蓄熱式熱氧化器的製作方法

2023-06-19 09:51:11

專利名稱：蓄熱式熱氧化器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種化工生產中的尾氣處理裝置，具體是一種可以應用於苯法順酐等工業生產過程中尾氣的蓄熱式熱氧化器。
背景技術：
順酐生產工藝有苯法和丁烷法兩種。苯法順酐尾氣的主要成分為氮氣、氧氣、水蒸汽及二氧化碳，同時含有一定量的一氧化碳和苯等汙染環境有害成分。由於苯法順酐尾氣有機物濃度低，尾氣中含水量多，流量大，採用一般尾氣處理工藝如吸收、活性炭等都不能滿足環保要求。目前苯法順酐尾氣一般採用煙@高點直接排放，對環境造成嚴重汙染。另外現在存在部分生產企業採用順酐裝置催化氧化處理工藝尾氣，但其運行需要運行成本，不會產生經濟效益，並且運行成本很高，其內部的催化劑還會因為工藝而經常更換。
發明內容為了解決現有技術中的上述技術問題，本實用新型提出一種工藝簡單、系統阻力低，運行無成本並會產生效益，無二次汙染、尾氣處理徹底的蓄熱式熱氧化器。具體技術方案如下一種蓄熱式熱氧化器，包括燃燒室、填料床、切換閥和控制裝置；所述填料床有多個；各個填料床的上部分別與燃燒室連通，各個填料床的下部連接兩個切換閥，分別為進氣閥和出氣閥；控制裝置連接控制各個切換閥的開關；所述燃燒室內設有點火裝置。包括吹掃風機，吹掃風機的出風口通過管路連接各個填料床的下部；吹掃風機的出風口與各個填料床連接處設有切換閥，所述控制裝置連接控制該切換閥的開關。包括煙 ，所述各個填料床的出氣閥都連接煙囪。包括煙囪，所述燃燒室上設有出氣口，該出氣口通過切換閥連接煙囪；出氣口與煙囪之間設置換熱器。上述兩個煙囪可以共用。所述點火裝置是燃燒器；燃燒器的燃料管線上設有調節閥，所述控制裝置連接控制該調節閥；所述燃燒器上還連接有助燃風機。所述控制裝置是PLC。所述填料床包括蓄熱室和填料，填料裝在蓄熱室內。本技術方案的原理對於有毒、有害、不須回收的揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds, VOC)，熱氧化法是一種較徹底的處理方法。它的基本原理是VOC與化在一定溫度下發生氧化反應，生成CD2和H2O,並釋放一定量的熱，化學方程式aCXHy0z+bA — cC02+dH20 ；這種氧化反應很像化學上的燃燒過程，但是由於VOC的濃度低，所以反應中不會產生可見的火焰。[0016]蓄熱式氧化器(Regenerative Thermal Oxidize，RT0)，是在熱氧化裝置中加入 RT0,回收潔淨氣的餘熱用來預熱VOC廢氣，再進行氧化反應。以圖1所示兩床式RTO來說明本技術方案的工作原理。圖1中的RT0，其主體結構包括燃燒室、兩個陶瓷填料床和四個切換閥。當有機廢氣進入陶瓷填料床14 (以下簡稱床14)後，此時閥1、4打開，閥2、3關閉； 床14放熱，有機廢氣被加熱到一定溫度，在燃燒室11氧化燃燒(在啟動時，可以用燃燒器 12促成其燃燒)，氣體通過陶瓷填料床15 (以下簡稱床15)，床15吸熱，燃燒後的潔淨氣被冷卻，通過切換閥4後排放到煙囪16。在達到切換時間T後，閥1、4關閉，打開閥2、3，廢氣從床15進入，床15放熱，廢氣被氧化燃燒，氣體通過床14，床14吸熱，燃燒後的潔淨氣被冷卻，通過切換閥2後排放到煙囪16。在達到切換時間T後，關閉閥2、3，打開閥1、4，廢氣從床16進入。這樣周期性的切換運行，就可連續處理尾氣。當廢氣濃度偏高，燃燒室溫度超過900°C時，自動控制系統調節通向煙囪的調節閥2的開度，將部分高溫煙氣直接排入煙囪 (或進行餘熱回收)，以使燃燒室溫度保持在800°C -900°C。由於RTO裝置包括一組熱回收率高達95%的陶瓷填充床換熱器，所以在處理過程中只消耗很少的燃料(在有機廢氣濃度大於450ppm時，除啟動外，不需使用輔助燃料)。與現有技術相比，本實用新型採用蓄熱氧化反應來處理苯法順酐等尾氣，具有工藝簡單，系統阻力小，操作範圍寬廣，工作穩定可靠，在正常運行過程中無需附加燃料，運行中會產生蒸汽，完全可以收到經濟效益，無二次汙染，尾氣處理徹底的特點，檢測結果完全滿足國家標準規定的環保控制要求。

