CN113209911B - 微波辅助处理非甲烷总烃的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非甲烷总烃处理领域，公开了一种微波辅助处理非甲烷总烃的设备及方法。所述方法包括：采用微波将用于催化非甲烷总烃氧化的催化剂加热到反应温度；采用催化剂处理含有非甲烷总烃的待处理气体，使待处理气体中的非甲烷总烃在催化剂的催化作用下发生氧化反应转化为水蒸气和二氧化碳。本发明通过采用微波对催化剂直接加热，能够有效提高催化剂的加热效率以及加热均匀性，降低能耗，缩短加热时间，同时使得待处理气体可以在常温状态下进入反应，从而提高了反应的安全性；通过利用微波与催化剂的非热效应，可以实现氧原子的快速转移，显著提高催化剂活性，提升非甲烷总烃催化氧化反应速度；非甲烷总烃可以在较低温度条件下实现高效率转化。

Description

微波辅助处理非甲烷总烃的设备及方法

技术领域

本发明涉及非甲烷总烃处理技术领域，具体地涉及一种微波辅助处理非甲烷总烃的设备及方法。

背景技术

非甲烷总烃(NMHC)是指除甲烷以外的所有可挥发的碳氢化合物(其中主要是C2-C8)的总称。大气中的NMHC超过一定浓度，除直接对人体健康有害外，在一定条件下经日光照射还能产生光化学烟雾，对环境和人类造成危害。因此，在石油、化工等废气中易含有NMHC的行业中，需要对NMHC进行处理，以满足废气排放要求。

目前，对于NMHC的处理有吸附回收法和破坏焚烧法，吸附回收法适于处理NMHC浓度较高的废气，破坏焚烧法适于处理NMHC浓度较低的废气。其中，破坏焚烧法中最具代表性的是催化氧化法，催化氧化法是目前NMHC趋零排放的主要解决手段。

然而，现有的催化氧化工艺是通过电加热或蒸汽换热等方式实现对废气的加热(温度高达200-300℃)，进而通过加热的废气来加热催化剂，并使得催化剂保持高活性状态将废气中的非甲烷总烃转化为二氧化碳和水蒸气。这种工艺由于需要两次换热，存在加热效率低、能耗大、加热时间长的缺点，而且由于催化剂是通过废气加热，废气的流量、浓度、组成等对催化剂的温度场影响较大，易导致催化剂加热不均匀、能耗大、反应效率低、安全性差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波辅助处理非甲烷总烃的设备及方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种微波辅助处理非甲烷总烃的方法，所述方法包括：

采用微波将用于催化非甲烷总烃氧化的催化剂加热到反应温度；

采用所述催化剂处理含有非甲烷总烃的待处理气体，使所述待处理气体中的非甲烷总烃在所述催化剂的催化作用下发生氧化反应转化为水蒸气和二氧化碳。

可选地，所述反应温度为50-450℃。

可选地，所述方法包括：在采用所述催化剂处理所述待处理气体前，将所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度降至30g/m³以下。

可选地，采用吸附方式降低所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度。

可选地，所述反应温度T与所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度C之间满足如下关系：

可选地，所述催化剂包括载体、涂覆在所述载体表面的涂层以及附着在所述涂层上的活性元素和助剂。

可选地，所述非甲烷总烃中的不同成分采用具有不同活性元素的催化剂处理。

可选地，所述非甲烷总烃中的苯系物采用活性元素为铜的催化剂处理，所述非甲烷总烃中C2-C3的碳氢化合物采用活性元素为钴的催化剂处理，所述非甲烷总烃中C4-C8的碳氢化合物采用活性元素为铂或钯的催化剂处理。

可选地，所述活性元素为铜的催化剂采用频率为915MHz±50MHz的微波加热，所述活性元素为钴的催化剂采用频率为915MHz±50MHz和/或2450MHz±50MHz的微波加热，所述活性元素为铂或钯的催化剂采用频率为2450MHz±50MHz的微波加热。

可选地，所述方法包括：对所述待处理气体进行预热。

可选地，将所述待处理气体经催化氧化后产生的净化气体中携带的热量传递给所述待处理气体，以预热所述待处理气体；或者

采用电加热的方式预热所述待处理气体。

可选地，所述方法包括：将所述催化剂与吸附剂相结合，使所述吸附剂在升温至所述反应温度前吸附所述待处理气体中的非甲烷总烃，并在升温至所述反应温度后解吸所述非甲烷总烃，以使所述非甲烷总烃通过所述催化剂进行催化氧化。

可选地，所述催化剂与所述吸附剂的结合方式为：所述催化剂与所述吸附剂采用分层方式相结合，所述催化剂与所述吸附剂采用物理混合方式相结合，或者将所述吸附剂作为所述催化剂的载体。

可选地，所述方法包括：在催化氧化反应完成后，采用净化气体对所述吸附剂进行吹扫降温。

本发明另一方面提供一种微波辅助处理非甲烷总烃的设备，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备用于执行以上所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法。

