CN209782672U - 一种催化燃烧反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种催化燃烧反应装置。本实用新型包括壳体，壳体的上方设有过滤干燥室，壳体的内部依次设置有进气加热区、催化反应区和余热利用区，催化反应区之间设有层间预热区；壳体的顶部连接有进气管道，进气管道经过余热利用区由壳体的外部与壳体的底部连接，壳体的底部设有进气口，壳体的顶部还设有出气口；催化反应区包括底部隔热板、顶部隔热板和催化剂层，底部隔热板的两端设有进气孔，催化剂层内设有纵向设置的导流挡流板，顶部隔热板的中部设有出气孔。本实用新型在一个装置上完成了工业废气的加热、催化反应、预热、催化反应和余热利用等，结构紧凑，占地面积小，控制平稳，反应充分，防止了催化剂失活，处理效果好。

Description

一种催化燃烧反应装置

技术领域

本实用新型涉及石油化工工业废气环保治理的技术领域，特别是指一种催化燃烧反应装置。

背景技术

在石油化工工业的生产过程中会排放出有机废气，其组成主要以有机物为主，如“三苯”、烷烃、烯烃、炔烃等，这种废气中有机物浓度在每立方米几百到几万毫克之间。上述废气主要以有组织和无组织两种形式排放到大气中，如果生产过程中不对上述废气进行收集处理，将会严重影响从业人员的健康及周边环境的空气质量。而且此类废气如果不经处理直接排放，同时会违反国家相关环保政策、法规、标准及地方标准和相关政策性文件，给石油化工企业带来违法风险和相应的经济罚款。因此对这类挥发性有机物(VOCs)废气必须采取有效的治理手段。

目前对于这种挥发性有机物(VOCs)废气的处理，行业内主要有冷凝法、催化燃烧法、焚烧法、低温等离子技术、活性炭吸附法等；催化燃烧法是一种有效的处理手段，在目前的催化燃烧装置中，气体预热器、催化燃烧反应器和换热器一般都是单独的设备，设备之间通过管道和阀门连接；这种催化燃烧装置占地面积大，结构复杂，温度控制不平稳；并且当进气中可燃气体浓度稍高时，容易导致催化剂温升快，取热滞后，使催化剂超温，影响催化剂寿命。

实用新型内容

本实用新型提出一种催化燃烧反应装置，该催化燃烧反应装置结构紧凑、占地面积小、控制平稳、反应充分、催化剂使用寿命长、处理效果好。

本实用新型的技术方案是这样实现的：包括壳体，所述壳体的上方设有过滤干燥室，所述壳体的内部自下而上依次设置有进气加热区、催化反应区和余热利用区，所述催化反应区为多个，相邻的两个催化反应区之间设有层间预热区；所述壳体的顶部连接有进气管道，待处理的工业废气经过所述过滤干燥室进行过滤和干燥之后进入所述进气管道，所述进气管道经过所述余热利用区由所述壳体的外部与所述壳体的底部连接，所述壳体的底部设有进气口，所述壳体的顶部还设有出气口；所述催化反应区包括底部隔热板、顶部隔热板和催化剂层，所述底部隔热板的两端设有进气孔，所述催化剂层内设有纵向设置的导流挡流板，所述导流挡流板包括导流板和挡流板，所述顶部隔热板的中部设有出气孔。

作为一种优选的实施方案，所述进气口在所述进气加热区的内部连接有半球形分散器，所述分散器上设有分散孔，所述分散器的外部设有挡流罩。

作为一种优选的实施方案，所述进气加热区的内部设有多数个导流板，所述进气加热区的内部还设有加热丝。

作为一种优选的实施方案，所述层间预热区的内部设有多数个挡流板，所述层间预热区的内部还设有辅助加热丝。

作为一种优选的实施方案，所述余热利用区的内部也设有多数个挡流板，所述进气管道在所述余热利用区的内部为螺旋管，所述螺旋管为若干排，每排所述螺旋管呈连续U型串联连接。

作为一种优选的实施方案，所述过滤干燥室内设有过滤器、干燥器和指示器。

作为一种优选的实施方案，所述过滤干燥室为两个且呈并联设置，所述过滤干燥室还连接有干燥剂气体脱附再生管路。

作为一种优选的实施方案，所述出气口连接有尾气排放浓度达标检测机构，所述尾气排放浓度达标检测机构包括气体浓度检测仪和循环燃烧管路，所述循环燃烧管路也与所述进气口连接。

