CN112555869A - 一种有机气体废气催化燃烧处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废气处理技术领域，且公开了一种有机气体废气催化燃烧处理设备，包括催化器，所述催化器的内壁设有固定催化反应床，所述固定催化反应床的内腔设有外旋转反应床，所述外旋转反应床的内腔设有内旋转反应床，所述催化器、固定催化反应床、外旋转反应床和内旋转反应床同轴装配，所述内旋转反应床的中部贯穿有轴管。本发明通过外出气道的倾斜设置使得外旋转反应床在废气的推动下旋转，其旋转的离心力促使催化剂颗粒在催化反应块内移动且与催化反应块的内壁相互摩擦，减少催化剂颗粒和催化反应块上覆盖的杂质，从而达到提高催化剂活性面积的目的，有效提高催化剂的利用效率。

Description

一种有机气体废气催化燃烧处理设备

技术领域

本发明涉及废气处理技术领域，具体为一种有机气体废气催化燃烧处理设备。

背景技术

在化工生产中，伴随着化学反应的进行会产生各类有机废气(VOCS)，而有机废气是污染空气、破坏大气层的重要原因，不仅影响生态环境而且对人类生存质量构成严重威胁。在这种情况下，在排放前对有机废气进行净化处理已经成为了环保工作的硬性要求。有机废气种类繁多、成分复杂，因此具有各不相同的理化性质，这为处理工作带来了直接的困难。由于有机废气的复杂性和高危性，难以通过单一的处理原理对有害成分实现完全降解，而普遍采用多原理相协同的综合处理手段。

现用于有机废气处理的蓄热式催化燃烧设备实际应用时存在以下不足：有机废气中所包含的灰尘颗粒等固体较多，其在与催化板接触时，该所包含的灰尘颗粒等固体将大量附着在催化板上，从而减少后续有机废气与催化板的接触面积，大幅度减少其接触量，降低催化效果。

另外，传统的催化剂床一般由催化剂颗粒堆在催化器管内或者采用蜂巢状的催化板，由于有机废气的进气方向单一，催化剂管和催化剂板内以进气口为参照点依次为饱和层、反应层以及待反应层，因此催化剂的利用效率低。

发明内容

针对背景技术中提出的现有有机废气催化反燃烧处理设备在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种有机气体废气催化燃烧处理设备，具备可提高催化剂活性面积以及提高催化剂使用效率的优点，解决了上述背景技术中提出的催化剂床分层导致的催化剂利用率低以及催化剂在活性中心被杂质覆盖的问题。

本发明提供如下技术方案：一种有机气体废气催化燃烧处理设备，包括催化器，所述催化器的内壁设有固定催化反应床，所述固定催化反应床的内腔设有外旋转反应床，所述外旋转反应床的内腔设有内旋转反应床，所述催化器、固定催化反应床、外旋转反应床和内旋转反应床同轴装配，所述内旋转反应床的中部贯穿有轴管，所述轴管的外壁上开设有位于内旋转反应床内腔中的进气孔，所述固定催化反应床和外旋转反应床、外旋转反应床和内旋转反应床之间均设有气体过渡腔，所述固定催化反应床的内壁和外旋转反应床的外壁、外旋转反应床的内壁和内旋转反应床的外壁以及内旋转反应床的内壁和轴管的外壁上均设有相互排斥的磁铁条，所述外旋转反应床和内旋转反应床以轴管为轴反向旋转。

优选的，所述外旋转反应床包括催化反应块和床架，所述床架的内外两侧分别开设有外进气道和外出气道，所述外进气道和外出气道之间设有催化反应块，所述床架采用硬质材料制成，所述催化反应块的内壁上涂覆有催化剂，所述催化反应块的内部填充有催化剂颗粒，所述外出气道单向倾斜。

优选的，所述催化反应块的侧面可形变且多个催化反应块连接成贯通外进气道和外出气道的通道，所述催化反应块连接成的通道倾斜方向与外出气道的倾斜方向相反。

优选的，所述内旋转反应床与外旋转反应床的结构相同，所述内旋转反应床的外壁上开设有内出气道，所述内出气道与外出气道的倾斜方向相反。

优选的，所述固定催化反应床的内壁上均匀开设有进气口，所述固定催化反应床的内部开设有与进气口连通的回流管，所述回流管的仅一端开口且开口连通有汇流腔，所述固定催化反应床的内部设有与汇流腔连通的巢形反应管。