本发明通过采用微波对催化剂直接加热，能够有效提高催化剂的加热效率以及加热均匀性，降低能耗，缩短加热时间，同时使得待处理气体可以在常温状态下进入反应，从而提高了反应的安全性；另外，通过利用微波与催化剂的非热效应，可以实现氧原子的快速转移，显著提高催化剂的活性，提升非甲烷总烃催化氧化的反应速度；此外，非甲烷总烃可以在较低温度条件下实现高效率转化。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第一种实施方式的示意图；

图2是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第二种实施方式的示意图；

图3是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第三种实施方式的示意图；

图4是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第四种实施方式的示意图；

图5是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第五种实施方式的示意图；

图6是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第六种实施方式的示意图；

图7是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第七种实施方式的示意图；

图8是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第八种实施方式的示意图；

图9是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第九种实施方式的示意图；

图10是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第十种实施方式的示意图；

图11是本发明中微波辅助处理非甲烷总烃的设备的第十一种实施方式的示意图。

附图标记说明

10-反应器，10a-第一反应器，10b-第二反应器，11-催化剂，12-微波发生器，13-第一温度监测器，14-压差监测器，15-防爆型阻火器，16-废气源，17-浓度分析仪，18-废气控制阀，18a-第一阀门，18b-第四阀门，19-惰性气体源，20-惰性气体控制阀，21-第二温度监测器，22-第三温度监测器，23-换热器，24-风机，25-吸附剂，26a-第二阀门，26b-第五阀门，27-循环控制阀，27a-第三阀门，27b-第六阀门，28-排气阀，28a-第一排气阀，28b-第二排气阀，29-第一蓄热器，30-第二蓄热器，31-第三蓄热器，32-程控阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是指参照附图所示的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

本发明一方面提供一种微波辅助处理非甲烷总烃的方法，所述方法包括：

采用微波将用于催化非甲烷总烃氧化的催化剂加热到反应温度；

采用所述催化剂处理含有非甲烷总烃的待处理气体，使所述待处理气体中的非甲烷总烃在所述催化剂的催化作用下发生氧化反应转化为水蒸气和二氧化碳。

上述中，需要说明的是，所述待处理气体可以是石油、化工等行业排放的含有非甲烷总烃的废气。

在本发明中，通过微波作用于催化剂的方式对非甲烷总烃进行处理，是利用微波与催化剂的耦合作用而销毁非甲烷总烃。通过此方法，一方面可利用微波超高电磁场对非甲烷总烃大分子预分离和切割作用使其转化为非甲烷总烃小分子；另一方面催化剂在接受微波辐射升温后，可产生均匀的活性位点，并在微波作用下加速活性位点储氧与释氧的速率，非甲烷总烃在经过活性位点时转化为二氧化碳和水蒸气并释放热量，从而实现微波与催化剂耦合处理非甲烷总烃的目的。其中，催化剂在相同表面温度下，有微波辐射比无微波辐射更有利于非甲烷总烃的转化效率的提升。相同反应温度下，由于微波和催化剂的双重作用，相同浓度的非甲烷总烃反应效率更高；与此同时，相同处理效率前提下，相同的非甲烷总烃转化效率对应的转化温度更低。

本发明通过采用微波对催化剂直接加热，能够有效提高催化剂的加热效率以及加热均匀性，降低能耗，缩短加热时间，同时使得待处理气体可以在常温状态下进入反应，从而提高了反应的安全性；另外，通过利用微波与催化剂的非热效应，可以实现氧原子的快速转移，显著提高催化剂的活性，提升非甲烷总烃催化氧化的反应速度；此外，非甲烷总烃可以在较低温度条件下实现高效率转化。

本发明中，所述反应温度优选为50-450℃，催化剂在该温度范围内具有较强的吸波能力和受热均匀性。

本发明中，待处理气体中非甲烷总烃的浓度最好不高于30g/m³，若高于30g/m³，则所述方法可包括：在采用所述催化剂处理所述待处理气体前，将所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度降至30g/m³以下。这样可以防止非甲烷总烃因浓度较大而无法反应完全，从而导致催化剂烧结失活，产生热量较大而引起安全隐患。

上述中，可以采用吸附方式降低所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度。其中，吸附方式可以是例如吸附均化方式、吸附吸收方式、低温吸收方式、低温吸收吸附方式、冷凝吸附方式、加压吸收膜分离方式等。

其中，吸附均化方式是通过在反应器(即用于催化氧化非甲烷总烃的反应器)的待处理气体入口设置均化罐的方式进行吸附回收非甲烷总烃；均化罐内填充一定体积的吸附剂，该吸附剂选用介孔类为主的吸附剂；当待处理气体中含有少量浓度(如10ppm)的硫化物时，均化罐内可填充具有一定脱硫功能的吸附剂，以保护反应器内的催化剂，避免催化剂硫中毒；增加均化罐之后，可以延缓气体进入反应器的时间，起到缓冲罐的作用；另一方面均化罐起到物理吸附和脱附作用，均化罐出口排出气体中的非甲烷总烃的浓度相对于入口更加均衡，从而有利于催化氧化反应的顺利进行。

吸附吸收方式是在反应器的入口设置吸附单元和吸收单元，吸附单元能够吸附非甲烷总烃，吸附饱和后解吸并通过吸收单元液化回收，从而实现调节浓度的作用。在一个优选的实施方式中，吸附单元包括两个以上的吸附罐，吸附罐可以定期再生，再生的方式可以通过变压或变温等方式实现，吸附单元入口的非甲烷总烃浓度在50g/m³-600g/m³之间，吸附单元出口的非甲烷总烃浓度在5g/m³-25g/m³之间。

