CN113209919A - 微波耦合催化反应器以及VOCs处理设备 - Google Patents

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黄兆贺
张健中
陶彬
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Abstract

本发明涉及VOCs处理技术领域，公开了一种微波耦合催化反应器以及VOCs处理设备。所述微波耦合催化反应器包括外壳、同轴设置于所述外壳内的内壳以及设置于所述外壳外的多个微波发生器，所述内壳的内部形成反应室，所述反应室内填充有催化剂，所述内壳与所述外壳之间具有径向间隔，多个所述微波发生器沿所述反应室的轴向和/或周向间隔排布，以从不同方位向所述外壳内辐射微波。本发明的微波耦合催化反应器不仅能够实现催化剂的整体均匀加热，保证反应室内的所有催化剂均达到最佳反应状态，还能有效提高加热速度和反应效率，降低能耗，避免催化剂的浪费，使得所述微波耦合催化反应器具有高效、安全、节能等优点，适于产业化应用。

Description

微波耦合催化反应器以及VOCs处理设备
技术领域
本发明涉及VOCs处理技术领域，具体地涉及一种微波耦合催化反应器以及VOCs处理设备。
背景技术
在VOCs(挥发性有机物)处理领域，通常采用电加热器或加热炉等加热含有VOCs的废气，进而通过热传导的方式由高温废气由下而上或由上而下逐层加热催化剂至反应温度。这种加热方式不仅加热时间长、能耗大，而且存在加热不均匀的现象，无法使所有催化剂达到最佳反应状态，易造成催化剂浪费、反应效率低等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波耦合催化反应器以及VOCs处理设备，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耦合催化反应器，包括外壳、同轴设置于所述外壳内的内壳以及设置于所述外壳外的多个微波发生器，所述内壳的内部形成反应室，所述反应室内填充有催化剂，所述内壳与所述外壳之间具有径向间隔，多个所述微波发生器沿所述反应室的轴向和/或周向间隔排布，以从不同方位向所述外壳内辐射微波。
可选地，所述内壳的轴向两端分别设置有密封板，所述内壳的顶壁和底壁形成为格栅状或网状，所述密封板的与所述顶壁和底壁对应的部分形成为开口状，所述密封板、所述内壳以及所述外壳之间限定形成环形密封区。
可选地，所述外壳和所述密封板采用不透波材料制成，所述内壳采用透波材料制成。
可选地，所述外壳上设置有与所述反应室连通的进气口和出气口，所述进气口和所述出气口处分别设置有微波屏蔽网。
可选地，所述外壳呈圆柱状，所述内壳呈柱状，所述进气口位于所述外壳的底部，所述出气口位于所述外壳的顶部。
可选地，所述催化剂为蜂窝状。
可选地，所述催化剂沿所述反应室的轴向分层布置，相邻层的所述催化剂之间具有间隔以形成透波间隙。
可选地，所述反应室内设置有沿所述反应室的轴向间隔布置的多个隔板，所述催化剂填充于相邻两个所述隔板之间，相邻两个所述隔板之间的间距大于其所填充的所述催化剂的高度，所述催化剂的顶面与位于其上方的所述隔板之间形成所述透波间隙，所述隔板设置为允许气体和微波通过。
可选地，所述透波间隙内设置有透波支撑件。
可选地，所述支撑件为支撑格栅。
可选地，所述支撑件为支撑颗粒。
可选地，所述外壳内设置有沿所述外壳的轴向间隔布置的多个微波截止板，所述微波截止板包括位于所述反应室内的第一部分和位于所述内壳与所述外壳之间的径向间隔内的第二部分，所述第一部分设置为允许气体通过而不允许微波穿透，所述第二部分设置为不允许微波穿透，每两个相邻的所述微波截止板之间对应设有一个所述微波发生器。
可选地，所述催化剂为颗粒状。
可选地，所述反应室内填充有透波支撑颗粒，所述透波支撑颗粒与所述催化剂混合设置。
本发明另一方面提供一种VOCs处理设备，所述VOCs处理设备包括以上所述的微波耦合催化反应器。
本发明的微波耦合催化反应器通过采用外壳加内壳的双壳体结构，在内壳与外壳之间设置径向间隔，并沿所述反应室的轴向和/或周向间隔排布多个微波发生器，利用多个微波发生器从不同方位向外壳内辐射微波，使得微波首先溃入所述径向间隔内进行充分的反射和折射后再进入所述反应室内，辐射范围能够覆盖整个所述反应室，不仅能够实现催化剂的整体均匀加热，保证反应室内的所有催化剂均达到最佳反应状态，还能有效提高加热速度和反应效率，降低能耗，避免催化剂的浪费，使得所述微波耦合催化反应器具有高效、安全、节能等优点，适于产业化应用。
