旋轉式VOCs催化氧化反應器的製作方法
2023-12-02 19:59:26 2
本實用新型涉及有機廢氣的淨化處理技術領域，尤其涉及一種旋轉式VOCs催化氧化反應器。
背景技術：
隨著我國經濟的發展，工業固定源的揮發性有機物（VOCs）對我國重點城市群和重點區域大氣汙染的影響日益凸現。VOCs所涉及的行業眾多，包括塗裝工藝、石油石化、包裝印刷、醫藥化工等。2010年5月，國務院辦公廳提出了加強揮發性有機物汙染防治工作的要求，2015年6月19日，根據《中華人民共和國大氣汙染防治法》、《排汙費徵收使用管理條例》、《國務院關於印發大氣汙染防治行動計劃的通知》等規定，財政部、發改委、環保部三部委聯合印發《揮發性有機物排汙收費試點辦法》，也體現了國家對VOCs汙染治理的高度重視。
目前，VOCs淨化處理技術可分為回收技術與銷毀技術兩大類。回收技術是通過物理方法採用選擇性吸附或選擇性滲透實現富集分離有機汙染物，包括吸附、吸收、冷凝及膜分離等。銷毀技術是通過氧化反應，將有機汙染物氧化為二氧化碳和水等無害小分子的方法，包括催化燃燒、催化氧化、生物氧化、低溫等離子體和光催化氧化等。針對工業VOCs排放強度大、汙染物種類多、持續時間長的特點，蓄熱式催化氧化技術或集成吸附濃縮技術的蓄熱催化氧化技術成為工業VOCs汙染治理的首選。
目前普遍使用的是兩體蓄熱式催化氧化裝置，公開號為CN102721073A的專利公開了一種帶餘熱利用的蓄熱式催化燃燒裝置，藉助催化燃燒過程中產生的熱量維持催化燃燒持續運行，並將餘熱利用裝置設置在兩個催化燃燒床的上部，通過換熱器將催化燃燒產生的熱量傳遞給提取熱量的介質，回收多餘熱量。但是，該裝置體積大，通過換向閥改變氣流方向，在進行換向操作時，部分待處理廢氣不可避免的會直接流向氣體出口，造成廢氣洩漏。
公開號為CN103216838A的專利公開了一種無洩漏蓄熱式催化燃燒裝置，通過一個升降式三通截止閥連接兩個兩體蓄熱式催化燃燒裝置，每個工作單元內換向操作是在不工作的狀態下進行，但是，該裝置設備利用率低，兩個蓄熱式催化燃燒裝置獨立分開，運行過程中熱損失嚴重、佔地面積大。
此外，VOCs催化氧化裝置中的催化氧化反應常易引發爆燃等情況，影響企業安全生產，如何能夠既實現高效低耗脫除VOCs，又保證裝置的安全性也是需解決的一個重要問題。
技術實現要素：
針對上述存在的問題，本實用新型目的在於提供一種熱利用率高、運行成本低、結構緊湊、維護方便的旋轉式VOCs催化氧化反應器。
為了達到上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：一種旋轉式VOCs催化氧化反應器，所述的反應器為密封的殼體，所述的殼體中部設有旋轉軸，旋轉軸和殼體之間設有多組圓弧形的催化反應模塊，所述的催化反應模塊由上層的催化床和下層的蓄熱體所組成，催化床和蓄熱體固定安裝在旋轉軸上，旋轉軸上的催化反應模塊不少於兩組，旋轉軸上相鄰的兩組催化反應模塊之間設有絕氣分隔板，所述的殼體頂部設有連通層，不同的催化反應模塊的頂部均連接在連通層上，殼體的兩側分別設有進氣口和排氣口，進氣口和排氣口分別連接在不同催化反應模塊的蓄熱體的底部。
作為本實用新型的一種改進，所述的殼體內連通層的頂部設有洩爆閥，殼體的底部設有排汙口；當殼體內的催化床的反應溫度過高或者壓力過高時，通過洩爆閥釋放多餘的熱量或壓力，避免事故的發生，裝置反應完成後，通過排汙口將殼體內反應殘留的顆粒進行清理，方便裝置的維護和檢修。
作為本實用新型的一種改進，所述的殼體內設有布氣管連接在進氣口上，布氣管設置在蓄熱體的正下方，所述的布氣管上連接有電熱裝置；由於裝置開始未進行循環工作時，蓄熱體內部不存在熱量，需要通過電熱裝置輔助加熱，當裝置循環工作後，電熱裝置就不需要持續供熱了。
作為本實用新型的一種改進，所述的殼體的內壁由保溫材料所組成，殼體內部通過保溫材料和分隔板將多組催化反應模塊分隔成多個獨立的反應區，防止殼體內部能量的流失。
作為本實用新型的一種改進，所述的蓄熱體由蓄熱陶瓷所組成，所述的蓄熱陶瓷為鞍環蓄熱陶瓷或蜂窩蓄熱陶瓷中的一種或兩種。
作為本實用新型的一種改進，所述的催化床上設有催化劑，所述的催化劑為工業VOCs催化淨化催化劑；其中包括Pt、Pd等活性組分的蜂窩型整體催化劑或顆粒催化劑。
作為本實用新型的一種改進，所述的殼體內部設有旋轉電機和控制系統，所述的旋轉電機連接在旋轉軸上；通過控制系統控制裝置的工作循環，即控制旋轉軸的旋轉時間和旋轉角度；工作循環的切換可以通過蓄熱陶瓷層的溫度進行控制，以避免過高的溫度影響催化劑壽命；當有機廢氣濃度變化不大的情況下，也可以設定每一個工作循環的時間，根據時間進行工作循環的切換。
本實用新型的優點在於：
1）本實用新型的裝置的能量利用率高，運行成本低；
