CN206950989U - 一种VOCs废气催化氧化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种VOCs废气催化氧化设备，属于废气处理领域。所述设备包括：壳体，壳体的内部由下至上依次为换热区、加热区与催化区；设置在壳体底部的进气口；设置在壳体顶部的气体返回管；设置在换热区侧壁上的出气口；换热区内设置有换热器，且换热器的管程进、出口分别与气体返回管与出气口连通，换热器的壳程进、出口分别与进气口与加热区连通；加热区内设置有加热器；催化区内设置有催化剂床层。本实用新型提供的VOCs废气催化氧化设备，是集换热区、加热区与催化区为一体化的反应设备，各个部分依次贯通，不仅降低了VOCs废气的压降，也减少了VOCs废气催化氧化设备的占地面积。

Description

一种VOCs废气催化氧化设备

技术领域

本实用新型涉及废气处理领域，特别涉及一种VOCs废气催化氧化设备。

背景技术

VOCs(Volatile Organic Compounds，挥发性有机物)指的是沸点低于250℃的有机物，它是造成大气雾霾的主要元凶。随着人们环保意识的提高，越来越多的厂家，例如污水处理厂、化工厂等，开始重视对VOCs废气的净化处理，所以提供一种VOCs废气的净化处理方法十分必要。

催化氧化技术是近年来逐步发展完善的处理高浓度VOCs废气的先进技术，具有能耗低、操作简单等特点，其净化VOCs废气的原理为：在200～500℃下，将废气中的VOCs催化氧化成洁净的水、二氧化碳等。目前，用于净化VOCs废气的催化氧化设备包括：换热器、电加热器、催化氧化反应器及连接管道、阀门，其中，换热器与电加热器之间、电加热器与催化氧化反应器之间、以及催化氧化反应器与换热器之间采用管线进行连接，使得VOCs废气可依次进行换热、加热以及催化反应。

设计人发现现有技术至少存在以下问题：

换热器、电加热器与催化氧化反应器之间采用管线进行连接，不仅增加了催化氧化设备的占地面积，而且也增大了VOCs废气的压降，即增大管道阻力，不利于催化氧化设备的推广应用。

实用新型内容

为了解决现有技术VOCs废气的压降大以及占地面积大的问题，本实用新型实施例提供了一种VOCs废气催化氧化设备。所述技术方案如下：

一种VOCs废气催化氧化设备，所述设备包括：

壳体，所述壳体的内部由下至上依次为换热区、加热区与催化区；

设置在所述壳体底部的进气口；

设置在所述壳体顶部的气体返回管；

设置在所述换热区侧壁上的出气口；

所述换热区内设置有换热器，且所述换热器的管程进、出口分别与所述气体返回管与所述出气口连通，所述换热器的壳程进、出口分别与所述进气口与所述加热区连通；

所述加热区内设置有加热器；

所述催化区内设置有催化剂床层。

优选地，所述换热器的管程进、出口分别与所述换热区的内壁通过焊接方式连接。

优选地，所述加热器为电加热器。

优选地，所述电加热器为风道式电加热器。

优选地，所述催化区还设置有催化剂保护床层；

所述催化剂保护床层位于所述催化剂床层的下方。

优选地，所述气体返回管包括顺次连接的第一过渡管段、水平管段、第二过渡管段、竖直管段、第三过渡管段，所述第一过渡管段与所述催化区连通，所述第三过渡管段与所述换热器连通；