圖1是兩床式RTO結構示意圖，其中，1、2、3和4均為閥，17為引風機；圖2是具體實施例的三床式RTO結構示意圖，其中柴油A、石油液化氣B、吸收塔廢氣C、燃燒器21、燃燒室22、蓄熱室23、填料M、煙囪25、吹掃風機沈、助燃風機27、餘熱鍋爐28。
具體實施方式
本例是三床式RTO。一種蓄熱式熱氧化器，包括燃燒室、填料床、切換閥和控制裝置；所述填料床有三個；各個填料床的上部分別與燃燒室連通，各個填料床的下部連接兩個切換閥，分別為進氣閥和出氣閥；控制裝置連接控制各個切換閥的開關；所述燃燒室內設有點火裝置。還包括吹掃風機，吹掃風機的出風口通過管路連接各個填料床的下部；吹掃風機的出風口與各個填料床連接處設有切換閥，所述控制裝置連接控制該切換閥的開關。還包括煙囪，所述各個填料床的出氣閥都連接煙囪。所述燃燒室上設有出氣口，該出氣口通過切換閥連接煙囪；出氣口與煙囪之間設置換熱器。所述點火裝置是燃燒器；燃燒器的燃料管線上設有調節閥，所述控制裝置連接控制該調節閥；所述燃燒器上還連接有助燃風機。所述控制裝置是PLC。所述填料床包括蓄熱室和填料，填料裝在蓄熱室內。[0030]本例中，苯法順酐裝置尾氣的蓄熱氧化處理工藝應用本裝置，苯法順酐尾氣經過送風管道進入到進風分配器中，分配後進到蓄熱室中，在壓力0-6KPA(G)，入口溫度為 40-60度，出口溫度為600-1000度的蓄熱氧化反應器中進行氧化反應，將有害的揮發性有機物轉化為二氧化碳和水，最後進入尾氣熱量回收裝置，最後排入大氣。RTO有三個狀態，啟動預熱狀態、運行狀態和故障狀態，下面是各個過程的流程說明(1)啟動預熱狀態RTO啟動時，乾淨空氣經開車/吹掃風機從淨化管線進入，由燃燒器提供燃料，通過6個閥門的(WG-06、WG-07、WG-09、WG-10、WG-12、WG-13)周期切換，完成3個填料床的預熱。(2)正常運行時廢氣通過自動切換閥門進入填料床A，被預熱到760°C以上，在燃燒室發生氧化反應，經填料床C排除，溫度降低後，通過自動切換閥進入煙囪底部排出。由於VOC濃度較高， 熱量有過剩，這樣燃燒室一部分氣通過高溫旁通閥送入餘熱鍋爐系統回收熱量後排入煙囪。在此過程中，另有乾淨的空氣從填料床B進入燃燒室，用來吹掃上一過程在填料床B中滯留的廢氣。在達到循環時間T後，通過3個填料床底部的9個自動切換閥門由PLC程序控制切換，廢氣由填料床C進入，從填料床B排出，填料床A進行吹掃程序。如此通過PLC程序控制自動切換閥門的切換，就可完成廢氣的連續淨化，餘熱的回收利用。部件組成的說明(1)蓄熱室蓄熱室四周採用連續焊保證氣密性，每個蓄熱室採用內保溫。保溫材料採用矽酸鋁陶瓷纖維軟製品。殼體由6mm鋼板製造，局部設加強筋，殼體密封性良好。殼體內壁塗防腐塗層，並進行內保溫(耐熱1260°C )，厚度220mm。外表塗耐熱漆。(2)蓄熱介質本例採用陶瓷矩鞍環填料。該填料在急熱急冷時具有很好的化學和物理穩定性， 還可以改善氣流分布。(3)燃燒室每個蓄熱室均與一個共同的燃燒室相連，燃燒室位於蓄熱室頂部，各室的法蘭面採用連續焊以保證氣密性，燃燒室有1個燃燒器。燃燒室各個側面採用矽酸鋁陶瓷纖維軟製品內保溫。燃燒室設2個人孔，人孔帶有易移動的吊架。