一种自热催化氧化器及组合的制作方法

本实用新型涉及催化氧化装置领域，尤其涉及的是一种自热催化氧化器。

背景技术：

催化氧化是用催化剂使废气中可燃物质在较低温度下氧化分解的净化方法，与热力燃烧法相比，催化氧化所需的辅助燃料少，能量消耗低，设备设施的体积小。但是现有的催化氧化装置因为种种原因限制得不到广泛的应用。

现有的催化氧化装置利用蜂窝结构负载催化剂，虽然接触面积大，但是气阻大，需要消耗大量的动能用于驱动气流流动；此外，由于原料气中可燃组分含量不稳定，催化中心的温度波动大，即使采用了换热器回收尾气余热，催化中心的温度还常常低于催化氧化的反应温度，使反应无法进行。现有的方案中，为解决上述问题，往往采用加大催化反应中心蜂窝结构横截面的方式来减小气阻，采用增加换热面积、使用蓄热体蓄热、使用加热装置加热催化区域或是在原料中另行添加一定浓度的可燃组分的方式保持催化中心的温度。这样的做法都是“亡羊补牢”式的补救，往往使得装置体积更加庞大，结构更加复杂，能量消耗更高，是以更高的成本为代价来“缓解”问题的“治标”手段，无法从根本上解决问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种自热催化氧化器。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种自热催化氧化器，包括反应器本体、进气口和排气口，其特征在于：反应器本体由至少两道螺旋卷板构成，在反应器本体上螺旋卷板的端部设置有侧盖，至少两道螺旋卷板相互嵌套设置隔离出至少两层相邻的螺旋通道，至少一道螺旋卷板上设置有催化剂，至少一层螺旋通道与进气口连通成为进气通道，至少一层螺旋通道与排气口连通成为排气通道。

作为对上述方案的进一步改进，进气通道与排气通道相邻。

作为对上述方案的进一步改进，催化剂设置在螺旋卷板上位于螺旋中心的部位，螺旋卷板上设置催化剂的区域为催化反应区，没有设置催化剂的区域为热交换区。

作为对上述方案的进一步改进，在螺旋卷板的螺旋中心区域设置有加热装置。

作为对上述方案的进一步改进，在反应器本体外设置保温层。

作为对上述方案的进一步改进，侧盖朝向螺旋卷板的一侧设置有与螺旋卷板的螺旋线相一致的螺旋凹槽，螺旋卷板的两侧面卡合于螺旋凹槽内。

作为对上述方案的进一步改进，螺旋卷板上设置的催化反应区和热交换区独立可分离设置，侧盖上设置有检修孔，螺旋卷板的催化反应区可以从检修孔中取出，检修孔上安装内壁设置螺旋凹槽的检修盖。

作为对上述方案的进一步改进，催化反应区由基板和设置于基板表面的催化剂构成，基板上设置有网孔或凸钉等结构用于附着催化剂。

作为对上述方案的进一步改进，催化反应区和热交换区设置有横向螺旋波纹。

本实用新型还提供一种自热催化氧化器组合，氧化器组合由不止一个上述一种自热催化氧化器组成，不止一个自热催化氧化器并联连接，其侧盖贴合侧盖堆叠放置或并列放置。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：本实用新型适用于气体催化氧化领域，尤其在voc处置等原料气组分含量不稳定的催化氧化领域有巨大的技术优势。整个装置结构紧凑，能够进行标准化生产，根据需求直接选择安装数量即可，能够大幅度缩减成本；同时装置气阻小，减少了引风机负荷，相比较活性炭吸附处置技术，本方案没有耗材消耗，长期运行成本极低。

附图说明

图1是实施例1中自热催化氧化器的横剖面结构示意图。

图2是实施例1中自热催化氧化器的纵剖面结构示意图。

图3是实施例1中自热催化氧化器的侧面外观结构示意图。

图4是实施例1中自热催化氧化器的侧盖内侧结构示意图。

图5是实施例1中自热催化氧化器的检修盖内侧结构示意图。

图6是实施例1中自热催化氧化器的侧盖外侧结构示意图。

图7螺旋卷板卷平铺后的结构示意图。

图8实施例2中自热催化氧化器组合的结构示意图。

图9是实施例4中自热催化氧化器的横剖面结构示意图。

图10是实施例3中自热催化氧化器的横剖面结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种自热催化氧化器，包括反应器本体、进气口1和排气口2，其特征在于：反应器本体由两道螺旋卷板7构成，在反应器本体上螺旋卷板7的端部设置有侧盖6，两道螺旋卷板7相互嵌套设置隔离出两层相邻的螺旋通道，在两道螺旋卷板7上螺旋中心位置设置有催化剂，其中一层螺旋通道与进气口1连通成为进气通道3，另一层螺旋通道与排气口2连通成为排气通道4。

