CN112664964A - 一种VOCs的热回收利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VOCs的热回收利用系统及方法,包括微波催化燃烧装置,进气通道的一端与VOCs气源连接,另一端与第一换热器的壳侧进口连接,壳侧出口与微波催化燃烧装置的进气口连接,出气口与第一换热器的管侧进口连接,第一换热器的管侧出口与第二换热器的管侧进口连接,第二换热器的管侧出口与尾气吸收装置连接;新风装置与第二换热器的壳侧进口连接,壳侧出口与供热管网连接;本发明利用微波催化燃烧装置,能够对VOCs废气的进行高效催化氧化和矿化,有效提高VOCs的降解和矿化率;通过设置第一换热器,实现对微波催化燃烧装置的进气进行预热,加快催化剂床层升温速率,缩短催化剂床层升温时间,提高VOCs废气降解效果,并实现对催化氧化后的VOCs的热回收。
Description
技术领域
本发明属于大气污染治理技术领域,特别涉及一种VOCs的热回收利用系统及方法。
背景技术
挥发性有机化合物(volatile organic compounds,简称VOCs)是一类化合物的总称,通常是指在常温常压下,具有高蒸气压、易挥发的有机化学物质,主要包括脂肪族和芳香族的各种烷烃、烯烃、含氧烃和卤代烃等,如苯、苯系物、醇类、酮类及乙酸酯类等;VOCs一般具有较强的刺激性和毒性,部分具有致畸、致癌作用;卤代烃类VOCs可破坏臭氧层,引起温室效应等全球性环境问题;综上,VOCs的排放对人体和生物健康、生态环境都造成了极大的危害。
随着环境问题的日益严重,人们对于VOCs废气处理迫在眉睫,目前,工业废气治理多采用燃烧法和吸附法,燃烧法需要大量的热能,而吸附法处理VOCs效果低;催化氧化技术具备成本低、操作条件温和、总净化效率高等优点,是有效净化中、低浓度VOCs最具有前景的治理技术之一;现有的催化氧化法常采用传统的电加热法,存在加热时间长、催化剂升温慢及气体热损失较大等缺点,从而降低了催化效果;现有的催化燃烧技术对于催化燃烧后的尾气,经尾气吸收溶液吸收后排空,直接排入空气会造成热污染,同时尾气的热量并没有加以利用,造成了热量的浪费。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明提供了一种VOCs的热回收利用系统及方法,以解决现有的催化氧化法处理VOCs时,对催化燃烧后的尾气直接排入空气中,易造成空气污染和热量浪费的技术问题。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
本发明提供了一种VOCs的热回收利用系统,包括微波催化燃烧装置、第一换热器、第二换热器、尾气吸收装置、新风装置及进气通道;进气通道的一端与VOCs气源连接,另一端与第一换热器的壳侧进口连接,第一换热器的壳侧出口与微波催化燃烧装置的进气口连接;微波催化燃烧装置的出气口与第一换热器的管侧进口连接,第一换热器的管侧出口与第二换热器的管侧进口连接,第二换热器的管侧出口与尾气吸收装置的进口端连接;新风装置的新风出口与第二换热器的壳侧进口连接,第二换热器的壳侧出口与供热管网连接,通过供热管网与用热用户连接。
进一步的,还包括气泵,气泵设置在VOCs气源与进气通道之间,气泵的进气口与VOCs气源连接,出气口与进气通道连通。
进一步的,第二换热器的管侧出口分两路设置,其中一路通过第一连接管道与尾气吸收装置的进口端连接,另一路通过第二连接管道与进气通道连通;第一连接管道上设置有第一电磁阀,第二连接管道上设置有第二电磁阀,进气通道与VOCs气源之间设置有第三电磁阀。
进一步的,微波催化燃烧装置包括催化燃烧室、催化床及微波发射装置;催化燃烧室的一端设置进气口,另一端设置出气口;进气口与第一换热器的壳侧出口连通,出气口与第一换热器的管侧进口连通;
催化床安装在催化燃烧室内,催化床上设置有催化剂,微波发射装置安装在催化燃烧室上,微波发射装置通过导波管与催化燃烧室连通;微波发射装置用于向催化燃烧室内发射微波,且催化燃烧室的微波传播方向与VOCs的流动方向一致。
