低浓度有机废气通过转阀3分配后先经过分布室2分布，再进入已完成蓄热的高温陶瓷层，从高温陶瓷层吸热，温度上升。同时，高温陶瓷层放热，温度降低。在低浓度气体进入焚烧室4时，气体温度达到反应温度开始反应，温度进一步升高。反应后高温净化气再次经过已完成放热的低温陶瓷层，向陶瓷层放热，温度降低。同时，陶瓷层从高温净化气吸热，自身温度升高。净化气通过陶瓷层进入转阀3，通过转阀3分配从净化气出口322排出系统。

在本实施例的蓄热式热氧化反应器运行过程中，转阀3的转动部分由驱动单元6来带动，从密封气出口333出来的密封气经过密封气风机加压后，导入废气入口311进行循环操作。同时，可调节净化气旁路阀，来调节进入低温陶瓷层的高温净化气的流量，通过调节陶瓷层的蓄热量来控制低浓度废气进入焚烧室时的温度。

下面结合附图说明使用上述实施例的蓄热式热氧化反应器净化处理低浓度有机废气。

实施例1

如图1、2和3所示，本发明第一实施例提供的低浓度有机废气旋转蓄热式热氧化处理器A用于处理某石化公司低浓度有机废气，蓄热式热氧化处理器A净化气通道外接有净化气旁路阀B，用于调节控制焚烧室4内温度；密封气通道入口前外接有风机C，用于将密封气引入转阀3及蓄热陶瓷层1密封气通道。

该石化公司低浓度有机废气的工况如表1所示。

表1.某石化公司低浓度有机废气的工况表

首先，利用燃烧器5燃烧燃料气和空气的混合气体产生的热量，给反应器A之蓄热陶瓷层1的蓄热陶瓷提供热量，待蓄热陶瓷完成蓄热，温度达到预定温度850℃后，再导入低浓度有机废气。

低浓度有机废气从焚烧室4上端入口进入蓄热式热氧化反应器A，操作压力为110KPa(A)，操作温度为40℃。经过废气通道311进入转阀3，按一定速度旋转的转阀3把低浓度有机废气送入已蓄热完毕的高温陶瓷层，低温低浓度有机废气被高温陶瓷加热到800℃，进入焚烧室4开始反应。

废气中有机物和O₂反应后，生成CO₂和H₂O，温度升高到860℃，反应后的高温净化气通过另一侧的低温陶瓷，被低温陶瓷吸收热量后，净化气温度降至90～100℃，再次进入转阀3，转阀3把低温净化气送入净化气通道排出热式热氧化反应器。

工作时，陶瓷蓄热层是固定静止的；转阀3是以一定速率旋转，它的3个通道与蓄热陶瓷的12个室对应，这样就可以使冷热气体连续进出反应器。高温净化气、低温有机废气和密封气同时分别通过转阀和蓄热陶瓷的12个室，陶瓷蓄热层1的蓄热、放热、清扫同步进行。最终排出热式热氧化反应器A的净化气温度约为90～100℃，压力约为105KPa(A)，有机物的平均转化率大于98％，蓄热式热氧化反应器的热效率约为96.8％。

实施例2

本发明的第二实施例，低浓度有机废气操作压力为120KPa(A)，操作温度为36℃，流量为30000Nm3/h。低浓度有机废气经已蓄热完成的高温陶瓷加热到820℃后进入焚烧室4进行热氧化反应，温度升高到880℃左右，再对低温陶瓷放热，其余同实施例1。经检测，最终排出热式热氧化反应器A的净化气温度为80～90℃，压力为114KPa(A)，有机物的平均转化率为97.5％～98.5％，蓄热式热氧化反应器的热效率约为96.6％。

实施例3

本发明的第三实施例，低浓度有机废气操作压力为109KPa(A)，操作温度为45℃，流量为10000Nm3/h。低浓度有机废气经已蓄热完成的高温陶瓷加热到810℃后进入焚烧室4进行热氧化反应，温度升高到890℃左右，再对低温陶瓷放热，其余同实施例1。经检测，最终排出热式热氧化反应器A的净化气温度为95～105℃，压力为103KPa(A)，有机物的平均转化率为97.6％～98.8％，蓄热式热氧化反应器的热效率约为97.3％。

实施例4

本发明的第四实施例，低浓度有机废气操作压力为130KPa(A)，操作温度为85℃，流量为40000Nm3/h。低浓度有机废气经已蓄热完成的高温陶瓷加热到820℃后进入焚烧室4进行热氧化反应，温度升高到930℃左右，再对低温陶瓷放热，其余同实施例1。经检测，最终排出热式热氧化反应器A的净化气温度为130～150℃，压力为124KPa(A)，有机物的平均转化率为97.7％～98.4％，蓄热式热氧化反应器的热效率约为96.0％。