低温吸收方式是通过降低温度将待处理气体中的非甲烷总烃液化。低温吸收吸附方式是在低温吸收方式的基础上并联或串联一个吸附单元，吸附单元可以定期再生，从而清除大部分非甲烷总烃。

冷凝吸附方式是先通过冷凝回收绝大部分非甲烷总烃，然后采用吸附单元进一步净化回收；冷凝温度可以根据实际工况具体设置，一般为-70℃-10℃之间；吸附单元可采用多个并联的方式定期进行切换并再生，解吸的非甲烷总烃可再通过冷凝回收。

加压吸收膜分离方式是先通过加压单元高效吸收待处理气体中的非甲烷总烃，之后进入到膜分离单元，通过膜分离单元的渗透侧由真空泵重新返回到加压单元，经过几次循环，降低待处理气体中非甲烷总烃的浓度。

本发明中，为了提高催化反应效率及效果，所述反应温度T与所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度C之间满足可如下关系：

其中，T的单位为℃，C的单位为g/m³。反应温度T在选取时根据待处理气体中非甲烷总烃的浓度C来决定。当浓度C为0-5g/m³时，温度T控制在300-450℃，其满足公式T＝450-30C；当浓度C为5-10g/m³时，温度T控制在200-300℃，其满足公式T＝400-20C；当浓度C为10-30g/m³时，温度T控制在50-300℃，其满足公式T＝275-7.5C。

本发明中，所述催化剂可以是蜂窝陶瓷型或是其他颗粒形式。所述催化剂可包括载体、涂覆在所述载体表面的涂层以及附着在所述涂层上的活性元素和助剂。当微波作用在所述催化剂上时，可发生非热效应，促使助剂的价位发生变化，加快活性元素存储氧和释放氧的速度。其中，所述涂层、活性元素以及助剂均可采用介质损耗较高的物质，以具有较高的吸波能力，实现在微波辐射下的有效升温；所述载体可采用介质损耗较低的物质，以在受微波辐射时趋于常温状态。其中，所述载体可选自堇青石蜂窝载体或堇青石-碳化硅复合载体，所述涂层可包括粘结剂和碳化硅；以所述催化剂的总重量为基准，所述堇青石蜂窝载体的含量或所述堇青石-碳化硅复合载体中堇青石的含量可以为65-80重量％，所述粘结剂(可含有氧化铝)的含量可以为11.5-12重量％，所述碳化硅的含量可以为0.5-16重量％，所述活性元素的含量可以为0.2-0.33重量％，所述助剂的含量可以为7.11-7.15重量％；其中，所述活性元素可以为第IB族元素(例如金)和/或第VIII族元素(例如铁、钴、钯、铂)；所述助剂可选自镧系元素(例如镧、铈)、第IVB族元素(例如锆)、第VIIB族元素(例如锰)和第VIII族元素中的至少一种。

为了提高非甲烷总烃的转化率，所述非甲烷总烃中的不同成分可采用具有不同活性元素的催化剂处理。根据本发明的一种实施方式，所述非甲烷总烃中的苯系物可采用活性元素为铜的催化剂处理，所述非甲烷总烃中C2-C3的碳氢化合物可采用活性元素为钴的催化剂处理，所述非甲烷总烃中C4-C8的碳氢化合物可采用活性元素为铂或钯的催化剂处理。

上述中，具有不同活性元素的催化剂可采用不同频率的微波进行加热。通过研究发现不同活性元素在以下频率的微波辐射作用下加热效果最好，所述活性元素为铜的催化剂可采用频率为915MHz±50MHz的微波加热，所述活性元素为钴的催化剂可采用频率为915MHz±50MHz和/或2450MHz±50MHz的微波加热，所述活性元素为铂或钯的催化剂可采用频率为2450MHz±50MHz的微波加热。具体地可参考下表(其中，T⁹⁵表示非甲烷总烃去除率为95％时的催化剂表面温度)：

如上表所示，苯系物的催化剂选用铜作为主要活性元素，铜的价格低廉，并且与其他活性元素相比，处理苯系物的温度最低(180℃)，其在915MHz下相对于2450MHz的介电损耗更大且趋肤深度(表示一定频率微波下能够穿透材料的深度)较为合理，因此优选用915MHz的微波进行加热。C2-C3的碳氢化合物的催化剂以钴为主要活性元素，与其他活性元素相比，钴处理C2-C3的温度最低，可以单独选用915MHz或2450MHz的微波，也可以采用两种频率的微波共同加热，其中单独采用915MHz的趋肤深度更大，两种频率的微波共同加热的加热效果最佳。C4-C8的碳氢化合物的催化剂选用铂或钯为主要活性元素，其对于C4-C8去除效果最好，所需的温度最低，根据其介电损耗特点优选2450MHz的微波进行单独加热。