进一步的,催化剂为蜂窝状催化剂,蜂窝状催化剂中的蜂窝孔道与VOCs的流动方向一致;蜂窝状催化剂采用纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂。
进一步的,纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂的制备过程,包括以下步骤:
步骤1、将可溶性Cu盐、可溶性Mn盐及可溶性Ce盐按比例加入到水中,搅拌充分溶解,得到活性组分前驱液;
步骤2、将纳米陶筛催化剂载体浸入活性组分前驱液中,得到负载活性组分前驱体的催化剂样品,并经过风干、烘干干燥及焙烧处理,得到所述纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂。
进一步的,进气口设置在催化燃烧室的上端中心,催化燃烧室的上端采用平面收口;出气口设置在催化燃烧室的下端中心,催化燃烧室的下端采用四面斜面收口。
进一步的,催化燃烧室的侧边设置有凹槽式开关门,凹槽式开关门与催化燃烧室密封连接。
进一步的,催化燃烧室的上端设置有测温孔,测温孔中安装有热电偶探针,热电偶探针的测量端垂直伸入催化剂中。
本发明还提供了一种VOCs的热回收利用方法,包括:
VOCs废气经进气管道进入第一换热器的壳侧,VOCs废气在第一换热器中换热后,进入微波催化燃烧装置中进行催化燃烧;催化燃烧后的VOCs尾气,进入第一换热器管侧;VOCs尾气在第一换热器中与VOCs废气换热后,进入第二换热器中进行热量回收,热量回收利用后通至尾气吸收装置,利用尾气吸收装置对换热后的VOCs尾气进行吸收处理。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供了一种VOCs的热回收利用系统及方法,利用微波催化燃烧装置,能够对VOCs废气的进行高效催化氧化和矿化,有效提高VOCs的降解和矿化率,反应能够较低;通过设置第一换热器,将催化氧化后的VOCs尾气通入第一换热器,实现对微波催化燃烧装置的进气进行预热,提高进气温度,加快催化剂床层升温速率,缩短催化剂床层升温时间,提高VOCs废气降解效果,并实现对催化氧化后的VOCs的热回收;利用第二换热器对催化氧化后的VOCs尾气进行二次热回收,通入新鲜空气,利用第二换热器的热传导加热新风,可以有效减少热量的浪费;当打开外循环系统时,VOCs尾气经热量回收利用后至尾气吸收喷淋塔,而后排空;有效降解了VOCs废气,并为企业生产提供了热能,使得微波催化燃烧VOCs废气装置更加经济高效。
进一步的,将第二换热器的管侧出口分两路设置,利用第二连接管道与进气通道连通,形成内循环系统,实现了热气体在管道内的循环回流,有效提高了系统的保温性能,降低微波能耗,缩短了微波辅助氧化的升温时间。
进一步的,微波催化燃烧装置中,利用微波加热替代传统的电加热等形式,可提高加热速度和能量转换效率;微波功率连续可调、操作简单,适合于大气量工业VOCs废气的治理,可应用于涂装、橡胶和印刷包装等行业的VOCs废气治理,具有广阔的应用前景。
进一步的,多孔纳米陶瓷兼具低维纳米材料高比表面积和块体材料高稳定性的优点,具有较好的生产应用前景;过渡金属铜锰铈在高温煅烧后形成Cu-Mn-Ce尖晶石结构,具有良好的孔道结构以及较好的氧化还原能力,有利于催化剂氧化还原性能和催化活性的提高。
进一步的,将催化燃烧室的上端采用平面收口,确保了催化燃烧室上端的微波密度高,进气预热更快,可实现微波对催化剂的完全辐照;将催化燃烧室的下端采用四面斜面收口,实现气体完全排出,更加高效的收集出口废气,有效减少了部分气体在装置内的回旋,使废气能够高效循坏。
进一步的,通过在催化燃烧室的侧边设置有凹槽式开关门,利用凹槽式开关门确保了对催化燃烧室中催化床进行取放更换及对催化剂位置的调节。
进一步的,采用将热电偶探针伸入催化剂中,确保了测温的精准度,同时避免测温点的微波灼烧。