优选的，所述催化剂颗粒的颗粒直径略大于外进气道和外出气道的内径，所述催化反应块采用可回弹的热膨胀系数高的材料制成。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过外出气道的倾斜设置使得外旋转反应床在废气的推动下旋转，其旋转的离心力促使催化剂颗粒在催化反应块内移动且与催化反应块的内壁相互摩擦，减少催化剂颗粒和催化反应块上覆盖的杂质，从而达到提高催化剂活性面积的目的，有效提高催化剂的利用效率。

2、本发明通过将传统的催化反应床分割成由内旋转反应床、外旋转反应床和固定催化反应床组成的厚度降低的三层反应床，使得每层反应床均能够与废气进行催化反应，且通过在每层反应床的表面开设的多个进气孔道，提高了催化剂与废气的接触概率，从而达到提高废气催化反应效率的目的，同时提高了催化剂的使用效率。

3、本发明通过将多个催化反应块连接形成气体的流动通道，每个催化反应块的每个侧面均可单独形变，当催化反应释放的热量过多时催化反应块的外壁形变吸收热量，避免催化剂在高温下失活，减少该设备催化剂的用量，提高催化反应的效应。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部侧视图；

图3为本发明的外旋转反应床的结构示意图；

图4为本发明的固定催化反应床的结构示意图；

图5为本发明的固定催化反应床的侧视图。

图中：1、催化器；2、固定催化反应床；201、进气口；202、回流管；203、汇流腔；204、巢形反应管；3、外旋转反应床；301、外出气道；302、催化反应块；303、外进气道；304、催化剂颗粒；305、床架；4、内旋转反应床；401、内出气道；5、轴管；501、进气孔；6、磁铁条；7、气体过渡腔。

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清楚、完整地描述，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。

请参阅图1-5，一种有机气体废气催化燃烧处理设备，包括催化器1，催化器1的内壁设有固定催化反应床2，固定催化反应床2的外壁贴附在催化器1的内壁上，固定催化反应床2的内腔设有外旋转反应床3，外旋转反应床3的内腔设有内旋转反应床4，催化器1、固定催化反应床2、外旋转反应床3和内旋转反应床4同轴装配，将传统单一的催化剂床分割成由内旋转反应床4、外旋转反应床3、固定催化反应床2组成的由内至外的三个催化反应床，那么相对于传统的催化剂反应床，内旋转反应床4、外旋转反应床3和固定催化反应床2的厚度均降低，可避免传统的催化剂反应床出现分层现象，有效提高催化剂反应床的利用效率，内旋转反应床4的中部贯穿有轴管5，轴管5的外壁上开设有位于内旋转反应床4内腔中的进气孔501，固定催化反应床2和外旋转反应床3、外旋转反应床3和内旋转反应床4之间均设有气体过渡腔7，固定催化反应床2的内壁和外旋转反应床3的外壁、外旋转反应床3的内壁和内旋转反应床4的外壁以及内旋转反应床4的内壁和轴管5的外壁上均设有相互排斥的磁铁条6，由于外旋转反应床3和内旋转反应床4相对旋转，且外旋转反应床3和内旋转反应床4均有一定的重量使得外旋转反应床3和内旋转反应床4的两端容易在重力的作用下卡在轴管5上，增大外旋转反应床3和内旋转反应床4的旋转摩擦，利用磁铁条6之间的相互排斥，达到降低摩擦的作用，使得外旋转反应床3和内旋转反应床4能够在废气流的推动下旋转，固定催化反应床2固定在催化器1的内壁上，外旋转反应床3和内旋转反应床4以轴管5为轴反向旋转，固定催化反应床2、外旋转反应床3和内旋转反应床4均呈内部中空的筒体状，其用来与废气进行催化反应的催化剂分布在“筒壁”的内部，其两端均与连接的轴管5的外壁相对封闭。

