专利名称：一种低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工业尾气处理装置领域。
背景技术：
我国处于重化工时代，每年因工业生产排放大量的有机废气，目前我国的工业污染已处于环境承载的极限，需要加大环境治理的力度。有机废气是石油化工、轻工、塑料、印刷、涂料、制药等行业排放的常见污染物，其中含有烃类化合物(芳烃、烷烃、烯烃)、含氧有机化合物(醇、酮、有机酸等)、含氮、硫、商素及含磷有机化合物等。如对这些废气不加处理， 直接排入大气将会对环境造成严重污染，危害人体健康。通常有机废气处理方法有两种一是非破坏性回收利用技术，即通过温度、压力等改变使有机废气富集分离，如吸附法、溶液吸收法、冷凝法及膜分离法等常规方法，这些方法仅适用于高浓度、比较昂贵、有回收价值的有机废气富集净化与回收利用，目前通用的变压吸附法在回收过程中始终有一股驰放气需要排放，致使回收不彻底。二是破坏性技术， 即通过化学、物理或生物技术使有机废气转化为C02、H2O及其它如氯化氢等无毒或毒性小的无机物，例如光催化、脉冲电晕、生物降解、直接燃烧和催化燃烧。光催化、脉冲电晕、生物降解等方法要么效率低，要么运行成本高而难以广泛使用。直接燃烧法仅适用于高浓度的可燃废气，该方法造成资源和能源巨大浪费，同时产生二恶英、NOx等副产物，以及黑烟、噪音及不完全燃烧产生的异味，从而对环境造成二次污染。而催化燃烧法的优点有1)与直接燃烧法相比，起燃温度低、能耗低；2)净化效率高；3)无二次污染，更环保；4)设备体积小， 可操作性强；5)适用范围广，可适用多种行业低浓度、多组分、无回收价值的废气处理。催化燃烧既是一种低浓度有机废气的理想方法，也是有机可燃废气处理技术发展的方向。有机可燃气体体积百分含量一般高于5%才能被点燃或维持燃烧。对于低浓度有机可燃气体的处理，目前国际上公认的最有效方法是将预热、反应和热量回收集成在一个设备内的流向变换催化氧化技术。该技术可实现过程的高效耦合与强化反应的动态操作， 使热量自维持的可燃物浓度降至传统燃烧技术的10%。1938年，Cottrell最先提出流向变换催化燃烧技术，上世纪70 80年代 Boreskov和Matros进行了数学模拟。近年来，国外已有一些工业化装置，如1989年 Kemerovo利用该技术处理树脂生产排放的还甲醇、苯酚、甲醛废气。逆流燃烧技术可分为热逆流反应(TFRI )和催化逆流反应(CFRR)。热逆流反应以总部设在瑞典的MEGTEC公司开发的V0CSIDIZER技术为代表，催化剂逆流氧化以加拿大矿物与能源技术中心开发出的CH4MIN技术为代表。这两个技术均要求进入反应器中的气体不断变换流动方向，使气体在蓄热氧化床中吸热升温，以保证氧化过程的自维持。MEGTEC公司最初开发TFRR技术主要用于处理低浓度有机可燃气体，在全球共销售了 600余套装置。TFRR在处理低浓度有机可燃气体时，需要补充添加天然气以维持运行。MEGTEC公司后来将该技术改进用于处理矿井乏风瓦斯，处理乏风瓦斯技术的工艺方式是先用电将陶瓷床中心部分加热到1000°C，然后将矿井乏风通入陶瓷床，在800°C
31000°C的高温下，矿井乏风中的甲烷在陶瓷床中部迅速氧化释放热量，通过热交换，热量被传递到陶瓷床材料的周围，利用这些热量可以生产蒸汽和热水，产生的蒸汽可以进一步推动汽轮机发电，热水可用于取暖。加拿大矿物与能源技术中心开发了专门处理矿井乏风的催化逆流反应器 (CH4MIN)技术。该技术是在催化剂的作用下，促使乏风混合气体的温度升高到足以让甲烷发生氧化的程度，从而产生热量，通过利用这种热量达到利用乏风瓦斯的目的。国内众多科研机构对低浓度有机可燃气体和煤矿乏风瓦斯氧化技术进行了研究。典型的如中国专利ZL200820081956. X公开的煤矿乏风甲烷氧化装置和中国专利 200910082886. 8公开的一种处理煤矿矿井乏风气中的低浓度甲烷的设备及其方法。技术原理类似于MEGTEC公司的VOCSIDIZER (TFRR)技术和加拿大矿物与能源技术中心开发的 CH4MIN (CFRR)技术。TFRR技术反应装置的换热器位于蓄热陶瓷中心位置，长期处于高温区会使换热器强度下降，寿命变短，且800°C 1000°C的高温易产生NOx，造成二次污染。CFRR技术较好的解决了二次污染问题，是低浓度有机可燃气体的有效处理方式，但如何高效的利用反应热并在处理极低浓度有机可燃气体时达到热量的自维持进而产生高品质蒸汽仍是这一技术的关键所在。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提出一种可以对极低浓度有机可燃气体有效处理利用，在保证热量自维持条件下无二次污染，能高效回收利用热能的尾气处理装置，且设备简单可靠，使用寿命长。本实用新型目的通过下述技术方案来实现一种低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，包括相连的反应装置和蒸汽发生装置，所述反应装置内两端设有第一、二换热器，第一、二换热器间依次设有加热器和蓄热装置，蓄热装置内还装填有催化剂，所述第一换热器、加热器、蓄热装置、第二换热器相通构成反应装置的内部气体通道，并通过第一、二换热器各自与反应装置上的第一、 二气体进出口相连进而与外部气体通道连通，所述外部气体通道为可切换外部气体进出反应装置流向的流向变换控制管路，所述流向变换控制管路设有冷气体进口和热气体出口， 其热气体出口进一步与所述蒸汽发生装置的气体进口相连；所述第一、二换热器间连通蒸汽管路，且其一换热器与蒸汽发生装置的蒸汽出口相连，另一换热器与蒸汽发生装置的蒸汽进口相连构成蒸汽通道，所述蒸汽发生装置还设有过热蒸汽出口、流体进口和气体出口。