综上所述,本发明所述的一种VOCs热回收利用系统及方法,正常进气时,打开外循环,VOCs废气经气泵进入第一换热器进行换热,VOCs废气经加热后进入微波催化燃烧装置,而后废气经管道流回第一换热器,然后进入第二换热器,经热量回收利用后至尾气吸收装置,而后排空;停止进气时,打开内循环,实现热气体在管道内回流,提高装置保温性能,降低微波能耗,缩短了微波加热催化氧化升温时间;利用换热器将催化燃烧后排出的气体进行热量回收,用来加热待处理的废气,从而实现微波催化燃烧装置与换热器之间的热量传递,可以大大降低加热需要的能耗与时间,从而降低生产能耗;第二换热器的新鲜空气预热后回用于工厂生产,降低工厂生产成本;所述微波催化燃烧装置,利用微波加热替代传统的电加热等形式,可提高加热速度和能量转换效率;从上向下辐照,并使微波传播方向与催化剂孔道方向一致,增强了微波穿透深度和提高了催化剂的微波加热均匀性,避免了侧位辐照因穿透损失大所造成的烧熔和床层受热不均问题;微波功率连续可调、操作简单,微波加热具有启动快、加热均匀等优点。现有的印刷包装厂生产车间会产生大量的VOCs气体,对于本发明所述的热回收利用系统,能够将印刷包装厂生产车间的工业VOCs达标处理,并通过热回收系统将产生的热新风供给印刷包装烘干车间,降低企业运营成本。
附图说明
图1为本发明所述的VOCs处理系统结构示意图;
图2为本发明所述的VOCs微波催化燃烧装置的正视图;
图3为本发明所述的VOCs微波催化燃烧装置的侧视图;
图4为本发明所述的VOCs微波催化燃烧装置的俯视图;
图5为本发明所述的VOCs处理系统中的第一换热器结构示意图;
图6为本发明所述的VOCs处理系统中的第二换热器结构示意图;
图7为本发明所述的VOCs物处理系统中的自动控制柜结构示意图;
图8为本发明所述的VOCs处理系统的内外循环结构示意图;
图9为实施例中进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯和1000mg/m3丙酮混合双组分VOCs气体中甲苯的催化燃烧降解效果曲线图;
图10为实施例中进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯和1000mg/m3丙酮混合双组分VOCs气体中丙酮的催化燃烧降解效果曲线图;
图11为实施例中进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯、1000mg/m3丙酮和1000mg/m3乙酸乙酯混合三组分VOCs气体中甲苯催化燃烧降解效果曲线图;
图12为实施例中进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯、1000mg/m3丙酮和1000mg/m3乙酸乙酯混合三组分VOCs气体中乙酸乙酯催化燃烧降解效果曲线图;
图13为实施例中进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯、1000mg/m3丙酮和1000mg/m3乙酸乙酯混合三组分VOCs气体中丙酮催化燃烧降解效果曲线图。
其中,1微波催化燃烧装置,2第一换热器,3第二换热器,4尾气吸收装置,5气泵,6新风装置,7第一电磁阀,8第二电磁阀,9第三电磁阀,10进气通道,11自动控制柜;101催化燃烧室,102催化床,103微波发射装置,104水冷装置,105热电偶探针,106进气口,107出气口;111显示屏。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题,技术方案及有益效果更加清楚明白,以下具体实施例,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如附图1-7所示,本发明提供了一种VOCs的热回收利用系统,包括微波催化燃烧装置1、第一换热器2、第二换热器3、尾气吸收装置4、气泵5、新风装置6、第一电磁阀7、第二电磁阀8、第三电磁阀9、进气通道10及自动控制柜11。
