CN112460609A - 一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺 - Google Patents

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龚卫虎
程绘军
赵春宇
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Abstract

本申请公开了一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺，包括：负压收集废气，蓄热式热氧化炉入口处压力为‑1000Pa～‑3000Pa；废气前处理，将收集后的废气通入废气换热器中，当废气温度大于>100℃时，采取控制冷凝，将废气温度降温至100～200℃；当废气温度小于100℃时，采取控制升温，将废气温度提升至90～160℃；控制废气换热器内壁上的温度高于废气中焦油类物质的软化点，将废气中的焦油类物质收集后连续或间歇排出；蓄热燃烧，将经所述步骤(3)处理后的废气通入蓄热式热氧化炉中燃烧。本发明的一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺通过综合协调软化点、熔点、沸点和蒸气压之间的关系，从而避免了蓄热式热氧化炉RTO在处理高分子物质中出现的结焦、堵塞等异常状况。

Description

一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺
技术领域
本发明涉及气体净化技术领域，特别是涉及一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺，尤其是用于碳纤维、橡胶、塑料等高分子材料行业的废气治理领域。
背景技术
碳纤维、橡胶、塑料等高分子材料行业在部分工序生产过程中产生大量废气，其中含有VOCs、毒性气体、微颗粒、焦油类、填充剂、脱模剂等各种来源和性质的组分。采用蓄热式热氧化炉RTO处理技术，把有机废气加热到760摄氏度以上，使废气中的VOC在氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气，从而节省废气升温的燃料消耗，在合适的废气浓度下可实现自热平衡。
蓄热式热氧化炉RTO可以处理几乎所有含有机化合物的废气，尤其是可以处理风量大、浓度低的有机废气，热效率高(>95％)，维护工作量少、操作安全可靠。蓄热式热氧化炉RTO为提高热效率，多采用陶瓷蓄热体。对于部分场合，尤其是高分子材料行业的废气，往往在升温氧化过程中生成有机沉淀物(如结焦等)和无机沉淀物(如二氧化硅、氧化铝等积灰)，不能完全清除，导致设备阻力升高，热量回收效果逐渐变差，运行周期大幅缩短，甚至1～2月就需要停炉检修清理蓄热体，严重降低环保装置的处理能力和效率。
针对这一问题，目前业内未见有针对性对废气进行前处理的应用和报道，目前主要采用加大设备体积、将陶瓷蓄热体更换为填料环、增加吹扫旁路等措施，不仅加大了设备复杂程度，增加了投资，降低了热量回收效率，升高了运行成本，而且并没有较好地解决这一问题。目前针对气体中焦油类物质的处理方式，并不能适用于蓄热式热氧化炉RTO。如专利申请公布号为CN 110591767A的“焦油冷凝器、焦油冷凝系统及焦油冷凝方法”，针对煤炭焦化行业应用，采用列管式换热器，气体走管程，流通面积小、阻力大，适于高压力、焦油含量较高(～10％)的场合，对常压大风量、焦油含量微量的场合并不适用，与本发明的目的和原理亦不相同；专利申请公布号为CN103409175A的“含灰和焦油高温煤气净化和焦油回收系统及其方法”，采用电除尘和电捕焦的方法，不能保证含VOC废气处理的安全性，不适于本发明使用范围。
因此，发明一种用于蓄热式热氧化炉RTO的合适的废气前处理工艺，创造良好的焚烧条件，实现蓄热式热氧化炉RTO的安全可靠、长周期稳定和经济运行，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开了一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺，其具体步骤如下：
(1)、负压捕集：各废气产生单元的废气通过管道负压收集到蓄热式热氧化炉RTO的入口处，负压由RTO炉配置的风机产生；
(2)、控制冷凝：对废气温度>100℃的高温废气，采取控制冷凝的方式降温10～80℃，使得废气温度控制在100～200℃，此时废气中的焦油类物质、可聚合组分、微颗粒及灰尘等凝聚和粘结在冷凝元件上；
(3)、控制升温：对废气温度<100℃的低温废气，采取控制升温的方式提高温度到90～160℃，此时废气中的焦油类物质、可聚合组分、微颗粒及灰尘等同样融化、聚结在冷凝元件上；
(4)、气液分离：经过控制冷凝/控制升温的废气，进入气液分离器，焦油类物质收集后连续或间歇从系统排出；
(5)、蓄热燃烧：经过前述预处理的较为洁净的废气，进入蓄热式热氧化炉RTO中燃烧，该产品已经比较成熟，不再详述。
在上述的一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺中，步骤(1)中的蓄热式热氧化炉RTO入口处的压力为-1000Pa～-3000Pa(表压，下同)，其中换热器阻力≤1000Pa，以保证各废气收集点的压力为负压。
在上述的一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺中，废气换热器至少设置一台，可设置一台以上实现定期轮流切出，实现系统不停车清洗维护。
在上述的一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺中，废气换热器的壁面温度控制在所处理废气中焦油类等物质的软化点以上，并使焦油的蒸气压<1000Pa。