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是本发明中微波耦合催化反应器的第一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明中微波耦合催化反应器的第二种实施方式的结构示意图；
图3是本发明中微波耦合催化反应器的第三种实施方式的结构示意图；
图4是本发明中微波耦合催化反应器的第四种实施方式的结构示意图；
图5是本发明中微波耦合催化反应器的第五种实施方式的结构示意图；
图6是本发明中微波屏蔽网的结构示意图。
附图标记说明
10-外壳，11-内壳，12-微波发生器，13-催化剂，14-密封板，15-环形密封区，16-进气口，17-出气口，18-微波屏蔽网，19-透波间隙，20-微波截止板，21-透波支撑件。
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1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耦合催化反应器，所述微波耦合催化反应器包括外壳10、同轴设置于所述外壳10内的内壳11以及设置于所述外壳10外的多个微波发生器12，所述内壳11的内部形成反应室，所述反应室内填充有催化剂13，所述内壳11与所述外壳10之间具有径向间隔，多个所述微波发生器12沿所述反应室的轴向(参考图1所示的竖直方向)和/或周向间隔排布，以从不同方位向所述外壳10内辐射微波。
上述中，需要说明的是，所述催化剂13可以是用于催化VOCs氧化的催化剂。所述反应室可供VOCs与催化剂13发生催化氧化反应转化为二氧化碳和水蒸气，并释放热量。本发明通过采用微波和催化剂的双重耦合作用，利用微波的热效应和非热效应处理VOCs，微波的热效应具有快速加热、选择性加热的特性，能够使催化剂表面活性元素迅速处于高温状态，形成高温点位，加热耗时只需几分钟，从而大大缩短了催化剂的加热时长；微波的非热效应使得微波电场引起化合物中电偶极子的迅速转动，此过程视为分子搅拌，由于分子搅拌使介质将吸收的微波能传给催化剂晶格，加速催化剂晶格氧的释放和转移速率，从而显著提升了催化剂的反应效率。
另外，在所述外壳10和所述内壳11为不规则形状的情况下，上述中的轴向可以理解为是所述外壳10的高度方向，径向是垂直于所述高度方向的方向。
此外，可以理解的是，多个所述微波发生器12可沿所述反应室的轴向间隔排布，以在所述反应室的轴向上分区对所述反应室内的催化剂13进行加热；多个所述微波发生器12也可沿所述反应室的周向间隔排布，以在所述反应室的周向上分区对所述反应室内的催化剂13进行加热；多个所述微波发生器12还可同时沿所述反应室的轴向和周向间隔排布，在这种情况下，多个所述微波发生器12可形成为沿所述反应室的轴向延伸的螺旋形，也可以是沿所述反应室的轴向间隔设置的多排，这种排布方式对于催化剂13整体加热的均匀性更高。
本发明的微波耦合催化反应器通过采用外壳10加内壳11的双壳体结构，在内壳11与外壳10之间设置径向间隔，并沿所述反应室的轴向和/或周向间隔排布多个微波发生器12，利用多个微波发生器12从不同方位向外壳10内辐射微波，使得微波首先溃入所述径向间隔内进行充分的反射和折射后再进入所述反应室内，辐射范围能够覆盖整个所述反应室，不仅能够实现催化剂13的整体均匀加热，保证反应室内的所有催化剂13均达到最佳反应状态，还能有效提高加热速度和反应效率，降低能耗，避免催化剂13的浪费，使得所述微波耦合催化反应器具有高效、安全、节能等优点，适于产业化应用。
本发明中，所述外壳10上可设置有与所述反应室连通的进气口16和出气口17，进气口16可供含有VOCs的待处理气体进入所述反应室内，出气口17可供所述反应室内产生的净化气体排出。另外，所述进气口16和所述出气口17处可分别设置有微波屏蔽网18(如图6所示)，以防止微波从所述进气口16和所述出气口17处泄漏。可以理解的是，微波屏蔽网18可允许气体通过。进气口16和出气口17的设置位置可根据外壳10和内壳11的具体形状进行调整。
