CN109876657A - 综合处理挥发性有机废气的方法 - Google Patents

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李波
侯建国
王学谦
李斌
李婵
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Abstract

本发明提供一种综合处理挥发性有机废气的方法，主要为将微波辐射引入挥发性有机废气的催化燃烧处理工艺中，3000‑4000MHz的辐射能量最为适宜，辐射能量过低则催化剂活化程度不足，无法得到催化活性优良的催化剂，而微波辐射能量过高则催化剂温度过高物化性质的改变无法控制，同时耗费的能源较大，生产成本过高。此外在废气持续通入过程中进行微波辐射，还有利于催化剂较长时间保持较高活性，其原因是微波辐射的能量促使催化剂中的金属离子在氧化吸附态VOCs的过程中完成氧化‑还原循环，经微波辐射作用后，催化剂的金属分散度提高，催化剂表面的积炭会减轻，从而使得催化剂能在长时间内保持着较高的活性。

Description

综合处理挥发性有机废气的方法
技术领域
本发明涉及一种大气污染治理方法，尤其是涉及挥发性有机废气的治理方法。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)一般是指在标准大气压下沸点小于260℃，且室温下蒸气压大于71Pa的有机化合物，通常VOCs物质分子中的碳原子数小于12(不包括金属有机物和有机酸)，VOCs多含有恶臭或有毒性，甚至部分还有“三致”作用，即使有的VOCs本身没有太大的危害，但可与NOx、HCS及氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾，对环境也会造成严重的危害。大气中的VOCs主要来源于化工、石油化工生产过重(如溶剂、干洗剂、某些油气的生产过程)排放的气体以及汽车尾气等。针对VOCs的控制，主要包括两类方法，一类是破坏性方法，如燃烧法，将VOC直接燃烧生成CO2和H2O；另一类主要是非破坏法方法，如活性炭吸附法、冷凝法、膜分离法，将VOC净化并回收。而对于低浓度VOCs(低浓度通常指VOCs浓度在2000mg/m3以下)通过非破坏的方法其处理效果差，一般采用燃烧法。燃烧法处理有分为直接氧化燃烧法和催化氧化燃烧法，两者对于VOC的去除率均较好，其中直接氧化燃烧法一次性投资少但是后期处理VOCs时需要的辅助燃料费用高，催化氧化燃烧法与之相反，初期投资高，但是由于采用了催化剂，因此使得VOCs的焚烧温度降到315℃以下，从而大大降低了辅助燃料费用。催化氧化燃烧法在持续投入成本方面具有一定优势，然而其也具有相应的缺陷，例如催化剂易受到待处理废气中卤素、硫化物、氮氧化物等物质的影响，催化活性降低甚至失活。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种能够提高催化氧化效率，提高VOCs处理效率的工艺。
本发明的技术方案是提供一种综合处理挥发性有机废气的方法，步骤包括：
(1)废气通过除尘装置除尘，再通过热交换器升温，然后通入联合处理塔中；
(2)经步骤(1)处理的废气经过联合处理塔中填充的填料，并且联合处理塔内进行微波辐射；填料上负载有铜锰复合氧化物催化剂，且催化剂中混合有CeO和ZrO；微波辐射能量为3000～4000MHz；
(3)催化处理后的废气进入燃烧器燃烧；
(4)燃烧后的废气通过热交换器降温，经过干燥处理、检测达标后排放。
进一步地，上述步骤(2)中填料为沸石分子筛、γ-Al2O3、硅胶、活性炭等作为催化剂载体，采用多孔吸附材料作为催化剂载体能够浓集VOCs，增加VOCs在反应区的停留时间，从而延长VOCs与催化剂接触的时间，促进催化反应进行。
