阅读说明：本技术 一种高温可燃焦油气体旋转式冷却回收装置 (High-temperature combustible tar gas rotary type cooling and recycling device ) 是由 王诚 李磊 任磊 王晓琳 张文明 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温可燃焦油气体旋转式冷却回收装置,涉及废气处理设备领域,包括机架、电机、机壳和旋转轴,在机壳内设有旋转冷却器和旋转捕捉器,旋转冷却器和旋转捕捉器均固接在旋转轴上,并随旋转轴转动；旋转冷却器包括固定插接至旋转轴上的导热管；旋转捕捉器包括固定套接在旋转轴上的捕捉片；在中部机壳内壁上设有扰流板,扰流板设于旋转捕捉器侧下方,扰流板周边具有向上弯折结构,弯折结构与中部机壳内壁之间形成接油槽,且在接油槽位置的扰流板上开设有漏油孔。本发明的旋转式冷却回收装置结构紧凑合理,体积小,使用效果好,具有冷却、回收效率高的特点。(The invention discloses a rotary cooling and recovering device for high-temperature combustible tar gas, which relates to the field of waste gas treatment equipment and comprises a rack, a motor, a shell and a rotating shaft, wherein a rotary cooler and a rotary catcher are arranged in the shell, and the rotary cooler and the rotary catcher are fixedly connected on the rotating shaft and rotate along with the rotating shaft; the rotary cooler comprises a heat conduction pipe fixedly inserted on the rotary shaft; the rotary catcher comprises a catching sheet fixedly sleeved on the rotating shaft; the spoiler is arranged on the inner wall of the middle shell and is arranged below the side of the rotary catcher, the periphery of the spoiler is provided with an upward bending structure, an oil receiving groove is formed between the bending structure and the inner wall of the middle shell, and the oil leakage hole is formed in the spoiler at the position of the oil receiving groove. The rotary cooling and recycling device has the characteristics of compact and reasonable structure, small volume, good use effect and high cooling and recycling efficiency.)

一种高温可燃焦油气体旋转式冷却回收装置

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈碳纤维制造过程中真空高温碳化炉废气中所含高温可燃焦油气体冷却回收技术领域，具体讲是一种高效降温冷却捕捉回收焦油的装置，可实现焦油的有效冷却回收，有利于废气后段安全可靠燃烧处理。

背景技术

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产就是不断除去杂质元素(主要为H、N、O、K、Na)，减少缺陷，净化、重整碳链的过程，主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。其中主要去除杂质元素的过程为低温碳化、高温碳化工序，主要为在真空碳化炉中，温度1000到2000℃间，聚丙烯腈与酒精、树脂等添加剂进行物理和化学等反应，杂质转化为气体随真空泵排出，碳元素碳化制成碳纤维。

在真空碳化炉中碳化的过程中有大量的杂质转化为的气体(投料重量的40％-70％)排出碳化炉，混合气体(以下简称焦油废气)成分非常复杂，有C、H、O结合的各类化合物，有K、Na化合物，有剧毒的氰化物，还有部分固体在高温真空下升华的混合物。

在环保要求日趋严格的今天，此焦油废气不允许直接排放，需经过处理达标后准许排放。目前针对此种成分复杂的高温可燃油烟废气，较为成熟有效的处理工艺有三种：一种为冷却回收法，一种为为直接燃烧法，还有一种为油烟净化法。但这些方法实际处理效率较低，且存在很大的安全隐患，较难推广。

针对焦油废气的三种处理方法的缺点分别为：

1.冷却回收法缺点：传统的冷却方法为将需要冷却的气体通入冷却器内部进行降温冷凝，一些沸点低的物质附着在冷却器内部，在重力作用下进入储油仓，一些粘度较大的液体或固体、半固体等物质就需要人工清理，否则这些物质附着在冷却器上影响降温效果。真空高温碳化炉焦油废气温度高达2000℃，在进入冷却器后迅速降温，大量油物和固体凝固成颗粒，部分物质在重力的作用下很难流动，长期附着在冷却器上，对冷却器造成严重的腐蚀。如果每个碳化炉配有一台传统冷却器，责需要每生产一炉，人工清理一次冷却器，否则会降低冷却回收效果，大大降低了生产效率，提高了环保设备的运行成本。

