CN111780139A - 一种微波快速预热VOCs催化氧化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微波快速预热VOCs催化氧化装置，属于VOCs处理装置的技术领域。本发明所述装置将微波发生装置、温度监测及控制装置和催化氧化箱结合起来，利用微波发生装置产生的微波快速加热整体式催化剂，使催化箱内部在短时间内达到催化剂的起燃温度点，起到快速启动催化反应的目的；同时温度监测装置能够实时监测整体式催化剂的表面温度及出口气体温度，在达到催化剂起燃温度后切断微波发生装置停止加热，催化氧化箱利用自身反应热维持催化反应进行，起到节能的作用。本发明所述的装置优点是高效稳定、绿色节能、节约成本，具有良好的应用价值和前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种VOCs催化氧化装置，尤其涉及一种微波快速预热VOCs催化氧化装置。
背景技术
VOCs(Volatile Organic Compounds)，即挥发性有机污染物，指的是在室温下为液体或固体，但饱和蒸气压大于0.01psia，沸点在260℃以下的易挥发有机物。VOCs被证明是引发大气细颗粒物、臭氧污染和光化学烟雾的主要前驱体物质之一，在大气环境中紫外照射的条件下，VOCs会与大气中的SO2、NOx等其他污染气体发生反应，生成光化学烟雾、二次有机气溶胶、臭氧等二次污染物质。此外，大量的研究表明VOCs对人体健康都有着直接和间接的危害，VOCs大多对人体的呼吸系统和免疫系统具有强烈的刺激作用，能够引发严重的心血管疾病及呼吸系统疾病。如果人长期暴露在高VOCs浓度的环境中，会对人皮肤及口鼻腔粘膜造成不可逆的损伤以及破坏人的神经系统。
目前应用于化工、制药等行业的VOCs末端处理技术主要为吸附浓缩加催化氧化，这种组合工艺的主要原理是将工厂废气中的有机物先吸附至沸石转轮中进行浓缩，一段时间后进行脱附，脱附气体进入催化反应器中进行催化氧化。这种工艺存在的问题是：有时脱附气体的温度达不到催化反应器中催化剂的起燃温度，容易发生积碳现象导致催化剂活性中心的堵塞及失活，也会导致催化反应器的催化效率降低。目前采用的常规的方法是在催化器的外部加装电加热装置，在脱附气体进入催化反应器之前对催化剂进行预热，加热到催化剂所需要的起燃温度后再通入脱附气体。但是目前应用的催化剂大多为堇青石负载型整体式催化剂，堇青石本身为蓄热式材料，无论是升温还是降温过程都非常缓慢，至少需要两到三个小时，带来巨大的能源消耗。
针对上面提到的问题，本发明专利设计了一种利用微波快速预热及强吸波整体式催化剂来处理VOCs废气的催化反应器。其中强吸波整体式催化剂其基体为碳化硅等强吸波材料，或者是将强吸波材料作为涂层涂敷在传统机构化基体表面。利用强吸波材料在微波作用下快速升温的特点，大幅减少催化剂的预热时间，达到降低能耗的目的。同时，本发明装置设有温度监测及控制单元，能够对进气及催化剂表面温度进行实时监控，智能控制微波装置的启停。当进气温度达不到催化剂所需的起燃温度时开启微波加热，当催化剂温度达到设定值时关闭微波加热，并利用催化燃烧放出的热量维持催化反应所需温度，从而实现自动控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，开发一种微波快速预热VOCs催化氧化装置，通过本装置能够实现快速达到催化剂的起燃温度，提高催化装置的处理效率，同时能够大幅降低能耗。