在上述的一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺中，步骤(2)和步骤(3)的换热器采用间接换热方式；优选的，采用浸没式板式换热器，且壁面温度控制在处理介质中高粘度物料的软化点之上10～30℃，该高粘度物料的软化点通过物性的分析或实验方法确定，因此收集的焦油类物质可自动流出，避免了长时间停留引起换热器的堵塞。
优选的，在上述的一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺中，步骤(2)中废气降温幅度为20～50℃。
在上述的一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺中，步骤(2)采用的冷源由锅炉水、空气等提供，优选采用空气冷却。当采用锅炉水冷却时，控制水蒸汽为0.1MPaG～0.6MPaG；当采用冷却空气时，空气压力应保持正压，避免换热器内部泄漏时废气污染空气，而空气泄漏进废气中可起到安全稀释作用；
在上述的一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺中，步骤(3)采用的热源由蒸汽或蓄热式热氧化炉RTO出口的高温废气或蒸汽提供；当采用蒸汽升温时，换热器内蒸汽压力为0.1MPaG～1.3MPaG；当采用高温废气升温方式时，设置换热器旁路调节温度；
在上述的一种用于蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺中，步骤(2)和步骤(3)可联合使用，也可单独使用；
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对高分子材料行业捕集的废气采取控制冷凝/控制升温的方式，将50～80％的焦油类物质、可聚合组分、微颗粒及灰尘等可引起蓄热式热氧化炉RTO堵塞的杂质提前分离，可延长蓄热式热氧化炉RTO的运行周期100％～200％；工艺简洁，设备可靠，不增加安全风险；收集的焦油可由专门的废液焚烧装置或资源再生装置循环利用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例一的一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺的原理框架图；
图2为本发明具体实施例二的一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺的原理框架图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1所示，高分子材料生产加工行业产生的高温废气，废气量50000m3/h，温度180～220℃，含热解焦油：～200mg/m3，硅油：～100mg/m3，燃烧后会产生大量炭黑和白炭黑(SiO2凝胶)堵塞设备。废气进入换热器被冷却风机来的空气控制冷凝到100℃～150℃，大部分高沸点物质析出并在换热器底部逐步汇集并排出，收集量可达到9～12kg/h，脱除率达到75％。换热器采用错流换热，最低壁面温度>80℃，可保证焦油类具有一定的流动性。空气被加热到100～150℃，送到生产装置作为工艺空气使用。
实施例2
结合图2所示，塑料制品厂产生的废气，废气量10000m3/h，温度30～50℃，含少量塑料粉末和苯乙烯组分，焚烧处理过程中蓄热式热氧化炉RTO的下室体和蓄热陶瓷下部出现结焦堵塞等情况，影响长期稳定运行。将废气引入换热器，用RTO炉出口的高温烟气加热到160℃以上，废气中塑料粉末和部分聚合物粘附在换热元件上逐渐融化并分离出来。通过减少蓄热式热氧化炉RTO的蓄热陶瓷装填量，RTO炉出口温度也上升到220℃～240℃，这部分热量再通过换热器回收，通过换热器旁路控制有关温度。
综上所述，本发明所述的蓄热式热氧化炉RTO的废气前处理工艺，通过对废气采取控制冷凝或控制升温的方式，通过综合协调软化点、熔点、沸点和蒸气压之间的关系，将废气中的大部分高分子物质变成可以流动的液体，粘附在换热元件的巨大表面积上，并不断从系统中排出，从而避免了蓄热式热氧化炉RTO在处理高分子物质中出现的结焦、堵塞等异常状况，从而保证了长周期经济可靠运行。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺，其特征在于：包括：
步骤(1)、负压收集废气，蓄热式热氧化炉入口处压力为-1000Pa～-3000Pa；
步骤(2)、废气前处理，将收集后的废气通入废气换热器中，当废气温度大于>100℃时，采取控制冷凝，将废气温度降温至100～200℃；当废气温度小于100℃时，采取控制升温，将废气温度提升至90～160℃；
步骤(3)、气液分理，控制废气换热器内壁上的温度高于废气中焦油类物质的软化点，将废气中的焦油类物质收集后连续或间歇排出；
步骤(4)、蓄热燃烧，将经所述步骤(3)处理后的废气通入蓄热式热氧化炉中燃烧。
2.根据权利要求1所述所述的一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，废气换热器阻力≤1000Pa。
3.根据权利要求1所述所述的一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，所述废气换热器为浸没式板式换热器，控制冷凝时，采用空气冷却或冷却水冷却，采用空气冷却时，空气压力保持正压；采用冷却水冷却时，冷却水水压为0.1MPaG～0.6MPaG。
4.根据权利要求1所述所述的一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，控制升温时，采用蒸汽升温，蒸汽压力为常压～1.3MpaG。
5.根据权利要求1所述所述的一种蓄热式热氧化炉的废气处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，控制冷凝时，将废气温度降温至100～200℃。
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