CN108006666B - 一种有机废气的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机废气的处理方法，属于环境保护技术领域。本发明所述方法为使微波反应炉体中的吸波材料温度在微波辐照下升高并维持在待处理有机废气中有机污染物的燃烧氧化分解温度；经预处理的有机废气通过微波反应炉体中的吸波材料，同时，过硫酸盐溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体，有机废气中的有机物污染物被燃烧氧化分解。本发明无需使用催化剂即可实现有机废气分解，适用范围广，对组分简单及复杂的有机废气均可实现高效处理；在微波作用下，活化过硫酸盐从而产生强氧化性的SO4·‑，实现对有机废气的高效无害化处理。

Description

一种有机废气的处理方法
技术领域
本发明涉及一种有机废气的处理方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
挥发性有机废气广泛来源于石油化工、精细化工、制药业、电子元件制造、印刷业、制鞋业等行业，其已成为继颗粒物、二氧化硫和氮氧化物之后的第三类大气污染物，未经有效处理的有机废气直接排放到环境之中，导致环境质量下降的同时对动植物及人体健康也造成威胁。
高温分解技术是对有机废气的控制技术之一，被广泛应用于有机废气的处理。其中，结合微波技术用于有机气体降解处理的报道屡见不鲜。实用新型CN 202893167 U公开一种微波加紫外照射氧化分解废气的处理装置，实用新型CN 205095645 U公开一种有机废气微波除臭净化器，两者处理有机废气的机理为在微波及微波激发无极紫外灯管发射的紫外光共同作用下实现对废气氧化分解；发明专利CN 103977678 A公开一种光微波催化氧化处理有机废气的方法，有机废气需经碱液预处理，进而经微波辐射和紫外照射实现一次氧化，再次通过高臭氧HV紫外线产生臭氧进行二次氧化，最后经负载稀土氧化物的二氧化钛蜂窝催化剂进行第三次催化氧化，该发明对有机废气的降解处理效果好，但过程复杂，成本高；发明专利CN 106000080 A公开一种有机废气的处理方法，在微波辐射下，实现有机废气与氧化剂溶液混合，经紫外照射得中间产物，进一步地，中间产物经微生物降解完成对有机废气的处理，本发明需消耗大量氧化药剂，成本高；另外，涉及使用生物滤池进一步的降解处理，对于有机废气中间产物组分复杂的情况，微生物适应性很有挑战。发明专利CN105148693 A公开一种油烟有机物净化方法，其作用机理为，微波电磁场激发工作气体产生高能电子，高能电子碰撞油烟有机物使其断裂产生碳链较短的小分子有机物或有机自由基；高能电子碰撞氧气和水分子产生氧自由基、氢氧自由基和活性粒子，上述物质反应最终生成CO2和H2O，本发明局限于家用油烟机。发明专利CN 102338391 A公开一种微波加热碳化硅棒营造高温氛围对沥青烟气焚烧处理的方法，需指出的是，沥青烟气是指沥青及沥青制品生产和加工过程中形成的液态烃类颗粒物质和少量气态烃类物质的混合烟雾，不同于本发明处理的挥发性有机废气。发明专利CN 105544553 A公开一种工业废气电磁感应焚烧炉，电磁感应为本发明的加热手段，实现对工业废气的处理为催化燃烧技术，感应加热实质是利用电磁感应在导体内产生的涡流发热加热的，电流透入深度（以mm计）与导体透热厚度一致，透入深度与频率的平方根成反比，感应加热的不足之处为其透入深度小，而微波的穿透深度为几厘米到几十厘米，可以对加热物表里一致均匀加热；发明专利CN 104437075 A公开一种微波加热催化热解挥发性有机气体的方法，对于催化焚烧及催化热解，同样条件下，催化降解温度升高，降解效果越好，然而温度过高会出现催化剂烧结情况，另外，对于组分复杂的有机废气，催化剂的选择性催化、中毒失活等因素会制约其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机废气的处理方法，具体包括以下步骤：
（1）使微波反应炉体中的吸波材料温度在微波辐照（微波频率为890 ~ 940MHz或2400 ~ 2500MHz）下升高并维持在待处理有机废气中有机污染物的燃烧氧化分解温度；
（2）经预处理的有机废气通过微波反应炉体中的吸波材料，同时，过硫酸盐溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体，有机废气中的有机物污染物被燃烧氧化分解。
优选的，本发明所述吸波材料为碳化硅、刚玉、碳化硅基复合体或者经元素掺杂的碳化硅；吸波材料的形状为球状、多孔球状、蜂窝状、海绵状或者网状的颗粒；
所述碳化硅基复合体为碳化硅-刚玉的复合体、碳化硅-石墨的复合体或者碳化硅-铁氧体的复合体，其中，碳化硅占复合体质量的60% ~ 80%；
经元素掺杂的碳化硅碳化硅为硼-氮共掺杂碳化硅或铝-氮共掺杂碳化硅，其中，硼、铝、氮质量为碳化硅质量的0.1% ~ 10%。
优选的，本发明所述的过硫酸盐溶液为过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸钾的水溶液，过硫酸盐溶液中过硫酸盐的摩尔浓度为0.1~5 mol/L。
本发明所述有机废气为各组分的沸点在50~350 ℃之间的有机废气。
本发明所述热分解温度为有机废气中各污染物中的最高分解温度。
本发明所述预处理方法为通过空气、氮气或氩气将有机废气稀释，使其浓度被控制在理论爆炸极限之外。
本发明还可根据需要，采用蓄热式微波加热分解工艺、间接换热式微波加热分解工艺来实现对微波辐射加热分解有机污染物过程所产生热量的回收，进一步降低能耗。
本发明的有益效果：
（1）本发明对有机废气的处理过程为非催化氧化分解过程，不受使用催化剂的限制（诸如催化剂烧结、中毒、失活的情况），在微波作用下，活化过硫酸盐从而产生强氧化性的SO4·-，实现对有机废气的高效无害化处理；另外，本发明可以处理各组分沸点在50~350℃之间的有机污染物，涵盖了挥发性有机物及半挥发性有机物，适用范围广。