2.直接燃烧法缺点：对于成分复杂的有机废气，燃烧法是去除效率最高、最稳定的方法，氧气充足的情况下，需要800℃的温度保持0.2s的时间就可以完全分解。然而焦油废气排放是间歇式的，在排放的瞬间可燃气体浓度可达到90％以上，氧气不充足，无法完全分解燃烧；在废气不排放时废气管道中长期存在大量可燃气体，对燃烧设备、引风机、管道、碳化炉以及操作人员存在严重的安全隐患。

3.油烟净化法缺点：对于大分子的有机废气，油烟净化器效果最佳，但焦油废气排放是间歇式的，在废气排放的瞬间可燃气体浓度可达到90％以上，且废气成分非常复杂、温度特别高，单一的油烟净化法无法有效去除。同时油烟净化法与燃烧法一样存在爆燃风险。

综上所述，无论是冷却回收法、直接燃烧法，还是油烟净化法，单一的处理方法都无法将焦油废气安全有效的处理达标。此类焦油废气最安全高效的处理方法为将废气中的油烟、颗粒等大分子物质冷却回收，降低废气中可燃组分，并保护管道、环保设备不受油物、固态颗粒附着影响，然后安全的通入燃烧炉内充分燃烧。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种高温可燃焦油气体旋转式冷却回收装置，其可实现焦油废气中的油烟、颗粒等大分子物质冷却回收，降低废气中可燃组分，并保护管道、环保设备不受油物、固态颗粒附着影响，大大降低环保设备的爆燃率，使废气安全的通入燃烧炉内充分燃烧。

本发明的高温可燃焦油气体旋转式冷却回收装置主要是将焦油废气以一定的速度通过上述装置，经过多级旋转的冷却器和捕捉器，将废气降低到一定温度，形成大量油烟颗粒，被捕捉器成功捕捉，并在高速旋转离心力的情况下，将油烟颗粒收集在接油槽内，流入底部的储油仓中。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种高温可燃焦油气体旋转式冷却回收装置，包括机架、设于机架侧部的电机、设于机架顶部的机壳以及贯穿于机壳的旋转轴，机壳包括中部机壳、下部机壳以及上部机壳，所述下部机壳包括侧部开设有的进风口以及底部中心开设有的下穿孔，所述上部机壳包括侧部开设有的出风口以及顶部中心开设有的上穿孔；所述旋转轴穿设下穿孔和上穿孔，并通过设有的下密封器、上密封器分别与下部机壳以及上部机壳固接；所述旋转轴与电机传动连接；

在所述机壳内设有一个或多个旋转冷却器和一个或多个旋转捕捉器，旋转冷却器和旋转捕捉器均固接在旋转轴上，并随旋转轴转动；所述旋转冷却器包括固定插接至旋转轴上的1个或多个导热管，多个导热管沿旋转轴为中心环形布置；导热管中设有饱和介质；所述旋转捕捉器包括固定套接在旋转轴上的1个或多个捕捉片，多个捕捉片沿旋转轴高度方向层设；捕捉片上开设有多个镂空的长条孔，多个长条孔沿旋转轴径向环形阵列布置；在所述中部机壳内壁上设有一个或多个环形扰流板，扰流板与旋转捕捉器一一对应，并设于旋转捕捉器侧下方，扰流板周边具有向上弯折结构，所述弯折结构与中部机壳内壁之间形成接油槽，且在接油槽位置的扰流板上开设有漏油孔。

进一步地，上述下部机壳包括底部开设有的出油口，出油口上连接有出油管，出油管上设有放油阀。

进一步地，上述饱和介质为真空状态下纯酒精。

优选地，上述捕捉片为圆盘形，捕捉片包括中心的套接于旋转轴的第一圆孔。

作为本发明结构上一种优化方案，上述旋转捕捉器采用2个所述捕捉片叠设制得。

进一步地，上述旋转冷却器和旋转捕捉器两者之间采用交替式间隔布置。

进一步地，上述机架包括顶部的支撑板，在支撑板中心位置设有圆形开口，所述机壳固接在圆形开口中，下部机壳处于支撑板下方位置。

优选地，上述导热管为铜质导热管，捕捉片采用不锈钢材质。

相比现有技术，本发明具有如下的有益效果：本发明的旋转式冷却回收装置结构紧凑合理，体积小，使用效果好，具有冷却、回收效率高的特点，具体的：

1.可根据焦油废气温度、组分的不同和出风口温度的要求，随时调整转动轴中冷却水的温度、导热管中冷却介质，以匹配最佳冷却方案，达到冷却捕捉效率最高、能源消耗最低的目的，是传统冷凝回收技术所不能比拟的；

