CN107029550A - VOCs微波纳米催化分解系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机废气净化技术领域，具体涉及一种VOCs微波纳米催化分解系统和方法。以缓解现有技术中的设备复杂、能耗大、成本高的技术问题。包括催化剂监测系统、控制系统以及微波发生器。催化剂监测系统采集实时温度数据并将实时温度数据发送至控制系统；控制系统向微波发生器发出加热启动指令以及接收实时温度数据并将实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向进气装置发出启动指令；在实时温度数据低于标准温度数据时，向微波发生器发出升温指令；微波发生器接收加热启动指令后启动，以及在接收升温指令后提高功率。本发明提供的技术方案的整体结构较为简单，能耗较小，并且成本相对较低。

Description

VOCs微波纳米催化分解系统和方法

技术领域

本发明涉及有机废气净化技术领域，尤其是涉及一种VOCs微波纳米催化分解系统和方法。

背景技术

目前应用范围最广的有机废气治理技术主要包括吸附回收技术、吸附浓缩技术、催化燃烧技术和高温焚烧技术等，此外，低温等离子体技术和生物治理技术也得到了快速发展。但通常情况下需要采用多种治理技术的组合治理工艺，因此近年来各种组合治理工艺发展迅速，如吸附浓缩+催化燃烧技术、吸附浓缩+高温焚烧技术、吸附浓缩+吸收技术、低温等离子体+吸收技术、低温等离子体+催化技术等，即使是吸附技术，有时也会采用不同吸附剂工艺的组合工艺，如活性炭吸附回收+沸石转轮吸附浓缩技术+冷凝回收技术。采用组合治理技术，从净化效果上考虑是为了实现污染物的达标排放，是从成本上考虑可以降低治理费用，以最低的代价实现治理效果。但是，现有的治理技术存在的缺点体现在：

1.现有技术及设备造价过高，高温焚烧需要焚烧炉，明火设备在化工行业是被重点监控，危险性较大；吸附浓缩、吸附回收的处理设备流程较长；而催化燃烧设备比较复杂，控制难度大，成本过高。

2.现有技术及设备处理工业有机废气，体积庞大，系统复杂。不同车间冗杂产生的有机废气必须经过收集或吸附后，通过专门的管道集中处理，极大的增加有机废气管道长度和处理成本，不利于企业推广。

2.现有技术及设备运行成本高，能耗消耗大，焚烧和催化燃烧都需要一定的燃料，燃烧不完全存在二次污染；吸附浓缩和吸附回收会消耗大量的吸附剂，形成新的固废。

3.现有技术及设备废气处理效率随使用时间增长，处理效率明显降低。其他催化技术催化剂价格较高，无法快速的恢复活性，一般企业只能换新或送供应商恢复活性，无形之提高了企业对有机废气处理的运行成本。

综上所述，现有技术中的有机废气处理技术中存在设备复杂、能耗大、成本高的技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种VOCs微波纳米催化分解系统，以缓解现有技术中的有机废气处理装置存在的设备复杂、能耗大、成本高的技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种VOCs微波纳米催化分解的方法，以缓解现有技术中的有机废气处理方法中存在的设备复杂、能耗大、成本高的技术问题。

针对上述目的之一，本发明提供了一种VOCs微波纳米催化分解系统，包括：催化剂监测系统、控制系统以及微波发生器，所述控制系统分别与所述催化剂监测系统和所述微波发生器信号连接；

所述催化剂监测系统，用于采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至所述控制系统；

所述控制系统，用于向所述微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，以及，用于接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向所述进气装置发出启动指令；在所述实时温度数据低于标准温度数据时，向所述微波发生器发出升温指令；

所述微波发生器，用于在接收所述加热启动指令后启动，以及，用于在接收升温指令后提高功率。

更进一步地，

所述催化剂层包括纳米级极性催化剂。

更进一步地，

所述催化剂层包括纳米级有序介孔二氧化锰。

更进一步地，

所述进气装置包括送风机和紊流挡板，沿流体输送方向，流体依次流经送所述风机、所述紊流挡板然后流向所述催化剂层。

更进一步地，

所述进气装置还包括设置于所述送风机和所述紊流挡板之间的前置除尘装置。

更进一步地，

还包括有微波屏蔽板，所述微波屏蔽板沿流体输送方向设置于所述催化剂层的下游。

更进一步地，

还包括分别与控制系统信号连接的进气监测系统和排气监测系统；

所述进气监测系统，用于采集所述催化剂层上游的流体的进气指标，并将所述进气指标发送至所述控制系统；

所述排气监测系统，用于采集所述催化剂层下游的流体的排气指标，并将所述排气指标发送至所述控制系统。

针对上述目的之二，本发明提供了一种VOCs微波纳米催化分解的方法，包括：

催化剂监测系统采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至所述控制系统；

控制系统向所述微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，以及，接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向所述进气装置发出启动指令；在所述实时温度数据低于标准温度数据时，向所述微波发生器发出升温指令；