VOCs气源与气泵5的进气口连接,气泵5的出气口与进气通道10的一端连接,进气通道10的另一端与第一换热器2的壳侧进口连接,第一换热器2的壳侧出口与微波催化燃烧装置1的进气口连接;微波催化燃烧装置1的出气口与第一换热器2的管侧进口连接,第一换热器2的管侧出口与第二换热器3的管侧进口连接;第二换热器3的管侧出口分两路设置,其中一路通过第一连接管道与尾气吸收装置4的进口端连接,另一路通过第二连接管道与进气通道10连通;新风装置6的新风出口与第二换热器3的壳侧进口连接,第二换热器3的壳侧出口与供热管网连接,通过供热管网与用热用户连接;优选的,用热用户为印刷包装烘干车间。
第一连接管道上设置有第一电磁阀7,第二连接管道上设置有第二电磁阀8;气泵5与VOCs气源之间设置有第三电磁阀9;自动控制柜11包括控制柜柜体、中央控制器及显示屏111;中央控制器分别与微波催化燃烧装置1、气泵5、第一电磁阀7、第二电磁阀8及第三电磁阀9连接。
微波催化燃烧装置1包括催化燃烧室101、催化床102及微波发射装置103;催化燃烧室101的一端设置进气口106,另一端设置出气口107;进气口106与第一换热器2的壳侧出口连通,出气口与第一换热器2的管侧进口连通。
催化床102安装在催化燃烧室101内,催化床102上设置有催化剂,微波发射装置103安装在催化燃烧室101上,微波发射装置103通过导波管与催化燃烧室101连通;微波发射装置103用于向催化燃烧室101内发射微波,且催化燃烧室101的微波传播方向与VOCs的流动方向一致。
催化剂为蜂窝状催化剂,蜂窝状催化剂中的蜂窝孔道与VOCs的流动方向一致;蜂窝状催化剂采用纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂;本发明中的,纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂的制备过程,包括以下步骤:
步骤1、将可溶性Cu盐、可溶性Mn盐及可溶性Ce盐按比例加入到水中,搅拌充分溶解,得到活性组分前驱液;
步骤2、将纳米陶筛催化剂载体浸入活性组分前驱液中,得到负载活性组分前驱体的催化剂样品,并经过风干、烘干干燥及焙烧处理,得到所述纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂。
进气口106设置在催化燃烧室101的上端中心,催化燃烧室101的上端采用平面收口;出气口107设置在催化燃烧室101的下端中心,催化燃烧室101的下端采用四面斜面收口;本发明将催化燃烧室101的上端采用平面收口,确保了催化燃烧室101上端的微波密度高,进气预热更快,可实现微波对催化剂的完全辐照;将催化燃烧室101的下端采用四面斜面收口,实现气体完全排出,更加高效的收集出口废气,有效减少了部分气体在装置内的回旋,使废气能够高效循坏。
催化燃烧室101的侧边设置有凹槽式开关门,凹槽式开关门与催化燃烧室101密封连接;通过在催化燃烧室的侧边设置有凹槽式开关门,利用凹槽式开关门确保了对催化燃烧室中催化床进行取放更换及对催化剂位置的调节;催化燃烧室101的上端设置有测温孔,测温孔中安装有热电偶探针105,热电偶探针105的测量端垂直伸入催化剂中,采用将热电偶探针伸入催化剂中,确保了测温的精准度,同时避免测温点的微波灼烧。
工作原理及利用方法:
如附图8-9所示,本发明所述的VOCs的热回收利用系统,使用时,包括外循环利用过程及内循环利用过程:
其中,外循环利用过程:开启第一电磁阀及第三电磁阀,启动气泵,VOCs废气经进气管道进入第一换热器的壳侧,VOCs废气在第一换热器中换热后,进入微波催化燃烧装置中进行催化燃烧;催化燃烧后的VOCs尾气,进入第一换热器管侧;VOCs尾气在第一换热器中与VOCs废气换热后,进入第二换热器中进行热量回收,热量回收利用后至尾气吸收装置,利用尾气吸收装置对换热后的VOCs尾气进行吸收处理。
内循环利用过程:关闭气泵、第一电磁阀及第三电磁阀,开启第二电磁阀;第二换热器出口处的尾气经管道回流至第一换热器壳侧入口处,经第一换热器热壳侧出口进入催化燃烧装置,而后VOCs尾气进入第二换热器的管侧,而后流回第一换热器的段,从而实现气体在管道内回流,提高装置保温性能。