作为优选方式，所述蒸汽发生装置由多个换热装置串联组成。作为优选方式，所述换热装置为第三、四换热器及余热锅炉，所述反应装置的热气体出口依次连通第三换热器、 余热锅炉、第四换热器及气体出口，所述流体进口依次连通第四换热器、余热锅炉及蒸汽出口，所述蒸汽进口依次连通第三换热器、过热蒸汽出口。作为优选方式，所述余热锅炉气体进口端设有第三温度传感器。作为优选方式，所述流向变换控制管路包括管路及其上的阀门和控制单元，其由主管路和第一、二支管路组成，主管路阀门连通冷气体进口和第一、二支管路，第一支管路阀门连通第一气体进出口进而阀门连通第二气体进出口与热气体出口，第二支管路阀门连通第二气体进出口进而阀门连通第一气体进出口与热气体出口。作为优选方式，所述主管路至第一、二气体进出口间的第一、二支管路上还分别设有三通阀连通一冷却管至反应装置内。作为优选方式，所述主管路上还设有流量计。作为优选方式，所述反应装置内蓄热装置与催化剂之间分别设置有第一、二温度传感器。工作过程为有机可燃气体燃烧过程中的主要反应为CA舉辱(n>li >M>0)由于有机物与氧反应是强放热反应，有机可燃气体与氧反应放出大量热，通过特殊的反应器设计可实现反应热的自维持并产生高品质蒸汽。本申请技术方案适用于处理浓度在0. 1 5% (ν/ν)的有机废气，原料气空速 10000 δΟΟΟΟΙΓ1，反应温度为200 800°C，反应后能将有机可燃气含量脱至小于
权利要求1.一种低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，其特征在于包括相连的反应装置和蒸汽发生装置，所述反应装置内两端设有第一、二换热器，第一、二换热器间依次设有加热器和蓄热装置，蓄热装置内还装填有催化剂，所述第一换热器、加热器、蓄热装置、第二换热器相通构成反应装置的内部气体通道，并通过第一、二换热器各自与反应装置上的第一、二气体进出口相连进而与外部气体通道连通，所述外部气体通道为可切换外部气体进出反应装置流向的流向变换控制管路，所述流向变换控制管路设有冷气体进口和热气体出口，其热气体出口进一步与所述蒸汽发生装置的气体进口相连；所述第一、二换热器间连通蒸汽管路，且其一换热器与蒸汽发生装置的蒸汽出口相连，另一换热器与蒸汽发生装置的蒸汽进口相连构成蒸汽通道，所述蒸汽发生装置还设有过热蒸汽出口、流体进口和气体出口。
2.如权利要求1所述的低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，其特征在于所述蒸汽发生装置由多个换热装置串联组成。
3.如权利要求2所述的低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，其特征在于所述换热装置为第三、四换热器及余热锅炉，所述反应装置的热气体出口依次连通第三换热器、余热锅炉、第四换热器及气体出口，所述流体进口依次连通第四换热器、余热锅炉及蒸汽出口，所述蒸汽进口依次连通第三换热器、过热蒸汽出口。
4.如权利要求3所述的低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，其特征在于所述余热锅炉气体进口端设有第三温度传感器。
5.如权利要求1所述的低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，其特征在于所述流向变换控制管路包括管路及其上的阀门和控制单元，其由主管路和第一、二支管路组成，主管路阀门连通冷气体进口和第一、二支管路，第一支管路阀门连通第一气体进出口进而阀门连通第二气体进出口与热气体出口，第二支管路阀门连通第二气体进出口进而阀门连通第一气体进出口与热气体出口。
6.如权利要求5所述的低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，其特征在于所述主管路至第一、二气体进出口间的第一、二支管路上还分别设有三通阀连通一冷却管至反应装置内。
7.如权利要求5或6所述的低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，其特征在于所述主管路上还设有流量计。
8.如权利要求1所述的低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，其特征在于所述反应装置内蓄热装置与催化剂之间分别设置有第一、二温度传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种低浓度有机可燃气体催化氧化装置及热量利用系统，属于工业尾气处理装置领域，包括相连的反应装置和蒸汽发生装置，反应装置内两端设有第一、二换热器，第一、二换热器间依次设有加热器和蓄热装置，蓄热装置内还装填有催化剂，第一、二换热器间连通蒸汽管路，且其一换热器与蒸汽发生装置的蒸汽出口相连，另一换热器与蒸汽发生装置的蒸汽进口相连构成蒸汽通道，蒸汽发生装置还设有过热蒸汽出口、流体进口和气体出口。本实用新型是一种可以对极低浓度有机可燃气体有效处理利用，在保证热量自维持条件下无二次污染，能高效回收利用热能的尾气处理装置，且设备简单可靠，使用寿命长。
文档编号B01D53/44GK202169139SQ20112025246
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者廖炯, 曾健, 毛震波, 郑珩, 陈耀壮, 马磊 申请人:西南化工研究设计院