本发明中，为了进一步提高反应效率，所述方法可包括：对所述待处理气体进行预热。其中，预热的方式有多种，例如可以将所述待处理气体经催化氧化后产生的净化气体中携带的热量传递给所述待处理气体，以预热所述待处理气体，也就是说，使产生的净化气体与待处理气体换热，这样可以提高能量利用率，降低能耗，减少排放的高温气体对环境、设备的损害；也可以采用电加热的方式预热所述待处理气体。当然，还可以将高温的净化气体直接通至待处理气体中与待处理气体混合。其中，需要说明的是，所述净化气体包括非甲烷总烃氧化生成的二氧化碳和水蒸气，以及待处理气体中除非甲烷总烃外的其他气体。

本发明中，为了防止待处理气体因处理量较大、非甲烷总烃浓度太低而导致热量损失较大，所述方法可包括：将所述催化剂与吸附剂相结合，使所述吸附剂在升温至所述反应温度前吸附所述待处理气体中的非甲烷总烃，并在升温至所述反应温度后解吸所述非甲烷总烃，以使所述非甲烷总烃通过所述催化剂进行催化氧化。也就是说，可以先采用吸附剂吸附待处理气体中的非甲烷总烃而将非甲烷总烃富集，然后再将非甲烷总烃解吸出来以较高的浓度进行催化氧化反应。

其中，催化剂与吸附剂可通过多种方式相结合，例如，可使所述催化剂与所述吸附剂采用分层方式相结合，使所述催化剂与所述吸附剂采用混合方式相结合(吸附剂和催化剂的比例优选在1:2到2:1之间，吸附剂优选为活性炭或A型硅胶)，或者直接将所述吸附剂作为所述催化剂的载体。上述中，可以理解的是，所述催化剂也可以吸附一定的非甲烷总烃。

本发明中，所述方法还可包括：在催化氧化反应完成后，采用净化气体对所述吸附剂进行吹扫降温。

本发明另一方面提供一种微波辅助处理非甲烷总烃的设备，上述微波辅助处理非甲烷总烃的方法可采用所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备进行。

所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括反应器10和微波发生器12，反应器10包括内部限定有反应室的壳体，所述反应室内设置有用于催化非甲烷总烃氧化的催化剂11，所述壳体上开设有与所述反应室连通的第一开口和第二开口，所述第一开口用于供含有非甲烷总烃的待处理气体进入所述反应室，所述第二开口用于供经过催化氧化反应后的净化气体排出；微波发生器12安装于反应器10上，并设置为向所述反应室内辐射微波，其中，催化剂11设置为能够吸收微波而升温。

上述中，为了防止所述反应室内的微波发生泄漏，所述壳体采用不透波材料制成，所述第一开口处和所述第二开口处可设置有微波屏蔽网。反应器10的设计压力最好高于混合气体下的最大化学爆炸力，优选的可以是0.4-1.0MPa，反应器10的工作压力为常压。

为了提高催化剂11受热的均匀性，如图1所示，催化剂11可以位于所述反应室的中部，其与反应器11的内壁之间形成环空，催化剂11可以填充在设置于所述反应室内的密闭的透波容器内。

本发明的微波辅助处理非甲烷总烃的设备通过在反应器10上设置微波发生器12，由微波发生器12辐射微波对催化剂11直接进行加热，能够有效提高催化剂11的加热效率以及加热均匀性，降低能耗，缩短加热时间，同时使得待处理气体可以在常温状态下进入反应器10，从而提高了反应的安全性；另外，通过利用微波与催化剂11的非热效应，可以实现氧原子的快速转移，显著提高催化剂11的活性，提升非甲烷总烃催化氧化的反应速度；此外，非甲烷总烃可以在较低温度条件下实现高效率转化。

本发明中，催化剂11包括固定在所述反应室内的载体、涂覆在所述载体表面的涂层以及附着在所述涂层上的活性元素和助剂。

本发明中，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备可包括第一温度监测器13(可以是光纤传感器、红外传感器或温度变送器等)，第一温度监测器13用于监测催化剂11的温度。这样可以便于根据监测的催化剂11的温度调节微波发生器12的功率，从而将催化剂11的温度控制在设定范围内(例如50-450℃)。

如图1所示，作为优选，所述第一开口位于所述反应室的底部，所述第二开口位于所述反应室的顶部，经所述第一开口进入所述反应室内的待处理气体经过整个催化剂11后从所述第二开口排出。

为了提高非甲烷总烃的转化率，如图2所示，反应器10可包括沿所述反应室的高度方向排布的多层催化剂11，不同层的催化剂11分别采用不同的活性元素，并且相邻层的催化剂11之间通过屏蔽网隔开，所述屏蔽网设置为能够阻止微波穿透而允许气体通过。这样，不同层的催化剂11可以处理非甲烷总烃中的不同成分，从而进一步提高非甲烷总烃的转化率。由于不同的活性元素所需的活化温度不同，通过设置屏蔽网，可以保证每层催化剂11具有不同的温度，相邻层催化剂11之间的温度互不影响，从而实现对不同活性元素的有效活化。