参阅附图2-3，外旋转反应床3包括催化反应块302和床架305，床架305的内外两侧分别开设有外进气道303和外出气道301，外进气道303和外出气道301之间设有催化反应块302，床架305采用硬质材料制成，床架305在高温下不易变形，催化反应块302的内壁上涂覆有催化剂，催化反应块302的内部填充有催化剂颗粒304，在外旋转反应床3中，可用于对有机废气进行催化反应的物质有外旋转反应床3以及催化反应块302内壁上的催化剂，由于部分气体的热效应过高，在催化反应时放出的热量较多，当温度高于催化剂的活性温度后，催化剂容易出现热失活或者烧结的问题，使得催化剂无法对废气进行催化反应，因此通过使用可变形材料制成催化反应块302，当温度高于催化剂活性温度时，催化反应块302的外壁吸热弯曲形变，使得催化反应块302的内腔扩大，从而降低催化反应块302内腔的温度；催化反应块302的侧面可形变且多个催化反应块302连接成贯通外进气道303和外出气道301的通道，外出气道301单向倾斜，催化反应块302连接成的通道倾斜方向与外出气道301的倾斜方向相反，由于催化反应块302与外出气道301的通道不在一条直线上，因此废气在沿着催化反应块302流动至外出气道301处时有灰撞击在外出气道301处的内壁上，从而降低气体在外旋转反应床3内的流动速度，但是这个要在保证外旋转反应床3能够被气体推动旋转的前提下，少量降低气体的动能，防止气体的动能过低而无法使得外旋转反应床3旋转。

内旋转反应床4与外旋转反应床3的结构相同，内出气道401内旋转反应床4的外壁上开设有内出气道401，内出气道401与外出气道301的倾斜方向相反，从而使得外旋转反应床3和内旋转反应床4在气流的作用下能够反向旋转，使得位于外旋转反应床3和内旋转反应床4之间的气体过渡腔7中的废气能够相互挤压、摩擦，降低进入外旋转反应床3中的气体的流速，同时由于气体之间的相互摩擦，能够有效提高气体分子的能量，使得气体能够更好的与催化剂进行反应；固定催化反应床2的内壁上均匀开设有进气口201，固定催化反应床2的内部开设有与进气口201连通的回流管202，回流管202的仅一端开口且开口连通有汇流腔203，进气口201和回流管202用于将从外旋转反应床3内流出的位于固定催化反应床2前后端的气体输送至固定催化反应床2的前端，固定催化反应床2的内部设有与汇流腔203连通的巢形反应管204，再通过巢形反应管204进行最后一次催化反应，以保证有机废气完全被催化。

有机废气通过轴管5进入催化器1的内腔中，并从进气孔501向内旋转反应床4的内腔中溢出，并通过内旋转反应床4的内部后从内出气道401向外旋转反应床3和内旋转反应床4之间的气体过渡腔7中喷出，由于内出气道401单向倾斜，有机废气从内出气道401内喷出时推动内旋转反应床4旋转，内旋转反应床4旋转时产生的离心力促使内旋转反应床4内的废气窜动，有效提高有机废气与内旋转反应床4中的催化剂接触的概率，从而提高废气的催化效率；

然后废气从外旋转反应床3和内旋转反应床4之间的气体过渡腔7内从外进气道303进入床架305的内部，并通过催化反应块302催化反应后由外出气道301流动到固定催化反应床2和外旋转反应床3之间的气体过渡腔7处，由于外出气道301和内出气道401的方向相反，使得外旋转反应床3和内旋转反应床4的旋转方向相反，使得外旋转反应床3和内旋转反应床4周边的废气相互挤压、摩擦，可降低从内旋转反应床4内流出后的废气的速率，使得进入外旋转反应床3内的废气的流动速度降低，增加废气在外旋转反应床3中滞留的时长，使得废气能够与催化剂完全反应；

最后废气进入固定催化反应床2内，由于外出气道301均匀分布在外旋转反应床3的外壁上，通过进气口201和回流管202将经过两次催化反应的废气输送至固定催化反应床2前端的汇流腔203中，再经过巢形反应管204向外流动，巢形反应管204远离汇流腔203的一端为催化后的气体的出口。