实施例
本实施例所述的一种VOCs的热回收利用系统,包括进气系统、处理系统、热回收系统、余热再利用系统、尾气吸收检测系统、多个电磁阀及自动控制柜;其中,进气系统包括气泵5及进气通道10,处理系统包括微波催化燃烧装置1,热回收系统包括第一换热器及第二换热器,余热再利用系统包括第二换热器3及新风装置6。
具体的,VOCs气源与气泵5的进气口连接,气泵5的出气口与进气通道10的一端连接,进气通道10的另一端与第一换热器2的壳侧进口连接,第一换热器2的壳侧进口处设置有混合气体采样口;第一换热器2的壳侧出口与微波催化燃烧装置1的进气口连接;微波催化燃烧装置1的出气口与第一换热器2的管侧进口连接,第一换热器2的管侧出口与第二换热器3的管侧进口连接;第二换热器3的管侧出口分两路设置,其中一路通过第一连接管道与尾气吸收装置4的进口端连接,另一路通过第二连接管道与进气通道10连通;新风装置6的新风出口与第二换热器3的壳侧进口连接,第二换热器3的壳侧出口与供热管网连接,通过供热管网与用热用户连接;第一连接管道上设置有第一电磁阀7,第二连接管道上设置有第二电磁阀8;气泵5与VOCs气源之间设置有第三电磁阀9。
本实施例中,第一换热器2及第二换热器3均采用板式换热器;第一换热器2的壳侧冷废气进口与进气通道10连接,第一换热器2的壳侧热废气出口与微波催化装置1的催化燃烧室101的进气口连接,催化燃烧室101的出气口与第一换热器2的管侧热废气出口连接,第一换热器2的管侧废气出口与第二换热器3的管侧热废气进口连接,第二换热器3的管侧冷废气出口与尾气吸收装置4的进口端连接;优选的,尾气吸收装置4采用尾气吸收喷淋塔。
本实施例所述的VOCs的热回收利用系统,使用时,通过电磁阀的启闭控制,能够实现系统的外循环模式及内循环模式。
其中,外循环模式下,打开第一电磁阀与第二电磁阀,关闭第二电磁阀,VOCs废气经气泵进入第一换热器的壳侧入口,废气加热后从第一换热器的壳侧出口进入微波催化燃烧装置,而后废气经管道流回第一换热器的管侧入口,然后进入第二换热器的管侧,经热量回收利用后至尾气吸收喷淋塔,而后排空。
内循环模式下,打开第二电磁阀,关闭第一电磁阀和第三电磁阀,废气经气泵进入第一换热器,废气加热后从第一换热器热废气出口进入催化燃烧装置,而后废气经管道流回第一换热器,然后进入第二换热器,而后流回第一换热器冷废气进口段,从而实现气体在管道内回流,提高装置保温性能。
本实施例中,第二换热器的壳侧进口连接新风装置,从第二换热器的壳侧出口排出预热气体;预热后可回用于工厂生产现场,降低工厂生产成本。
尾气吸收装置采用尾气吸收喷淋塔,尾气吸收喷淋塔的下端设置进气口,上端设置出气口;尾气吸收喷淋塔中,碱液自上而下喷洒,尾气与碱液液滴充分接触后,被碱液吸收后排出;尾气吸收喷淋塔的出气口设置尾气采样口,尾气采样口处设置有手持式VOCs检测仪,利用手持式VOCs检测仪实时采集气吸收喷淋塔的出气口的VOCs残余浓度;优选的,手持式VOCs检测仪采用PID检测器。
本实施例中,微波催化燃烧装置包括催化燃烧室101、催化床102、微波发生装置103及水冷却循环系统;催化燃烧室101的上端设置进气口106,下端设置出气口107;进气口106与第一换热器2的壳侧出口连通,出气口107与第一换热器2的管侧进口连通;催化燃烧室101的上端为平面收口,下端为四面斜面收口;VOCs废气从催化燃烧室101上端的进气口106进入催化燃烧室101中,催化燃烧反应的VOCs从催化燃烧室101下端的出气口107进入第一换热器2的管侧;催化燃烧室101为正方体型结构,催化燃烧室的一侧开设有凹槽式不锈钢开关门;催化床102固定安装在催化燃烧室101内,通过凹槽式不锈钢开关门,供催化床102的装卸;催化床102上设置有催化剂,催化剂为蜂窝状催化剂;微波发射装置103通过导波管与催化燃烧室101连通;微波发射装置103用于向催化燃烧室101内发射微波,且催化燃烧室101的微波传播方向与VOCs的流动方向一致。
