CN201750985U

CN201750985U - 氟利昂热解感应加热炉及其应用系统

Info

Publication number: CN201750985U
Application number: CN 201020223532
Authority: CN
Inventors: 孙贻超; 卢学强; 邓小文; 马建立; 邵晓龙; 刘红磊; 袁敏; 王哲; 张艳华
Original assignee: Tianjin Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Environmental Science and Technology Co., Ltd. Tianjin Branch Branch
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2020-06-11

Abstract

本实用新型涉及一种氟利昂热解感应加热炉，包括现有感应加热炉，感应加热炉的腔体内设有坩埚，其特征是在所述坩埚内固定设置流通含有氟利昂的原料气的耐酸腐蚀耐高温呈弯折状金属盘管，金属盘管的进气端口及出气端口从坩埚顶部的炉体上盖伸出，热解感应加热炉电源频率为10kHz～300kHz，功率为10kW～50kW；一种感应加热消解氟利昂无害化处理系统，包括换热器，热解炉、吸收塔、循环泵及过滤池，其特征在于所述热解炉是所述热解感应加热炉。本实用新型的有益效果是：工艺安全、启停操作方便、升温速度快、节能、氟利昂热解效果好且易于产业化推广。

Description

氟利昂热解感应加热炉及其应用系统

技术领域

本实用新型涉及氟利昂加热消解无害化处理技术领域，尤其涉及一种氟利昂热解感应加热炉及其应用系统。

背景技术

氟利昂(CFCs)由C、Cl、H、F四种元素组成，主要是甲烷和乙烷的衍生物，学名称做氟氯烃。其化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂广泛用于家用电器、日用化学品、汽车、消防器材等领域。然而CFCs在平流层会同臭氧发生反应，不断破坏臭氧分子，导致臭氧层被大量损耗，最终给人类健康和生态环境带来多方面的危害。

目前解决CFCs破坏环境问题的途径主要有三种：①减少CFCs的排放，甚至实现零排放；②研究CFCs的替代品；③分解CFCs，将其转化为无害物质。现在世界上还有225万吨CFCs存在于废旧设备中，一旦这些CFCs未经任何处理而直接排入大气，臭氧层危机必将雪上加霜，因此，开发能把现存CFCs分解的技术成了当务之急。目前国内外分解CFCs的技术有多种，主要有燃烧法、等离子体分解法、催化分解法、射线分解法、水泥窑法、超临界水分解法。对于燃烧法热解，由于混合气中有易燃气体，因此存在安全隐患，同时使处理成本增加，也容易形成二次污染物。已公开的专利CN1049295A描述了一种将氟利昂催化分解的方法，在这方法中使用包含氧化铝或氧化铝-二氧化硅复合氧化物的催化剂，并在水蒸汽存在的条件下分解氟利昂，但这种方法存在的问题是氟利昂分解产生的氟化氢对氧化铝具有很强的氟化作用，导致催化剂在较短时间内失活。其他方法由于设备技术和成本的限制，难以推广应用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于针对上述问题，提供一种氟利昂热解感应加热炉及其应用系统，达到工艺安全、启停操作方便、升温速度快、节能、氟利昂热解效果好且易于产业化推广的效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种氟利昂热解感应加热炉，包括现有感应加热炉，感应加热炉的腔体内设有坩埚，其特征在于在所述坩埚内固定设置流通含有氟利昂的原料气的耐酸腐蚀耐高温呈弯折状金属盘管，所述金属盘管的进气端口及出气端口从坩埚顶部的炉体上盖伸出。

所述热解感应加热炉的电源频率为10kHz～300kHz，功率为10kW～50kW。

所述金属盘管是U形管，其材料熔点高于1500℃；金属盘管管径为10～30mm，长度为2～5m。

一种采用上述氟利昂热解感应加热炉的感应加热消解氟利昂无害化处理系统，包括换热器、热解炉、吸收塔、循环泵及过滤池，热解炉的原料气进气口与换热器管程出气口连接，热解炉的热解反应生成气出气口与换热器的壳程进气口连接，吸收塔的热解反应生成气进气口与换热器的壳程出气口连接，吸收塔的吸收液出液口通过循环泵与过滤池连接，其特征在于所述热解炉是所述热解感应加热炉，设于热解感应加热炉坩埚内的金属盘管的进气端口与换热器的管程出气口连接，金属盘管的出气端口与换热器的壳程进气口连接。

本实用新型的有益效果是：采用感应加热炉热解氟利昂，具有升温速度快、耗电量小、能源利用率高、热解效率高、启动操作方便等诸多优点；同时操作安全性好、无二次污染物生成；从应用效果看，氟利昂热解率可达99％以上，处理后酸性气体含量为0，取得良好热解效果，采用本实用新型提供的设备和系统易于实现氟利昂规模化处理。

