CN110296424B - 一种防结垢流化床蓄热氧化装置及VOCs气体的热氧化处理方法 - Google Patents
一种防结垢流化床蓄热氧化装置及VOCs气体的热氧化处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种防结垢流化床蓄热氧化装置及VOCs气体的热氧化处理方法，属于有机废气处理技术领域。所述的防结垢流化床蓄热氧化装置包括洗气塔1、燃烧器2、流化蓄热床11、旋风分离器6和尾气处理装置7；所述洗气塔1的出口和燃烧器2的出口分别与流化蓄热床11的进口相连通；所述流化蓄热床11的出口与旋风分离器6的进口相连通；所述旋风分离器6的出口连通尾气处理装置7的进口；所述流化蓄热床11内部设有球状蓄热体层8。本发明在流化蓄热床内部设置球状蓄热体层，蓄热体为球状，热风通过时，蓄热体流动产生摩擦，结垢被清除，随风进入旋风分离器，从而有效解决蓄热体结垢堵塞问题，运行和维护成本大幅降低。
Description
技术领域
本发明涉及有机废气处理技术领域，尤其涉及一种防结垢流化床蓄热氧化装置及VOCs气体的热氧化处理方法。
背景技术
挥发性的有机化合物，简称为VOCs(Volatile Organic Compounds)，指的是挥发性的碳氢化合物及其衍生物，它包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、胺类、有机酸等。在工业生产中，VOCs通常作为溶剂来使用。一旦这些有机溶剂挥发到大气环境中，不仅会对大气环境造成严重污染，而且被人体呼入后，对人体健康也产生严重危害。
VOCs常用的处理方法有吸收法、冷凝法、吸附法、生物法、热氧化法、等离子体法等，正在开发的有电化学法、膜分离法、光催化法、电子床加热法等。目前广泛使用的是热氧化法，热氧化法当前分为三种：热力燃烧式、间壁式和蓄热式。三种方法的主要区别在于热量回收方式；其中蓄热式燃烧使用比例最高。
蓄热式热氧化器，简称为RTO，在热氧化装置中设置蓄热式热交换器，在完成VOCs预热后便可进行氧化反应。现阶段，蓄热式热氧化器的热回收率已经达到了95％，且其占用空间比较小，辅助燃料的消耗也比较少。由于当前的蓄热材料可使用陶瓷填料，其可处理腐蚀性或含有颗粒物的VOCs气体。
但是目前蓄热式氧化器的核心部件蓄热体基本都是固定式蜂窝或者波纹等结构。使用过程中废气中的盐分和烧结物，经常会使蓄热体结垢、堵塞，造成炉体废气泄露甚至引起爆炸，带来环境和安全问题；同时蓄热体孔隙较小，极难清洗，运行维护成本巨大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防结垢流化床蓄热氧化装置及VOCs气体的热氧化处理方法，本发明提供的防结垢流化床蓄热氧化装置，能够有效解决蓄热体结垢堵塞问题；设备稳定性和安全性大幅提高；运行和维护成本大幅降低，整体节能效果明显。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种防结垢流化床蓄热氧化装置，包括洗气塔1、燃烧器2、流化蓄热床11、旋风分离器6和尾气处理装置7；所述洗气塔1的出口和燃烧器2的出口分别与流化蓄热床11的进口相连通；所述流化蓄热床11的出口与旋风分离器6的进口相连通；所述旋风分离器6的尾气出口连通尾气处理装置7的进口；所述流化蓄热床11内部设有球状蓄热体层8。
优选的，所述球状蓄热体层8包括分别位于球状蓄热体层上下两端的孔板9和位于两个孔板间的陶瓷球10。
优选的，所述陶瓷球10的直径为0.5～100mm。
优选的，其特征在于，所述孔板9中孔的直径为0.3～90mm，且小于陶瓷球的直径。
优选的，所述球状蓄热体层8的厚度为0.3～5m。
优选的，所述流化蓄热床11包括第一流化蓄热床3、第二流化蓄热床4和第三流化蓄热床5。