作为一种优选的实施方案，所述余热利用区还通过余热循环管路与所述层间预热区连接，所述层间预热区也通过余热循环管路与所述进气加热区连接。

作为一种优选的实施方案，所述层间预热区和所述进气加热区均连接有氮气管路，所述氮气管路上设有风机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：工业废气首先经过本实用新型上方的过滤干燥室进行过滤和干燥，然后利用顶部的余热利用区对待处理的有机废气进行初步预热，最后通过底部的进气加热区进行充分加热，最后经过催化反应区进行催化反应，催化反应区设置多个，多个催化反应区之间设置层间预热区，对进行催化反应的有机废气的温度进行了有效控制，充分保护了催化剂，避免催化剂失活，使有机废气彻底分解，经过余热回收之后排放；在一个装置的内部即完成了工业有机废气的过滤、干燥、加热、催化反应、预热、催化反应和余热利用等操作，结构紧凑，占地面积小，控制平稳，反应充分，防止了催化剂失活，处理效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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为本实用新型一个实施例的平面结构示意图；

图2为图1中催化反应区的放大结构示意图；

图3为图1中进气加热区的放大结构示意图；

图4为图1中层间预热区的放大结构示意图；

图5为图1中余热利用区的放大结构示意图；

图6为图1中过滤干燥室的放大结构示意图；

图7为图2中分散器的俯视结构示意图；

图8为图3中底部隔热板的俯视结构示意图；

图9为图3中顶部隔热板的俯视结构示意图；

图10为图2中导流板的平面结构示意图；

图11为图5中螺旋管的平面结构示意图；

图12为图5中螺旋管的连接结构示意图；

图中：1-进气管道；2-排气管道；3-气体浓度检测仪；4-第二过滤干燥室；5-第一过滤干燥室；6-余热利用区；7-余热循环管路；8-循环燃烧管路；9-氮气管路；10-风机；11-层间预热区；12-阻火器；13-进气加热区；14-催化反应区；15-壳体；16-导流板；17-挡流板；18-反冲洗阀；19-过滤器；20-干燥器；21-指示器；

601-螺旋管；1101-进气板；1102-出气板；1103-辅助加热丝；1301-分散器；1302-一级加热丝；1303-二级加热丝；1304-挡流罩；1305-分散孔；1401-底部隔热板；1402-顶部隔热板；1404-进气孔；1405-出气孔；1601-挡板部；1602-导流部。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅附图1至附图12，本实用新型包括壳体15，壳体15的上方设有过滤干燥室，壳体15的内部自下而上依次设置有进气加热区13、催化反应区14和余热利用区6，催化反应区14为多个，相邻的两个催化反应区14之间设有层间预热区11；壳体15的顶部连接有进气管道1，待处理的工业废气经过过滤干燥室进行过滤和干燥之后进入进气管道1，进气管道1经过余热利用区6由壳体15的外部与壳体15的底部连接，壳体15的底部设有进气口，壳体15的顶部还设有出气口，出气口连接排气管道2；催化反应区14包括底部隔热板1401、顶部隔热板1402和催化剂层，底部隔热板1401的两端设有进气孔1404，催化剂层内设有纵向设置的导流挡流板，导流挡流板包括导流板16和挡流板17，顶部隔热板1402的中部设有出气孔1405。本实用新型首先利用上方的过滤干燥室进行过滤和干燥，然后利用顶部的余热利用区6对待处理的有机废气进行初步预热，然后通过底部的进气加热区13进行充分加热，最后经过催化反应区14进行催化反应，催化反应区14设置多个，多个催化反应区14之间设置层间预热区11，对进行催化反应的有机废气的温度进行了有效控制，充分保护了催化剂，避免催化剂失活，使有机废气彻底分解，经过余热回收之后排放；在一个装置的内部即完成了工业有机废气的过滤、干燥、加热、催化反应、预热、催化反应和余热利用等操作，结构紧凑，占地面积小，控制平稳，反应充分，防止了催化剂失活，处理效果好。