附图说明

图1是热解感应加热炉的结构示意图；

图2是感应加热消解氟利昂的无害化处理系统结构及工艺流程示意图。

以下结合附图和实施例对本实用新型详细说明。

具体实施方式

本实用新型提供了一种通过感应加热热解氟利昂的热解感应加热炉，图1是热解感应加热炉的结构示意图。热解感应加热炉1是在现有感应加热炉的结构上进行改造获得。如图1所示，常规感应加热炉主要包括电源30、控制器25、装放在炉架26上的筒形炉体及水冷系统24；炉体主要设有感应器29、磁轭28和坩埚27，坩埚27设于炉体腔体的中央，感应器呈圆柱状，是由单层空心紫铜管绕制形成的电磁感应线圈，环绕设置在坩埚外侧，磁轭28是用硅钢片迭制而成的轭铁，它均匀地分布在感应器的四周，其作用是约束感应线圈的漏磁向外散发，提高感应加热的效率；另外作为磁屏，减少炉架等金属构件的发热；还起到加固感应器的作用。本实用新型中热解感应加热炉2的特征在于在现有感应加热炉腔体中的坩埚27内固定设置用于流通包含氟利昂的原料气的耐酸腐蚀耐高温呈弯折状金属盘管20，金属盘管20的进气端口21及出气端口22从坩埚顶部的炉体上盖23伸出。金属盘管20采用U形管，其材料熔点高于1500℃；金属盘管20可采用不锈钢、钨等耐酸腐蚀耐高温材料制作。金属盘管管径为10～30mm，长度为2～5m。实际制作中，U形金属盘管通过进气端口21和出气端口22用螺母等紧固件密封固定在炉体上盖23上。热解感应加热炉的电源频率为10kHz～300kHz，功率为10kW～50kW。热解感应炉所需冷却的主要部位是电磁感应线圈。电磁感应线圈电阻产生的热量很高，约占电炉额定功率的20％。炉内的金属盘管也向电磁感应线圈传递热量。设置的冷却系统24将这两部分热量由冷却水带走，冷却系统的另外一个作用是降低铜质电磁感应线圈的电阻。感应加热方式的优点是升温速度快、耗电量低，节约能源，可提高热解氟利昂的效率。

热解感应加热炉工作时，强大的感应变频电流经感应线圈产生很强的磁场。感应器将电磁能转变成热能，加热坩埚中的金属盘管，CFCs、氧气与水蒸汽进入金属盘管中，在高温条件发生热解反应，生成二氧化碳和卤化氢，从而达到热解氟利昂的目的。

本实用新型还提供了一种采用上述氟利昂热解感应加热炉的感应加热消解氟利昂无害化处理系统，图2示出该系统的结构及工艺流程示意图。该系统包括换热器1，热解炉、吸收塔3、循环泵4及过滤池5，换热器1设有通入原料气的管程进气口11、12、13，引出原料气的管程出气口15，通入热解反应生成气的壳程进气口16及引出热解反应生成气的壳程出气口14，热解炉的原料气进气口与换热器管程出气口15连接，其热解反应生成气出气口与换热器1的壳程进气口16连接，吸收塔3下部设有热解反应生成气进气口34、其底部设有吸收液出液口35、其上部设有尾气排放口32，吸收塔3的热解反应生成气进气口34与换热器1的壳程出气口14连接，其吸收液出液口35通过循环泵4与过滤池进液口51连接，过滤池5还设有连至吸收塔3的过滤池出液口52，过滤池排液口53，本实用新型的特征在于以上所述热解炉是上述热解氟利昂的热解感应加热炉2，设于热解感应加热炉坩埚27内的金属盘管20的进气端口21与换热器管程出气口15连接、金属盘管20的出气端口22与换热器1的壳程进气口16连接。

上述感应加热消解氟利昂无害化处理系统的应用方法如下：

该方法通过将预热的原料气即反应物氟利昂、水蒸汽和空气的混合气在热解感应加热炉2的金属盘管20中进行感应加热热解，并由后续工序对热解产物进行吸收、转化，使氟利昂分解为二氧化碳和卤化氢并转化为碳酸盐和卤盐，原料气的配比为：

原料气热解反应式如式(1)所示：

以上各式中，a、b、c分别为一个氟利昂分子中所含碳、氢、卤原子的个数。

以下通过两个应用实例具体介绍该系统的应用方法，采用的热解感应加热炉的电源频率为10kHz～300kHz，功率为20kW，金属盘管的直径为20mm，长度为3m的不锈钢管。换热器为无锡双盛石化装备有限公司生产的BEM159-2.5-1.3-1.5/19换热器。吸收塔为常规喷淋式吸收塔。

应用例1

采用市售氟利昂F-152，即C₂ClF₅。

感应加热消解氟利昂无害化处理系统的应用步骤如下：

(1)将热解感应加热炉2炉腔内金属盘管温度加热至1300℃，并保持恒温；

(2)根据热解感应加热炉的设计处理能力范围1mol/min，确定CFCs的处理量为0.1mol/min，选取

将组成原料气的0.1mol/minC₂ClF₅、0.6mol/min水蒸汽和0.3mol/min的空气分别由换热器管程入口11、12、13通入换热器1，并经由换热器1，由热解感应加热炉2的金属盘管20的进气端口21通入恒温后的金属盘管20中，气体在金属盘管内的停留时间为7min，热解反应式如式(3)所示：