本发明提供了一种VOCs气体的热氧化处理方法，采用上述方案所述的防结垢流化床蓄热氧化装置对VOCs气体进行处理，包括以下步骤：将VOCs气体通入洗气塔1，经洗涤液洗涤后，从洗气塔出口排出，得到洗涤后的VOCs气体；所述洗涤后的VOCs气体经流化蓄热床11的进口进入流化蓄热床，在流化蓄热床内与来自燃烧器2的热风混合，发生氧化燃烧反应，得到燃烧后的烟气；所述燃烧后的烟气从流化蓄热床11的出口排出，进入旋风分离器6，进行除尘处理，得到除尘后的尾气；所述除尘后的尾气从旋风分离器6的出口排出，进入尾气处理装置7，进行尾气处理。
优选的，所述洗涤液为碱性溶液。
优选的，所述热风的温度为600～1300℃。
优选的，所述氧化燃烧反应的温度为600～1200℃，时间为2～6s。
本发明提供了一种防结垢流化床蓄热氧化装置，包括洗气塔1、燃烧器2、流化蓄热床11、旋风分离器6和尾气处理装置7；所述洗气塔1的出口和燃烧器2的出口分别与流化蓄热床11的进口相连通；所述流化蓄热床11的出口与旋风分离器6的进口相连通；所述旋风分离器6的尾气出口连通尾气处理装置7的进口；所述流化蓄热床11内部设有球状蓄热体层8。本发明在流化蓄热床内部设置球状蓄热体层，蓄热体为球状，热风通过时，蓄热体流动产生摩擦，结垢被清除，随风进入旋风分离器，从而有效解决蓄热体结垢堵塞问题；设备稳定性和安全性大幅提高；运行和维护成本大幅降低，整体节能效果明显，有着广泛的应用前景，经济和社会效益显著。
本发明还提供了一种VOCs气体的热氧化处理方法，采用上述防结垢流化床蓄热氧化装置对VOCs气体进行处理，运行成本低，且能够达到VOCs气体的排放要求。
附图说明
图1为本发明提供的防结垢流化床蓄热氧化装置的结构示意图；
图2为球状蓄热体层的结构示意图；
图1和图2中，1-洗气塔、2-燃烧器、3-第一流化蓄热床、4-第二流化蓄热床、5-第三流化蓄热床、6-旋风分离器、7-尾气处理装置、8-球状蓄热体层、9-孔板、10-陶瓷球、11-流化蓄热床。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种防结垢流化床蓄热氧化装置，包括洗气塔1、燃烧器2、流化蓄热床11、旋风分离器6和尾气处理装置7；所述洗气塔1的出口和燃烧器2的出口分别与流化蓄热床11的进口相连通；所述流化蓄热床11的出口与旋风分离器6的进口相连通；所述旋风分离器6的尾气出口连通尾气处理装置7的进口；所述流化蓄热床11内部设有球状蓄热体层8。
在本发明中，若无特殊说明，本发明所述连通均采用管道连通的方式。
本发明提供的防结垢流化床蓄热氧化装置包括洗气塔1，所述洗气塔1的出口与流化蓄热床11的进口相连通。本发明所述洗气塔的作用是对VOCs气体进行洗涤，以除去其中的酸性气体。
本发明对所述洗气塔的结构没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的洗气塔结构即可。在本发明中，所述洗气塔的入口优选设置在洗气塔的底部，出口优选设置在洗气塔的顶部，以利于VOCs气体的洗涤。
本发明提供的防结垢流化床蓄热氧化装置包括燃烧器2，所述燃烧器2的出口与流化蓄热床11的进口相连通。本发明所述燃烧器2是点火和升温装置，为流化蓄热床内的氧化反应提供热风，并保持流化蓄热床温度稳定。本发明优选通过三通管道实现洗气塔1的出口、燃烧器2的出口和流化蓄热床11进口的联通。
本发明对所述燃烧器的具体结构没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的燃烧器即可。
本发明提供的防结垢流化床蓄热氧化装置包括流化蓄热床11，所述流化蓄热床11的进口与洗气塔1的出口和燃烧器2的出口相连通，所述流化蓄热床11的出口与旋风分离器6的入口相连通。本发明所述流化蓄热床内发生VOCs气体的氧化燃烧反应。