螺旋卷板7的结构紧凑，螺旋通道层层环绕，螺旋卷板7及提供了催化反应场所同时也是结构优异的换热器，整体风阻小，最大限度的减少向外部环境的散热，能够在保持反应器体积的前提下为催化反应提供足够接触面积，催化反应直接在螺旋通道的侧壁上进行，风阻小。

相互嵌套的螺旋式通道形成的换热结构能够最高效的利用尾气将原料气的温度升高，进气通道3和排气通道4内的气流在传质方面流向相反属于逆流接触，进气通道3不断将热量回收送回位于螺旋卷板7中心的催化反应区域，但是在传热方面又属于“顺流”接触，催化氧化后的废气首先与温度最高的原料气接触换热，这样温度降低幅度最小，从而保证高温区都位于螺旋中心区域，越往外层温度越低。这种结构保证了催化反应区域能够充分利用催化氧化反应所释放的热量，使催化中心的温度能够稳定保持在较高水平，从而有效保证催化反应的持续进行，实现自热催化氧化。

螺旋通道的个数随螺旋卷板7变化，根据需要可以设置多个进气通道3或排气通道4，且进气通道3和排气通道4的个数可以不相等。

进气通道3与排气通道4相邻。本方案中优选将进气通道3和排气通道4相邻设置的方案，这样原料气与废气可以直接换热。但是在一些特殊领域上应用时，也可以在进气通道3与排气通道4之间设置特殊用途的通道，如，在非催化环境下原料气与空气会发生副反应，此时可另外设置空气通道，让原料气与空气在催化反应区域才接触。

催化剂设置在螺旋卷板7上位于螺旋中心的部位，螺旋卷板7上设置催化剂的区域为催化反应区72，没有设置催化剂的区域为热交换区71。催化剂设置于螺旋卷板7的的螺旋中心段，这样螺旋卷板7的螺旋中心段即为催化反应区72，剩余的外部螺旋段为热交换区71。根据需要可以选择一块、多块或者所有螺旋卷板7的螺旋中心段作为催化反应区72。附图中用虚线绘制的螺旋卷板7区域即为催化反应区72。

在螺旋卷板7的螺旋中心区域设置有加热装置5。加热装置5可以是电加热棒或者其他形式的加热装置5，用于在启动时将催化反应区域的温度升高至反应温度，“点燃”催化氧化器。在一些个别极端的情况下，也在使用过程中用来维持反应区域的温度。

在反应器本体外设置保温层8。装置的螺旋外侧因为经过换热温度不高，保温层8的重点防护部位位于螺旋卷板7的端部侧面，整个装置只有这个部位会使高温区域向外界直接散失热量。

侧盖6朝向螺旋卷板7的一侧设置有与螺旋卷板7的螺旋线相一致的螺旋凹槽61，螺旋卷板7的两侧面卡合于螺旋凹槽61内。螺旋凹槽61的设置能够帮助固定螺旋卷板7的位置，使螺旋通道的形状保持稳定。在装配时，采用螺栓9将两侧的侧盖6固定夹紧螺旋卷板7，同时可以在侧盖6的内侧设置耐火棉用来封堵装配间隙。由于整个装置的风阻小，装置内的气体压力可以相对较低，从而对装置的密封性能要求很低。这样能够省去复杂的螺旋卷板7与侧盖6的焊接工序，进一步降低装置的制造成本，同时结构方便拆卸为检修维护提供了大大的便利。