微波发射装置103包括四个磁控管,四个磁控管均匀设置在催化燃烧室101的上端;每个磁控管的微波功率为0-1KW,每个磁控管的微波功率能够通过自动控制柜11中的中央控制器调节;磁控管通过导波管与催化燃烧室101的法兰连接;法兰处采用具有耐高温及透波性能的云母片隔开,磁控管发射的微波通过波导管和云母片进入催化燃烧室,磁控管发射的微波的传播方向与催化床上放置的催化剂的蜂窝孔道方向一致。
水冷却循环系统设置在磁控管及导波管上,水冷却循环系统包括水泵、冷却塔及管道;通过水泵供水进入磁控管及导波管的水冷套冷却后,经管道流入冷却塔,后流回水泵,由此进行水冷却循环。
本实施例中,催化床102与催化燃烧室101的内壁之间设置有金属套层,金属套层采用硅酸铝棉和气凝胶;废气连接管道都采用缠绕保温,管道上包裹保温棉;
催化燃烧室101的顶部开有测温孔,测温孔中设置热电偶探针,热电偶探针由催化燃烧室101顶部的测温口垂直插入催化床的催化剂中,热电偶探针的温度显示在系统控制柜的显示屏上,热电偶探针的信号输出端与自动控制柜的显示器的信号接收端相连接。
本实施例中,系统控制柜11独立于催化燃烧装置,采用模块化设置安全性较高,有利于管理与操控;自动控制柜11上装有LED显示屏,其显示屏LED中的控制系统包括微波功率调节功能、风机风量调节功能、床层温度监测功能、微波开启关联控制功能及内外循环控制功能;其中,微波功率调节功能通过中央控制器对磁控管开关的控制,可以控制微波的开启及开启功率;由于工厂的VOCs进气量不稳定,通过中央控制器对风机的控制,改变进气风量,确保进气量稳定;内外循环控制功能是通过中央控制器控制电磁阀的开关,改变气路方向,实现工艺的内外循环;床层温度监测功能以及对微波开启的关联控制功能是中央控制器对催化剂床层进出气体的温度实时监测,中央控制器实时监测电热偶传送至系统的温度,当催化剂温度过高,则中央控制器可自动切断微波输入,燃烧炉安装爆破片,防止因炉内压力过大而发生危险事故。
蜂窝状催化剂采用纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂;本实施例中,纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂的制备过程,包括以下步骤:
步骤1、金属氧化物活性组分前驱液的制备
已知催化剂载体的质量,以Cu:Mn:Ce=3:3:1的质量比准确称取Cu(NO3)2·3H2O试剂、50%Mn(NO3)2溶液及Ce(NO3)3·6H2O试剂,然后将按比例称好的上述化学试剂共同溶解至纯水中,超声震荡溶解并用磁力搅拌器进行搅拌,以保证试剂充分溶解来获得均匀的活性组分前驱液,为下一步试验做好准备工作。
步骤2、活性组分前驱体的负载
采用等体积浸渍法负载活性组分前驱体,将纳米陶筛催化剂载体缓慢浸入前驱液中,浸渍过程中先将载体A面朝下进行初次浸渍,待负载液由于虹吸作用浸过催化剂1/2高度时,翻转载体使得B面朝下进行二次浸渍,从而达到均匀吸收前驱液的目的,注意浸渍过程中应尽量避免将前驱液直接倾倒在催化剂载体上;此操作会大大降低活性组分前驱体在催化剂基质表面的负载均匀度,不利于后续过程中整体式催化剂的均匀升温,也对VOCs废气降解过程有一定的阻碍作用;前驱液吸收完全后,即可得到催化剂样品。
步骤3、催化剂的终处理
将步骤2中所得负载活性组分前驱体的催化剂样品于室温下风干1h,直至样品表面无明显水痕,接着将其置于80℃烘箱中干燥5h烘干,得到的催化剂样品;最后将干燥好的催化剂样品置于马弗炉中500℃下焙烧5h即可完成催化剂的终处理,得到所述的纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂。
本实施例中,蜂窝状催化剂整齐有序地堆放在燃烧室中构成固定床催化燃烧室,气体从蜂窝孔道通过,微波传播与气体流动方向一致穿过催化剂的蜂窝孔道;微波催化燃烧装置利用微波加热替代传统的电加热等形式,有效提高加热速度和能量转换效率;微波功率连续可调、操作简单,进气量大小可调,适合于大气量排放VOCs废气的治理;利用换热器将催化燃烧后排出的气体进行热量回收,用来加热待处理的废气,可以大大降低加热需要的能耗;