所述第一过渡管段、所述第二过渡管段、所述第三过渡管段的内腔中均设置有多个第一导流板。

优选地，多个所述第一导流板间隔设置，并且所述第一导流板的曲率与所在过渡管段的曲率相同。

优选地，所述壳体的内部还设置有气体分布机构；

所述气体分布机构位于所述加热区与所述催化区之间。

优选地，所述气体分布机构包括：设置有导流孔的支撑底板、设置有导流孔的支撑顶板、以及设置在所述支撑底板与所述支撑顶板之间的多个第二导流板。

优选地，所述第二导流板竖直设置在所述支撑底板与所述支撑顶板之间，且相邻两个所述第二导流板之间的距离相同。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在壳体的内部由下至上依次分为换热区、加热区与催化区，并将气体返回管与换热区中的换热器贯通连接，使VOCs废气(包括当前进料废气与反应后的废气)在催化氧化设备中依次完成热交换、加热以及催化氧化。可见，VOCs废气催化氧化设备是集换热区、加热区与催化区为一体化的反应设备，各个部分依次贯通，避免了使用管道连接，不仅降低了VOCs废气的压降，也减少了VOCs废气催化氧化设备的占地面积，便于VOCs废气催化氧化设备的推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的VOCs废气催化氧化设备的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的换热器的结构示意图。

其中，附图中的标号说明如下：

1壳体；

2换热区，201换热器，2011换热壳体，2012进口管板集箱，2013出口管板集箱，2014气体流入口，2015气体流出口，2016换热管；

3加热区，301加热器；

4催化区，401催化剂床层，402催化剂保护床层；

5进气口；

6气体返回管，601第一导流板；

7出气口；

8气体分布机构。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种VOCs废气催化氧化设备，如图1所示，该设备包括：壳体1，壳体1的内部由下至上依次为换热区2、加热区3与催化区4；设置在壳体1底部的进气口5；设置在壳体1顶部的气体返回管6；设置在换热区2侧壁上的出气口7；换热区2内设置有换热器201，且换热器201的管程进、出口分别与气体返回管6与出气口7连通，换热器201的壳程进出、口分别与进气口5与加热区3连通；加热区3内设置有电加热器301；催化区4内设置有催化剂床层401。

下面就该VOCs废气催化氧化设备的工作原理给予说明：

低温VOCs进料废气(简称“当前进料废气”，包括空气与VOCs)通过进气口5依次流入到壳体1内部的换热区2、加热区3与催化区4。

当前进料废气进入到换热区2时，当前进料废气和净化反应后的废气(指的是：经上一轮催化氧化反应后，当前进料废气中的VOCs氧化生成二氧化碳和水)在换热器201中进行换热，当前进料废气由40℃被加热到200℃～300℃，而净化反应后的废气由350℃～450℃冷却至120℃～200℃，并通过出气口7排出；

当前进料废气进入到加热区3时，当前进料废气被加热器301加热至300℃～350℃；

当前进料废气进入到催化区4的催化剂床层401时，当前进料废气中的VOCs在催化剂作用下反应被分解成二氧化碳和水，并产生能量，此时反应后的废气温度达到350℃～450℃；

之后，净化反应后的废气经过气体返回管6流入到换热器201内，与当前进料废气进行热交换，最后经出气口7排出。

本领域技术可以理解的是，为了使当前进料废气能顺利地从壳体1内部的下方流入到上方，换热区2、加热区3与催化区4是相互连通的。

通过在壳体1的内部由下至上依次分为换热区2、加热区3与催化区4，并将气体返回管6与换热区2中的换热器201贯通连接，使VOCs废气(包括当前进料废气与反应后的废气)在催化氧化设备中依次完成热交换、加热以及催化氧化。可见，VOCs废气催化氧化设备是集换热区2、加热区3与催化区4为一体化的反应设备，各个部分依次贯通，避免了使用管道连接，不仅降低了VOCs废气的压降，也减少了VOCs废气催化氧化设备的占地面积，便于VOCs废气催化氧化设备的推广应用。

以下对VOCs废气催化氧化设备的各个结构进行说明：

换热区2，主要完成当前进料废气与反应后的废气的热交换。由于本实用新型实施例中的当前进料废气换热之后从换热区2流入到加热区3，而净化反应后的废气换热之后要从出气口7排出，也就是说，当前进料废气与净化反应后的废气只进行热交换，而并没有进行接触，所以，换热区2的换热形式为间隔式换热。故本实用新型实施例在热换区2内设置换热器201。

