CN114653175A - 一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机废气处理领域，涉及一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，该设备包括了进风口、出风口、进风口阀门、出风口阀门、催化仓、微波发生器、冷凝装置、催化剂模块、温度传感器、有机废气浓度传感器、PLC控制***。PLC控制进风口及出风口阀门的开合切换有机废气进入的方向，实现一侧催化仓处理从进风口进入的有机废气，另一侧催化仓则关闭进出风口的阀门，开启微波发生器，微波作用于催化剂，使其迅速升温而产生活性点位，实现微波协同催化，催化仓交替运行。该处理技术和装置实现了高效的微波协同催化剂模块处理有机废气，效率更高，结构更紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置。
背景技术
随着经济的增长与社会生产力的增加，21世纪以来能源消费急剧上升，从 1978年至2008年煤炭在能源结构中的比较始终维持在70％左右，石油在能源结构中占20％左右，而天然气水、风、核能加起来仅占10％。对于我国目前的能源结构来说，化石能源的燃烧将在相当长的一段时间内仍然占到能源消费结构的绝大部分，煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固态可燃性矿物，成分复杂，除了可燃碳、氢元素外，还有琉、氮、氯、氟、汞、砷等多种元素，燃烧除产生二氧化碳和水以外，二氧化琉、氮氧化物(NOx)、汞(Hg)、氯化氢(HCl)、可挥发性有机物(VOCs)、二噁英等多种污染物，危害着生态环境和人类的健康。面对环境问题日益严峻，国家对于环境污染控制的逐渐严格，多种污染物的协同脱除已经成为大势之趋。尤其是有机挥发性污染物，因其对于环境及人体的危害很大已经受到了越来越广泛的关注。在煤炭燃烧产生的各种污染物中，VOCs高效的脱除已经成了当前治理环境问题的重点之一。
另外现状居室中VOCs的种类繁多，针对室内空气污染物的调查也很多。室内空气污染物主要来源于两方面：一是来自室外大气污染物的进入，而是室内本身存在的释放源。室内污染源较多，情况也较复杂，通常来源于燃煤，天然气等的燃烧产物，吸烟所产生的烟雾，建筑材料的排放，办公设施(如打印机，复印机等)机装饰材料，家具，家用电器，清洁剂和人类活动的释放。因此，室内空气中VOCs的种类繁多，可达900种以上。监测数据表明，大部分室内空气质量不达标，甲醛，苯，氨，NOx是主要的室内污染，其中最严重的污染物是甲醛，超标占总调查量的66.7％。另一方面，室外的污染空气直接进入室内，也是室内VOCs的重要来源。广州、南京，中国香港和茂名市的室外空气质量调查表明，市区大气中存在多种VOCs，尤其在街道，商业区和工业区，许多地段VOCs浓度比较高。城市大气中的VOCs主要来源于车辆，工厂。因此，在这些地区，室内许多种类的VOCs来自于室外大气。
有机污染物气体的控制可以从多种途径实现。工业生产方面，最有效合理的方法是通过清洁生产的途径，从源头上减少有机污染物的使用和排放。但由于我国技术的发展程度以及各生产过程的局限性，要做到真正的清洁生产从源头上减少有机污染物的排放是一件很困难的事情，所以有机污染物废气的排放不可避免，从末端治理废气仍然是必不可少的一种手段。
目前国内外现有有组织排放的有机废气处理技术主要有：物理、化学、生物等三大不同类型的处理技术。一般而言可用单一技术或两种以上技术组合来完成单一有机废气处理工作。常用的物理法是利用活性碳等具有吸附性能的材料进行吸附或水洗，但是该技术占地面积大，除有机废气效果一般，吸附材料在吸附饱和之后需要更换，运营成本高且存在二次污染的风险；化学法是化学洗涤、焚化，该技术处理温度高能耗高，且对处理设备的要求较高；生物法则包括生物洗涤、生物滴滤、生物滤床等技术，该技术占地面积大，成本较高，且处理时间长。近些年，又研发出了等离子体法除有机废气，UV光解氧化法等新技术，但除有机废气效果并不显著。以上技术都存在成本高、占地面积大及处理效果一般的问题，且对于成分复杂的有机废气去除效果并不明显。
微波技术是近代科学技术发展的重大成就之一，发展极为迅速。20世纪80 年代微波开始在化学领域中得到广泛研究，并取得了积极效果，如在有机合成方面，合成某些放射性药剂及干燥等方面。最近，微波在催化领域中的研究也越来越活跃，这里介绍近年来微波技术在催化领域中所取得的进展，如微波用于诱导催化反应，用于催化剂的制备以及载体的改性方面。微波是一种电磁波,电磁波包括电场和磁场,电场使带电粒子开始运动而具有一种力,由于带电粒子的运动从而使极化粒子进一步极化,微波的电和磁部分的相关的力方向快速变化,从而产生摩擦使其自身温度升高。这就是微波加热的基本原理。微波诱导催化反应实质上是微波首先作用于催化剂或其载体，使其迅速升温而产生活性点位，当反应物或载化都可以用于微波诱导催化反应的，只有那些可能被微波激活的催化剂和载体才能用于微波诱导催化反应。能与微波发生强相互作用的主要是那些铁磁性金属，如镍、钴、铁等。如Al2O3，TiO2，ZnO，PbO，La2O3，Y2O3，ZrO2，Nb2O5等。