为了实现上述目的，本发明所述的微波快速预热VOCs催化氧化装置应包含以下部件及单元：温度监测点、温度控制单元、微波发生控制单元、磁控管及催化氧化箱。所述的温度监测点主要是监测催化氧化箱进气口处以及催化氧化箱内部整体式催化剂表面温度，将所测的温度数值反馈到温度控制单元。所述的温度控制单元作用是接受测温点所测的数值，将其与设定值进行比较，当温度值大于或等于设定值，控制单元将控制进气口处的开关，使气体直接进入催化氧化箱进行催化反应；当温度值低于设定值，温度控制单元将控制微波发生控制单元，控制磁控管进行工作，加热催化氧化箱中的催化剂；当位于催化氧化箱中的温度监测点监测到整体式催化剂表面温度达到设定值后会反馈给温度控制单元，温控单元将控制微波发生控制单元，停止微波加热。所述的微波发生控制单元主要是接受来自温度控制单元的信号，然后控制磁控管的启停。所述的磁控管的作用主要是产生微波，所产生的微波能够通过滤波管导入到催化氧化箱中对整体式催化剂进行加热。催化氧化箱主要包含强吸波整体式催化剂、腔体(四壁设有金属板以多次反射微波)和相应的进出气口(进出气口出均设置均匀布气装置)，能够使气体高效稳定通过，达到净化废气的目的。
本发明的有益效果是：
(1)能够高效稳定地处理化工、制药、喷涂等行业等所排放的有机废气，对有机物的种类适应性强，抗冲击负荷能力强；
(2)大幅缩短催化剂预热阶段的时间，使催化反应器能够在较短的时间快速进入工作状态，达到降低能耗的作用；
(3)整套装置通过温度监测及控制装置控制，根据温度监测值智能控制启停微波发生装置，有效利用催化氧化箱运行期间自身反应热维持催化反应进行，绿色节能。
(4)降低催化剂的堵塞及失活风险，从而降低催化剂的更换及维护频率，大幅缩减运行及维护成本。
附图说明
图1为本发明的微波快速预热VOCs催化氧化装置的工艺流程图。
图2为本发明的微波快速预热VOCs催化氧化装置的结构示意图。
图3为本发明的微波快速预热VOCs催化氧化装置的结构示意图。
附图标记：1-进气口，2-出气口，3-腔体，4-强吸波整体式催化剂，5-搅拌器，6-导波管，7-磁控管，8-微波发生控制装置，9-高压整流二极管，10-变压器，11-温度监测及控制装置，12-测温点一，13-测温点二，14布气板，15-金属板；
3-1-金属外壳，5-1-非吸波材料反应管，14-1腔体及保温材料。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
图1为本发明的工艺流程图，虚线表示气路，实线表示温度控制线。气路流线为：有机气体进入预热后的催化氧化箱腔体，经净化后排出。
温度控制流线为：有机气体经温度监测(达标或不达标)，温度不达标时由温度控制单元启动微波发生控制单元，经磁控管微波加热催化氧化箱，并实时监测催化氧化箱的温度，温度达标时反馈信号，温度控制单元关闭微波发生控制单元，磁控管停止加热催化氧化箱。
实施例1
图2为本发明的一种微波快速预热VOCs催化氧化装置实施例1，该装置为大型工业应用规模，为一体式设计，主要适用于场地不受限制的场景，特别适合大风量、低浓度有机废气的处理。催化反应箱主要包括进气口1，出气口2，腔体3，强吸波整体式催化剂4，布风板14及腔内的金属板15。强吸波整体式催化剂4占据腔体3的绝大部分，固定在催化反应箱内，并在其与腔体3之间设置耐热密封材料进行密封和缓冲。布风板14主要起到使气流均匀分布的作用。金属板15设置在腔体3的四面壁上，用来连续反射腔体内的微波，起到增强加热效果的作用。
微波发生装置主要包括搅拌器5、导波管6、磁控管7、微波发生控制装置8、高压整流二极管9以及变压器10。搅拌器5的作用是搅动微波，起到使微波均匀发射的作用。导波管6的功能是将微波导入催化反应器的腔体内。磁控管7的作用是产生微波。高压整流二极管9的主要作用是交流高压进行半波整流后为磁控管7提供工作高压，二极管负极和微波装置在外壳相连，高压滤波电容正极也和微波装置外壳连接。变压器10的作用是将低频低电压转换为低频高电压。
