專利名稱：氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐及其應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氟利昂加熱消解無(wú)害化處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氟利昂熱解 感應(yīng)加熱爐及其應(yīng)用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氟利昂(CFCs)由C、C1、H、F四種元素組成，主要是甲烷和乙烷的衍生物，學(xué)名稱做 氟氯烴。其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不具有可燃性和毒性，被當(dāng)作制冷劑、發(fā)泡劑和清洗劑廣泛用于 家用電器、日用化學(xué)品、汽車(chē)、消防器材等領(lǐng)域。然而CFCs在平流層會(huì)同臭氧發(fā)生反應(yīng)，不 斷破壞臭氧分子，導(dǎo)致臭氧層被大量損耗，最終給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)多方面的危害。目前解決CFCs破壞環(huán)境問(wèn)題的途徑主要有三種①減少CFCs的排放，甚至實(shí)現(xiàn)零 排放；②研究CFCs的替代品；③分解CFCs，將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)?，F(xiàn)在世界上還有225萬(wàn) 噸CFCs存在于廢舊設(shè)備中，一旦這些CFCs未經(jīng)任何處理而直接排入大氣，臭氧層危機(jī)必將 雪上加霜，因此，開(kāi)發(fā)能把現(xiàn)存CFCs分解的技術(shù)成了當(dāng)務(wù)之急。目前國(guó)內(nèi)外分解CFCs的技 術(shù)有多種，主要有燃燒法、等離子體分解法、催化分解法、射線分解法、水泥窯法、超臨界水 分解法。對(duì)于燃燒法熱解，由于混合氣中有易燃?xì)怏w，因此存在安全隱患，同時(shí)使處理成本 增加，也容易形成二次污染物。已公開(kāi)的專利CN1049295A描述了一種將氟利昂催化分解的 方法，在這方法中使用包含氧化鋁或氧化鋁_ 二氧化硅復(fù)合氧化物的催化劑，并在水蒸汽 存在的條件下分解氟利昂，但這種方法存在的問(wèn)題是氟利昂分解產(chǎn)生的氟化氫對(duì)氧化鋁具 有很強(qiáng)的氟化作用，導(dǎo)致催化劑在較短時(shí)間內(nèi)失活。其他方法由于設(shè)備技術(shù)和成本的限制， 難以推廣應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐及其 應(yīng)用系統(tǒng)，達(dá)到工藝安全、啟停操作方便、升溫速度快、節(jié)能、氟利昂熱解效果好且易于產(chǎn)業(yè) 化推廣的效果。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐，包括現(xiàn)有感應(yīng)加熱爐，感應(yīng)加熱爐的腔體內(nèi)設(shè)有坩 堝，其特征在于在所述坩堝內(nèi)固定設(shè)置流通含有氟利昂的原料氣的耐酸腐蝕耐高溫呈彎折 狀金屬盤(pán)管，所述金屬盤(pán)管的進(jìn)氣端口及出氣端口從坩堝頂部的爐體上蓋伸出。所述熱解感應(yīng)加熱爐的電源頻率為IOkHz 300kHz，功率為IOkW 50kW。所述金屬盤(pán)管是U形管，其材料熔點(diǎn)高于1500°C ；金屬盤(pán)管管徑為10 30mm，長(zhǎng) 度為2 5m。一種采用上述氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐的感應(yīng)加熱消解氟利昂無(wú)害化處理系統(tǒng)，包 括換熱器、熱解爐、吸收塔、循環(huán)泵及過(guò)濾池，熱解爐的原料氣進(jìn)氣口與換熱器管程出氣口 連接，熱解爐的熱解反應(yīng)生成氣出氣口與換熱器的殼程進(jìn)氣口連接，吸收塔的熱解反應(yīng)生 成氣進(jìn)氣口與換熱器的殼程出氣口連接，吸收塔的吸收液出液口通過(guò)循環(huán)泵與過(guò)濾池連