进一步地，在废气进入联合处理塔前，预先向塔内进行微波辐射，其目的是微波辐射将催化剂或者填料温度迅速升高，而催化剂在这种高温度环境中其物化性质发生变化，激活催化剂的活性中心降低反应的活化能，同时促进分子运动扩大催化剂活性组分的分布使催化剂形成更多的活性中心从而有利于催化反应的进行；在废气开始处理后微波辐射也具有上述效用，但由于废气干扰，催化剂的改变和活性中心的形成减弱，因此为更好提升催化性能，优选在废气进入联合处理塔前对塔内进行微波辐射。
更进一步地，预先进行微波辐射的时间≤30min。时间过长则塔内升温过高，不利于催化剂物化性质向适宜的方向改变，同时还会浪费能源。
进一步地，负载有催化剂的填料与微波发生器间隔布置，例如按照联合处理塔从下往上看，布置方式为填料层-微波发生器-填料层-微波发生器……；微波发生器可以设置在塔壁上，也可以为与填料层平行的层状设置。
进一步地，铜锰复合氧化物催化剂中铜锰的摩尔比为0～0.8:1，且铜锰复合氧化物、CeO和ZrO的质量比为80～100:0～7:0～8。在上述比例下，微波配合催化剂的催化效果最优。
本发明的优点和有益效果：将微波辐射处理引入挥发性有机废气处理工艺中，3000-4000MHz的辐射能量最为适宜，辐射能量过低则催化剂活化程度不足，无法得到催化活性优良的催化剂，而微波辐射能量过高则催化剂温度过高物化性质的改变无法控制，同时耗费的能源较大，生产成本过高。此外在废气持续通入过程中进行微波辐射，还有利于催化剂较长时间保持较高活性，其原因是微波辐射的能量促使催化剂中的金属离子在氧化吸附态VOCs的过程中完成氧化-还原循环，经微波辐射作用后，催化剂的金属分散度提高，催化剂表面的积炭会减轻，从而使得催化剂能在长时间内保持着较高的活性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明提供一种综合处理挥发性有机废气的方法，步骤包括：
(1)废气通过除尘装置除尘，再通过热交换器升温，然后通入联合处理塔中；
(2)经步骤(1)处理的废气经过联合处理塔中填充的沸石分子筛填料，填料上负载有铜锰复合氧化物催化剂，铜锰的摩尔比为0.5:1，并且在废气进入联合处理塔的同时联合处理塔内进行微波辐射，辐射能量为3000MHz；
(3)催化处理后的废气进入燃烧器燃烧；
(4)燃烧后的废气通过热交换器降温，经过干燥处理、检测达标后排放。
负载有催化剂的填料与微波发生器间隔布置，即按照联合处理塔从下往上看，布置方式为填料层-微波发生器-填料层-微波发生器……，如此循环，可以设置4～6个循环。
实施例2
本发明提供一种综合处理挥发性有机废气的方法，步骤包括：
(1)废气通过除尘装置除尘，再通过热交换器升温，然后通入联合处理塔中；
(2)经步骤(1)处理的废气经过联合处理塔中填充的沸石分子筛填料，填料上负载有铜锰复合氧化物催化剂，铜锰的摩尔比为0.4:1，且催化剂中混合有CeO和ZrO，铜锰复合氧化物、CeO和ZrO的质量比为100:7:8，并且在废气进入联合处理塔的同时联合处理塔内进行微波辐射，辐射能量为3000MHz；
(3)催化处理后的废气进入燃烧器燃烧；
(4)燃烧后的废气通过热交换器降温，经过干燥处理、检测达标后排放。
负载有催化剂的填料与微波发生器间隔布置，即按照联合处理塔从下往上看，布置方式为填料层-微波发生器-填料层-微波发生器……，如此循环，可以设置4～6个循环。
实施例3
本发明提供一种综合处理挥发性有机废气的方法，步骤包括：
(1)废气通过除尘装置除尘，再通过热交换器升温，然后通入联合处理塔中；
(2)经步骤(1)处理的废气经过联合处理塔中填充的沸石分子筛填料，填料上负载有铜锰复合氧化物催化剂，铜锰的摩尔比为0.8:1，且催化剂中混合有CeO和ZrO，铜锰复合氧化物、CeO和ZrO的质量比为80:2:3，并且在废气进入联合处理塔的同时联合处理塔内进行微波辐射，辐射能量为3000MHz；
(3)催化处理后的废气进入燃烧器燃烧；
(4)燃烧后的废气通过热交换器降温，经过干燥处理、检测达标后排放。
负载有催化剂的填料与微波发生器间隔布置，即按照联合处理塔从下往上看，布置方式为填料层-微波发生器-填料层-微波发生器……，如此循环，可以设置4～6个循环。
实施例4