参阅附图1、附图3、附图7、附图8、附图9和附图10，本实施例中，催化反应区14为三个，分别为底部进气催化反应区、中间进气催化反应区和顶部出气催化反应区，因此，层间预热区11为两个，分别为第一层间预热区和第二层间预热区。进气口在进气加热区13的内部连接有半球形分散器1301，分散器1301上设有分散孔1305，分散器1301的外部设有挡流罩1304，挡流罩1304呈圆柱型设置，挡流罩1304套设在分散器1301的外部。导流板16的一端设有透气孔，另一端为实体板，导流板16的一端与底部隔热板1401连接，其另一端与顶部隔热板1402连接；挡流板17全部为纯的实体板，挡流板17设置在底部隔热板1401上，其顶部距离顶部隔热板1402有一段间隙。由进气口进入进气加热区13的工业废气，在半球形分散器1301的作用下由分散孔1305分散到进气加热区13的中部，并在挡流罩1304的作用下向着进气加热区13的两端扩散。进气加热区13的内部设有多数个导流板16，进气加热区13的内部还设有加热丝。导流板16包括设有透气孔的导流部1602和作为实体板的挡板部1601；在导流板16的作用下，引导由进气口进入气体加热区13中部的工业废气沿着S型曲线向两端流动，并在靠近壳体15的两端进入催化反应区14。通常情况下，加热丝包括一级加热丝1302和二级加热丝1303，挡流罩1304内设有一级加热丝1302，挡流罩1304和导流板16之间设有二级加热丝1303，在分散器1301和挡流罩1304之间还设有气体浓度检测仪3，用于检测进入进气加热区13内的工业废气的组成。经过进气加热区13加热后的工业废气进入催化反应区14即底部气体催化反应区，工业废气由底部气体催化反应区的周向进气孔1404进入，底部气体催化反应区内部设有多级导流板16，导流板16引导气体沿着S型通过催化剂层，在底部气体催化反应区的中部设有挡流板17，挡流板17距离顶部隔热板1402具有一定距离，在挡流板17的作用下，经过初步催化反应处理后的工业废气由顶部隔热板1402上的出气孔1405进入层间预热区11即第一层间预热区。

参阅附图1和附图4，本实用新型中，层间预热区11的内部设有多数个挡流板17，层间预热区11的内部还设有辅助加热丝1103。本实施例中，层间预热区11内设有4块挡流板17，由层间预热区11底部的进气板1101进入层间预热区11，挡流板17引导工业废气沿着层间预热区11的中部向两端流动，在辅助加热丝1103的作用下，完成工业废气的层间预热，从而使其温度满足中间进气催化反应区的要求，最后由层间预热区11顶部的出气板1102进入中间进气催化反应区，从而完成中间催化反应，中间进气催化反应区的结构与底部进气催化反应区的结构相同。经过中间进气催化反应区催化反应后的工业废气再次进入层间预热区11即第二层间预热区，第二层间预热区的结构与第一层间预热区的结构相同，经过第二层间预热区预热后的工业废气满足了顶部出气催化反应区的催化反应要求，并进入出气催化反应区进行催化反应，经过顶部出气催化反应后的工业废气进入余热利用区6。

参阅附图1、附图5、附图11和附图12，本实用新型中，余热利用区6的内部也设有多数个挡流板17，进气管道1在余热利用区6的内部为螺旋管601，螺旋管601为若干排，每排螺旋管601呈连续U型串联连接。经过多次催化反应处理后的工业废气基本可以达到排放要求，其含有很高的热量，在余热利用区6内，催化处理后的工业废气与U型连接的呈螺旋型设置的进气管道1内的气体进行充分的热量交换，螺旋管601的设置，增加了进气的流动路线和阻力，使螺旋管601的内气体与余热利用区6内的催化反应后的工业废气进行充分的热量交换，充分利用催化反应后的余热，另一方面也降低了催化反应后待排放气体的温度。本实用新型中，催化反应区14、层间预热区11、余热利用区6和进气加热区13的导流板16和挡流板17在与顶部隔热板1402和底部隔热板1401连接的时候，连接处均进行半径为250的90°圆角的处理，这种设置的圆角最大程度地减少了壳体15内直角死角的存在，使工业废气流动顺畅。

参阅附图1和附图6，本实用新型中，过滤干燥室内设有过滤器19、干燥器20和指示器21。待处理的工业废气首先经过过滤干燥室，其中的固体颗粒物被过滤器19阻隔，并依次经过干燥器20(通常装有氧化铝干燥剂)和指示器21(通常装有无水硫酸铜干燥指示剂)干燥，即除去了工业废气中的固体颗粒物，又完成了工业废气的干燥处理，还完成了对干燥处理后工业废气干燥程度的检测和指示，工业废气经过过滤干燥处理之后进入余热利用区6内的呈U型连接的螺旋管601进行初步余热。本实施例中，过滤干燥室为两个且呈并联设置，过滤干燥室还连接有干燥剂气体脱附再生管路。干燥剂气体脱附再生管路由反冲洗阀18控制，过滤干燥室为第一过滤干燥室5和第二过滤干燥室4，在第一过滤干燥室5和第二过滤干燥室4内分别依次设置了过滤器19、干燥器20、指示器21和过滤器19，两个过滤干燥室并联设置，可以切换使用，一个使用，一个脱附，提高了工业废气的处理效率。