其中，如图2所示，换热器201包括换热壳体2011、设置在壳体2011内部左右两端的进口管板集箱2012与出口管板集2013、设置在壳体2011上下两端不同侧的气体流入口2014与气体流出口2015以及连接在进口管板集箱2012与出口管板集箱2013在之间的换热管2016。

其中，进口管板集箱2012设置有管程进口，用于与气体返回管6贯通连接，即气体返回管6的一端穿过壳体1的侧壁与进口管板集箱2012连接，或进口管板集箱2012穿过壳体1的侧壁与气体返回管6连接；出口管板集箱2013设置有管程出口，用于与出气口7贯通连接；气体流入口2014也称为壳程进口，将换热器201与进气口5相通；气体流出口2015也称为壳程出口，将换热器201与加热区3相通。

为了便于将换热器201安装到换热区2内以及避免有部分当前进料废气未穿过换热器201而流入到加热区3，本实施中的换热器201的进、出口(即进口管板集箱2012与出口管板集2013)分别与换热区2的内壁通过焊接方式连接，即将换热器201分别与壳体1的左、右两端侧壁进行无缝隙连接。

需要说明的是，在实际操作中，也可根据需要将换热器201设置成板式换热器或扰流子换热器。

下面结合图2，来说明当前进料废气与净化反应后的废气的热交换过程：

在净化反应后的废气从进口管板集箱2012流入到出口管板集2013过程中，即反应后的废气在换热管2016流动时，当前进料废气从气体流入口2014流入到气体流出口2015；当前进料废气流入到换热管2016的表面时，由于当前进料废气与净化反应后的废气之间的温差，再加上换热管2016具有良好的换热系数，使当前进料废气与净化反应后的废气进行热交换；当完成热交换后，当前进料废气通过气体流出口2015流入到加热区3，而净化反应后的废气通过出口管板集2013从出气口7排出。

加热区3，主要对当前进料废气进一步加热，使当前进料废气具备足够高的温度在催化剂作用下进行化学反应。当加热区3对当前进料废气进行加热时，当前进料废气不应发生副反应，否则，可能会降低催化剂对当前进料废气的净化处理效果。

出于对上述问题的考虑，本实用新型实施例中的加热器301优选为电加热器。因为，电加热器不仅加热效率高、使用寿命长，而且不会使当前进料废气发生副反应。

其中，电加热器的类型有多种，例如管道式电加热器、风道式电加热器等。作为优选地，本实用新型实施例中的电加热器可设置为风道式电加热器。因为风道式电加热器不仅热效率高，而且具有优良的机械强度。

催化区4，主要对当前进料废气进行化学反应，使当前进料废气中的VOCs被分解成二氧化碳和水。如图1所示，催化区4设置有催化剂床层401，即在该床层含有催化剂(例如铂催化剂)，使得当前进料废气中的VOCs在催化剂作用下反应生成二氧化碳和水，从而净化当前进料废气。

如图1所示，催化区4还设置有催化剂保护床层402，且催化剂保护床层402位于催化剂床层401的下方。本实用新型实施例在催化区4设置催化剂保护床层402，即该床层含有催化剂保护剂(例如堇青石可作为当前进料废气的吸附剂)，可吸附使催化剂中毒的组分，进而增加催化剂的使用寿命。

如图1所示，气体返回管6设置在壳体1的顶部与换热器201之间，主要将反应后的气体传送至换热器201内，以对当前进料废气进行热交换。

如图1所示，气体返回管6包括顺次连接的第一过渡管段、水平子管段、第二过渡管段、竖直子管段、第三过渡段，第一过渡管段与催化区4连通，第三过渡管段与换热器201连通；第一过渡管段、第二过渡管段、第三过渡管段的内腔中均设置有多个第一导流板601。

从图1中可看出，气体返回管6具有多处拐角部位(简称“拐角”)，即第一过渡管段、第二过渡管段与第三过渡管段。当净化反应后的废气经过气体返回管6的拐角时，会造成气体的压力损失，增加了净化反应后的废气滞留在气体返回管6中的风险。