3接，其特征在于所述熱解爐是所述熱解感應(yīng)加熱爐，設(shè)于熱解感應(yīng)加熱爐坩堝內(nèi)的金屬盤(pán) 管的進(jìn)氣端口與換熱器的管程出氣口連接，金屬盤(pán)管的出氣端口與換熱器的殼程進(jìn)氣口連 接。本實(shí)用新型的有益效果是采用感應(yīng)加熱爐熱解氟利昂，具有升溫速度快、耗電量 小、能源利用率高、熱解效率高、啟動(dòng)操作方便等諸多優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)操作安全性好、無(wú)二次污染 物生成；從應(yīng)用效果看，氟利昂熱解率可達(dá)99%以上，處理后酸性氣體含量為0，取得良好 熱解效果，采用本實(shí)用新型提供的設(shè)備和系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)氟利昂規(guī)模化處理。

圖1是熱解感應(yīng)加熱爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是感應(yīng)加熱消解氟利昂的無(wú)害化處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程示意圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種通過(guò)感應(yīng)加熱熱解氟利昂的熱解感應(yīng)加熱爐，圖1是熱解 感應(yīng)加熱爐的結(jié)構(gòu)示意圖。熱解感應(yīng)加熱爐1是在現(xiàn)有感應(yīng)加熱爐的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造獲 得。如圖1所示，常規(guī)感應(yīng)加熱爐主要包括電源30、控制器25、裝放在爐架26上的筒形爐體 及水冷系統(tǒng)24 ；爐體主要設(shè)有感應(yīng)器29、磁軛28和坩堝27，坩堝27設(shè)于爐體腔體的中央， 感應(yīng)器呈圓柱狀，是由單層空心紫銅管繞制形成的電磁感應(yīng)線圈，環(huán)繞設(shè)置在坩堝外側(cè)，磁 軛28是用硅鋼片迭制而成的軛鐵，它均勻地分布在感應(yīng)器的四周，其作用是約束感應(yīng)線圈 的漏磁向外散發(fā)，提高感應(yīng)加熱的效率；另外作為磁屏，減少爐架等金屬構(gòu)件的發(fā)熱；還起 到加固感應(yīng)器的作用。本實(shí)用新型中熱解感應(yīng)加熱爐2的特征在于在現(xiàn)有感應(yīng)加熱爐腔體 中的坩堝27內(nèi)固定設(shè)置用于流通包含氟利昂的原料氣的耐酸腐蝕耐高溫呈彎折狀金屬盤(pán) 管20，金屬盤(pán)管20的進(jìn)氣端口 21及出氣端口 22從坩堝頂部的爐體上蓋23伸出。金屬盤(pán) 管20采用U形管，其材料熔點(diǎn)高于150(TC ；金屬盤(pán)管20可采用不銹鋼、鎢等耐酸腐蝕耐高 溫材料制作。金屬盤(pán)管管徑為10 30mm，長(zhǎng)度為2 5m。實(shí)際制作中，U形金屬盤(pán)管通過(guò) 進(jìn)氣端口 21和出氣端口 22用螺母等緊固件密封固定在爐體上蓋23上。熱解感應(yīng)加熱爐 的電源頻率為IOkHz 300kHz，功率為IOkW 50kW。熱解感應(yīng)爐所需冷卻的主要部位是 電磁感應(yīng)線圈。電磁感應(yīng)線圈電阻產(chǎn)生的熱量很高，約占電爐額定功率的20%。爐內(nèi)的金 屬盤(pán)管也向電磁感應(yīng)線圈傳遞熱量。設(shè)置的冷卻系統(tǒng)24將這兩部分熱量由冷卻水帶走，冷 卻系統(tǒng)的另外一個(gè)作用是降低銅質(zhì)電磁感應(yīng)線圈的電阻。感應(yīng)加熱方式的優(yōu)點(diǎn)是升溫速度 快、耗電量低，節(jié)約能源，可提高熱解氟利昂的效率。