螺旋卷板7上设置的催化反应区72和热交换区71独立可分离设置，侧盖6上设置有检修孔62，螺旋卷板7的催化反应区72可以从检修孔62中取出，检修孔62上安装内壁设置螺旋凹槽的检修盖63。对于一些催化剂需要经常更换维护的使用场合，将催化反应区72设置成独立可分离结构，这样方便对其进行更换维护。

催化反应区72由基板和设置于基板表面的催化剂构成，基板上设置有网孔或凸钉等结构用于附着催化剂。其制作方法如下，将基板平铺，在其上涂覆膏状催化剂前体，将涂覆的催化剂前体压平后将基板卷曲成型，加热煅烧使催化剂前体成型活化。

催化反应区72和热交换区71设置有横向螺旋波纹。横向螺旋波纹沿着螺旋方向设置，能够增大催化氧化反应的接触面积和热交换面积。

实施例2

一种自热催化氧化器组合，由不止一个上述实施例1中的自热催化氧化器组成，不止一个自热催化氧化器并联连接，其侧盖6贴合侧盖6堆叠或并列放置。根据催化氧化的处理量需求，无需将装置过于放大，只需要将标准化的装置并联连接即可，标准化的生产能够最大限度的降低成本，使设备能够得到大范围的应用。侧盖6是装置上最容易发生热散失的位置，将侧盖6相互贴合设置，这样能够降低对保温的需求，进一步降低成本。

实施例3

一种自热催化氧化器，包括反应器本体、进气口1和排气口2，其特征在于：反应器本体由四道螺旋卷板7构成，在反应器本体上螺旋卷板7的端部设置有侧盖6，四道螺旋卷板7相互嵌套设置隔离出四层相嵌套的螺旋通道，其中两层螺旋通道与进气口1连通成为进气通道3，另两层螺旋通道与排气口2连通成为排气通道4，在其中两块螺旋卷板7的螺旋中心位置上设置有催化剂。进气通道3与排气通道4相互相邻嵌套设置。螺旋卷板7的圈数太多会增加加工的复杂程度，同时也会带来检修等各方面的困难，为了保证足够的换热面积和催化反应接触面积，可以采用增加螺旋板数量的方式来实现。四道螺旋板同样能够实现进气通道3和排气通道4相互相邻嵌套。

在原料气组分相对稳定的工况下，一次“点燃”可以持续工作很长时间，为节约成本考虑，也可以采用预先加热原料气等等方式来启动催化反应，从而节省安装加热装置5的费用。

在螺旋卷板7的螺旋中心区域设置有加热装置5。加热装置5可以是电加热棒或者其他形式的加热装置5，用于在启动时将催化反应区域的温度升高至反应温度，“点燃”催化氧化器。在一些个别极端的情况下，也在使用过程中用来维持反应区域的温度。在原料气组分相对稳定的工况下，一次“点燃”可以持续工作很长时间，为节约成本考虑，也可以采用预先加热原料气来启动催化反应，从而节省加热装置5的费用。

实施例4

一种自热催化氧化器，包括反应器本体、进气口1和排气口2，其特征在于：反应器本体由三道螺旋卷板7构成，在反应器本体上螺旋卷板7的端部设置有侧盖6，三道螺旋卷板7相互嵌套设置隔离出三层相嵌套的螺旋通道，在其中一块螺旋卷板7上设置有催化剂，其中一层螺旋通道与进气口1连通成为进气通道3，剩余两层螺旋通道与排气口2连通成为排气通道4。

受加工工艺和手段的限制，在同一块板材的部分区域上打孔后附着催化剂后，卷曲加工很难操作，无法做到符合间隙一致等工艺要求，在这种情况下如果催化剂成本很低，可以采用在某一块或几块螺旋卷板7的整个表面设置催化剂的方案，以降低加工复杂程度。

进气通道3设置于两道排气通道4之间。这样能够充分保证原料气进入到催化反应区域时能够获得足够的热量来启动催化氧化反应。

实施例5

上述自热催化氧化器螺旋卷板7的制作方法，步骤如下：

根据需求取若干长条状基板，在其中一块或多块基板的一端打孔或焊接凸钉，在打孔或焊接凸钉的区域涂覆膏状催化剂前体，将涂覆的催化剂前体压平后按照需求将基板卷曲成型，将卷曲成型的螺旋卷板7形状固定，加热煅烧使催化剂前体成型活化。

以上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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。