气体处理设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种气体处理设备(PA)，该设备(PA)在气体流动方向上包括：至少一个气体鼓风机(4)，至少一个进气部(5a)，至少两个处理部(7-8)，其中每个所述处理部具有至少一个换热器(7a)和用于气体催化燃烧的催化转化器(8a)，和至少一个出气部(12)，在进气部(5a)和处理部(7-8)之间有用于向各处理部(7-8)交替输导气体的至少两个方向控制阀(6)，在这些处理部(7-8)之间有用于在处理部(7-8)之间输导气体的至少一个连接部(9)，每个处理部(7-8)具有用于向出气部(12)输导气体的至少一个排气控制阀(11)。
【专利说明】气体处理设备
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及气体处理设备。
【背景技术】
[0002]VOC (挥发性有机化合物)气体是温室气体，其危害性比二氧化碳(CO2)的危害性大几倍至高达3000倍。通常提到的粗略一般情况是VOC气体危害性是CO2危害性的11倍。
[0003]一些手段可被用来减少VOC排放。水稀释的或低溶剂型漆或清漆是有效的。VOC气体可以被生物消除，VOC气体可以被回收，VOC气体可以被热力燃烧或催化燃烧等。排放的总趋势是更低的浓度，其结果是后几种技术占主导地位。
[0004]VOC气体排放的特征在于其在气体中的含量如此低，以致几乎不足以产生燃烧所需的能量，但其需要辅助能量或者热量的高效再利用。蓄热式换热器是用于此目的的最有效的设备。最常用的技术是热力燃烧，其次是催化燃烧(催化氧化)。这两种技术都能够使用回热式换热器或蓄热式换热器以增加到达焚烧炉的气体的热量。使用回热式换热器的效率最高达75%，而使用蓄热式换热器的效率最高达95%。这意味着使用回热式换热器的热损失是蓄热式换热器的5倍，即25%对5%。
[0005]催化燃烧工艺与热力燃烧工艺最大的区别是燃烧温度，热力燃烧的燃烧温度为约800°C，而催化燃烧的燃烧温度为约300°C。这意味着热力燃烧所需要的用于加热气流的能量几乎是催化燃烧的3倍。在蓄热式热力燃烧中足以产生燃烧所需的能量的溶剂浓度为
1.5-3g/Nm3，相对地，在催化燃烧中该浓度为0.5-1.0g/Nm3。所述浓度被称作自热点(ATP)。基于上述原因，通过将催化转化器置放在换热器上方从而将蓄热式氧化炉(RTO)转换成蓄热式催化氧化炉(RCO)的方式已经越来越受到欢迎。
[0006]蓄热式焚烧炉的缺点在于气流方向必须在两个蓄能器/预热单元(床)之间发生逆转。因此，在逆转过程中，少量未净化气体会进入排气管，从而降低焚烧炉的效率。所谓的双床式热力焚烧炉能够提供约为90%的净化效率。在催化焚烧炉中，由于其尺寸较小，与逆转相关的流失较少，因而效率更高，一般约为98-99%。热力燃烧中经常用到的方案是第三床，由此可获得达到约98%的效率。第三床会将该设备的成本提高30%。人们已经提出可以用各种储罐代替第三床以用于消除逆转时间中的排放量。然而，这些技术并未充分普及。
[0007]热力燃烧存在的另一个问题是空气中的氧气和氮气会在高温下发生反应而产生氮氧化物(NOx)。NOx的排放标准也变得更加严格，即从之前常用的限值50mg/Nm3变成低至5mg/Nm3，如果不采用包括选择性还原工艺(SCR)的气体后处理，则热力燃烧是难以达到该标准的。在催化氧化中则不会形成氮氧化物。
实用新型内容
[0008]现在已经发明出一种在技术方面非常有益的气体处理设备。
[0009]为实现该目标，本实用新型的特征在于独立权利要求所呈现的内容。本实用新型的一些优选实施例呈现在其它权利要求中。[0010]根据本实用新型的设备在气体流动方向上包括至少一个气体鼓风机、至少一个进气部、至少两个处理部和至少一个出气部，其中每个处理部配备有至少一个换热器和用于例如含VOC的气体的催化燃烧的催化转化器。在进气部和处理部之间有用于向各处理部交替输导气体的至少两个方向控制阀，所述处理部之间有用于在处理部之间输导气体的至少一个连接部，每个处理部具有用于向出气部输导气体的至少一个排气控制阀。