在反应时，待处理气体可经进气口16进入所述反应室内，并沿所述反应室的轴向向上流动，在流动过程中，待处理气体中的VOCs在催化剂13的催化作用下反应生成二氧化碳和水蒸气，并释放热量；所述反应室内产生的净化气体(包括二氧化碳、水蒸气以及待处理气体中除VOCs外的其他气体)则经出气口17排出。
本发明中，外壳10和内壳11可分别具有任意适当的形状。根据本发明的一种实施方式，如图1-图5所示，所述外壳10呈圆柱状，所述内壳11呈柱状(例如圆柱、方柱或棱柱)，所述进气口16位于所述外壳10的底部，所述出气口17位于所述外壳10的顶部。这样，经进气口16进入的待处理气体可流过整个所述反应室，与所述反应室内的催化剂13充分接触，从而提高反应效率和VOCs处理效果。
本发明中，参考图1-图5，所述内壳11的轴向两端可分别设置有密封板14，所述内壳11的顶壁和底壁形成为格栅状或网状(当然也可以是其他结构，只要能够支撑催化剂13，同时不影响气体通过即可)，所述密封板14的与所述顶壁和底壁对应的部分形成为开口状(也就是对气体的通过形成避让)，所述密封板14、所述内壳11以及所述外壳10之间限定形成环形密封区15。其中，所述外壳10采用不透波材料制成，以防止微波泄漏；所述密封板14采用不透波材料制成，以将进入的微波集中在对应于所述反应室的环形区域内；所述内壳11采用透波材料制成，以便于环形密封区15内的微波进入所述反应室内对催化剂13进行辐射加热。通过上述设置，能够阻止进入外壳10内的待处理气体进入环形密封区15内，而使待处理气体集中通过所述反应室。而且环形密封区15的设置能够避免VOCs直接与微波发生器12接触，使得微波发生器12的高电场强度不会对VOCs产生不利影响，避免打火放电现象的发生，从而保证反应器的整体安全，实现抗爆安全设计要求。
上述中，所述不透波材料可以是不锈钢，所述透波材料可以是云母。
本发明中，所述催化剂13可以为蜂窝状，所述催化剂13优选为沿所述反应室的轴向分层布置(参见图1-图4)。由于催化剂的性质不尽相同，在微波针对催化剂趋肤深度有限、无法整体穿透的情况下，如图2-图4所示，相邻层的所述催化剂13之间可具有间隔以形成透波间隙19。透波间隙19的存在可增加微波穿透深度，使得微波可完全穿透整个催化剂，最终实现所有催化剂的整体加热，保证所有催化剂达到最佳反应状态。
对于微波易穿透的蜂窝状催化剂13，蜂窝状催化剂13可整体填装于所述反应室内，无需设置透波间隙19，如图1所示。
其中，为了实现催化剂13的分层，根据本发明的一种实施方式，所述反应室内设置有沿所述反应室的轴向间隔布置的多个隔板，所述催化剂13填充于相邻两个所述隔板之间，相邻两个所述隔板之间的间距大于其所填充的所述催化剂13的高度，所述催化剂13的顶面与位于其上方的所述隔板之间形成所述透波间隙19，所述隔板设置为允许气体和微波通过。
根据本发明的另一种实施方式，可在所述透波间隙19内设置透波支撑件21，支撑件21可支撑于相邻的两层催化剂之间。
其中，支撑件21可以是任意能够实现支撑且透波的结构，例如图2和图3所示，所述支撑件21为支撑格栅，支撑格栅可沿透波间隙19的长度方向(即图2所示水平方向)间隔布置。例如图4所示，所述支撑件21为支撑颗粒，支撑颗粒填充于透波间隙19内，支撑颗粒在支撑催化剂13、便于微波穿透的同时，可对穿过的气体进行重新分布，以提高氧化反应的效果。
本发明中，为了进一步提高对VOCs的处理效果，不同层的催化剂可采用不同的活性元素，以处理VOCs中的不同成分，而由于不同的活性元素所需的最佳反应温度不同，因此为了能够实现对不同层的催化剂的单独加热，同时避免不同层催化剂的温度相互影响，如图4所示，所述外壳10内可设置有沿所述外壳10的轴向间隔布置的多个微波截止板20，所述微波截止板20包括位于所述反应室内的第一部分和位于所述内壳11与所述外壳10之间的径向间隔内的第二部分，所述第一部分设置为允许气体通过而不允许微波穿透，所述第二部分设置为不允许微波穿透，每两个相邻的微波截止板20之间对应设有一个所述微波发生器12。这样，每个微波发生器12只对与其对应的两个微波截止板20之间的催化剂进行加热，多个微波发生器12可单独控制加热，以输出不同频率和功率的微波。其中，所述第一部分可采用类似于微波屏蔽网的结构。
其中，相邻两个微波截止板20之间可具有一层或多层催化剂13，当具有多层催化剂13时，多层催化剂13之间可设置有支撑件21(如图3所示)，以实现对催化剂的支撑，同时利于微波的穿透。