燃燒室殼體由6mm鋼板製造，局部設加強筋，殼體密封性良好。殼體內設耐火保溫層(耐熱1260°C)，厚度250mm。外表塗耐熱漆。(4)閥門(切換閥)本RTO的所有閥門，全部選用氣動蝶閥。閥門精度高，洩漏量小(小於1%)，壽命長(可達100萬次)，運行可靠。蝶閥的壓降小，安裝靈活性大，同時，在處理汙濁氣流時蝶閥具有較高的可靠性。[0048]切換閥採用氣動方式，電磁閥和氣缸，氣動執行機構要求壓縮空氣壓力為4-6bar。換向閥由於採用了緩衝消音裝置，震動小，噪音小。(5)燃燒系統包括燃燒器和燃燒管線採用1臺燃燒器來維持RTO燃燒室的設計溫度。燃燒器的能力大小取決於加熱清潔空氣(無附加能量)的流量，另外工藝氣的溼度大小、不燃物的濃度也要考慮。採用North American低壓頭比例調節式燃油燃燒器，燃燒器能力200萬kcal/h。本系統具有自動吹掃、自動點火、紫外線掃描儀火焰檢測、火焰燃燒狀況監視等功能。可實現溫度自動控制、高溫報警和應急保護、風量自動調節和空燃比自動控制、燃氣壓力自動和手動調節等功能。系統含燃燒機(含助燃風機)、燃燒管路系統、電控櫃等全套。 燃燒系統應足以滿足最大燃燒容量及升溫曲線等要求。燃燒管路含主關斷閥、過濾器、指示柴油供給壓力的壓力表、壓力控制器、指示燃燒器前柴油壓力的壓力表、燃氣壓力開關、氣體高低壓力開關、快速切斷閥及調控馬達、比例調節閥(氣體流量調節閥)、點火電磁閥、手動蝶閥等全套。(6)餘熱鍋爐系統(換熱器)本例採用臥式水管鍋爐，額定蒸汽壓力1.7MPa，額定溫度207°C，額定蒸汽量 5-6. 5 噸 /h。(7)煙囪、風管、平臺等煙囪由02354(厚8111111，10111111)鋼板製作，直徑1300mm，標高35m，加攬風繩，並進行
防腐防鏽處理，含避雷裝置。煙囪底段(從底面以上6m)等進行外保溫，材料為巖棉，厚度 100mm，外包0.8 mm厚的鍍鋅鋼板。在煙囪的適當高度設置V0C、C0、N0x的濃度、流量、溫度
等人工檢測口裝置。RTO系統內部風管除RTO進口段風管材質為SUS304之外，其它採用δ 3mm厚的 Q235-A鋼板製作，內襯防腐塗層，外塗防鏽漆。所有風管全部進行外保溫，保溫材料為巖棉， 厚度100mm，外包δ 0. 8mm厚的鍍鋅鋼板。標準平臺鋼架，45°扶梯。(8)風機根據本項目RTO設計的工藝條件，在RTO正常運行時廢氣動力足夠了不需要外加動力，故RTO系統提供1臺吹掃風機，風量7000m7h，風壓70001 ， 電機功率為30kw，耐溫 2500C，上海通用風機，用於RTO系統吹掃淨化，並且該風機在RTO首次啟動烘爐時提供新鮮風的動力。1臺燃燒風機，2800m3/h，風壓10KPa，15kw，用來給燃燒器補充助燃空氣。(9)控制系統全套系統採用西門子的S7-300 PLC進行控制。在控制櫃面板上設置人機界面 (HMI)，人機界面採用臺灣WEINVIEW產品，通過人機界面Δ對整個系統的流程和工作狀態進行顯示。Δ利用人機界面的分圖對專用設備的狀態進行顯示。Δ—般報警(對生產沒有影響)Δ阻礙性故障(嚴重故障，可能導致無法正常生產)Δ非阻礙性故障(一般故障，對正常生產無影響)Δ參數設定功能[0071]Δ在人機界面可顯示所有設備信息PLC的I/O模塊輸入、輸出(I/O)點至少有總點數10%的預留；存儲器剩餘可編程空間不少於總存儲容量的20% ；接口信號採用誰選用誰負責的原則。電纜的編號採用雙方編號綜合形式，來源信號編號在前，目標信號編號在後。使用的控制程序是梯形圖。PLC程序完全符合工藝要求，具有完善的診斷和保護功能。控制軟體為結構化程序設計，通過子程序間的調用來完成各種控制功能；所有轉子程序指令加指令注釋以說明該子程序的功能；所有輸入/輸出(I/O)地址、過程標誌位、數據存儲字加地址注釋以說明該地址的作用；控制程序應加注各種注釋，注釋語言為漢語或英語。