面对以上问题，急需开发一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，解决以上问题。
发明内容
本发明针对现有的不足，提供了一种工艺可靠，布局合理，结构紧凑可以有效去除有机废气，大大提高了有机废气的处理效率，降低处理成本，实现高效去除有机废气且无二次污染的的技术及装置。
为实现本发明目的，提供了以下技术方案：一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于包括进风口、出风口、进风口阀门、出风口阀门、催化仓、微波发生器、冷凝装置、催化剂模块、温度传感器、有机废气浓度传感器、 PLC控制***。其中PLC控制***分别与温度传感器、有机废气浓度传感器、进风口阀门、出风口阀门、微波发生器相连接。
微波发生器均布在催化仓的背部，微波通过催化仓背部的开口进入催化仓，温度传感器和有机废气浓度传感器安装于催化仓中部。PLC控制***控制整套装置的运行，通过PLC控制进风口及出风口阀门的开合切换有机废气进入的方向，实现一侧催化仓处理从进风口进入的有机废气，另一侧催化仓则关闭进出风口的阀门，开启微波发生器，微波作用于催化剂，使其迅速升温而产生活性点位，实现微波协同催化。控制催化仓内催化的温度和时间，进行催化分解催化剂吸附的有机废气，该侧有机废气被微波协同催化分解，当有机废气浓度传感器检测该侧催化仓内有机废气降至要求后，PLC控制阀门切换风路，一侧催化仓处理从进风口进入的有机废气，而另外一侧的催化仓则关闭进出风口的阀门，开始催化分解催化剂吸附的有机废气，如此往复。
工作过程为：
(1)PLC控制打开一侧催化仓的进风口及出风口阀门，该侧催化仓处理从进风口进入的有机废气；
(2)同时PLC控制关闭另外一侧催化仓的进风口及出风口阀门，开启微波发生器，微波作用于催化剂，使其迅速升温而产生更多活性点位；
(3)控制催化仓内催化的温度和时间，进行催化分解催化剂吸附的有机废气；
(4)该侧有机废气被微波协同催化分解，当有机废气浓度传感器检测该侧催化仓内有机废气降至要求后，PLC控制阀门切换风路，该侧催化仓处理从进风口进入的有机废气，而另外一侧的催化仓则关闭进出风口的阀门，开始催化分解催化剂吸附的有机废气，如此往复；
作为优选催化仓由一个或者多个并联而成，优选催化仓数量为2-3个；
作为优选催化仓上开有进风口阀门和出风口阀门，通过PLC控制阀门的开启和闭合，切换风路；
作为优选催化剂模块为含有MnO2，Al2O3，TiO2，ZnO，PbO，La2O3，Y2O3， ZrO2，Nb2O5中的一种或多种活性组分的蜂窝或者颗粒；
作为优选催化剂模块中活性成分的含量范围为1％-80％优选范围为30-60％；
作为优选该装置催化仓内部安装有温度传感器；
作为优选该装置的协同催化分解的温度为100-800℃，优选范围为 100-300℃；
作为优选该装置的协同催化分解保温时间为0.5-20h，优选范围为1-3h；
作为优选微波装置功率可调，微波发生器功率调解范围为500-10000W；
作为优选该装置催化仓内部安装有有机废气浓度传感器，当有机废气浓度降至1-100ppm时，停止该侧的催化剂协同催化过程，PLC切换风路；
作为优选整套装置通过PLC控制***进行控制。
与现有有机废气处理装置相比，本发明具有以下特点：
1.微波加热替代传统电阻丝加热，温度更均匀，避免催化剂烧结；
2.微波协同催化剂处理有机废气，产生更过的催化活性位点，效率更高；
附图说明
附图1为所述一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置正面结构图。
附图2为所述一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置后视结构图。
其中：1、进风口；2、出风口；3、进风口阀门；4、出风口阀门；5、微波发生器；6、温度传感器；7、催化仓；8、催化剂模块；9、PLC控制***；10、冷凝装置；11、有机废气浓度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
附图1为所述一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置正面结构图。
附图2为所述一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置后视结构图。