参阅附图1，本实用新型中，出气口连接有尾气排放浓度达标检测机构，尾气排放浓度达标检测机构包括气体浓度检测仪3和循环燃烧管路8，循环燃烧管路8也与进气口连接。气体浓度检测仪3的设置，可以使当排出废气浓度超出额定数值时，调小排气管道2的阀门，调大循环燃烧管路8的阀门，调小催化燃烧管路即进气管道1的进气阀门，将不达标废气重新打入催化燃烧反应装置进行反应。余热利用区6还通过余热循环管路7与层间预热区11连接，层间预热区11也通过余热循环管路7与进气加热区13连接。因此，余热循环管路7包括第一余热循环管路和第二余热循环管路，第一余热循环管路连通催化燃烧反应装置的第二层间预热区和进气加热区13，第二余热循环管路连通催化燃烧反应装置的顶部废气余热利用区6和第一层间预热区。另外，层间预热区11和进气加热区13均连接有氮气管路9，氮气管路9上设有风机10。氮气管路9与催化燃烧反应装置的顶部余热利用区6、第二层间预热区、第一层间预热区和进气加热区13连通，开启风机10，氮气吹入催化燃烧反应装置内，以降低催化反应装置内工业废气的温度，稀释催化反应装置内工业废气的浓度，从而保护催化剂，避免失活。

本实用新型中，进气管道1、排气管道2、干燥剂气体脱附再生管路、循环燃烧管路8、余热循环管路7、氮气管路9上均设置有气动阀，以便于控制。过滤干燥室与壳体15之间的设有隔热腔，隔热腔以及过滤干燥室周围均采用隔热板连通。过滤干燥室的进气口和出气口均设置两组过滤网，且为不锈钢气液过滤网，每组过滤网可以单独拆卸。过滤干燥室采用一组无水硫酸铜干燥指示器21和两组氧化铝干燥器20，两组氧化铝干燥器20靠近气体进口位置，一组无水硫酸铜干燥指示器21靠近出气口位置，且氧化铝干燥器20和无水硫酸铜干燥指示器21均可进行单独拆卸更换，并设置脱附再生系统——即干燥剂气体脱附再生管路。进气加热区13设置中间进气，进气口周围设半球形气体分散器1301和圆柱型设置的挡流罩1304，两边设置导流板16，形成三个半封闭腔室，单板均进行扰流处理，尽量减少腔室内直角死角的存在；进气加热区13设有电加热系统，电加热系统分布在半封闭腔室内，在一号腔室和二号腔室中设置分别设置电加热器加热气体即一级加热丝1302和二级加热丝1303；正常运行时不开或只开一级加热丝1302，在特殊工况下如催化剂再生或者一级加热丝1302不能正常工作时，则开启二级加热丝1303；进气加热区13的外侧设有温度显示及温控调节系统以及事故工况强制通风系统——即氮气管路9。在该催化燃烧反应装置中为了尽量降低能耗，充分利用催化燃烧反应余热减少一层催化剂和二层催化剂处理压力，从第二层间预热加热区和顶部废气余热利用区6抽取一股余热尾气进入进气加热区13和第一层间预热加热区。该催化燃烧反应装置设置的催化反应区14分为底部进气催化燃烧反应区、中间催化燃烧反应区和顶部出气催化燃烧反应区，均做隔热处理，中间催化燃烧反应区床层厚度要比底部进气催化燃烧反应区、顶部出气催化燃烧反应区厚1.5倍，以减少因压降造成的气体流速减慢而造成的催化剂层反应温度不均问题，减少由于催化反应床层太厚导致的催化反应床层温度不均匀问题。