[0011]根据本实用新型的一个方案，在所述至少两个处理部中，这些催化转化器被配置为与连接部紧邻，该连接部连接所述至少两个处理部以用于经该连接部从其中一个催化转化器直接向另一个催化转化器方向上输送气体或反之(权利要求2)。
[0012]根据本实用新型的一个方案，所述至少两个处理部包括单独的气体分配室，该气体分配室具有与之连接的方向控制阀。
[0013]根据本实用新型的一个方案，所述至少两个处理部包括单独的气体分配室，气体分配室具有与之连接的方向控制阀和排气控制阀(权利要求4)。
[0014]根据本实用新型的一个方案，所述至少两个处理部包括单独的气体分配室，气体分配室在竖向上布置在该处理部的底部中，而连接所述两个处理部的连接部在竖向上布置在该处理部的上方。
[0015]根据本实用新型的一个方案，至少一个气体处理部具有加热元件如加热电阻或燃烧器，加热电阻用于流动气体的直接加热。
[0016]根据本实用新型的一个方案，所述设备具有配备有用于对流动气体直接加热的加热电阻的至少一个连接部。
[0017]根据本实用新型的一个方案，该连接部具有用于从连接部向出气部输导气体的单独的气体旁通阀。
[0018]根据本实用新型的一个方案，所述设备具有用于处理进入的气体的颗粒过滤器。
[0019]根据本实用新型的一个方案，所述设备的外表面相对于外部环境是气密的。
[0020]根据本实用新型的一个方案，气体方向控制阀和排气控制阀相对于外部环境是气密的。
[0021]能够将上述所有功能包括在其中的反应器结构可以由两个焊接部段组成。反应器结构的下部段优选容纳有进气部、方向控制阀、换热器和催化转化器。反应器结构的上部段容纳有电阻或燃烧器以及旁通阀。这样布置的目的是提供气密性高、结构紧凑以及制造成本低的反应器结构。在到达反应器部段之间的接缝之前，气体已流经催化转化器一次，排放量的95-98%已被净化，这就是在接缝处可能发生泄漏的危害不那么大的原因。
[0022]反应器气动阀杆的贯穿利用新型结构(图3)被完全气密地完成。用于传统贯穿的轴封装置常常都存在些许泄漏。
[0023]气密结构可以实现鼓风机安全置放在气体温度较低的设备上游。虽然置放在设备下游的鼓风机可以通过在反应器产生的真空来实现防泄漏功能，但其存在的问题是较高的气体温度会增大气体体积，从而需要对鼓风机提出特别要求。即使低至300°C的温度也会使气体体积加倍，这要求鼓风机的尺寸加倍且使用昂贵的专门设计的鼓风机。
[0024]由于某些待氧化气体的危害性比一氧化碳还严重的多，因此防泄漏功能是例如VOC焚烧炉的首要要求。例如，一氧化碳的MAK8值为30ppm，苯的MAK8值为lppm，甲醛的MAK8值为0.3ppm。也就是说甲醛的危害性比一氧化碳高100倍。[0025]本实用新型的新的技术方案提高了设备净化效率，降低了成本并且改善了设备维护性。
[0026]对类型相似的早期型号的主要改变尤其包括用于设备的新尺寸原则、逆转时间排放的消除以及可同时使用金属催化转化器和陶瓷催化转化器或换热器来加强净化效率和传热效率并降低获取和运行成本。
[0027]在热力和催化焚烧设备中，气流在换热器和催化转化器两者中均呈层流状。在反应器所用的流速下，其在蓄热式氧化炉(RTO)的直通道内的努塞尔特数和舍伍德数约为3。这些数值随着流速增大会大致呈线性缓慢增大。在混合通道内的相应流速下，这些数值相应地为9-12。就是说，相对的传热和传质效率提高3-4倍。流速的倍增可将直通道内的努塞尔特数和舍伍德数增大至10-15，而在混合通道内这些数值可增大至高达100。
[0028]相对于现在已知的蓄热式催化设备而言，新尺寸的出发点在于反应器横截面面积减小(30-60%)而反应器高度增大(30-60%)。由这些变化引起的压力损失增大与上述提到的两个变化成正比。压力损失增大可以通过增加开口的波纹高度或水力直径来补偿。压力损失减小与水力直径的二次幂成反比，即例如水力直径增加到两倍，压力损失将减小到1/4。已经成为可能的是，利用模拟程序计算上述变化显著提高了传热效率。这主要是由于横截面面积减小导致在根据本实用新型的混合通道内的流速线性增大，从而以指数方式提高了表示传热效率的努塞尔特数。这允许同时使用两个非线性现象在不增大设备压降的前提下提闻催化转化器和换热器的效率。