进一步地，如图2所示，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备可包括多个第一温度监测器13和多个微波发生器12，多个第一温度监测器13与多层催化剂11一一对应设置以分别监测多层催化剂11的温度，多个微波发生器12用于分别对多层催化剂11加热，每层催化剂11对应至少一个微波发生器12。其中，作为优选，每层催化剂11对应多个微波发生器12，这样可以提高催化剂加热的均匀性。当然，也可采用一个微波发生器12，该微波发生器12包括多个波导，多个波导从催化剂11的不同方位对催化剂11辐射微波。每个微波发生器12的功率和频率可根据所对应的催化剂的活性元素进行选择，因为不同活性元素对不同频率的微波吸收效率、趋肤深度不同。

为了提高本发明的微波辅助处理非甲烷总烃的设备的智能性、便捷性以及高效性，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备可包括控制单元，所述控制单元分别与第一温度监测器13和微波发生器12电连接，并设置为能够根据第一温度监测器13监测的温度控制微波发生器12的运行。其中，所述控制单元对微波发生器12运行的控制包括开启、关闭以及功率输出大小。所述电连接代表所述控制单元与第一温度监测器13和微波发生器12之间能够通信，也就是说，第一温度监测器13可将温度信号传至所述控制单元，所述控制单元可根据该温度信号输出控制信号控制微波发生器12的运行。

本发明中，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备还包括废气源16，废气源16与所述第一开口连通，用于向反应器10供应待处理气体，废气源16与所述第一开口的连通管路上设置有浓度分析仪17和废气控制阀18(参见图1和图2)，浓度分析仪17用于监测待处理气体中非甲烷总烃的浓度，废气控制阀18用于控制废气源16与所述第一开口的连通与断开。在这种情况下，所述控制单元可分别与浓度分析仪17和废气控制阀18电连接，并设置为能够根据浓度分析仪17监测的浓度控制废气控制阀18的开启和关闭。当浓度分析仪17监测到来自废气源16的待处理气体中非甲烷总烃的浓度超过设定值时，所述控制单元控制废气控制阀18关闭，阻断废气源16与所述第一开口的连通，停止向反应器10提供待处理气体。废气控制阀18优选采用紧急切断阀，优选的切断时间≤2s；浓度分析仪17的响应时间优选为≤1s。

本发明中，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备还可包括惰性气体源19，所述惰性气体源19与所述第一开口连通，惰性气体源19与所述第一开口的连通管路上设置有惰性气体控制阀20(参见图1和图2)，惰性气体控制阀20用于控制惰性气体源19与所述第一开口的连通与断开。在这种情况下，所述控制单元可设置为与惰性气体控制阀20电连接以控制惰性气体控制阀20的开启和关闭。当反应器10内的催化氧化反应完成后，可开启惰性气体控制阀20，将惰性气体源19的惰性气体引入反应器10的反应室内进行吹扫降温。

为了保证所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备运行的可靠性和安全性，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备可包括压差监测器14(例如压差变送器)和防爆型阻火器15，压差监测器14连接于所述第一开口与所述第二开口之间，用于测量所述反应室反应前后压差，以避免设备堵塞；防爆型阻火器15设置于所述第一开口处(参见图1和图2)，用于保护位于其上游的部件的安全。

例如图1和图2所示，浓度分析仪17间隔地设置于废气控制阀18的上游，并且浓度分析仪17与废气控制阀18之间的距离满足如下关系：

(T₁+T₂)×V<L

其中，T₁为浓度分析仪17的测量时间(单位：s)，T₂为废气控制阀18的切断时间(单位：s)，V为待处理气体的流动速度(单位：m/s)，L为浓度分析仪17与废气控制阀18之间的距离(单位：m)。通过这种设置方式能够保证在浓度分析仪17检测出问题时，废气控制阀18能够及时切断。

另外，如图1和图2所示，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备还可包括用于监测所述待处理气体的温度的第二温度监测器21(例如温度变送器)以及用于监测所述净化气体的温度的第三温度监测器22(例如温度变送器)，所述控制单元可分别与第二温度监测器21和第三温度监测器22电连接，并设置为在第三温度监测器22监测的温度与第二温度监测器21监测的温度之间的差值超过设定值时发出警报。另外，当第三温度监测器22监测的温度超过设定值时，所述控制单元也发出警报。

本发明中，为了使进入反应器10内的待处理气体中非甲烷总烃的浓度不高于30g/m³，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备可包括吸附装置，所述吸附装置设置于废气源16与所述第一开口的连通管路上，且位于浓度分析仪17的上游，以用于吸附所述待处理气体中的非甲烷总烃。也就是说，来自废气源16的待处理气体先通过吸附装置除去大部分的非甲烷总烃，剩余的非甲烷总烃则进入反应器10内进行催化氧化而破坏焚烧掉。

上述中，所述吸附装置有多种实施方式，例如可以采用均化罐、吸附吸收装置(首先经吸附单元实现富集，吸附饱和后解吸的高浓度非甲烷总烃通过吸收单元实现液化回收)、低温吸收装置(液化回收大部分非甲烷总烃)、低温吸收吸附装置(先通过低温吸收单元回收大部分非甲烷总烃，其余非甲烷总烃则进入吸附单元，吸附单元吸附饱和后定期再生，再生的高浓度非甲烷总烃再次返回低温吸收单元进行液化回收)、冷凝吸附装置(首先通过冷凝单元回收绝大部分非甲烷总烃，之后通过吸附单元进一步回收，吸附单元定期进行切换并再生，回收的高浓度非甲烷总烃重新返回冷凝单元回收)、加压吸收膜分离装置等。上述吸附装置作为待处理气体进行催化氧化前的预处理装置，能够更好的满足反应器10进气口非甲烷总烃的浓度要求，从而使整个设备达到更高的处理效率要求，使得非甲烷总烃最终实现趋零排放。