2.相对于传统固定式的冷却器，本发明中高速旋转的旋转轴、冷却器和捕捉器不会受到油物附着的影响，可以长期、高效的冷凝回收焦油废气中的油烟、颗粒等物质，大大减少维护清理次数；

3.本发明合理设置的扰流板，使废气完全均匀的经过冷却器和捕捉器，传统冷凝回收技术中，废气经过冷却器时速度不统一，且有部分废气未经有效降温而逃逸出去，降低捕捉效率，而本发明的装置能够解决以上问题，达到充分捕捉废气中油物颗粒以及避免油烟废气从设备中逃逸的目的。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的侧视结构示意图；

图3为本发明的立体结构示意图；

图4为装置中机架的立体结构示意图；

图5为装置中左半机壳的立体结构示意图；

图6为装置中扰流板的立体结构示意图；

图7为装置中下部机壳的立体结构示意图；

图8为装置中下部机壳的立体结构示意图；

图9为装置中上部机壳的立体结构示意图；

图10为图2的局部放大图；

图11为图3的局部放大图；

图12为装置中捕捉片的俯视示意图；

图13为捕捉片的中心位置局部放大图；

图14为装置中连接轴的结构示意图；

图15为装置中环形支架的立体结构示意图；

图16为装置中旋转冷却器的立体结构示意图；

图中标记为：

1、机架；101、支撑板；1011、圆形开口；102、支脚；103、加强杆；104、垫片；

2、机壳；201、中部机壳；2011、左半机壳；202、下部机壳；2021、进风口；2022、进风管；2023、出油口；2024、出油管；2025、下穿孔；203、上部机壳；2031、出风口；2032、上穿孔；2033、出风管；204、扰流板；2041、漏油孔；2042、接油槽；

3、电机；301、固定板；302、主动皮带轮；

4、旋转轴；401、下密封器；402、上密封器；403、从动皮带轮；404、连接轴；405、下水封接头；4051、进水口；406、上水封接头；4061、出水口；407、下连接法兰；408、上连接法兰；4081、插孔；

5、旋转冷却器；501、导热管；502、环型支架；5021、圆形连接部；5022、固定部；5023、凹型块；5024、第二圆孔；5025、衔接条；5026、第二连接孔；

6、旋转捕捉器；601、捕捉片；602、第一圆孔；603、长条孔；604、第一连接孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电路连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种高温可燃焦油气体旋转式冷却回收装置，结合图1-图3所示，外部主体结构包括：机架1、安装在机架1侧部的电机3和设于机架1顶部的机壳2。

1、关于上述机架：

如图4所示，其包括顶部的支撑板101以及垂直支撑于地面的多个支脚102，在机架1主体外形尺寸不变的情况下，支脚102个数可根据实际需要模数化增加或减少，图示中机架1支脚102个数设置为4；

在相邻的支脚102之间连接有加强杆103，在每个支脚102底部均设有垫片104，加强杆103和垫片104的存在用于提供机架1整体的稳定性；

支撑板101中心位置设有圆形开口1011，上述机壳2设于该圆形开口1011中。

2、关于上述电机：

电机3通过设有的固定板301垂直倒立安装于两个支脚102之间，电机3的动力输出轴竖直指向地面，具体的，固定板301可以采用销钉方式与两边的支脚102固定连接，也可以采用焊接等其它方式连接；同样的，电机3亦可采用以上提及的连接方式固定于固定板301上。

3、关于上述机壳：

其包括筒型的中部机壳201、漏斗状的下部机壳202以及倒漏斗状的上部机壳203，进一步地，结合图5和图6，在中部机壳201的内壁上水平布置有一个或多个环形扰流板204，多个扰流板204沿中部机壳201高度层设，扰流板204的周边向上弯折，进而与中部机壳201内壁之间形成接油槽2042，且在接油槽2042位置的扰流板204上开设有多个漏油孔2041；

为了便于扰流板204的固定安装，上述中部机壳201由左半机壳2011和右半机壳(未示出)组成，也可以采用上、下两个组件构成(未图示)；在选择采用左半机壳2011和右半机壳组装时，优选采用便于拆装的打孔螺栓连接方式；