在本发明中，所述流化蓄热床11内部设有球状蓄热体层8，本发明所述球状蓄热体层8具有蓄热作用，能够使VOCs气体与空气(即热风)的温度始终维持在较高温度，提高热回收率和燃烧效率。本发明采用球状蓄热体层，蓄热体为球状，热风通过时，蓄热体流动产生摩擦，结垢被清除，随风进入旋风分离器，从而有效解决蓄热体结垢堵塞问题；设备稳定性和安全性大幅提高；运行和维护成本大幅降低，整体节能效果明显。
本发明对所述球状蓄热体层的具体位置没有特殊要求，可根据实际需要进行调整。在本发明中，所述蓄热体层的厚度根据待处理废气量确定，例如当废气量为1000m3/h时优选为0.3～5m，进一步优选为0.8～1.2m。
如图2所示，本发明所述球状蓄热体层8优选包括分别位于球状蓄热体层上下两端的孔板9和位于两个孔板之间的陶瓷球10。在本发明中，所述陶瓷球的直径优选为0.5～100mm，进一步优选为5～90mm，更优选为10～80mm；所述孔板中孔的直径优选为0.3～90mm且小于陶瓷球的直径。本发明所述陶瓷球在气流中碰撞摩擦，从而达到防止球体结垢同时清洁结垢的效果。本发明所述孔板的作用是为了防止陶瓷球流出蓄热层。在本发明中，所述孔板的材质优选为高铝陶瓷、刚玉或碳化硅，以使孔板具备耐高温性能；所陶瓷球的材质优选为高铝陶瓷、锆球、刚玉或碳化硅，以使陶瓷球具备耐高温性能。
在本发明中，所述硫化蓄热床优选包括第一流化蓄热床3、第二流化蓄热床4和第三流化蓄热床5，所述第一流化蓄热床3、第二流化蓄热床4和第三流化蓄热床5可根据实际需要进行串并联的切换。
当采用并联方式时，如图1所示，第一流化蓄热床3、第二流化蓄热床4和第三流化蓄热床5并联排布，可增大VOCs气体的处理量。在本发明中，所述流化蓄热床11的入口优选设置在流化蓄热床的底部，出口优选设置在流化蓄热床11的顶部。
本发明提供的防结垢流化床蓄热氧化装置包括旋风分离器6，所述旋风分离器6的入口与流化蓄热床11的出口相连通，所述旋风分离器的尾气出口连通尾气处理装置7的进口。本发明所述旋风分离器能够将流化蓄热床11产生的烟气中的灰尘除去，灰尘通过旋风分离器的物料出口进入灰尘收集装置，之后交给相关部门处理。
本发明对所述旋风分离器的数量没有特殊要求，可根据实际情况并联或串联多个旋风分离器使用。本发明对所述旋风分离器的具体结构没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的旋风分离器即可。
本发明提供的防结垢流化床蓄热氧化装置包括尾气处理装置7，所述尾气处理装置7的进口连通旋风分离器6的尾气出口，所述尾气处理装置7的出口优选直接与大气相通。本发明所述尾气处理装置，能够进一步对尾气进行处理，使其符合国家排放标准。本发明对所述尾气处理装置的结构没有特殊要求，根据气体组成选择适宜的尾气处理装置即可。
在本发明中，所述尾气处理装置7的底部优选设置有自来水进口，以满足尾气处理普遍适用的喷淋要求。
本发明还提供了一种VOCs气体的热氧化处理方法，采用上述技术方案所述的防结垢流化床蓄热氧化装置对VOCs气体进行处理。结合图1进行说明；所述热氧化处理方法包括以下步骤：将VOCs气体通入洗气塔1，经洗涤液洗涤后，从洗气塔1出口排出，得到洗涤后的VOCs气体；所述洗涤后的VOCs气体经流化蓄热床11的进口进入流化蓄热床11，在流化蓄热床11内与来自燃烧器2的热风混合，发生氧化燃烧反应，得到燃烧后的烟气；所述燃烧后的烟气从流化蓄热床11的出口排出，进入旋风分离器6，进行除尘处理，得到除尘后的尾气；所述除尘后的尾气从旋风分离器的尾气出口排出，进入尾气处理装置7，进行尾气处理。
本发明将VOCs气体通入洗气塔1，经洗涤液洗涤后，从洗气塔出口排出，得到洗涤后的VOCs气体。
本发明对所述VOCs气体的具体种类和含量没有特殊要求，任意需要处理的VOCs气体均可。本发明对所述VOCs气体的流量没有特殊要求，本领域技术人员可根据实际情况进行调整。