2）本實用新型的裝置結構簡單，通過旋轉切換進氣方向，結構緊湊；
3）本實用新型中的任意兩組催化反應模塊形成一個工作單元，有機廢氣由一組催化反應模塊進入，經催化淨化由另一組催化反應模塊排出，過程中實現兩次催化深度淨化並完成餘熱截留；
4）當旋轉切換進氣狀態後，截留的餘熱將被利用來預熱新進待處理廢氣，極大地降低了反應器運行能耗；
5）當本實用新型的旋轉軸裝配兩組以上的催化反應模塊時，可實現在不停機的情況下的在線檢修工作；
6）反應器殼體安裝洩爆閥和排汙口，提高了裝置的安全性。
附圖說明
圖1為本實用新型的裝置結構簡圖；
圖2為本實用新型的含有兩組催化反應模塊的反應器的結構圖；
圖3為本實用新型的含有三組催化反應模塊的反應器的結構俯視圖。
其中，1 殼體，2 催化床（一組），2-1 催化床（二組），2-2 催化床（三組）3 旋轉軸；4 蓄熱體（一組），4-1 蓄熱體（二組），5 排氣口，6 排汙口，7 旋轉電機，8 進氣口，9 布氣管，10 洩爆閥，11 分隔板，12 連通層。
具體實施方式
下面結合附圖說明和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的描述。
實施例1：如圖1、2和3所示的一種旋轉式VOCs催化氧化反應器，所述的反應器為密封的殼體1，所述殼體1的中部設有旋轉軸3，旋轉軸3和殼體2之間設有多組圓弧形的催化反應模塊，所述的催化反應模塊由上層的催化床2和下層的蓄熱體4所組成，催化床2和蓄熱體4固定安裝在旋轉軸3上，旋轉軸3上的催化反應模塊不少於兩組，旋轉軸3上相鄰的兩組催化反應模塊之間設有絕氣分隔板11，所述的殼體1的頂部設有連通層12，不同的催化反應模塊的頂部均連接在連通層12上，殼體1的兩側分別設有進氣口8和排氣口5，進氣口8和排氣口5分別連接在不同催化反應模塊的蓄熱體4或4-1的底部。
實施例2：如圖2所示，本實用新型提供的一種含有兩組催化反應模塊的旋轉式VOCs催化氧化反應器，每組催化反應模塊由一個催化床2和一個蓄熱體4形成一個扇形氣流通道，催化反應模塊的上部通過與反應器殼體1形成的連通層12與另一組催化反應模塊連通；依次通過另一種催化反應模塊的催化床2-1和蓄熱體4-1，最後到達排氣口5，兩組催化反應模塊設置有絕氣分隔板11，通過裝配在旋轉軸3上，通過旋轉軸3的旋轉，改變催化反應模塊之間的進氣氣流方向。
實施例3：如圖3所示，本實用新型提供的一種三組催化反應模塊的旋轉式VOCs催化氧化反應器，其中任意兩組催化反應模塊形成一個環形氣流處理工作單元，剩餘一組催化反應模塊可以實現降溫檢修等工作；整個反應器可以根據需要設置多組催化反應模塊。
實施例4：如圖2和3所示，裝置進行工作循環切換，根據旋轉軸3裝配的催化反應模塊數量，設定旋轉角度，例如，裝配兩組催化反應模塊的反應器，每次切換旋轉角度為180°，裝配三組催化反應模塊的反應器，每次切換旋轉角度為120°。
實施例5：如圖1和2所示，本實用新型的裝置的操作方法如下：
1）在布氣管的電熱裝置作用下對第一組催化反應模塊的蓄熱體進行預熱，達到適宜的反應溫度，約為350℃後，由進氣口8進入殼體1的VOCs廢氣通過蓄熱體4預熱，升溫至300℃~400℃；
2）經上方的催化床2的催化劑催化氧化作用，VOCs被氧化為二氧化碳和水等無害小分子，殘餘尾氣再經過連通層2到達第二組催化反應模塊的催化床2-1，進行更高溫度的深度氧化；
3）兩次氧化過程產生的熱量隨著反應後的氣流運動，進入第二組催化反應模塊的蓄熱體4-1，蓄熱體4-1將氣體中的熱量進行截留，儲存起來，反應完成後的氣體通過排氣口5排出；
4）旋轉電機7帶動旋轉軸3進行旋轉，將第二組催化反應模塊的蓄熱體4-1旋轉至進氣口8的上方，用於下一組待處理廢氣的預熱；預熱完冷卻後的第一組催化反應模塊的蓄熱體4旋轉至排氣口5的上方，用於下一組待處理廢氣的蓄熱操作。
實施例6：如圖1、2和3所示，殼體1內部設有旋轉電機7和控制系統，所述的旋轉電機7連接在旋轉軸3上；通過控制系統控制裝置的工作循環，即控制旋轉軸3的旋轉時機、旋轉頻率和旋轉角度；工作循環的切換可以通過蓄熱陶瓷層4或4-1的溫度進行控制，以避免過高的溫度影響催化劑壽命；當有機廢氣濃度變化不大的情況下，也可以設定每一個工作循環的時間，根據時間進行工作循環的切換。
實施例7：如圖1、2和3所示，本實用新型的裝置VOCs催化氧化裝置較適宜的VOCs濃度>1.0g/m3，若待處理廢氣濃度小於1.0g/m3，也可以在本裝置之前先採用沸石轉輪吸附濃縮技術，將VOCs濃度提高到本裝置適用的濃度。
需要說明的是，上述僅僅是本實用新型的較佳實施例，並非用來限定本實用新型的保護範圍，在上述實施例的基礎上所做出的任意組合或等同變換均屬於本實用新型的保護範圍。