本发明提供一种综合处理挥发性有机废气的方法，步骤包括：
(1)废气通过除尘装置除尘，再通过热交换器升温，然后通入联合处理塔中；
(2)经步骤(1)处理的废气经过联合处理塔中填充的沸石分子筛填料，填料上负载有铜锰复合氧化物催化剂，铜锰的摩尔比为0.1:1，且催化剂中混合有CeO和ZrO，铜锰复合氧化物、CeO和ZrO的质量比为90:3:6，并且在废气进入联合处理塔的同时联合处理塔内进行微波辐射，辐射能量为3000MHz；
(3)催化处理后的废气进入燃烧器燃烧；
(4)燃烧后的废气通过热交换器降温，经过干燥处理、检测达标后排放。
负载有催化剂的填料与微波发生器间隔布置，即按照联合处理塔从下往上看，布置方式为填料层-微波发生器-填料层-微波发生器……，如此循环，可以设置4～6个循环。
对比例1
本对比例与实施例2区别在于，废气仅仅以催化燃烧处理，不采用微波联合处理。对比例2～3
对比例2～3与实施例2的区别在于，微波辐射能量分别为2500MHz、2000MHz。
对比例4～5
对比例4～5与实施例2的区别在于，微波辐射能量分别为4500MHz、5000MHz。
上述各实施例和对比例的处理工艺效果进行检测，检测用样气为VOCs浓度为100mg/m3，VOCs中苯的体积分数为37％，甲苯的体积分数为40％，二甲苯的体积分数为23％。脱除率结果如下表所示
脱除率 苯 甲苯 二甲苯
实施例1 96.0％ 97.4％ 96.5％
实施例2 97.9％ 98.3％ 98.5％
实施例3 97.8％ 97.9％ 98.0％
实施例4 98.0％ 98.2％ 98.7％
对比例1 91.0％ 90.8％ 90.9％
对比例2 94.7％ 94.5％ 94.1％
对比例3 93.5％ 94.0％ 94.1％
对比例4 94.7％ 94.2％ 93.9％
对比例5 94.0％ 93.7％ 94.2％
由上述测定的脱除率可知，本发明的微波-催化联合处理VOCs工艺处理效果良好，能够有效降低废气中的VOCs，特别是其中微波辐射能量对催化剂的影响较大，辐射能量过高或者过低都不利于催化反应。
本发明实施例涉及到的材料、试剂和实验设备，如无特别说明，均为符合工业废气治理领域的市售产品。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术的前提下，还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应属于本发明的专利保护范围。与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.综合处理挥发性有机废气的方法，其特征在于，步骤包括：
(1)废气通过除尘装置除尘，再通过热交换器升温，然后通入联合处理塔中；
(2)经步骤(1)处理的废气经过联合处理塔中填充的填料，并且联合处理塔内进行微波辐射；填料上负载有铜锰复合氧化物催化剂，且催化剂中混合有CeO和ZrO；微波辐射能量为3000～4000MHz；
(3)催化处理后的废气进入燃烧器燃烧；
(4)燃烧后的废气通过热交换器降温，经过干燥处理、检测达标后排放。
2.如权利要求1所述的综合处理挥发性有机废气的方法，其特征在于，所述步骤(2)中填料为沸石分子筛、γ-Al2O3、硅胶、活性炭中的一种或任意混合的载体。
3.如权利要求1所述的综合处理挥发性有机废气的方法，其特征在于，在废气进入联合处理塔前，预先向塔内进行微波辐射。
4.如权利要求3所述的综合处理挥发性有机废气的方法，其特征在于，预先进行微波辐射的时间≤30min。
5.如权利要求1所述的综合处理挥发性有机废气的方法，其特征在于，负载有催化剂的填料与微波发生器间隔布置。
6.如权利要求1所述的综合处理挥发性有机废气的方法，其特征在于，所述铜锰复合氧化物催化剂中铜锰的摩尔比为0～0.8:1，且铜锰复合氧化物、CeO和ZrO的质量比为80～100:0～7:0～8。
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