催化剂颗粒304的颗粒直径略大于外进气道303和外出气道301的内径，由于外旋转反应床3和内旋转反应床4均旋转，将外进气道303和外出气道301的孔径设为低于催化剂颗粒304颗粒大小，可防止催化剂颗粒304在旋转以及催化反应块302受热膨胀的过程中将催化剂颗粒304从外旋转反应床3中挤出来，那么在将催化剂颗粒304装进催化反应块302的内部时，可在床架305上另开一个略大于催化剂颗粒304直径的孔道，将催化剂颗粒304装进催化反应块302的内部后，将该孔道堵塞即可，催化反应块302采用可回弹的热膨胀系数高的材料制成，每个催化反应块302的侧面均可单独形变，并在温度降低至其形变温度后可重新恢复平直原状，由于气体与催化反应块302内壁上的催化剂以及催化剂颗粒304反应都是随机的，因此催化反应块302的膨胀也是随机的，催化反应块302采用上述模块化连接的方式可使得催化反应块302能够单独形变以适应气体与催化剂的随机反应。

另外，外旋转反应床3和内旋转反应床4的旋转使得外旋转反应床3和内旋转反应床4中的催化剂颗粒与催化反应块的内壁相互摩擦，可减少催化剂颗粒以及催化反应块内壁上覆盖的一些反应杂质，可避免催化剂的活性中心被覆盖，提高催化剂的催化效应，且催化剂颗粒在摩擦的过程中可增大活性反应表面的面积，进一步提高催化剂的催化性能。

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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种有机气体废气催化燃烧处理设备，包括催化器(1)，其特征在于：所述催化器(1)的内壁设有固定催化反应床(2)，所述固定催化反应床(2)的内腔设有外旋转反应床(3)，所述外旋转反应床(3)的内腔设有内旋转反应床(4)，所述催化器(1)、固定催化反应床(2)、外旋转反应床(3)和内旋转反应床(4)同轴装配，所述内旋转反应床(4)的中部贯穿有轴管(5)，所述轴管(5)的外壁上开设有位于内旋转反应床(4)内腔中的进气孔(501)，所述固定催化反应床(2)和外旋转反应床(3)、外旋转反应床(3)和内旋转反应床(4)之间均设有气体过渡腔(7)，所述固定催化反应床(2)的内壁和外旋转反应床(3)的外壁、外旋转反应床(3)的内壁和内旋转反应床(4)的外壁以及内旋转反应床(4)的内壁和轴管(5)的外壁上均设有相互排斥的磁铁条(6)，所述外旋转反应床(3)和内旋转反应床(4)以轴管(5)为轴反向旋转。

2.根据权利要求1所述的一种有机气体废气催化燃烧处理设备，其特征在于：所述外旋转反应床(3)包括催化反应块(302)和床架(305)，所述床架(305)的内外两侧分别开设有外进气道(303)和外出气道(301)，所述外进气道(303)和外出气道(301)之间设有催化反应块(302)，所述床架(305)采用硬质材料制成，所述催化反应块(302)的内壁上涂覆有催化剂，所述催化反应块(302)的内部填充有催化剂颗粒(304)，所述外出气道(301)单向倾斜。

3.根据权利要求2所述的一种有机气体废气催化燃烧处理设备，其特征在于：所述催化反应块(302)的侧面可形变且多个催化反应块(302)连接成贯通外进气道(303)和外出气道(301)的通道，所述催化反应块(302)连接成的通道倾斜方向与外出气道(301)的倾斜方向相反。

4.根据权利要求2所述的一种有机气体废气催化燃烧处理设备，其特征在于：所述内旋转反应床(4)与外旋转反应床(3)的结构相同，所述内旋转反应床(4)的外壁上开设有内出气道(401)，所述内出气道(401)与外出气道(301)的倾斜方向相反。

5.根据权利要求1所述的一种有机气体废气催化燃烧处理设备，其特征在于：所述固定催化反应床(2)的内壁上均匀开设有进气口(201)，所述固定催化反应床(2)的内部开设有与进气口(201)连通的回流管(202)，所述回流管(202)的仅一端开口且开口连通有汇流腔(203)，所述固定催化反应床(2)的内部设有与汇流腔(203)连通的巢形反应管(204)。

6.根据权利要求3所述的一种有机气体废气催化燃烧处理设备，其特征在于：所述催化剂颗粒(304)的颗粒直径略大于外进气道(303)和外出气道(301)的内径，所述催化反应块(302)采用可回弹的热膨胀系数高的材料制成。

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