试验结果
如附图9、10所示,其中,附图9给出了进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯和1000mg/m3丙酮混合双组分VOCs气体中甲苯的催化燃烧降解效果曲线图,附图10给出了进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯和1000mg/m3丙酮混合双组分VOCs气体中丙酮的催化燃烧降解效果曲线图;从附图9和附图10中可以看出,当催化床的床层温度一定时,甲苯丙酮双组分去除效果稳定,在床层温度450℃时,甲苯的去除效果在95%左右,丙酮去除效果达85%以上。
如附图11-13所示,其中,图11给出了进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯、1000mg/m3丙酮和1000mg/m3乙酸乙酯混合三组分VOCs气体中甲苯催化燃烧降解效果曲线图;图12给出了进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯、1000mg/m3丙酮和1000mg/m3乙酸乙酯混合三组分VOCs气体中乙酸乙酯催化燃烧降解效果曲线图;图13给出了进气量Q=27m3/h,不同温度下1000mg/m3甲苯、1000mg/m3丙酮和1000mg/m3乙酸乙酯混合三组分VOCs气体中丙酮催化燃烧降解效果曲线图;从附图11-13可以看出,在床层温度450℃时,三组分的去除效果是最高的,其中甲苯的效果最好,达90%以上,其次是乙酸乙酯和丙酮,达85%左右。对比双组分的甲苯、丙酮去除效果有所下降,分析认为混合三组分VOCs的总分子数远多于双组份VOCs分子数,针对床层不变的活性位点数,各组分存在竞争,相互竞争降低了各自的去除效率。
本发明所述的一种VOCs的热回收利用系统及方法,其中,微波催化燃烧装置通过微波催化氧化制备的纳米陶筛整体式催化剂,利用换热器合理回收挥发性有机物燃烧时产生的热量,从而实现VOCs废气高效催化氧化并实现热回用;微波催化燃烧装置利用微波加热替代传统的电加热等形式,可提高加热速度和能量转换效率;发明装置微波功率连续可调、操作简单,适合于大气量工业VOCs废气的治理,可应用于涂装、橡胶和印刷包装等行业的VOCs废气治理,具有广阔的应用前景。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一,本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制,还包括在本发明所公开的技术范围内,任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。
Claims (10)
1.一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,包括微波催化燃烧装置(1)、第一换热器(2)、第二换热器(3)、尾气吸收装置(4)、新风装置(6)及进气通道(10);进气通道(10)的一端与VOCs气源连接,另一端与第一换热器(2)的壳侧进口连接,第一换热器(2)的壳侧出口与微波催化燃烧装置(1)的进气口连接;微波催化燃烧装置(1)的出气口与第一换热器(2)的管侧进口连接,第一换热器(2)的管侧出口与第二换热器(3)的管侧进口连接,第二换热器(3)的管侧出口与尾气吸收装置(4)的进口端连接;新风装置(6)的新风出口与第二换热器(3)的壳侧进口连接,第二换热器(3)的壳侧出口与供热管网连接,通过供热管网与用热用户连接。
2.根据权利要求1所述的一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,还包括气泵(5),气泵(5)设置在VOCs气源与进气通道(10)之间,气泵(5)的进气口与VOCs气源连接,出气口与进气通道(10)连通。