（2）无需额外加入助燃物质，能耗低；另一方面，微波加热过程，升温快速，操作温度易控，加热均匀，能量利用率高；相较传统供热设备，占地面积小。
（3）可根据待处理有机废气的组分，相应营造最佳的分解温度氛围，使处理过程更为高效；被处理的有机废气经氧化热解最终生成水、二氧化碳等无机小分子，不会造成二次污染。
附图说明
图1为过硫酸盐协同微波加热处理有机废气的工艺流程示意图；
图2为实施例1蓄热式过硫酸盐协同微波加热处理有机废气的工艺流程示意图；
图3为实施例4间接换热式过硫酸盐协同微波加热处理有机废气的工艺流程示意图；
图4为实施例5间接换热式过硫酸盐协同微波加热处理有机废气的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步的阐述，以下实施例旨在于帮助理解本发明的思路方法，本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
开启微波发生装置，在915MHz频率下，使负载有直径为8mm的多孔球状碳化硅颗粒的微波反应炉体内升温并维持在900℃；如图1，首先，含有0.6v%甲苯（甲苯气体燃烧爆炸极限，其下限为1.2 v%，上限为7.1 v%）35℃的有机废气经与1号蓄热填充层换热至720℃，2号蓄热填充层吹净放空，经处理后、790℃的热分解气体通过3号蓄热填充层，热解气被冷却至60℃同时热量被3号填充层蓄集；其次，换热后的有机废气经空气压缩机、以1000m3/h的流量进入微波反应炉体，同时，将2mol/L过硫酸钾溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体；经2s停留反应时间，收集处理后的气体，经检测，甲苯未检出，实现达标排放。
实施例2
开启微波发生装置，在2450MHz频率下，使负载有直径为6mm的球状刚玉颗粒的微波反应炉体内升温并维持在600℃；首先，将含有4.0v%丙酮（丙酮气体燃烧爆炸极限，其下限为2.6v%，上限为12.8v%）的有机废气用空气稀释至丙酮含量为2v%，其次，经空气压缩机、以900m3/h的流量进入微波反应炉体，同时，将3mol/L过硫酸钠溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体；经2s停留反应时间，收集处理后的气体，经检测，丙酮未检出，实现达标排放。
实施例3
开启微波发生装置，在2400MHz频率下，使负载有蜂窝状碳化硅-刚玉复合体（碳化硅质量分数为60%）的微波反应炉体内升温并维持在900℃；将含有0.5v%乙醚（乙醚气体燃烧爆炸极限，其下限为2.34v%，上限为6.15v%）和0.5v%甲苯（甲苯气体燃烧爆炸极限，其下限为1.2 v%，上限为7.1 v%）的有机废气经空气压缩机、以1200m3/h的流量进入微波反应炉体，同时，将0.1mol/L过硫酸钾溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体；经2s停留反应时间，收集处理后的气体，经检测，乙醚和甲苯均未检出，实现达标排放。
实施例4
开启微波发生装置，在940MHz频率下，使负载有网状碳化硅-石墨复合体（碳化硅质量分数为70%）的微波反应炉体内升温并维持在1000℃；如图3，首先，将含有2v%甲苯（甲苯气体燃烧爆炸极限，其下限为1.2 v%，上限为7.1 v%）的有机废气用氮气稀释至甲苯含量为1v%，与热交换器换热预热到700℃；其次，经空气压缩机、以800m3/h的流量进入微波反应炉体，同时，将3mol/L过硫酸钠溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体；经2s停留反应时间，收集处理后的气体，经检测，甲苯未检出，实现达标排放。
实施例5
开启微波发生装置，在2400MHz频率下，使负载海绵状的碳化硅-铁氧体复合体（碳化硅质量分数为80%）的微波反应炉体内升温并维持在900℃；如图4，首先，将含有1.5v%丙烯腈（丙烯腈气体燃烧爆炸极限，其下限为2.8%，上限为28%）的有机废气通过与热交换器换热预热到600℃；其次，经空气压缩机、以600m3/h的流量进入微波反应炉体，同时，将5mol/L过硫酸铵溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体；经2s停留反应时间，收集处理后的气体，经检测，丙烯腈未检出，实现达标排放。
实施例6
开启微波发生装置，在890MHz频率下，使负载有质量比为6:2:2且直径为5mm多孔球状硼-氮共掺杂碳化硅（含硼、氮元素的质量分数分别为0.1%和3%，10%和0.1%，5%和10%）的微波反应炉体内升温并维持在600℃；将含有1v%丙酮（丙酮气体燃烧爆炸极限，其下限为2.6v%，上限为12.8v%）和1.0v%乙醚（乙醚气体燃烧爆炸极限，其下限为2.34v%，上限为6.15v%）的有机废气经空气压缩机、以500m3/h的流量进入微波反应炉体，同时，将1.5mol/L过硫酸钾溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体；经2s停留反应时间，收集处理后的气体，经检测，丙酮和乙醚均未检出，实现达标排放。
实施例7
开启微波发生装置，在915MHz频率下，使负载有质量比为5:3:2且直径为5mm球状铝-氮共掺杂碳化硅（含铝、氮元素的质量分数分别为0.1%和2%，10%和0.1%，3%和10%）铝-氮共掺杂碳化硅颗粒的微波反应炉体内升温并维持在500℃；首先，将含有10v%甲醛（甲醛气体燃烧爆炸极限，其下限为7.0%，上限为73%）的有机废气经氩气稀释至甲醛含量为5v%，其次，经空气压缩机、以400m3/h的流量进入微波反应炉体，同时，将0.6mol/L过硫酸铵溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体；经2s停留反应时间，收集处理后的气体，经检测，甲醛未检出，实现达标排放。