具体地，例如图3和图4所示的实施方式，外壳10为圆柱状，内壳11为圆柱状，内壳11同轴设置于外壳10内，外壳10的底部设置有进气口16，外壳10的顶部设置有出气口17，进气口16和出气口17处分别设置有微波屏蔽网18，内壳11的轴向两端分别设置有密封板14，外壳10内沿轴向间隔设置有三个微波截止板20，三个微波截止板20位于两个密封板14之间，三个微波截止板20和两个密封板14一起在外壳10的轴向上限定出四个加热区域，每个区域对应设置有一个微波发生器12。每个区域内具有两层催化剂，两层催化剂之间设置有透波间隙19，透波间隙19内设置有支撑件21。
本发明中，催化剂13的加热温度优选为50-450℃，催化剂13在该温度范围内具有较强的吸波能力和受热均匀性。催化剂13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。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。
具体地，根据本发明的一种实施方式，VOCs中的苯系物可采用活性元素为铜的催化剂处理，VOCs中C2-C3的碳氢化合物可采用活性元素为钴的催化剂处理，VOCs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。
本发明中，如图5所示，所述催化剂13可以为颗粒状。
进一步地，在微波针对颗粒状催化剂的趋肤深度有限、无法整体穿透的情况下，可在所述反应室内填充透波支撑颗粒，使所述透波支撑颗粒与所述催化剂13混合设置。通过设置透波支撑颗粒，使得微波能完全穿透催化剂13，实现催化剂13的整体加热。其中，颗粒状催化剂13与透波支撑颗粒的配比可以为1:2-2:1。
当然，在其他实施方式中，也可使颗粒状的催化剂13沿所述反应室的轴向分层设置，并在相邻的两层催化剂13之间设置间隔以形成透波间隙19。
进一步地，当需要实现不同性质颗粒状催化剂的加热需求时，也可以在外壳10内沿轴向间隔设置多个微波截止板20，以对颗粒状催化剂进行分区独立加热。
本发明中，微波发生器12可具有微波溃口，所述微波溃口可直接穿设于外壳10上，以允许微波高效进入所述反应室内加热催化剂。所述微波溃口可采用抗冲击波的材料，与外壳10共同耐抗VOCs的最大化学爆炸冲击力，从而保证反应器安全。外壳10的整体设计压力最好大于VOCs的最大化学爆炸力，以保证反应器的安全性。
本发明中，微波发生器12可根据外壳10的形状、催化剂13的材料性质、催化剂13的填装形状及VOCs处理规模进行合理选择数量和排布方式。
本发明另一方面提供一种VOCs处理设备，所述VOCs处理设备包括以上所述的微波耦合催化反应器。
进一步地，所述VOCs处理设备还可包括第一温度监测器和第二温度监测器，所述第一温度监测器用于监测催化剂13的温度，所述第二温度监测器用于监测将要进入所述反应室的待处理气体的温度。这样可便于对微波发生器的输出功率的调节，以保证将催化剂13加热到合适的反应温度。
在所述微波耦合催化反应器中催化剂13沿所述反应室的轴向进行分层独立加热的情况下，所述VOCs处理设备还可包括多个所述第一温度监测器，多个所述第一温度监测器分别用于监测不同催化剂层的温度。例如在图3和图4所示的实施方式中，所述VOCs处理设备可包括四个所述第一温度监测器，四个所述第一温度监测器分别用于监测由三个微波截止板20和两个密封板14限定的四个区域的催化剂温度，并根据对应所述第一温度监测器监测的温度控制对应微波发生器12的运行。
为了提高所述VOCs处理设备的智能性和高效性，所述VOCs处理设备还可包括控制器，所述控制器分别与所述第一温度监测器、所述第二温度监测器以及微波发生器电连接，所述控制器设置为能够根据所述第一温度监测器和所述第二温度监测器监测的温度控制微波发生器的运行。所述控制器对微波发生器的运行的控制包括启动、关闭以及功率输出大小。
在使用时，当所述第二温度监测器监测的温度值大于所述第一温度监测器监测的温度值时，表明催化剂能够保持反应所需的最低温度，此时可通过所述控制器控制微波发生器关闭；当所述第二温度监测器监测的温度值小于所述第一温度监测器监测的温度值时，可通过所述控制器控制微波发生器启动，以加热催化剂，并根据两者差值大小控制微波发生器的功率输出大小。
本发明中，温度监测器可以是光纤传感器、红外传感器或温度变送器等。