3.根据权利要求1所述的一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,第二换热器(3)的管侧出口分两路设置,其中一路通过第一连接管道与尾气吸收装置(4)的进口端连接,另一路通过第二连接管道与进气通道(10)连通;第一连接管道上设置有第一电磁阀(7),第二连接管道上设置有第二电磁阀(8),进气通道(10)与VOCs气源之间设置有第三电磁阀(9)。
4.根据权利要求1所述的一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,微波催化燃烧装置(1)包括催化燃烧室(101)、催化床(102)及微波发射装置(103);催化燃烧室(101)的一端设置进气口(106),另一端设置出气口(107);进气口(106)与第一换热器(2)的壳侧出口连通,出气口与第一换热器(2)的管侧进口连通;
催化床(102)安装在催化燃烧室(101)内,催化床(102)上设置有催化剂,微波发射装置(103)安装在催化燃烧室(101)上,微波发射装置(103)通过导波管与催化燃烧室(101)连通;微波发射装置(103)用于向催化燃烧室(101)内发射微波,且催化燃烧室(101)的微波传播方向与VOCs的流动方向一致。
5.根据权利要求4所述的一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,催化剂为蜂窝状催化剂,蜂窝状催化剂中的蜂窝孔道与VOCs的流动方向一致;蜂窝状催化剂采用纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂。
6.根据权利要求5所述的一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂的制备过程,包括以下步骤:
步骤1、将可溶性Cu盐、可溶性Mn盐及可溶性Ce盐按比例加入到水中,搅拌充分溶解,得到活性组分前驱液;
步骤2、将纳米陶筛催化剂载体浸入活性组分前驱液中,得到负载活性组分前驱体的催化剂样品,并经过风干、烘干干燥及焙烧处理,得到所述纳米陶筛载体负载过渡金属Cu-Mn-Ce活性组分催化剂。
7.根据权利要求4所述的一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,进气口(106)设置在催化燃烧室(101)的上端中心,催化燃烧室(101)的上端采用平面收口;出气口(107)设置在催化燃烧室(101)的下端中心,催化燃烧室(101)的下端采用四面斜面收口。
8.根据权利要求4所述的一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,催化燃烧室(101)的侧边设置有凹槽式开关门,凹槽式开关门与催化燃烧室(101)密封连接。
9.根据权利要求4所述的一种VOCs的热回收利用系统,其特征在于,催化燃烧室(101)的上端设置有测温孔,测温孔中安装有热电偶探针(105),热电偶探针(105)的测量端垂直伸入催化剂中。
10.一种VOCs的热回收利用方法,其特征在于,利用权利要求1-9任意一项所述的一种VOCs的热回收利用系统,包括:
VOCs废气经进气管道进入第一换热器的壳侧,VOCs废气在第一换热器中换热后,进入微波催化燃烧装置中进行催化燃烧;催化燃烧后的VOCs尾气,进入第一换热器管侧;VOCs尾气在第一换热器中与VOCs废气换热后,进入第二换热器中进行热量回收,热量回收利用后通至尾气吸收装置,利用尾气吸收装置对换热后的VOCs尾气进行吸收处理。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210416 |
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