微波发生器在接收所述加热启动指令后启动，以及，在接收升温指令后提高功率。

更进一步地，

在进气阶段，流体依次流经送风机、紊流挡板然后流向所述催化剂层，或者，

在进气阶段，流体依次流经送风机、前置除尘设备、紊流挡板后流向所述催化剂层。

更进一步地，

在排气阶段，经催化剂层净化处理的流体经过微波屏蔽板后排出。

结合以上技术方案，本发明能够达到的有益效果在于：

在具体工作过程中，控制系统首先向微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，微波发生器接收指令后启动并对催化剂层进行微波加热直至催化剂层达到初始活性温度，催化剂监测系统采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至所述控制系统；控制系统接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向所述进气装置发出启动指令，进气装置启动后，有机废气被引入至催化剂层，由催化剂层进行催化反应以及吸附反应，生成二氧化碳、水以及反应后催化剂，最后排出，由于有机废气进入催化剂层后将会降低催化剂层的温度，此时，催化剂监测系统监测到催化剂的实时温度数据并将实时温度数据发送至控制系统，控制系统将上述实时温度数据与标准温度进行比对，在实时温度数据低于标准温度数据时，向微波发生器发出升温指令以使催化剂层升温。通过本实施例提供的系统，可以实时监控以及实时调整，保证催化剂层的催化剂的温度始终处于标准区间，保证净化作业的顺利进行。本实施例的有机废气处理技术不涉及现有技术中需要采用的焚烧、浓缩等设备，因而整体结构较为简单，能耗较小，并且成本相对较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的VOCs微波纳米催化分解系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的VOCs微波纳米催化分解系统中进气装置包括有送风机、前置除尘装置和紊流挡板的示意图；

图3为本发明实施例提供的VOCs微波纳米催化分解系统在图2的基础上增设进气检测系统和排气监测系统的示意图；

图4为本发明实施例提供的VOCs微波纳米催化分解的方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”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，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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对实施例1和实施例2进行详细描述：

图1为本发明实施例提供的VOCs微波纳米催化分解系统的示意图；图2为本发明实施例提供的VOCs微波纳米催化分解系统中进气装置包括有送风机、前置除尘装置和紊流挡板的示意图；图3为本发明实施例提供的VOCs微波纳米催化分解系统在图2的基础上增设进气检测系统和排气监测系统的示意图；图4为本发明实施例提供的VOCs微波纳米催化分解的方法的示意图。

需要说明的是：本文述及的VOCs(volatile organic compounds)意思表示为挥发性有机物。

实施例1

本实施例提供了一种VOCs微波纳米催化分解系统，包括：催化剂监测系统、控制系统以及微波发生器，所述控制系统分别与所述催化剂监测系统和所述微波发生器信号连接；

所述催化剂监测系统，用于采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至所述控制系统；

所述控制系统，用于向所述微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，以及，用于接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向所述进气装置发出启动指令；在所述实时温度数据低于标准温度数据时，向所述微波发生器发出升温指令；

所述微波发生器，用于在接收所述加热启动指令后启动，以及，用于在接收升温指令后提高功率。

在具体工作过程中，控制系统首先向微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，微波发生器接收指令后启动并对催化剂层进行微波加热直至催化剂层达到初始活性温度，催化剂监测系统采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至所述控制系统；控制系统接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向所述进气装置发出启动指令，进气装置启动后，有机废气被引入至催化剂层，由催化剂层进行催化反应以及吸附反应，生成二氧化碳、水以及反应后催化剂，最后排出，由于有机废气进入催化剂层后将会降低催化剂层的温度，此时，催化剂监测系统监测到催化剂的实时温度数据并将实时温度数据发送至控制系统，控制系统将上述实时温度数据与标准温度进行比对，在实时温度数据低于标准温度数据时，向微波发生器发出升温指令以使催化剂层升温。通过本实施例提供的系统，可以实时监控以及实时调整，保证催化剂层的催化剂的温度始终处于标准区间，保证净化作业的顺利进行。本实施例的有机废气处理技术不涉及现有技术中需要采用的焚烧、浓缩等设备，因而整体结构较为简单，能耗较小，并且成本相对较低。

更进一步地，所述催化剂层包括纳米级极性催化剂。现在普遍使用的有机废气催化剂是以氧化铝、氧化铈、铈锆共熔体的混合物等中一种或几种氧化物作为涂层。以Pt、Pd中一种或两种作为活性组分的催化剂，该种催化剂可以增大废气通过时的表面积，而不具有吸附作用，并且造价较高，在生产过程中容易产生重金属污染。纳米级有序介孔具有很好的吸附作用，催化效果远强于一般的筛孔形或颗粒形催化剂。