进一步地，所述VOCs处理设备还可包括压力监测器，压力监测器可监测进气口16与出气口17之间的压差，获得反应器的阻力降，从而利于提高反应器的安全系数。所述压力监测器可以采用压力变送器。
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 (15)

1.一种微波耦合催化反应器，其特征在于，包括外壳(10)、同轴设置于所述外壳(10)内的内壳(11)以及设置于所述外壳(10)外的多个微波发生器(12)，所述内壳(11)的内部形成反应室，所述反应室内填充有催化剂(13)，所述内壳(11)与所述外壳(10)之间具有径向间隔，多个所述微波发生器(12)沿所述反应室的轴向和/或周向间隔排布，以从不同方位向所述外壳(10)内辐射微波。
2.根据权利要求1所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述内壳(11)的轴向两端分别设置有密封板(14)，所述内壳(11)的顶壁和底壁形成为格栅状或网状，所述密封板(14)的与所述顶壁和底壁对应的部分形成为开口状，所述密封板(14)、所述内壳(11)以及所述外壳(10)之间限定形成环形密封区(15)。
3.根据权利要求2所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述外壳(10)和所述密封板(14)采用不透波材料制成，所述内壳(11)采用透波材料制成。
4.根据权利要求2所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述外壳(10)上设置有与所述反应室连通的进气口(16)和出气口(17)，所述进气口(16)和所述出气口(17)处分别设置有微波屏蔽网(18)。
5.根据权利要求4所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述外壳(10)呈圆柱状，所述内壳(11)呈柱状，所述进气口(16)位于所述外壳(10)的底部，所述出气口(17)位于所述外壳(10)的顶部。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述催化剂(13)为蜂窝状。
7.根据权利要求6所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述催化剂(13)沿所述反应室的轴向分层布置，相邻层的所述催化剂(13)之间具有间隔以形成透波间隙(19)。
8.根据权利要求7所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述反应室内设置有沿所述反应室的轴向间隔布置的多个隔板，所述催化剂(13)填充于相邻两个所述隔板之间，相邻两个所述隔板之间的间距大于其所填充的所述催化剂(13)的高度，所述催化剂(13)的顶面与位于其上方的所述隔板之间形成所述透波间隙(19)，所述隔板设置为允许气体和微波通过。
9.根据权利要求7所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述透波间隙(19)内设置有透波支撑件(21)。
10.根据权利要求9所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述支撑件(21)为支撑格栅。
11.根据权利要求9所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述支撑件(21)为支撑颗粒。
12.根据权利要求7所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述外壳(10)内设置有沿所述外壳(10)的轴向间隔布置的多个微波截止板(20)，所述微波截止板(20)包括位于所述反应室内的第一部分和位于所述内壳(11)与所述外壳(10)之间的径向间隔内的第二部分，所述第一部分设置为允许气体通过而不允许微波穿透，所述第二部分设置为不允许微波穿透，每两个相邻的所述微波截止板(20)之间对应设有一个所述微波发生器(12)。
13.根据权利要求1-5中任意一项所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述催化剂(13)为颗粒状。