所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备还可包括过滤除尘装置，所述过滤除尘装置设置于废气源16与所述第一开口的连通管路上，且位于浓度分析仪17的上游，以对待处理气体进行过滤除尘。在吸附装置存在的情况下，所述过滤除尘装置可位于吸附装置的上游，这样可以避免吸附装置和反应器10受到影响。

本发明中，为了进一步提高设备反应的高效性，提高能量利用率，可利用所述净化气体携带的热量对待处理气体进行预热。这样不仅能够降低最终排入大气中的净化气体的温度，减少高温气体对环境、对设备的损害；还可以适当提高进入反应器的待处理气体的温度，使气体能够尽快达到反应条件，从而提高反应效率。

具体地，根据本发明的一种实施方式，如图3所示，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括换热器23，所述换热器23连接于反应器10的第一开口与第二开口之间，用于将所述净化气体的热量传递给所述待处理气体。也就是说，来自废气源16的待处理气体，通过换热器23与从所述第二开口排出的净化气体换热后，经所述第一开口进入反应器10内。

根据本发明的另一种实施方式，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括风机24，所述风机24连接于所述第一开口与所述第二开口之间，用于将从所述第二开口排出的所述净化气体经所述第一开口引入所述反应室内。

具体地，如图4所示，风机24的进气口与反应器10的第二开口连通，且连通管路上设置有控制通断的循环控制阀27，风机24的出气口与反应器10的第一开口连通。在使用时，通过关闭排气阀28并打开循环控制阀27和风机24，即可开启自循环加热模式，反应器10内的气体在风机24提供动力前提下实现循环，在气体流动的作用下，催化剂11能够更好的被均匀加热。

根据本发明的又一种实施方式，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括第一蓄热器29和第二蓄热器30，第一蓄热器29和第二蓄热器30分别连接于所述第一开口和所述第二开口，以用于将所述净化气体的热量传递给所述待处理气体。在该实施方式中，所述第一开口既用于供待处理气体进入所述反应室，又用于供所述净化气体排出；所述第二开口既用于供所述净化气体排出，又用于供待处理气体进入所述反应室。

具体地，如图5所示，第一蓄热器29和第二蓄热器30通过若干管路和程控阀32并联在废气源16、惰性气体源19与反应器10之间。在使用时，打开废气源16与第一蓄热器29的连通管路上的废气控制阀18和对应的程控阀32，废气源16内的待处理气体会进入第一蓄热器29内，吸收第一蓄热器29内蓄热体的热量(此时第一蓄热器29作为预热器)，之后进入反应器10的反应室内进行催化氧化；反应器10产生的高温净化气体随之进入第二蓄热器30，高温净化气体中的热量被第二蓄热器30内的蓄热体吸收(此时第二蓄热器30作为冷却器)以实现冷却，之后温度较低的净化气体通过第二蓄热器30的出气口排至外界(该排气可通过设置在与第二蓄热器30的出气口连接的排气管路上的对应程控阀32控制)。当第一蓄热器29内蓄热体的热量释放完后，可通过切换对应的程控阀32来切换第一蓄热器29和第二蓄热器30的工作流程，使来自废气源16的待处理气体进入第二蓄热器30内吸收热量(此时第二蓄热器30作为预热器)，反应器10产生的高温净化气体进入第一蓄热器29内将热量储存在第一蓄热器29的蓄热体中(此时第一蓄热器29作为冷却器)，冷却后的净化气体通过第一蓄热器29的出气口排至外界(该排气可通过设置在与第一蓄热器29的出气口连接的排气管路上的对应程控阀32控制)。

本发明中，为了提高所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备的处理量和处理效果，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备可包括多个反应器10，多个反应器10可通过所述第一开口和所述第二开口相互串联。其中，不同的反应器对应的催化剂填充量、催化剂类型、微波频率、微波功率可以相同，也可以不同。不同反应器在不同催化剂及不同温度下体现不同的非甲烷总烃去除效率，但其去除效率是叠加的，能够实现非甲烷总烃去除效率的整体提升。与此同时，也可以在两个反应器10之间增加气体降温措施，例如设置换热器，该换热器可选择风冷或水冷等降温方式，从而将进入下游反应器的气体温度控制在安全范围内。

具体地，例如图6所示，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括两个反应器10，下面反应器10的第一开口分别与废气源16和惰性气体源19连通，下面反应器10的第二开口与上面反应器10的第一开口连通，上面反应器10的第二开口与外界连通，压差监测器14连接于上面反应器10的第二开口与下面反应器10的第一开口之间。