更进一步地，所述催化剂层包括纳米级有序介孔二氧化锰。二氧化锰制备容易成本低，有序介孔二氧化锰具有价态的多变性及其出色的阳离子交换能力、分子吸附及催化性能和优异的电磁性能，针对性吸附有机分子，使用性广，并利用废气中原有的空气，不需要额外增加氧化剂便能催化氧化，反应速率快，反应彻底，不产生其他有毒有害气体或固废、废液。当催化剂失去催化活性时，可以及时发现，用极低的成本和极少的时间维护后便能继续使用。

本实施例采用的微波加热纳米级有序介孔二氧化锰净化有机废气的机理说明如下：

催化剂的催化能力一般叫做催化活性。各种催化剂都具有一定的活性最强的温度范围，这个温度范围叫做催化剂的活性温度。在选择某反应的温度时，首先应考虑催化剂的活性温度，以便最大限度地发挥催化剂的作用。

为了实现最佳催化温度，需要一定的热能，而这部分热能既可以来源于催化剂、也可以来源于有机废气。加热有机废气会导致有成分复杂的有机废气体积膨胀、甚至生成新的有机毒害成分，而且加热有机废气需要的成本远远高于加热催化剂，所以本方案中采用了加热催化剂的方式。现在可供选择的加热方式有电阻加热、感应加热(工频、中频、高频、超高频感应)、微波、红外线(包括远红外线)。采用电阻加热催化剂的方法耗电量比较大，受热不均匀，控制不好容易让催化剂过热而失去活性；感应加热需要金属作为载体，也存在受热不均匀，能耗较大的缺点；红外线加热的升温速度慢，升温仅在催化剂表面，而催化剂的内部介孔难以被充分加热。然而本实施例中的二氧化锰本身是极性分子，介电常数为5-5.2，纳米级二氧化锰更是良好的电磁波受体。因而，本实施例中的纳米介孔二氧化锰催化剂采用微波加热的方式能够达到最优效果。

并且，有机废气中的大部分有机分子都是极性分子，当它们被二氧化锰催化剂吸附后，出现了三个热源：①热量从二氧化锰催化剂传导至有机气体分子②有机气体分子因为与二氧化锰短暂紧密接触，电磁波让其快速获得动能与其他有机分子或二氧化锰碰撞升温③有机分子氧化放热传热至临近的有机分子，加速其他的有机分子分解升温。因而当有机废气经过高温催化剂后，催化的时间将会极大的缩短，因为有机废气中有机分子含量较低，有机废气从进入催化剂层到离开催化剂层温度无明显变化≤5℃，相比催化燃烧、催化焚烧需要的热量更少。

综合考量，微波既可以在极短的时间内加热二氧化锰到活性温度，又可以加热被吸附的有机气体。因而本实施例中采用的微波加热纳米介孔二氧化锰催化剂能够达到较好的净化有机废气的效果。

本实施例的可选方案中，所述进气装置包括送风机和紊流挡板，沿流体输送方向，流体依次流经送风机、紊流挡板然后流向所述催化剂层。送风机将有机废气吸入后输送至紊流挡板，流体在紊流挡板的搅动作用下产生紊流，然后以紊流状态流向催化剂层，以紊流状态流向催化剂层可以有效延长流体与催化剂层接触的时间，提高催化反应的效果。

本实施例的可选方案中，所述进气装置还包括设置于所述送风机和所述紊流挡板之间的前置除尘装置。前置除尘装置能够吸收部分的灰尘，防止灰尘进入催化剂层堵塞催化剂层内的介孔，从而延长催化剂的使用寿命。

本实施例的可选方案中，还包括有微波屏蔽板，经过催化剂层净化处理的流体经过微波屏蔽板后排出。微波屏蔽板主要用于屏蔽由微波发生器产生的微波能量，并将微波能量向催化剂层方向反射，避免微波能量的无效浪费。

本实施例的可选方案中，为了有效监测有机废气进气和出气过程中的各项参数，该系统还包括分别与控制系统信号连接的进气监测系统和排气监测系统；

所述进气监测系统用于采集催化剂层上游的流体的进气指标，并将所述进气指标发送至所述控制系统；

所述排气监测系统采集催化剂层下游的流体的排气指标，并将所述排气指标发送至所述控制系统。

控制系统接收上述的进气指标和排气指标后进行分析判断，例如，控制系统接收进气指标后对进气进行分析，以得到进气的温度、粉尘含量、有机物的监测结果。控制系统接收进气指标后对排气进行分析，以得到排气的温度、粉尘含量、有机物的监测结果。对比进气指标和排气指标，以及将进气指标与进气标准区间进行对比，将排气指标与排气区间进行对比，从而间接判定催化剂的工作状态以及整个系统的工作状态，并以此为结果作为相关参数的调整依据，例如调整微波发生器的微波温度、更换催化剂等。