Claims (2)

1.一种有机废气的处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)使微波反应炉体中的吸波材料温度在微波辐照下升高并维持在待处理有机废气中有机污染物的燃烧氧化分解温度；
(2)经预处理的有机废气进入微波反应炉体并通过微波反应炉体中的吸波材料，同时，过硫酸盐溶液经喷液系统通过雾化喷嘴喷入微波反应炉体，有机废气中的有机物污染物被燃烧氧化分解；
所述预处理方法为通过氮气或氩气将有机废气稀释，使其浓度被控制在理论爆炸极限之外；
所述的过硫酸盐溶液为过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸钾的水溶液，过硫酸盐溶液中过硫酸盐的摩尔浓度为0.1～5mol/L；
所述吸波材料为碳化硅基复合体或者经元素掺杂的碳化硅；吸波材料的形状为球状、蜂窝状、海绵状或者网状的颗粒；
所述碳化硅基复合体为碳化硅-刚玉的复合体、碳化硅-石墨的复合体或者碳化硅-铁氧体的复合体，其中，碳化硅占复合体质量的60％～80％；
经元素掺杂的碳化硅为硼-氮共掺杂碳化硅或铝-氮共掺杂碳化硅，其中，硼、铝、氮质量为碳化硅质量的0.1％～10％。
2.根据权利要求1所述有机废气的处理方法，其特征在于：采用蓄热式微波加热分解工艺或间接换热式微波加热分解工艺来实现对加热分解有机污染物过程所产生热量的回收。
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Assignor: Kunming University of Technology Asset Management Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022530000004

Denomination of invention: A treatment method of organic waste gas

Granted publication date: 20201013

License type: Common License

Record date: 20220620