对于具有多个反应器10的微波辅助处理非甲烷总烃的设备，为了提高能量利用率以及反应效率，也可以通过设置换热器、风机、蓄热器等来实现净化气体与待处理气体的换热。例如图11所示，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括两个相互串联的反应器10(分别为第一反应器10a和第二反应器10b)和三个蓄热器(分别为第一蓄热器29、第二蓄热器30以及第三蓄热器31)，第一蓄热器29和第二蓄热器30通过若干管路和程控阀32连接在第一反应器10a的两侧，第二蓄热器30和第三蓄热器31通过若干管路和程控阀32连接在第二反应器10b的两侧。来自废气源16的待处理气体可通过切换对应的程控阀32选择进入不同的蓄热器。当待处理气体进入第一蓄热器29吸收热量时，从第一反应器10a排出的净化气体携带的热量可被第二蓄热器30内的蓄热体吸收，之后大部分净化气体可排至外界，少部分净化气体可进入第三蓄热器31中吹扫残余在第三蓄热器31内的非甲烷总烃，使其进入第二反应器10b内彻底净化。在其他实施方式中，三个蓄热器可采用循环方式依次切换，三个蓄热器依次作为预热器、冷却器、吹扫器。

本发明通过多个反应器10的串联使用，能够扩大反应器进气口气体浓度处理范围，不再局限于安全浓度(例如＜25％LEL)的限制；同时也可以很好的控制最终排放的气体温度，使其始终处于安全工作范围内。例如，在所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括三个串联的反应器10的实施方式中，一级反应器10的进气口气体浓度可以得到进一步放宽，由25％LEL可进一步提升至混合气体的爆炸范围，例如100％LEL；一级反应器10内催化剂11的反应温度设定为150℃(此为该催化剂50％转化效率下的温度)，由于该温度下催化剂转化效率较低，且150℃温度远低于混合气体的自燃温度，可实现本质安全，一级反应器10的出气口气体浓度则降低至50％LEL，气体温度升高后可通过换热器进行适当降温处理；二级反应器10内催化剂的反应温度同样设定为150℃，在50％转化效率下降至25％LEL，二级反应器10的出气口处可设置有换热器进一步降低气体温度；三级反应器10内催化剂的反应温度设定为300℃，对应转化效率为99.9％，从而实现非甲烷总烃的彻底净化处理。

本发明中，所述反应室内还可以设置有吸附剂25，吸附剂25可设置为：与催化剂11沿所述反应室的高度方向分层设置(参见图9和图10，吸附剂层和催化剂层可分别采用不同的微波发生器进行温度控制，使得吸附剂处于最佳解吸温度，催化剂处于最佳催化温度)、与催化剂11混合设置(参见图7和图8)或者用作催化剂11的所述载体。

在所述反应室内同时设有催化剂11和吸附剂25的情况下，多个反应器10可通过所述第一开口和所述第二开口相互并联。这样，多个反应器10可交替进行吸附模式和脱附催化模式。

具体地，例如图7所示的实施方式，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括两个反应器10，两个反应器10的第一开口分别与废气源16连通，并且两个反应器10的第一开口分别与两个惰性气体源19连通。

例如图8-图10所示的实施方式，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备包括废气源16、风机24以及两个反应器10，两个反应器10分别形成为第一反应器10a和第二反应器10b，其中：第一反应器10a的第一开口通过第一管路与废气源16连通，所述第一管路上设置有用于控制所述第一管路通断的第一阀门18a；第一反应器10a的第一开口通过第二管路与风机24的出气口连通，所述第二管路上设置有用于控制所述第二管路通断的第二阀门26a；第一反应器10a的第二开口通过第三管路与风机24的进气口连通，所述第三管路上设置有用于控制所述第三管路通断的第三阀门27a；第一反应器10a的第二开口连接有第一排气管，所述第一排气管上设置有用于控制所述第一排气管通断的第一排气阀28a；第二反应器10b的第一开口通过第四管路与废气源16连通，所述第四管路上设置有用于控制所述第四管路通断的第四阀门18b；第二反应器10b的第一开口通过第五管路与风机24的出气口连通，所述第五管路上设置有用于控制所述第五管路通断的第五阀门26b；第二反应器10b的第二开口通过第六管路与风机24的进气口连通，所述第六管路上设置有用于控制所述第六管路通断的第六阀门27b；第二反应器10b的第二开口连接有第二排气管，所述第二排气管上设置有用于控制所述第二排气管通断的第二排气阀28b。所述控制单元设置为能够分别控制第一阀门18a、第二阀门26a、第三阀门27a、第四阀门18b、第五阀门26b、第六阀门27b、第一排气阀28a以及第二排气阀28b的开启和关闭。

在使用时，例如可使第一反应器10a先吸附，第二反应器10b脱附催化。第一反应器10a吸附时：关闭第一反应器10a上的微波发生器12，打开第一阀门18a和第一排气阀28a(或第三阀门27a，第三阀门27a打开时第二反应器10b处于降温吹扫外循环阶段)，来自废气源16的待处理气体进入第一反应器10a中，经吸附剂25和催化剂11吸附净化后排至外界。此时第二反应器10b处于脱附催化内循环和降温吹扫外循环阶段，第二反应器10b脱附催化内循环时：第二反应器10b上的微波发生器12、风机24、第五阀门26b、第六阀门27b打开，反应器10b内的吸附剂25和催化剂11快速吸收微波并升温，吸附剂25吸附的非甲烷总烃从吸附剂25解吸出来，通过催化剂11转化为二氧化碳和水蒸气，并释放热量，同时在风机24的循环作用下，吸附剂25不断被解吸彻底，解吸出来的非甲烷总烃不断通过催化剂11转化而彻底分解。之后，第二反应器10b关闭脱附催化内循环模式，开启降温吹扫外循环模式：第一排气阀28a、第六阀门27b关闭，第三阀门27a、第二排气阀28b打开，经过第一反应器10a净化后的常温净化气体通过风机24引入第二反应器10b内，常温净化气体经过第二反应器10b时能够带走其内吸附剂25和催化剂11的多余热量，并使其快速降温。第二反应器10b降温吹扫外循环模式结束后，可关闭待处理气体进入第一反应器10a的通道，切换至第二反应器10b继续工作。具体工作模式可参考下表：