实施例2

本实施例提供了一种VOCs微波纳米催化分解的方法，包括：

催化剂监测系统采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至所述控制系统；

控制系统向所述微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，以及，接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向所述进气装置发出启动指令；在所述实时温度数据低于标准温度数据时，向所述微波发生器发出升温指令；

微波发生器在接收所述加热启动指令后启动，以及，在接收升温指令后提高功率。

更进一步地，

在进气阶段，流体依次流经送风机、紊流挡板然后流向所述催化剂层，或者，

在进气阶段，流体依次流经送风机、前置除尘设备、紊流挡板然后流向所述催化剂层。

更进一步地，

在排气阶段，经过催化剂层净化处理的流体经过微波屏蔽板后排出。

在具体工作过程中，控制系统首先向微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，微波发生器接收指令后启动并对催化剂层进行微波加热直至催化剂层达到初始活性温度，催化剂监测系统采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至所述控制系统；控制系统接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向所述进气装置发出启动指令，进气装置启动后，有机废气被引入至催化剂层，由催化剂层进行催化反应以及吸附反应，生成二氧化碳、水以及反应后催化剂，最后排出，由于有机废气进入催化剂层后将会降低催化剂层的温度，此时，催化剂监测系统监测到催化剂的实时温度数据并将实时温度数据发送至控制系统，控制系统将上述实时温度数据与标准温度进行比对，在实时温度数据低于标准温度数据时，向微波发生器发出升温指令以使催化剂层升温。通过本实施例提供的系统，可以实时监控以及实时调整，保证催化剂层的催化剂的温度始终处于标准区间，保证净化作业的顺利进行。本实施例的有机废气处理技术不涉及现有技术中需要采用的焚烧、浓缩等设备，因而整体结构较为简单，能耗较小，并且成本相对较低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种VOCs微波纳米催化分解系统，其特征在于，包括：催化剂监测系统、控制系统以及微波发生器，所述控制系统分别与所述催化剂监测系统和所述微波发生器信号连接；

所述催化剂监测系统，用于采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至所述控制系统；

所述控制系统，用于向所述微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，以及，用于接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向进气装置发出启动指令；在所述实时温度数据低于标准温度数据时，向所述微波发生器发出升温指令；

所述微波发生器，用于在接收所述加热启动指令后启动，以及，用于在接收升温指令后提高功率。

2.根据权利要求1所述的VOCs微波纳米催化分解系统，其特征在于，

所述催化剂层包括纳米级极性催化剂。

3.根据权利要求2所述的VOCs微波纳米催化分解系统，其特征在于，

所述催化剂层包括纳米级有序介孔二氧化锰。

4.根据权利要求1所述的VOCs微波纳米催化分解系统，其特征在于，

所述进气装置包括送风机和紊流挡板，沿流体输送方向，流体依次流经送所述风机、所述紊流挡板然后流向所述催化剂层。

5.根据权利要求4所述的VOCs微波纳米催化分解系统，其特征在于，

所述进气装置还包括设置于所述送风机和所述紊流挡板之间的前置除尘装置。

6.根据权利要求3所述的VOCs微波纳米催化分解系统，其特征在于，

还包括有微波屏蔽板，所述微波屏蔽板沿流体输送方向设置于所述催化剂层的下游。

7.根据权利要求1所述的VOCs微波纳米催化分解系统，其特征在于，还包括分别与控制系统信号连接的进气监测系统和排气监测系统；

所述进气监测系统，用于采集所述催化剂层上游的流体的进气指标，并将所述进气指标发送至所述控制系统；

所述排气监测系统，用于采集所述催化剂层下游的流体的排气指标，并将所述排气指标发送至所述控制系统。

8.一种VOCs微波纳米催化分解的方法，其特征在于，包括：

催化剂监测系统采集催化剂的实时温度数据并将所述实时温度数据发送至控制系统；

控制系统向所述微波发生器发出加热启动指令以使所述催化剂层升温至初始活性温度，以及，接收所述实时温度数据并将所述实时温度数据与标准温度数据进行比对，在实时温度数据达到标准温度数据时，向进气装置发出启动指令；在所述实时温度数据低于标准温度数据时，向所述微波发生器发出升温指令；

微波发生器在接收所述加热启动指令后启动，以及，在接收升温指令后提高功率。

9.根据权利要求8所述的VOCs微波纳米催化分解的方法，其特征在于，

在进气阶段，流体依次流经送风机、紊流挡板然后流向所述催化剂层，或者，

在进气阶段，流体依次流经送风机、前置除尘设备、紊流挡板后流向所述催化剂层。

10.根据权利要求9所述的VOCs微波纳米催化分解的方法，其特征在于，

在排气阶段，经催化剂层净化处理的流体经过微波屏蔽板后排出。