[0029]混合催化转化器中的传质也以同样的方式加强。
[0030]当反应器横截面面积减小时，催化转化器的高度以这样的方式增大，使催化转化器保持其容量和转化率恒定。
[0031]在本实用新型的蓄热式焚烧设备中，各种VOC浓缩物的氧化可自动进行。如果浓缩物所具有的自热点为lg/Nm3，则该设备可以在无需其它能量前提下运行。如果浓缩物升至7g/Nm3，则该设备开始热启，进而自动逆转温控装置会将逆转间隔时间延长至60?300秒。这降低了换热器效率，从而在反应器的停止室内的温度不会上升至超过设定的临界值如60(TC。如果浓缩物持续增加，则热气旁通阀会打开并允许一部分气体通过蓄热式换热器。但旁流流量被限制为不超过50%，因而将反应器保持在热态。但是如果温度持续上升，则所有的方向阀都会打开，从而允许气体向前流过反应器。如果所有气体均被允许通过热气旁通通道排放的话，则反应器的储热侧将变冷，反应器将会更难于控制。
[0032]在新的结构中，金属换热器由如300mmX300mmX150mm(WXLXH)的预制模块构成。这些模块如此堆叠，使得模块板片相对于前一级的方位成90度延伸。由此，得到流动分布的显著均匀化，这是因为在静态混合器中气流响应于压差和开放的通道间连通地也会横向前进。由此以及通过较小的横截面面积，流动分布被有效地均匀化，同时，未处理气体的量会在方向逆转过程中减少。现在，该设备可被简便地安装在容器中。
[0033]可仅由一些标准模块和一些模块化结构构成的VOC焚烧设备能够用标准部件在几天内组装而成，适用于所有尺寸类别的所述标准部件是提前预制的。由此，施工计划会特别短。
[0034]根据本实用新型的一个方案，该处理设备具有至少三个平行的反应器和用于交替向蓄热式换热器分配供应气体以将逆转过程中的损失降到最小的气体分配阀。[0035]根据本实用新型的一个方案，气体在方向逆转的时间内在反应器上游被引导经过活性炭或沸石储存器至反应器中，因而可以利用不含VOC气体的净化气体完成方向逆转。在活性炭或沸石中累积的碳氢化合物被从反应器顶部输导来的热气吸收，并且气体被输送到主鼓风机的前方。这进一步提高了设备操作性。
[0036]根据本实用新型的一个方案，反应器进气侧的两个方向控制阀关闭短暂期间(约2s)，在此期间内，未净化的气体用压缩气体或高效鼓风机被吹送经过反应器进气侧的换热器和催化转化器。此后，气流方向会发生逆转。因此，成功消除逆转时间排放。
[0037]采用上述任一个技术方案，逆转时间排放均会被消除，从而达到99.5%的净化度。
[0038]根据本实用新型的一个方案，用于气体的氧化催化转化器是陶瓷催化转化器并且其含有贵金属、碱性金属氧化物和/或其它催化化合物。
[0039]根据本实用新型的一个方案，用于气体的氧化催化转化器是金属芯催化转化器并且其含有贵金属、碱性金属氧化物和/或其它催化化合物。
[0040]陶瓷换热器可以是具有孔的整体蜂窝状结构或是由离散的混合件组装成的结构。催化转化器也可以是由圆形陶瓷球堆叠而成的结构。催化转化器涂有大表面积涂层，涂层中浸溃有一种或多种钼族金属，钼族金属是耐高温的催化剂毒物并且具有催化活性以及可以长期存在。
[0041]陶瓷材料的使用能够处理酸和卤代烃。当燃烧时，卤代烃会产生所谓的超级毒气、二恶英、呋喃和酸。在热力燃烧中，需要900-950°C温度才可以防止超级毒气形成。在催化燃烧中，则需要具有约400°C温度的、类型合适的催化转化器。
[0042]根据本实用新型的设备不仅可以包括氧化催化转化器，还可以包括选择性催化转化器(SCR)。建议将SCR催化转化器布置在氧化催化转化器的上方，因为在这种情况下气体会先流经氧化催化转化器，在氧化催化转化器中，一些进入的一氧化氮(NO)会氧化成二氧化氮(NO2),因而基本上促进一氧化氮的消减过程。当气体流到反应器的另一侧时，首先会存在另一个SCR催化转化器来完成该消减过程，在该SCR催化转化器的下游会存在氧化催化转化器，该氧化催化转化器不仅氧化残留的VOC气体，而且还可以氧化可能残留的氨。在这种情况下，优选在氧化催化转化器中使用含钼催化剂。