熱解感應(yīng)加熱爐工作時(shí)，強(qiáng)大的感應(yīng)變頻電流經(jīng)感應(yīng)線圈產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)。感應(yīng) 器將電磁能轉(zhuǎn)變成熱能，加熱坩堝中的金屬盤(pán)管，CFCs、氧氣與水蒸汽進(jìn)入金屬盤(pán)管中，在 高溫條件發(fā)生熱解反應(yīng)，生成二氧化碳和鹵化氫，從而達(dá)到熱解氟利昂的目的。本實(shí)用新型還提供了一種采用上述氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐的感應(yīng)加熱消解氟利 昂無(wú)害化處理系統(tǒng)，圖2示出該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工藝流程示意圖。該系統(tǒng)包括換熱器1，熱解 爐、吸收塔3、循環(huán)泵4及過(guò)濾池5，換熱器1設(shè)有通入原料氣的管程進(jìn)氣口 11、12、13，引出 原料氣的管程出氣口 15，通入熱解反應(yīng)生成氣的殼程進(jìn)氣口 16及引出熱解反應(yīng)生成氣的
4殼程出氣口 14，熱解爐的原料氣進(jìn)氣口與換熱器管程出氣口 15連接，其熱解反應(yīng)生成氣出 氣口與換熱器1的殼程進(jìn)氣口 16連接，吸收塔3下部設(shè)有熱解反應(yīng)生成氣進(jìn)氣口 34、其底 部設(shè)有吸收液出液口 35、其上部設(shè)有尾氣排放口 32，吸收塔3的熱解反應(yīng)生成氣進(jìn)氣口 34 與換熱器1的殼程出氣口 14連接，其吸收液出液口 35通過(guò)循環(huán)泵4與過(guò)濾池進(jìn)液口 51連 接，過(guò)濾池5還設(shè)有連至吸收塔3的過(guò)濾池出液口 52，過(guò)濾池排液口 53，本實(shí)用新型的特征 在于以上所述熱解爐是上述熱解氟利昂的熱解感應(yīng)加熱爐2，設(shè)于熱解感應(yīng)加熱爐坩堝27 內(nèi)的金屬盤(pán)管20的進(jìn)氣端口 21與換熱器管程出氣口 15連接、金屬盤(pán)管20的出氣端口 22 與換熱器1的殼程進(jìn)氣口 16連接。上述感應(yīng)加熱消解氟利昂無(wú)害化處理系統(tǒng)的應(yīng)用方法如下該方法通過(guò)將預(yù)熱的原料氣即反應(yīng)物氟利昂、水蒸汽和空氣的混合氣在熱解感應(yīng) 加熱爐2的金屬盤(pán)管20中進(jìn)行感應(yīng)加熱熱解，并由后續(xù)工序?qū)峤猱a(chǎn)物進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化，使 氟利昂分解為二氧化碳和鹵化氫并轉(zhuǎn)化為碳酸鹽和鹵鹽，原料氣的配比為
水蒸汽與氟利昂的摩爾流量比=(1.5 1,空氣與氟利昂的摩爾流
量比=(6 10)( + ￥):1，原料氣熱解反應(yīng)式如式⑴所示
CaHbXc +^-H2O + [a + ^-]02 — aC02 + cHX(X = F, Cl, Br) ( 1 )以上各式中，a、b、c分別為一個(gè)氟利昂分子中所含碳、氫、鹵原子的個(gè)數(shù)。以下通過(guò)兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例具體介紹該系統(tǒng)的應(yīng)用方法，采用的熱解感應(yīng)加熱爐的電 源頻率為IOkHz 300kHz，功率為20kW，金屬盤(pán)管的直徑為20mm，長(zhǎng)度為3m的不銹鋼管。 換熱器為無(wú)錫雙盛石化裝備有限公司生產(chǎn)的BEM159-2. 5-1. 3-1. 5/19換熱器。吸收塔為常 規(guī)噴淋式吸收塔。應(yīng)用例1采用市售氟利昂F-152，即C2C1F5。感應(yīng)加熱消解氟利昂無(wú)害化處理系統(tǒng)的應(yīng)用步驟如下(1)將熱解感應(yīng)加熱爐2爐腔內(nèi)金屬盤(pán)管溫度加熱至1300°C，并保持恒溫；(2)根據(jù)熱解感應(yīng)加熱爐的設(shè)計(jì)處理能力范圍lmol/min，確定CFCs的處理