2C₂ClF₅+6H₂O+O₂→4CO₂+10HF+2HCl (3)；经过充分热解反应后，热解反应生成气从金属盘管出气端口22排出，通过换热器壳程入口16进入换热器1与连续进入的原料气进行热量交换，使原料气预热至140℃并使高温热解反应生成气降温至270℃；

(3)从换热器壳程出口14输出的降温的热解反应生成气由吸收塔3下部的热解反应生成气进气口35进入塔体内，塔顶喷淋的pH为13的氢氧化钠溶液吸收热解反应生成气中的酸性气体CO₂、HCl、HF后形成吸收液，吸收液从塔底吸收液出液口35流出后经循环泵4通过过滤池进液口51进入内置用于固化酸根离子的氢氧化钙固体的过滤池5，并与氢氧化钙反应生成碳酸钙、氟化钙沉淀，沉淀物过滤后的滤后吸收液通过过滤池出液口52继续循环，由进液口33返回塔顶循环利用，热解反应生成气经吸收处理后的残余尾气从塔顶排放口32排出。

(4)每小时从过滤池排液口53排放4％的滤后吸收液，同时通过碱液进液口31向吸收塔3补充4％的pH为13的氢氧化钠溶液，以保持溶液合适的pH值，防止pH值过低而影响吸收效率。

在热解感应加热炉2的热解反应气出口22取样，采用气相色谱检测方法进行分析，从测试结果得出C₂ClF₅热解率为99.0％。在吸收塔塔顶尾气排放口32取排放尾气的气样用同样方法进行分析，酸性气体含量为0。

应用例2

市售氟利昂F-13，即CClF₃。

(1)将热解感应加热炉2炉腔内金属盘管温度加热至1400℃，并保持恒温；

(2)根据热解感应加热炉的设计处理能力范围1mol/min，确定CFCs的处理量为0.09mol/min，选取

将组成原料气的0.09mol/minCCl₃F和0.9mol/min水蒸汽分别由换热器管程入口11、12通入换热器1，并经由换热器1由热解感应加热炉2的金属盘管20的进气端21通入恒温后的金属盘管中，气体在金属盘管内的停留时间为10min，热解反应式如式(4)所示：

CClF₃+2H₂O→CO₂+HCl+3HF (4)；经过充分热解反应后，热解反应生成气从金属盘管出气端22排出，通过换热器壳程入口16进入换热器1与连续进入的原料气进行热量交换，使原料气预热至140℃并使高温热解反应生成气降温至270℃；

(3)本步骤除喷淋的碱液是pH为14的氢氧化钠溶液外，其余操作同应用例1的步骤(3)。

(4)每小时从过滤池排放5％的滤后吸收液，同时向吸收塔3补充5％的pH为14的氢氧化钠溶液。

热解反应气及排放尾气的取样测试及分析同应用例1，从测试结果得出CClF₃热解率为99.0％。酸性气体含量为0。

以上实施例中，采用了氟利昂F-152，F-13，实际应用中本发明提供的热解感应加热及应用系统可用于各种分子结构的氟利昂的热解。

以上所述，仅是本实用新型的优选实施例而已，并非对本实用新型的结构、形状材料和作任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种氟利昂热解感应加热炉，包括现有感应加热炉，感应加热炉的腔体内设有坩埚，其特征在于在所述坩埚内固定设置流通含有氟利昂的原料气的耐酸腐蚀耐高温呈弯折状金属盘管，所述金属盘管的进气端口及出气端口从坩埚顶部的炉体上盖伸出。

2.根据权利要求1所述的氟利昂热解感应加热炉，其特征在于所述热解感应加热炉的电源频率为10kHz～300kHz，功率为10kW～50kW。

3.根据权利要求1或2所述的氟利昂热解感应加热炉，其特征在于所述金属盘管是U形管，其材料熔点高于1500℃；金属盘管管径为10～30mm，长度为2～5m。

4.一种采用权利要求1、2或3所述的氟利昂热解感应加热炉的感应加热消解氟利昂无害化处理系统，包括换热器、热解炉、吸收塔、循环泵及过滤池，热解炉的原料气进气口与换热器管程出气口连接，热解炉的热解反应生成气出气口与换热器的壳程进气口连接，吸收塔的热解反应生成气进气口与换热器的壳程出气口连接，吸收塔的吸收液出液口通过循环泵与过滤池连接，其特征在于所述热解炉是所述热解感应加热炉，设于热解感应加热炉坩埚内的金属盘管的进气端口与换热器的管程出气口连接，金属盘管的出气端口与换热器的壳程进气口连接。