14.根据权利要求13所述的微波耦合催化反应器，其特征在于，所述反应室内填充有透波支撑颗粒，所述透波支撑颗粒与所述催化剂(13)混合设置。
15.一种VOCs处理设备，其特征在于，所述VOCs处理设备包括权利要求1-14中任意一项所述的微波耦合催化反应器。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6187988B1 (en) * 1999-02-26 2001-02-13 Chang Yul Cha Process for microwave decomposition of hazardous matter
JP2009240862A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Nippon Spindle Mfg Co Ltd ガス浄化装置
CN102614776A (zh) * 2012-02-27 2012-08-01 宁波诺丁汉大学 微波诱导催化联合脱硫脱硝脱汞的装置及其方法
CN104437075A (zh) * 2014-10-13 2015-03-25 河北科技大学 利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法
CN105727745A (zh) * 2016-03-29 2016-07-06 北京工业大学 一种用于scr脱硝的微波反应系统装置
CN105944529A (zh) * 2016-05-16 2016-09-21 东莞市环境科学研究所 一种微波催化-生化VOCs的减排组合设备
CN108926990A (zh) * 2017-05-24 2018-12-04 中国石油化工股份有限公司 一种用于VOCs气体净化的催化反应器
CN209530542U (zh) * 2018-12-26 2019-10-25 深圳市高斯宝环境技术有限公司 一种有机废气的处理装置
CN110538571A (zh) * 2019-07-10 2019-12-06 陕西青朗万城环保科技有限公司 一种微波场中催化剂的使用方法
CN209752534U (zh) * 2019-01-11 2019-12-10 艾可普罗有限公司 利用气体分配板的vocs去除系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6187988B1 (en) * 1999-02-26 2001-02-13 Chang Yul Cha Process for microwave decomposition of hazardous matter
JP2009240862A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Nippon Spindle Mfg Co Ltd ガス浄化装置
CN102614776A (zh) * 2012-02-27 2012-08-01 宁波诺丁汉大学 微波诱导催化联合脱硫脱硝脱汞的装置及其方法
CN104437075A (zh) * 2014-10-13 2015-03-25 河北科技大学 利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法
CN105727745A (zh) * 2016-03-29 2016-07-06 北京工业大学 一种用于scr脱硝的微波反应系统装置
CN105944529A (zh) * 2016-05-16 2016-09-21 东莞市环境科学研究所 一种微波催化-生化VOCs的减排组合设备
CN108926990A (zh) * 2017-05-24 2018-12-04 中国石油化工股份有限公司 一种用于VOCs气体净化的催化反应器
CN209530542U (zh) * 2018-12-26 2019-10-25 深圳市高斯宝环境技术有限公司 一种有机废气的处理装置
CN209752534U (zh) * 2019-01-11 2019-12-10 艾可普罗有限公司 利用气体分配板的vocs去除系统
CN110538571A (zh) * 2019-07-10 2019-12-06 陕西青朗万城环保科技有限公司 一种微波场中催化剂的使用方法

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