電機控制各電機迴路配有低壓斷路器(帶熱保護功能)組成的短路保護和過載保護線路。電機正常運行時有運行信號燈顯示，接電流信號入控制室，當出現異常故障時有相應的顯示和報警。控制要點採用西門子PLC編程控制。所有的系統功能都可在PLC控制器面板操作來實現。 燃燒控制器、火焰監測器、高壓點火開關等採用美國HONEYWELL產品。並配有西門子觸控螢幕，對整個系統運行工況進行實時監控。燃燒系統具有點火前的預吹掃、高壓點火、熄火保護、超溫報警和超溫切斷燃料供給等自動功能。爐膛內高溫傳感器能反饋爐膛溫度信息，確定熱旁通管線上閥門的開啟比例，使爐膛溫度穩定在850°C左右，當爐膛溫度超過950°C時，系統將自動報警，超過980°C時，系統將自動離線。系統能對設備故障進行聲光報警。本例裝置的優點包括超低燃料費有機廢氣濃度在450PPM以上，蓄熱式氧化器(RTO)裝置不需輔助燃料。高淨化率兩床式RTO淨化率在98 %以上，三床式RTO淨化率在99 %以上。不產生二次公害RT0裝置不產生N0X。自動控制、操作簡單RT0裝置採用全自動控制，操作費用低。安全性RT0裝置設有防爆膜及異常報警裝置，安全性高。RTO基本原理是將廢氣加熱到760°C以上，廢氣中的有機物在高溫下發生氧化反應，使廢氣中的碳氫化合物變成(X)2和H2O,直接排放到大氣。RTO裝置包括一組熱回收率高達95%的陶瓷填充床換熱器，由於廢氣濃度較高，所以在本技術方案中除啟動外，不需使用輔助燃料，還可以用餘熱鍋爐副產蒸汽。
權利要求1.一種蓄熱式熱氧化器，其特徵是包括燃燒室、填料床、切換閥和控制裝置；所述填料床有多個；各個填料床的上部分別與燃燒室連通，各個填料床的下部連接兩個切換閥，分別為進氣閥和出氣閥；控制裝置連接控制各個切換閥的開關；所述燃燒室內設有點火裝置。
2.根據權利要求1所述的蓄熱式熱氧化器，其特徵是包括吹掃風機，吹掃風機的出風口通過管路連接各個填料床的下部；吹掃風機的出風口與各個填料床連接處設有切換閥， 所述控制裝置連接控制該切換閥的開關。
3.根據權利要求1所述的蓄熱式熱氧化器，其特徵是包括煙 ，所述各個填料床的出氣閥都連接至煙囪。
4.根據權利要求1所述的蓄熱式熱氧化器，其特徵是包括煙 ，所述燃燒室上設有出氣口，該出氣口通過切換閥連接煙囪；出氣口與煙囪之間設置換熱器。
5.根據權利要求1所述的蓄熱式熱氧化器，其特徵是所述點火裝置是燃燒器；燃燒器的燃料管線上設有調節閥，所述控制裝置連接控制該調節閥；所述燃燒器上還連接有助燃風機。
6.根據權利要求1所述的蓄熱式熱氧化器，其特徵是所述控制裝置是PLC。
7.根據權利要求1所述的蓄熱式熱氧化器，其特徵是所述填料床包括蓄熱室和填料， 填料裝在蓄熱室內。
專利摘要一種蓄熱式熱氧化器，包括燃燒室、填料床、切換閥和控制裝置；所述填料床有多個；各個填料床的上部分別與燃燒室連通，各個填料床的下部連接兩個切換閥，分別為進氣閥和出氣閥；控制裝置連接控制各個切換閥的開關；所述燃燒室內設有點火裝置。與現有技術相比，本實用新型採用蓄熱氧化反應來處理苯法順酐等尾氣，具有工藝簡單，系統阻力小，操作範圍寬廣，工作穩定可靠，在正常運行過程中無需附加燃料，運行中會產生蒸汽，完全可以收到經濟效益，無二次汙染，尾氣處理徹底的特點，檢測結果完全滿足國家標準規定的環保控制要求。
文檔編號F23G7/06GK202118926SQ20112021043
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者劉旺文, 周文高, 孫斌, 毛國強, 陸勇兵 申請人:常州亞邦化學有限公司