量為0. lmol/min,選取水蒸汽與氟利昂的摩爾流量比=(2 χ？) 1 =6 1,空氣
與氟利昂的摩爾流量比=[6χ(2 + ·^)]: 1 = 3 1,將組成原料氣的0. ImoVminC2ClF5,
0. 6m0l/min水蒸汽和0. 3mol/min的空氣分別由換熱器管程入口 11、12、13通入換熱器1， 并經(jīng)由換熱器1，由熱解感應(yīng)加熱爐2的金屬盤(pán)管20的進(jìn)氣端口 21通入恒溫后的金屬盤(pán)管 20中，氣體在金屬盤(pán)管內(nèi)的停留時(shí)間為7min，熱解反應(yīng)式如式(3)所示2C2ClF5+6H20+02 - 4C02+10HF+2HC1 (3)；經(jīng)過(guò)充分熱解反應(yīng)后，熱解反應(yīng)生成氣 從金屬盤(pán)管出氣端口 22排出，通過(guò)換熱器殼程入口 16進(jìn)入換熱器1與連續(xù)進(jìn)入的原料氣 進(jìn)行熱量交換，使原料氣預(yù)熱至140°C并使高溫?zé)峤夥磻?yīng)生成氣降溫至270°C ；[0029](3)從換熱器殼程出口 14輸出的降溫的熱解反應(yīng)生成氣由吸收塔3下部的熱解反 應(yīng)生成氣進(jìn)氣口 35進(jìn)入塔體內(nèi)，塔頂噴淋的pH為13的氫氧化鈉溶液吸收熱解反應(yīng)生成氣 中的酸性氣體C02、HC1、HF后形成吸收液，吸收液從塔底吸收液出液口 35流出后經(jīng)循環(huán)泵 4通過(guò)過(guò)濾池進(jìn)液口 51進(jìn)入內(nèi)置用于固化酸根離子的氫氧化鈣固體的過(guò)濾池5，并與氫氧 化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣、氟化鈣沉淀，沉淀物過(guò)濾后的濾后吸收液通過(guò)過(guò)濾池出液口 52繼續(xù) 循環(huán)，由進(jìn)液口 33返回塔頂循環(huán)利用，熱解反應(yīng)生成氣經(jīng)吸收處理后的殘余尾氣從塔頂排 放口 32排出。(4)每小時(shí)從過(guò)濾池排液口 53排放4%的濾后吸收液，同時(shí)通過(guò)堿液進(jìn)液口 31向 吸收塔3補(bǔ)充4%的pH為13的氫氧化鈉溶液，以保持溶液合適的pH值，防止pH值過(guò)低而 影響吸收效率。在熱解感應(yīng)加熱爐2的熱解反應(yīng)氣出口 22取樣，采用氣相色譜檢測(cè)方法進(jìn)行分 析，從測(cè)試結(jié)果得出C2ClF5-解率為99.0%。在吸收塔塔頂尾氣排放口 32取排放尾氣的 氣樣用同樣方法進(jìn)行分析，酸性氣體含量為0。應(yīng)用例2市售氟利昂F-13，即CC1F3。(1)將熱解感應(yīng)加熱爐2爐腔內(nèi)金屬盤(pán)管溫度加熱至1400°C，并保持恒溫；(2)根據(jù)熱解感應(yīng)加熱爐的設(shè)計(jì)處理能力范圍lmol/min，確定CFCs的處理
量為O.Ogmol/min，選取水蒸汽與氟利昂的摩爾流量比=(5><￥) 1 =10: 1,空
氣與氟利昂的摩爾流量比=(6 ~ 10)(α + ^ψ) 1 = 0,將組成原料氣的0. 09mol/minCCl3F
和0. 9m0l/min水蒸汽分別由換熱器管程入口 11、12通入換熱器1，并經(jīng)由換熱器1由熱解 感應(yīng)加熱爐2的金屬盤(pán)管20的進(jìn)氣端21通入恒溫后的金屬盤(pán)管中，氣體在金屬盤(pán)管內(nèi)的 停留時(shí)間為lOmin，熱解反應(yīng)式如式(4)所示CC1F3+2H20 —C02+HC1+3HF (4)；經(jīng)過(guò)充分熱解反應(yīng)后，熱解反應(yīng)生成氣從金屬盤(pán) 管出氣端22排出，通過(guò)換熱器殼程入口 16進(jìn)入換熱器1與連續(xù)進(jìn)入的原料氣進(jìn)行熱量交 換，使原料氣預(yù)熱至140°C并使高溫?zé)峤夥磻?yīng)生成氣降溫至270°C ；(3)本步驟除噴淋的堿液是pH為14的氫氧化鈉溶液外，其余操作同應(yīng)用例1的步 驟(3)。