如图1图2所示，一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，包括：进风口1、出风口2、进风口阀门3、出风口阀门4、微波发生器5、温度传感器6、催化仓7、催化剂模块8、PLC控制***9、冷凝装置10、有机废气浓度传感器 11。
装置的安装过程：
进风口安装于催化仓后部箱体的风道上，箱体下部和进风口阀门相连。进风口阀门安装于催化仓的下部，连接冷凝装置和催化仓，出风口阀门安装于催化仓的上部。催化剂模块放置于催化仓的格栅上，格栅通过焊接的方式固定在催化仓内。左右催化仓内的结构相同。温度传感器和有机废气浓度传感器安装于催化仓中部。微波发生器安装于催化仓的背部，微波通过催化仓上的开口进入催化仓。
整个装置的工作过程：
过PLC控制***9控制进风口阀门3及出风口阀门4的开合切换有机废气进入的催化仓的方向，实现一侧催化仓打开进出风口的阀门，催化处理从进风口进入的有机废气。另一侧催化仓则关闭进出风口的阀门，打开微波发生器进行升温，微波和MnO2催化剂之间产生协同作用，催化剂被加热，催化剂表面出现大量的催化活性位点，当催化仓的温度达到120℃之后保温1h，进行协同催化分解有机废气，该侧有机废气被微波协同催化分解，当有机废气浓度传感器检测该侧催化仓内有机废气降至1ppm之后，PLC控制阀门切换风路，一侧催化仓关闭进出风口的阀门，进行协同催化分解有机废气，而另外一侧催化仓则打开进出风口的阀门，处理从进风口进入的有机废气，如此往复工作。
Claims (10)
1.一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于：采用催化剂模块结合微波协同催化氧化反应；
所述一种微波协同催化分解有机废气的装置中催化剂模块可以选用含有MnO2，Al2O3，TiO2，ZnO，PbO，La2O3，Y2O3，ZrO2，Nb2O5中的一种或多种活性组分的蜂窝或者颗粒；
所述的一种微波协同催化分解有机废气的装置包括进风口、出风口、进风口阀门、出风口阀门、催化仓、微波发生器、冷凝装置、催化剂模块、温度传感器、有机废气浓度传感器、PLC控制***。其中PLC控制***分别与温度传感器、有机废气浓度传感器、进风口阀门、出风口阀门、微波发生器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于包括如下步骤：
(1)PLC控制打开一侧催化仓的进风口及出风口阀门，该侧催化仓处理从进风口进入的有机废气；
(2)同时PLC控制关闭另外一侧催化仓的进风口及出风口阀门，开启微波发生器，微波作用于催化剂，使其迅速升温而产生更多活性点位；
(3)控制催化仓内催化的温度和时间，进行催化分解催化剂吸附的有机废气；
(4)该侧有机废气被微波协同催化分解，当有机废气浓度传感器检测该侧催化仓内有机废气降至要求后，PLC控制阀门切换风路，该侧催化仓处理从进风口进入的有机废气，而另外一侧的催化仓则关闭进出风口的阀门，开始催化分解催化剂吸附的有机废气，如此往复。
3.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于所述的催化剂模块中活性成分的含量范围为1％-80％优选范围为30-60％。
4.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于所述的微波装置安装在催化仓的背部，微波通过催化仓背部的开口进入催化仓。
5.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于所述的微波装置功率可调，微波发生器功率调解范围为500-10000W。
6.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于所述的协同催化分解的温度为100-800℃，优选范围为100-300℃。
7.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于所述的协同催化分解保温时间为0.5-20h，优选范围为1-3h。
8.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于所述的催化仓内部安装有温度传感器。
9.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于所述的催化仓内部安装有有机废气浓度传感器。
10.根据权利要求1所述的一种微波协同催化分解有机废气的技术及装置，其特征在于催化仓由一个或者多个并联而成。
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- 2021-07-21 CN CN202110824248.XA patent/CN114653175A/zh active Pending
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