温度智能控制装置主要包括温度智能监测及控制器11及两个测温点12、13组成。两个测温点主要采集的是进气口温度及强吸波整体式催化剂在运行时的表面温度，并将温度数值反馈给温度智能监测及控制器11。温度智能监测及控制器11分析温度数值后会给予微波发生控制装置8相应的控制信号，来控制磁控管的启停。
实施例2
图3为本发明的一种微波快速预热VOCs催化氧化装置实施例2，该装置为小型工业应用规模，为分体式设计，主要适用于场地受限的场景，且催化剂的种类选择较为多样(泡沫金属型、颗粒型、蜂窝陶瓷型等)，以适应不同的设计需求。催化反应箱主要包括进气口1，出气口2，金属外壳3-1，强吸波整体式催化剂4，非吸波材料反应管5-1，腔体及保温材料14-1。强吸波整体式催化剂4放置在反应管5的中间部位。
微波发生装置主要包括导波管6、磁控管7、微波发生控制装置8、高压整流二极管9以及变压器10。导波管6的功能是将微波导入催化反应器的腔体内。磁控管8的作用是产生微波。高压整流二极管的主要作用是交流高压进行半波整流后为磁控管7提供工作高压，二极管负极和微波装置在外壳相连，高压滤波电容正极也和微波装置外壳连接。变压器10的作用是将低频低电压转换为低频高电压。
温度智能控制装置主要包括温度智能监测及控制器11及两个测温点12、13组成。两个测温点主要采集的是进气口温度及强吸波整体式催化剂在运行时的温度，并将温度数值反馈给温度智能监测及控制器11。温度智能监测及控制器11分析温度数值后会给予微波发生控制装置8相应的控制信号，来控制磁控管的启停。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形、修改，这些均属于本发明专利的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种微波快速预热VOCs催化氧化装置，其特征在于，主要包括微波发生装置、温度监测及控制装置及催化氧化箱；利用微波对催化氧化箱中的整体式催化剂进行快速加热，使其能够在较短时间内达到催化剂的起燃温度点；
微波发生装置中设有微波发生控制装置，能够接收来自温度监测及控制系统的信号，并自动控制磁控管的启停；
利用温度监测装置监测催化氧化箱进气口及整体式催化剂的温度值，温度控制装置分析温度值并给予微波发生装置相应的控制。
2.根据权利要求1所述的微波快速预热VOCs催化氧化装置，其特征在于，所述催化氧化箱主要由强吸波整体式催化剂及外壳腔体构成。
3.根据权利要求1所述的微波快速预热VOCs催化氧化装置，其特征在于，所述整体式催化剂为强吸波整体式催化剂，并涂敷或浸渍有可在特定温度实现VOCs催化氧化的活性组分。
4.根据权利要求1所述的微波快速预热VOCs催化氧化装置，其特征在于，所述催化反应箱主要包括进气口，出气口，强吸波整体式催化剂，布风板；微波发生装置主要由依次信号传输连接的搅拌器、导波管、磁控管、微波发生控制装置、高压整流二极管以及变压器构成。
5.根据权利要求1所述的微波快速预热VOCs催化氧化装置，其特征在于，所述催化反应箱主要包括进气口，出气口，强吸波整体式催化剂，反应管；微波发生装置主要由依次信号传输连接的导波管、磁控管、微波发生控制装置、高压整流二极管以及变压器构成。
6.根据权利要求5所述的微波快速预热VOCs催化氧化装置，其特征在于，所述强吸波整体式催化剂放置在反应管的中间部位。
7.根据权利要求5所述的微波快速预热VOCs催化氧化装置，其特征在于，所述反应管选择非吸波材料反应管。
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