图8-图10所示的实施方式具有以下优势：能够最大程度的缩短微波发生器的开启时间(微波发生器只在脱附催化时开启)，降低能耗；在内循环阶段可实现吸附剂的多次、彻底解吸，并通过催化剂实现非甲烷总烃的多次循环转化，彻底分解，不用考虑催化剂空间速度的影响；对大流量、低浓度的非甲烷总烃处理可实现高效节能，流量对其影响能够降至最低；微波仅对有限体积的吸附剂和催化剂加热，相比于气体流量越大所需加热的气体或催化剂所需的功率越大的传统加热方式，所需能耗显著降低。

本发明的微波辅助处理非甲烷总烃的设备具有以下有益效果：

可实现催化剂活性元素“点位”的直接加热，避免催化剂表面整体加热，实现催化剂的快速加热、快速降温，显著提升催化氧化的反应速度；

催化剂温度稳定，反应室温度接近常温，极大程度上降低了催化剂烧结失活的风险；

设备的阻力降可以降低至2KPa以下，由此可以在相同的阻力降前提下使得反应器具有更大的高径比组合设计；

设备响应速度快，加热惯性小，组成简单，占地面积小，运行能耗低，装机功率小，能耗损失小；

微波发生器12与催化剂11不直接接触，待处理气体无需加热直接与催化剂发生反应，产生的反应温度较低，反应器10更加安全。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述方法包括：

采用微波将用于催化非甲烷总烃氧化的催化剂加热到反应温度；

采用所述催化剂处理含有非甲烷总烃的待处理气体，使所述待处理气体中的非甲烷总烃在所述催化剂的催化作用下发生氧化反应转化为水蒸气和二氧化碳；

所述催化剂包括载体、涂覆在所述载体表面的涂层以及附着在所述涂层上的活性元素和助剂；所述载体为堇青石蜂窝载体或堇青石-碳化硅复合载体，所述涂层包括粘结剂和碳化硅；以所述催化剂的总重量为基准，所述活性元素的含量为0.2-0.33重量％，所述助剂的含量为7.11-7.15重量％。

2.根据权利要求1所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述反应温度为50-450℃。

3.根据权利要求1所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述方法包括：在采用所述催化剂处理所述待处理气体前，将所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度降至30g/m³以下。

4.根据权利要求3所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，采用吸附方式降低所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度，和/或

所述反应温度T与所述待处理气体中非甲烷总烃的浓度C之间满足如下关系：

5.根据权利要求1所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述非甲烷总烃中的不同成分采用具有不同活性元素的催化剂处理。

6.根据权利要求5所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述非甲烷总烃中的苯系物采用活性元素为铜的催化剂处理，所述非甲烷总烃中C2-C3的碳氢化合物采用活性元素为钴的催化剂处理，所述非甲烷总烃中C4-C8的碳氢化合物采用活性元素为铂或钯的催化剂处理。

7.根据权利要求6所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述活性元素为铜的催化剂采用频率为915MHz±50MHz的微波加热，所述活性元素为钴的催化剂采用频率为915MHz±50MHz和/或2450MHz±50MHz的微波加热，所述活性元素为铂或钯的催化剂采用频率为2450MHz±50MHz的微波加热。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述方法包括：对所述待处理气体进行预热。

9.根据权利要求8所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，

将所述待处理气体经催化氧化后产生的净化气体中携带的热量传递给所述待处理气体，以预热所述待处理气体；或者

采用电加热的方式预热所述待处理气体。

10.根据权利要求1-7中任意一项所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述方法包括：将所述催化剂与吸附剂相结合，使所述吸附剂在升温至所述反应温度前吸附所述待处理气体中的非甲烷总烃，并在升温至所述反应温度后解吸所述非甲烷总烃，以使所述非甲烷总烃通过所述催化剂进行催化氧化。

11.根据权利要求10所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述催化剂与所述吸附剂的结合方式为：所述催化剂与所述吸附剂采用分层方式相结合，所述催化剂与所述吸附剂采用物理混合方式相结合，或者将所述吸附剂作为所述催化剂的载体。

12.根据权利要求10所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法，其特征在于，所述方法包括：在催化氧化反应完成后，采用净化气体对所述吸附剂进行吹扫降温。

13.一种微波辅助处理非甲烷总烃的设备，其特征在于，所述微波辅助处理非甲烷总烃的设备用于执行权利要求1-12中任意一项所述的微波辅助处理非甲烷总烃的方法。

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