如图7和图8所示，上述下部机壳202包括侧部开设有的进风口2021、底部切面开设有的出油口2023和下穿孔2025，进风口2021上连接有进风管2022，出油口2023上连接有出油管2024，出油管2024上设有放油阀(未示出)，下穿孔2025位于上述底部切面的中心位置，为了便于拆装以及提高机壳2在上述机架1上的稳固性，在对下部机壳202、中部机壳201以及机架1之间进行组装时，优选采用打孔螺栓共同连接方式，即通过将设有的多个紧固螺栓共同连接中部机壳201底部、下部机壳202顶部以及支撑板101，组装完毕后，下部机壳202处于支撑板101下方位置；

如图9所示，上述上部机壳203包括侧部开设有的出风口2031以及顶部切面开设有的上穿孔2032，出风口2031上连接有出风管2033，上穿孔2032位于上述顶部切面的中心位置，在对上部机壳203与中部机壳201进行组装时，优选采用便于拆装的打孔螺栓连接方式。

4、关于机壳内部核心部件

本发明的冷却回收装置还包括贯穿于机壳2的旋转轴4，旋转轴4穿设下穿孔2025和上穿孔2032，并通过增设的下密封器401、上密封器402分别与下部机壳202以及上部机壳203固定连接。

上述旋转轴4与电机3的动力输出轴传动连接，进而为旋转轴4提供动力，具体的，传动连接方式可以为带轮传动或链轮传动，亦也可采用齿轮传动等其它方式，图示采用的带轮传动方式，即在旋转轴4的下部位置固定套接有从动皮带轮403，从动皮带轮403位于下穿孔2025正下方，在上述电机3的动力输出端固定套接有主动皮带轮302，从动皮带轮403与主动皮带轮302通过传动皮带(未示出)连接。

结合图10-图11所示，在上述中部机壳201内设有一个或多个旋转冷却器5和一个或多个旋转捕捉器6，旋转冷却器5和旋转捕捉器6均固定安装在旋转轴4上，并随旋转轴4的动作共同旋转；

(4.1)关于上述旋转冷却器：

其包括水平固定插接至旋转轴4外部的1个或多个导热管501，多个导热管501沿旋转轴4为中心环形布置；

上述导热管501管体内空腔中输入真空状态下饱和介质(未示出)，例如真空状态下纯酒精，也可以是其它物质，用于冷却废气；

优选地，上述导热管501采用导热性能较好的材质制成，例如铜质导热管；

(4.2)关于上述旋转捕捉器：

结合图12和图13所示，其包括水平固定套接在旋转轴4上的1个或多个捕捉片601，多个捕捉片601沿旋转轴4高度方向层设；

图示中，上述捕捉片601优选为圆盘形，亦可采用其它规则或不规则形状；

进一步地，捕捉片601使用不锈钢切割而成，包括中心穿设于旋转轴4的第一圆孔602，捕捉片601上开设有多个镂空的长条孔603，多个长条孔603沿捕捉片601径向环形阵列布置，长条孔603的设置用于捕捉废气中的油质；

为避免单个捕捉片601在高速旋转情况下抖动，同时增加捕捉效果，采用2个捕捉片601叠加成捕捉片601组固定套接至旋转轴4上，以上2个捕捉片601可以采用双头螺柱可拆卸式连接，亦可采用其它形式固定连接；

在旋转捕捉器6下方的中部机壳201上均设有与之对应的前述扰流板204，捕捉片601与扰流板204的配合协作进而达到对废气中油污的捕捉收集。

(4.3)关于上述旋转轴的改进：

参照图14所示，为了便于旋转冷却器5和旋转捕捉器6在旋转轴4上的拆装，提高对废气的冷却效果，旋转轴4采用多段具有中空结构的连接轴404组接而成，中空结构用于冷却水的流通，旋转轴4又相当于一个冷却轴，为此，在位于旋转轴4底部的连接轴404底端转动连接有下水封接头405，下水封接头405包括侧部设有的进水口4051，进水口4051上连接有进水管(未示出)，在位于旋转轴4顶部的连接轴404顶端转动连接有上水封接头406，上水封接头406包括侧部设有的出水口4061，出水口4061上连接有出水管(未示出)；

位于旋转轴4底部以及中间位置的各连接轴404的顶端设有下连接法兰407，位于旋转轴4顶部以及中间位置的各连接轴404的底端设有上连接法兰408，各连接轴404是通过上连接法兰408、下连接法兰407以及连接螺栓组接而成的，为了提高连接轴404之间连接的密封性，在上连接法兰408和下连接法兰407之间还内设有密封圈(未示出)，防止冷却水泄露；