本实用新型的工作过程为：工作时，有机废气通过进气管道1进入第一过滤干燥室5进行气体的过滤和干燥，当第一过滤干燥室5达到额定限值时，关闭第一过滤干燥室5的开关阀门和干燥后有机气体出气第一开关阀，打开第二气体过滤干燥室4的开关阀门，切换到第二过滤干燥室4进行干燥过滤，同时打开第一过滤干燥室5干燥剂气体脱附再生管路的进气阀门38和第一过滤干燥室5干燥剂气体脱附再生管路的阀门，对第一过滤干燥室5进行脱附再生，干燥剂气体脱附再生管路连接排气筒；干燥后的有机气体经进气管道1进入该催化燃烧反应装置的顶部废气余热利用区6，预热后的废气经阻火器12进入催化燃烧反应装置的底部的进气加热区13；当有机气体温度满足反应要求时，一级加热丝1302和二级加热丝1303均为关闭状态，当不能满足要求时，开启一级加热丝1302，在一级加热丝1302仍不能满足要求或者一级加热丝1302不能工作的情况下开启二级加热丝1303，废气进入进气加热区13经半球形气体分散器1301和圆柱型挡流罩1304进行分散；在挡流罩1304内设置浓度检测仪3，当气体浓度超过额定值时加大在第三腔室通风，在设置一级加热丝1302的第一腔室经导流进入第二腔室，与二级加热丝1303接触后进入第三腔室，由第三腔室的上部进入底部进气催化燃烧反应区，进入后经过催化剂层进行催化反应由中间进入第一层间预热加热区；当气体温度不满足要求时，打开辅助加热丝1103对气体进行加热，经导流后由第三腔室进入中间进气催化燃烧反应区，进入后经过催化剂层由中间进入第二层间预热加热区；当气体温度不满足要求时，打开辅助加热丝1103对气体进行加热，经导流后由第三腔室进入顶部出气催化燃烧反应区，进入后经过催化剂层由中间进入顶部废气余热利用区6，废气经过U型设置的进气管道1由催化燃烧反应装置的出气口进入排气管道2排入排气筒；当排气管道2的浓度检测仪3检测到废气中VOCs浓度高出额定数值时，调小排气管道2的阀门，调大循环燃烧管路8的阀门，同时调小催化燃烧管路即进气管道1的进气阀门，将不达标废气重新打入催化燃烧反应装置进行反应，同时开启净化管路9上的阀门，将氮气吹入催化燃烧反应装置的内部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型利用顶部的余热利用区6对待处理的有机废气进行初步预热，然后通过底部的进气加热区13进行充分加热，最后经过催化反应区14进行催化反应，催化反应区14设置多个，多个催化反应区14之间设置层间预热区11，对进行催化反应的有机废气的温度进行了有效控制，充分保护了催化剂，避免催化剂失活，使有机废气彻底分解，经过余热回收之后排放；在一个装置的内部即完成了工业有机废气的加热、催化反应、预热、催化反应和余热利用等操作，结构紧凑，占地面积小，控制平稳，反应充分，防止了催化剂失活，处理效果好。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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)

1.一种催化燃烧反应装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体的上方设有过滤干燥室，所述壳体的内部自下而上依次设置有进气加热区、催化反应区和余热利用区，所述催化反应区为多个，相邻的两个催化反应区之间设有层间预热区；

所述壳体的顶部连接有进气管道，待处理的工业废气经过所述过滤干燥室进行过滤和干燥之后进入所述进气管道，所述进气管道经过所述余热利用区由所述壳体的外部与所述壳体的底部连接，所述壳体的底部设有进气口，所述壳体的顶部还设有出气口；

所述催化反应区包括底部隔热板、顶部隔热板和催化剂层，所述底部隔热板的两端设有进气孔，所述催化剂层内设有纵向设置的导流挡流板，所述导流挡流板包括导流板和挡流板，所述顶部隔热板的中部设有出气孔。

2.根据权利要求1所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述进气口在所述进气加热区的内部连接有半球形分散器，所述分散器上设有分散孔，所述分散器的外部设有挡流罩。

3.根据权利要求1所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述进气加热区的内部设有多数个导流板，所述进气加热区的内部还设有加热丝。

4.根据权利要求1所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述层间预热区的内部设有多数个挡流板，所述层间预热区的内部还设有辅助加热丝。

5.根据权利要求1所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述余热利用区的内部也设有多数个挡流板，所述进气管道在所述余热利用区的内部为螺旋管，所述螺旋管为若干排，每排所述螺旋管呈连续U型串联连接。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述过滤干燥室内设有过滤器、干燥器和指示器。

7.根据权利要求1所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述过滤干燥室为两个且呈并联设置，所述过滤干燥室还连接有干燥剂气体脱附再生管路。

8.根据权利要求1所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述出气口连接有尾气排放浓度达标检测机构，所述尾气排放浓度达标检测机构包括气体浓度检测仪和循环燃烧管路，所述循环燃烧管路也与所述进气口连接。

9.根据权利要求1所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述余热利用区还通过余热循环管路与所述层间预热区连接，所述层间预热区也通过余热循环管路与所述进气加热区连接。

10.根据权利要求1所述的催化燃烧反应装置，其特征在于：

所述层间预热区和所述进气加热区均连接有氮气管路，所述氮气管路上设有风机。