实施例5

本发明的第五实施例，低浓度有机废气操作压力为117KPa(A)，操作温度为60℃，流量为65000Nm3/h。低浓度有机废气经已蓄热完成的高温陶瓷加热到810℃后进入焚烧室4进行热氧化反应，温度升高到900℃左右，再对低温陶瓷放热，其余同实施例1。经检测，最终排出热式热氧化反应器A的净化气温度为105～115℃，压力为110KPa(A)，有机物的平均转化率为98.5％～99.0％，蓄热式热氧化反应器的热效率约为96.1％。

实施例6

本发明的第六实施例，低浓度有机废气操作压力为126KPa(A)，操作温度为45℃，流量为82000Nm3/h。低浓度有机废气经已蓄热完成的高温陶瓷加热到825℃后进入焚烧室4进行热氧化反应，温度升高到965℃左右，再对低温陶瓷放热，其余同实施例1。经检测，最终排出热式热氧化反应器A的净化气温度为140～160℃，压力为118KPa(A)，有机物的平均转化率大于98.7％，蓄热式热氧化反应器的热效率约为95.4％。

实施例7

本发明的第七实施例，低浓度有机废气操作压力为116KPa(A)，操作温度为75℃，流量为100000Nm3/h。低浓度有机废气经已蓄热完成的高温陶瓷加热到815℃后进入焚烧室4进行热氧化反应，温度升高到900℃左右，再对低温陶瓷放热，其余同实施例1。经检测，最终排出热式热氧化反应器A的净化气温度为120～135℃，压力为106KPa(A)，有机物的平均转化率为98.1％～98.9％，蓄热式热氧化反应器的热效率约为95.8％。

实施例8

本发明的第八实施例，低浓度有机废气操作压力为110KPa(A)，操作温度为30℃，流量为96000Nm3/h。低浓度有机废气经已蓄热完成的高温陶瓷加热到810℃后进入焚烧室4进行热氧化反应，温度升高到860℃左右，再对低温陶瓷放热，其余同实施例1。经检测，最终排出蓄热式热氧化反应器A的净化气温度为70～80℃，压力为103KPa(A)，有机物的平均转化率为97.8％～98.7％，蓄热式热氧化反应器的热效率约为97.1％。

Claims

1、一种蓄热式热氧化反应器，其特征在于，该热氧化反应器包括：

焚烧室，其内部设有燃烧器；

蓄热陶瓷层，其和焚烧室相通，并由挡板平均分成多个腔室，挡板与转阀废气通道上段固定相接，各个腔室内均填充有蓄热陶瓷；

气体分布室，其设在蓄热陶瓷层下部，由隔板平均分成多个腔室，该多个腔室和蓄热陶瓷层的多个腔室一一对应；隔板与转阀废气通道上段固定相接，其上端与蓄热陶瓷层的挡板一一对应固定相接，其下端和环形挡板垂直连接，该环形挡板与转阀废气通道上段之间的区域形成环形开口，与转阀开口对应相接；

一扇形通道与中心圆形通道上部分构成转阀废气通道下段，具有中心圆形通道上开口和扇形开口，中心圆形通道上开口与转阀废气通道上段同轴可旋转相连，扇形开口与分布室下端的环形开口可旋转相连；另一扇形通道与净化气出口形成净化气通道；另二个扇形通道为密封气通道入口，通过中心圆形通道下部分与密封气出口相连形成密封气通道。

2、根据权利要求1所述的蓄热式热氧化反应器，其特征在于，蓄热陶瓷层由挡板分为高温净化气放热段、低温废气吸热段和密封段三部分，共12个腔室。

3、根据权利要求2所述的蓄热式热氧化反应器，其特征在于，低温废气吸热段具有5个腔室，高温净化气放热段具有5个腔室，低温废气吸热段和高温净化气放热段以转阀废气通道上段呈轴对称分布；密封段具有2个腔室，以转阀废气通道上段呈轴对称分布。

4、根据权利要求2所述的蓄热式热氧化反应器，其特征在于，气体分布室由隔板分为高温净化气通道、低温废气通道和密封气通道三部分，共12个腔室。

5、根据权利要求4所述的蓄热式热氧化反应器，其特征在于，低温废气通道具有5个腔室，高温净化气通道具有5个腔室，低温废气通道和高温净化气通道以转阀废气通道上段呈轴对称分布；密封气通道具有2个腔室，以转阀废气通道上段呈轴对称分布。

6、根据权利要求1或2所述的蓄热式热氧化反应器，其特征在于，净化气通道外接有净化气旁路阀。

7、根据权利要求1或2所述的蓄热式热氧化反应器，其特征在于，密封气通道入口前外接有风机，用于将密封气引入转阀及蓄热陶瓷层密封室。

8、一种低浓度有机废气的净化处理工艺，其特征在于：常压下，来自工厂的低浓度有机废气除尘后进入权利要求1-7中任何一项所述的蓄热式热氧化反应器，先经过转阀废气通道上段和下段的废气通道进入陶瓷蓄热层进行预热至700～1200℃，然后进入焚烧室进行热氧化反应，将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水；反应完的净化气再次经过陶瓷蓄热层放热，高温净化气体热量被冷陶瓷吸收，放热回收后的净化气再次经过反应器底部转阀，经过转阀净化气通道排出反应器。