在本发明中，所述洗涤液优选为碱性溶液，更优选为质量浓度5％的氢氧化钠溶液。本发明优选采用喷淋洗涤液的方式对VOCs气体进行洗涤。所述洗涤过程中，VOCs气体中的酸性气体被洗涤液吸收。
得到洗涤后的VOCs气体后，本发明将所述洗涤后的VOCs气体通入流化蓄热床11，与此同时，燃烧器2产生的热风也通入流化蓄热床11，洗涤后的VOCs气体与来自燃烧器2的热风在流化蓄热床11混合，发生氧化燃烧反应，得到燃烧后的烟气。
在本发明中，所述热风的温度优选为1100～1300℃，进一步有优选为1150～1250℃，最优选为1200℃。本发明对所述热风的流量没有特殊要求，可针对实际情况进行调整。
在本发明中，所述氧化燃烧反应的温度优选为600～1200℃，进一步优选为800℃；氧化燃烧反应的时间优选为2～6s，进一步优选为4s。本发明所述氧化燃烧反应过程中VOCs气体发生燃烧，从而将VOCs气体除去。氧化燃烧反应放出的热量被流化蓄热床11内设置的球状蓄热体层吸收，以使流化蓄热床11始终维持在较高温度。
得到燃烧后的烟气后，本发明将所述燃烧后的烟气从流化蓄热床11的出口排出，进入旋风分离器6，进行除尘处理，得到除尘后的尾气。
本发明对所述旋风分离器的运行参数没有特殊要求，可根据实际情况进行设置和调整。经旋风分离器分离后，烟气中的粉尘和气体实现了分离，粉尘经旋风分离器物料出口进入灰尘收集装置，尾气则经旋风分离器的尾气出口进入尾气处理装置7，进行尾气处理。
本发明对所述尾气处理的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的尾气处理方式即可。在本发明的具体实施例中，所述尾气处理采用的处理剂优选为5％的氢氧化钠水溶液。
采用本发明所述防结垢流化床蓄热氧化装置对VOCs气体进行处理，热能利用率高、氧化温度高有机物分解更彻底，且可有效防止蓄热体结垢，并使VOCs气体达标排放。
下面结合实施例对本发明提供的防结垢流化床蓄热氧化装置及其运行方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采用的防结垢流化床蓄热氧化装置如图1所示，其中，蓄热体层8的厚度为800mm，陶瓷球10的直径为2mm，孔板9中孔的直径为1.8mm，孔板9的材质为刚玉，陶瓷球的材质为高铝陶瓷；孔板9的厚度为20mm，蓄热体层8位于流化蓄热床的正中央位置；
年产1000t的2-乙基蒽醌产品生产车间VOCs处理系统，其中VOCs主要成分是“乙苯、氯苯”含有少量“氯化氢”，气体流量为1000Nm3/h，VOCs浓度为3500ppm；气体经洗气塔1底部进口，经过5％氢氧化钠溶液洗涤脱除氯化氢酸性气体后，通过洗气塔1顶部出口管线；与从燃烧器2中出来的1000Nm3/h、1200℃热风混合，分别进入流化蓄热床3、流化蓄热床4和流化蓄热床5进行氧化焚烧，焚烧温度800℃；焚烧后的高温烟气尾气分别从流化蓄热床3、流化蓄热床4和流化蓄热床5的顶部出口排出，进入到旋风分离器6中除尘，气体通过旋风分离器6顶部气体出口进入尾气处理系统经7处理后，最终尾气中的乙苯含量0.2ppm，氯苯含量为0.05ppm，尾气达标排放；通过6旋风分离器捕集的粉尘量为1kg/h，粉尘从旋风分离器6底部的物料出料，委托有资质单位处理。
实施例2
采用的防结垢流化床蓄热氧化装置如图1所示，其中，蓄热体层8的厚度为1500mm，陶瓷球10的直径为10mm，孔板9中孔的直径为8mm，孔板9的材质为氮化硅，陶瓷球的材质为锆刚玉；孔板9的厚度为30mm，蓄热体层8位于流化蓄热床的正中央位置；