为了解决上述问题，本实用新型实施例在第一过渡管段、第二过渡管段、第三过渡管段的内腔中均设置有多个第一导流板601，以减少净化反应后的废气流经气体返回管6的拐角处的压力损失。其中，第一导流板601在气体返回管6的内壁拐角处设置的位置、个数、形状以及尺寸可由流体模拟软件(例如Fluent软件)计算获得，以有效减少反应后的废气的压力损失。

例如，可将多个第一导流板601间隔设置，并且第一导流板601的曲率与所在过渡管段的曲率相同，即在第一过渡管段的内腔中间隔设置有多个(比如2个)第一导流板601，且每个第一导流板601的曲率与第一过渡管段的曲率相同；第二过渡管段的内腔中间隔设置有多个(比如2个)第一导流板601，且每个第一导流板601的曲率与第二过渡管段的曲率相同；第三过渡管段的内腔中间隔设置有多个(比如2个)第一导流板601，且每个第一导流板601的曲率与第三过渡管段的曲率相同。

如图1所示，壳体1的内部还设置有气体分布机构8，气体分布机构8位于加热区3与催化区4之间，使当前进料废气均匀进入到催化区4，避免由于当前进料废气偏流造成催化剂床层401中的催化剂的局部过热而烧损催化剂。

其中，气体分布机构8可包括：设置有导流孔的支撑底板、设置有导流孔的支撑顶板以及设置在支撑底板与支撑顶板之间的多个第二导流板。

第二导流板可采用304或316L型号的不锈钢，以增加第二导流板的耐腐蚀性。

为了保证当前进料废气分布的均匀化程度，可采用流体模拟软件(例如Fluent软件)来计算第二导流板的形状、尺寸、安装在气体分布区8的位置以及安装角度，以保证当前进料废气均匀进入到催化剂保护床层402与催化剂床层401，避免由于当前进料废气偏流造成催化剂床层401中的催化剂的局部过热而烧损催化剂。

例如，可将第二导流板竖直设置在支撑底板与支撑顶板之间，且相邻两个第二导流板之间的距离相同。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种VOCs废气催化氧化设备，其特征在于，所述设备包括：

壳体(1)，所述壳体(1)的内部由下至上依次为换热区(2)、加热区(3)与催化区(4)；

设置在所述壳体(1)底部的进气口(5)；

设置在所述壳体(1)顶部的气体返回管(6)；

设置在所述换热区(2)侧壁上的出气口(7)；

所述换热区(2)内设置有换热器(201)，且所述换热器(201)的管程进、出口分别与所述气体返回管(6)与所述出气口(7)连通，所述换热器(201)的壳程进、出口分别与所述进气口(5)与所述加热区(3)连通；

所述加热区(3)内设置有加热器(301)；

所述催化区(4)内设置有催化剂床层(401)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述换热器(201)的管程进、出口分别与所述换热区(2)的内壁通过焊接方式连接。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热器(301)为电加热器。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述电加热器为风道式电加热器。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述催化区(4)还设置有催化剂保护床层(402)；

所述催化剂保护床层(402)位于所述催化剂床层(401)的下方。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气体返回管(6)包括顺次连接的第一过渡管段、水平管段、第二过渡管段、竖直管段、第三过渡管段，所述第一过渡管段与所述催化区(4)连通，所述第三过渡管段与所述换热器(201)连通；

所述第一过渡管段、所述第二过渡管段、所述第三过渡管段的内腔中均设置有多个第一导流板(601)。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，多个所述第一导流板(601)间隔设置，并且所述第一导流板(601)的曲率与所在过渡管段的曲率相同。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体(1)的内部还设置有气体分布机构(8)；

所述气体分布机构(8)位于所述加热区(3)与所述催化区(4)之间。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述气体分布机构(8)包括：设置有导流孔的支撑底板、设置有导流孔的支撑顶板、以及设置在所述支撑底板与所述支撑顶板之间的多个第二导流板。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二导流板竖直设置在所述支撑底板与所述支撑顶板之间，且相邻两个所述第二导流板之间的距离相同。