[0043]总体来说，根据本实用新型的设备具有位于反应器上游的鼓风机，其中待处理空气的温度较低，因而鼓风机所需要的尺寸和功率会小于安装在下游的鼓风机的尺寸和功率。
[0044]VOC催化焚烧设备可以用于氧化现有的烃以及其它一些有害物质如一氧化氮、硫化氢、醇类和类似物。该设备还可以补充SCR催化转化器来降低氮氧化物。由于有害物质一般呈现为其浓度低到在无辅助能量前提下不会发生直接燃烧的程度，所以该设备具有有效的蓄热式换热器。标准设备被安装在容器内以用来运送到其目的地并且在那里为焚烧设备提供永久性保护。
[0045]以下将描述用于本实用新型的设备的操作系统。在那里，含VOC的气体沿管道从工厂进入焚烧设备。到达反应器的气体具有由真空传感器控制的流速，该真空传感器使用变频器来调整鼓风机转速。到达鼓风机的气体流经颗粒过滤器，此后，气体会前进至反应器的进气部并且进一步通过换热器进入第一催化转化器。气体在蓄热式换热器中被加热到催化转化器的工作温度，此后，催化转化器会氧化VOC气体的主要部分(>95%)或者其它的可燃气体。此后，气体经由连接部到达反应器的另一侧并且首先流经催化转化器和换热器(蓄热器)到第二部段的气体分配室中的排气控制阀，并且进一步经由出气部进入排气管。
[0046]—旦气体在进气侧的蓄热器中加热到工作温度，蓄热器便会冷却直到气体未达到所需的反应温度为止。此时，温度传感器会向逻辑控制单元提供关于此的信号，在反应器中，该逻辑控制单元操作方向阀至能实现流向逆转的新位置。现在，上述蓄热器开始加热供应气体。
[0047]如果气体的含能量高，则反应器开始过度变热。如果反应器顶部的温度达到设定的上限，温度传感器便会向逻辑控制单元发送信号，逻辑控制单元会发出指令以打开旁通阀。一旦温度返回到低于上限值，热气旁通阀便会关闭。
[0048]在电阻或燃烧器产生的能量的作用下，冷的设备通过使用预定的运行周期被激活启动。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]本实用新型的一些实施例在后续的例子中进行了描述，其中:
[0050]图1示出了位于用于处理富气的容器内的设备的竖向截面图。
[0051]图2示出了根据图1的设备的水平截面图。
[0052]图3是示出了在用于处理富气的设备中起作用的方向控制阀。
【具体实施方式】
[0053]根据图1和图2的装备在容器I内的设备PA在气体流动方向上包括:至少一个气体鼓风机4、至少一个进气部5、至少两个处理部7-8和至少一个出气部12，其中每个处理部具有至少一个换热器7a和用于富气催化燃烧的催化转化器8a。该设备PA具有用于处理进气的颗粒过滤器3。两个方向控制阀6位于进气部5a和处理部7-8之间，用来交替向各处理部7-8输导气体，连接部9位于处理部7-8之间用来在处理部7-8之间输导气体，每个处理部7-8具有向出气部12输导气体的排气控制阀11。在两个处理部7-8中，催化转化器8a被配置成与连接部9紧邻，连接部9连接所述两个处理部7-8用于通过所述连接部9从其中一个催化转化器8a直接向另一个催化转化器8a输送气体，或者在相反方向上输送气体。出气部12配备有出口接头。
[0054]在图1和图2的设备PA中，所述两个处理部7-8包括单独的气体分配室5b，每个气体分配室5b具有连接于其上的方向控制阀6和排气控制阀11。气体分配室5b沿竖向布置在处理部7-8的底部中，而连接这两个处理部7-8的连接部9沿竖向布置在该处理部的上方。连接部9具有加热电阻9b用于例如与启动相关地直接加热气流。连接部9配备有单独的气体旁通阀10(图2中未示出)用于在例如由于工艺调整或故障时将气体从连接部9直接输导到出气部12。该设备具有独立控制单元2用于控制该设备的操作。设备PA具有被设计成相对于外部环境气密的外表面。例如方向控制阀6、排气控制阀11以及旁通阀10相对于外部环境是气密的。
[0055]图3示出了相对于外部环境气密的方向控制阀6，其连接进气部5a和气体分配室5b，在进气部5a和气体分配室5b之间是设有紧密配合的气流开口 5f的壁5e。阀6具有气动筒21，该气动筒配备有密封件22a、附接柱体和滑动轴承24。阀6进一步具有联接密封件22b用于以气密方式将阀6连接到进气部5a的外壁5c。此外，阀6具有由气动筒22控制的阀瓣25用于调整进气部5a和气体分配室5b之间的气流。