对于旋转冷却器5的安装，是预先在上连接法兰408侧部贯穿有与多个导热管501一一对应的插孔4081，导热管501一端穿过所述插孔4081固定插接在连接轴404上；

对于旋转捕捉器6的安装，是先将捕捉片601或捕捉片601组套设在上连接法兰408与下连接法兰407之间，再将捕捉片601或捕捉片601组底部搭接在上连接法兰408顶部，另外，在捕捉片601第一圆孔602的外径附近环形开设有多个第一连接孔604，上述连接螺栓通过依次穿设第一连接孔604、上连接法兰408以及下连接法兰407将捕捉片601或捕捉片601组固定连接在旋转轴4上。

(4.4)关于上述导热管的改进：

参照图15和图16所示，为避免导热管501在高速旋转情况下产生抖动变形，影响降温效果和使用寿命，在上述上连接法兰408顶部还设有用于稳固导热管501的支架，为了实现上述目的，支架采用可以共同连接多个导热管501的环型支架502，该环型支架502包括位于中心的圆形连接部5021、位于周缘的固定部5022以及位于固定部5022下方的与导热管501对应的凹型块5023，圆形连接部5021包括中心穿设于旋转轴4的第二圆孔5024，在固定部5022与圆形连接部5021之间设有多个沿径向的环形布置的衔接条5025；

优选地，凹型块5023的凹腔为圆弧曲面，与导热管501管体形状配合搭接；

导热管501被环型支架502稳固时，固定部5022与凹型块5023顶部两边通过打孔螺钉固定连接，导热管501位于固定部5022与凹型块5023之间；

对于环型支架502的安装，是先将环型支架502套设在上连接法兰408与下连接法兰407之间，再将其圆形连接部5021底部搭接在上连接法兰408顶部，另外，在圆形连接部5021第二圆孔5024的外径附近环形开设有多个第二连接孔5026，前述的连接螺栓通过依次穿设第二连接孔5026、上连接法兰408以及下连接法兰407将环型支架502固定连接在旋转轴4上。

(4.5)关于上述上连接法兰的改进：

如图10所示中，上连接法兰408的外径略大于下连接法兰407的外径，用于增大上连接法兰408顶部与捕捉片601或环型支架502的圆形连接部5021的接触面积，提高支撑效果，减小高速旋转过程中出现的抖动问题。

5、关于旋转冷却器和旋转捕捉器的布置

上述旋转冷却器5和旋转捕捉器6在旋转轴4上的布置无特定的形式，根据实际需求可对旋转冷却器5和旋转捕捉器6个数模数化增加或减少，旋转冷却器5和旋转捕捉器6两者之间可以采用交替式间隔布置，亦可以采用其它形式；

图10或图11所示为本发明的优选布置形式：

先在旋转轴4的下部设置两个相邻的旋转冷却器5，用于较快地降低废气的温度；随后在旋转轴4高度方向间隔布置旋转捕捉器6以及旋转冷却器5。

本发明的旋转式冷却回收装置工作原理如下：

(1)油烟废气经过进风口2021进入机壳2内，控制好废气流速，实际应用中流速≤20cm/s；

(2)废气首先经过2级旋转冷却器5进行初步降温，再经过1级旋转捕捉器6进行捕捉，冷却捕捉易冷凝大颗粒物；

(3)随后废气再经过多级旋转冷却器5以及旋转捕捉器6进一步冷却降温捕捉，使废气温度降至合适的条件，最好是20℃以下，在这过程中大颗粒物质完全捕捉回收，废气最终由出风口2031进入出风管2033；

(4)旋转捕捉器6捕捉的油物、颗粒等，在离心力作用下经捕捉片601上的长条孔603被甩入接油槽2042内，油物、颗粒等在重力作用下经漏油孔2041进入下部机壳202中(相当于储油仓)，定期打开放油阀回收油污即可；

(5)为提高冷却效果，旋转轴4中冷却水的流向和废气流向相反，即冷却水为自上向下流动，废气为自下向上流动；

(6)前述的扰流板204不仅可以存储捕捉到的油物，引流至下部机壳202中，又可起到引导气流的作用，使气流折回充分经过旋转捕捉器6，一是能够达到充分捕捉废气中油物颗粒的目的，二是避免油烟废气从旋转捕捉器6与机壳2之间的空隙逃逸。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。