(4)每小時(shí)從過(guò)濾池排放5%的濾后吸收液，同時(shí)向吸收塔3補(bǔ)充5%的pH為14 的氫氧化鈉溶液。熱解反應(yīng)氣及排放尾氣的取樣測(cè)試及分析同應(yīng)用例1，從測(cè)試結(jié)果得出CClF3熱解 率為99.0%。酸性氣體含量為0。以上實(shí)施例中，采用了氟利昂F-152，F(xiàn)-13，實(shí)際應(yīng)用中本發(fā)明提供的熱解感應(yīng)加 熱及應(yīng)用系統(tǒng)可用于各種分子結(jié)構(gòu)的氟利昂的熱解。以上所述，僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、形狀材 料和作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單 修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐，包括現(xiàn)有感應(yīng)加熱爐，感應(yīng)加熱爐的腔體內(nèi)設(shè)有坩堝，其特征在于在所述坩堝內(nèi)固定設(shè)置流通含有氟利昂的原料氣的耐酸腐蝕耐高溫呈彎折狀金屬盤(pán)管，所述金屬盤(pán)管的進(jìn)氣端口及出氣端口從坩堝頂部的爐體上蓋伸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐，其特征在于所述熱解感應(yīng)加熱爐的 電源頻率為IOkHz 300kHz，功率為IOkW 50kW。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐，其特征在于所述金屬盤(pán)管是U 形管，其材料熔點(diǎn)高于1500°C ；金屬盤(pán)管管徑為10 30mm，長(zhǎng)度為2 5m。
4.一種采用權(quán)利要求1、2或3所述的氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐的感應(yīng)加熱消解氟利昂無(wú) 害化處理系統(tǒng)，包括換熱器、熱解爐、吸收塔、循環(huán)泵及過(guò)濾池，熱解爐的原料氣進(jìn)氣口與換 熱器管程出氣口連接，熱解爐的熱解反應(yīng)生成氣出氣口與換熱器的殼程進(jìn)氣口連接，吸收 塔的熱解反應(yīng)生成氣進(jìn)氣口與換熱器的殼程出氣口連接，吸收塔的吸收液出液口通過(guò)循環(huán) 泵與過(guò)濾池連接，其特征在于所述熱解爐是所述熱解感應(yīng)加熱爐，設(shè)于熱解感應(yīng)加熱爐坩 堝內(nèi)的金屬盤(pán)管的進(jìn)氣端口與換熱器的管程出氣口連接，金屬盤(pán)管的出氣端口與換熱器的 殼程進(jìn)氣口連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種氟利昂熱解感應(yīng)加熱爐，包括現(xiàn)有感應(yīng)加熱爐，感應(yīng)加熱爐的腔體內(nèi)設(shè)有坩堝，其特征是在所述坩堝內(nèi)固定設(shè)置流通含有氟利昂的原料氣的耐酸腐蝕耐高溫呈彎折狀金屬盤(pán)管，金屬盤(pán)管的進(jìn)氣端口及出氣端口從坩堝頂部的爐體上蓋伸出，熱解感應(yīng)加熱爐電源頻率為10kHz～300kHz，功率為10kW～50kW；一種感應(yīng)加熱消解氟利昂無(wú)害化處理系統(tǒng)，包括換熱器，熱解爐、吸收塔、循環(huán)泵及過(guò)濾池，其特征在于所述熱解爐是所述熱解感應(yīng)加熱爐。本實(shí)用新型的有益效果是工藝安全、啟停操作方便、升溫速度快、節(jié)能、氟利昂熱解效果好且易于產(chǎn)業(yè)化推廣。
文檔編號(hào)B01D53/70GK201750985SQ20102022353
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者劉紅磊, 盧學(xué)強(qiáng), 孫貽超, 張艷華, 王哲, 袁敏, 鄧小文, 邵曉龍, 馬建立 申請(qǐng)人:天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院