[0056]如图3所示的阀6的结构和布置方式也可被应用于图1所示出的旁通阀10和排气控制阀11。
【权利要求】
1.一种气体处理设备(PA)，其特征在于，所述设备(PA)在气体流动方向上包括: 至少一个气体鼓风机(4)， 至少一个进气部(5a), 至少两个处理部(7-8)，每个所述处理部具有至少一个换热器(7a)和用于气体催化燃烧的催化转化器(8a)，和 至少一个出气部(12)， 在所述进气部(5a)和所述处理部(7-8)之间有用于向各处理部(7-8)交替输导气体的至少两个方向控制阀(6)，在所述处理部(7-8)之间有用于在所述处理部(7-8)之间输导气体的至少一个连接部(9)，每个所述处理部(7-8)具有用于向所述出气部(12)输导气体的至少一个排气控制阀(11)。
2.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，在所述至少两个处理部(7-8)中，所述催化转化器(8a)被配置为与所述连接部(9)紧邻，所述连接部(9)连接所述至少两个处理部(7-8)以便通过所述连接部(9)从其中一个催化转化器(8a)直接向另一个催化转化器(8a)输送气体或反之。
3.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述至少两个处理部(7-8)包括单独的气体分配室(5b)，所述气体分配室具有与之连接的方向控制阀(6)。
4.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述至少两个处理部(7-8)包括独立的气体分配室(5b)， 所述气体分配室具有与之连接的气体方向控制阀(6)和排气控制阀(11)。
5.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述至少两个处理部(7-8)包括独立的气体分配室(5b)，所述气体分配室竖向上布置在所述处理部(7-8)的底部中，而连接所述两个处理部(7-8)的连接部在竖向上布置在所述处理部的上方。
6.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，至少一个气体处理部(7-8)具有用于对流动气体直接加热的加热元件(9b)。
7.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述设备(PA)具有配备有用于对流动气体直接加热的加热元件(9b)的至少一个连接部(9)。
8.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述连接部(9)具有从所述连接部(9)向所述出气部(12)输导气体的单独的气体旁通阀(10)。
9.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述设备(PA)具有用于处理进入的气体的颗粒过滤器(3)。
10.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述设备(PA)的外表面相对于外部环境是气密的。
11.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述气体方向控制阀(6)相对于外部环境是气密的。
12.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述排气控制阀(11)相对于外部环境是气密的。
13.根据权利要求1所述的设备(PA)，其特征在于，所述气体旁通阀(10)相对于外部环境是气密的。
【文档编号】F23G7/07GK203642204SQ201320718008
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】R·利利坎盖斯 申请人:福尔米亚智能流程香港有限公司