汽车厂油漆喷涂车间VOCs处理系统，其中VOCs主要成分是“丙酮、二甲苯，乙酸乙酯”含有50ppm“二氧化硫”，气体流量为3000Nm3/h，VOCs浓度为4500ppm；气体经洗气塔1底部进口，经过5％氢氧化钠溶液洗涤脱除二氧化硫气体后，通过洗气塔1顶部出口管线；与从燃烧器2中出来的2000Nm3/h、1200℃热风混合，分别进入流化蓄热床3、流化蓄热床4和流化蓄热床5进行氧化焚烧，焚烧温度850℃；焚烧后的高温烟气尾气分别从流化蓄热床3、流化蓄热床4和流化蓄热床5的顶部出口排出，进入到旋风分离器6中除尘，气体通过旋风分离器6顶部气体出口进入尾气处理系统经7处理后，最终尾气中的二甲苯含量0.002ppm，乙酸乙酯含量0.003ppm，丙酮含量为0.005ppm，尾气达标排放；通过6旋风分离器捕集的粉尘量为0.6kg/h，粉尘从旋风分离器6底部的物料出料，委托有资质单位处理。
由以上实施例可知，本发明提供了一种防结垢流化床蓄热氧化装置包括洗气塔1、燃烧器2、流化蓄热床11、旋风分离器6和尾气处理装置7；所述洗气塔1的出口和燃烧器2的出口分别与流化蓄热床11的进口相连通；所述流化蓄热床11的出口与旋风分离器6的进口相连通；所述旋风分离器6的出口连通尾气处理装置7的进口；所述流化蓄热床11内部设有球状蓄热体层8。本发明在流化蓄热床内部设置球状蓄热体层，蓄热体为球状，热风通过时，蓄热球流动产生摩擦，结垢被清除，随风进入旋风分离器，从而有效解决蓄热体结垢堵塞问题；设备稳定性和安全性大幅提高；运行和维护成本大幅降低，整体节能效果明显，有着广泛的应用前景，经济和社会效益显著。
本发明还提供了上述防结垢流化床蓄热氧化装置的运行方法，运行成本低，且能够达到VOCs气体的排放要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种防结垢流化床蓄热氧化装置，其特征在于，包括洗气塔（1）、燃烧器（2）、流化蓄热床（11）、旋风分离器（6）和尾气处理装置（7）；所述洗气塔（1）的出口和燃烧器（2）的出口分别与流化蓄热床（11）的进口相连通；所述流化蓄热床（11）的出口与旋风分离器（6）的进口相连通；所述旋风分离器（6）的尾气出口连通尾气处理装置（7）的进口；所述流化蓄热床（11）内部设有球状蓄热体层（8），蓄热体为球状，热风通过时，蓄热体流动产生摩擦，结垢被清除；
所述球状蓄热体层（8）包括分别位于球状蓄热体层上下两端的孔板（9）和位于两个孔板间的陶瓷球（10）；
所述球状蓄热体层（8）的厚度为0.3~5m。
2.根据权利要求1所述的防结垢流化床蓄热氧化装置，其特征在于，所述陶瓷球（10）的直径为0.5~100mm。
3.根据权利要求2所述的防结垢流化床蓄热氧化装置，其特征在于，所述孔板（9）中孔的直径为0.3~90mm，且小于陶瓷球的直径。
4.根据权利要求1所述的防结垢流化床蓄热氧化装置，其特征在于，所述流化蓄热床（11）包括第一流化蓄热床（3）、第二流化蓄热床（4）和第三流化蓄热床（5）。
5.一种VOCs气体的热氧化处理方法，其特征在于，采用权利要求1~4任一项所述的防结垢流化床蓄热氧化装置对VOCs气体进行处理，包括以下步骤：将VOCs气体通入洗气塔（1），经洗涤液洗涤后，从洗气塔（1）出口排出，得到洗涤后的VOCs气体；所述洗涤后的VOCs气体经流化蓄热床（11）的进口进入流化蓄热床（11），在流化蓄热床（11）内与来自燃烧器（2）的热风混合，发生氧化燃烧反应，得到燃烧后的烟气；所述燃烧后的烟气从流化蓄热床（11）的出口排出，进入旋风分离器（6），进行除尘处理，得到除尘后的尾气；所述除尘后的尾气从旋风分离器（6）的出口排出，进入尾气处理装置（7），进行尾气处理。
6.根据权利要求5所述的热氧化处理方法，其特征在于，所述洗涤液为碱性溶液。
7.根据权利要求5所述的热氧化处理方法，其特征在于，所述热风的温度为600~1300℃。
8.根据权利要求5所述的热氧化处理方法，其特征在于，所述氧化燃烧反应的温度为600~1200℃，时间为2~6s。
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