CN113384994A - 一种用海泡石去除空气中甲醛的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用海泡石去除空气中甲醛的装置，由干燥、吸脱附和冷却三个依次相连的组件组合而成。其中吸脱附组件为装载有海泡石吸附剂颗粒料并附有电点火器和电加热装置的脱吸附室。使用时，被吸气风机吸入的空气经干燥后穿过海泡石颗粒料逸出即得到纯净的空气。通过电加热再生干燥剂与吸附剂，脱附的甲醛在升温至430℃~450℃点火燃烧氧化，并和干燥剂中脱出的水蒸汽一起冷却后排入空气中。本发明克服了海泡石吸附剂甲醛吸附效果不佳、吸附饱和后失去吸附能力和甲醛二次污染三大问题，发明的装置可持续稳定地去除空气中的甲醛及其它VOC气体。
Description
技术领域
本发明属于环境保护与非金属矿利用领域，特别涉及一种用海泡石去除空气中甲醛的装置。
背景技术
甲醛是一种有强烈刺激性气味的有毒气体，即使其在空气中的含量较低，长期接触也会严重危害人体健康。装修装饰材料与家具中含有大量的胶粘剂，后者在10~15年内会逐渐向周围环境释放甲醛，对封闭环境造成不同程度的长期污染。空气中甲醛去除一直是研究的热点，相关方法很多，归纳起来主要有通风换气法、生物净化法、吸附法和催化法等。这些方法各有利弊，其中常温催化氧化法具有降解效率高、无污染、能耗低、选择性好和操作简单等特点，是净化空气中甲醛最有前景的方法之一，但目前尚存在催化剂成本高，有效期短等突出问题，尚不能达到经济实用的效果。迄今为止，鲜有性价比良好的室内甲醛去除技术。
物理吸附法是相对简便的空气中甲醛去除方法，但存在无选择性、易饱和和易脱附的局限。活性炭是最常用的居室甲醛吸附剂，其吸附效果良好，但一旦吸附达到饱和则失去了再吸附能力，而对其进行活化再生时脱出来的甲醛会形成二次污染，在氧化环境下的高温活化则会导致活性炭氧化损失和吸附能力下降。海泡石作为一种结构孔隙发育的天然粘土矿物，对包括甲醛在内的挥发性有机化合物（VOC)具有良好的吸附性能。将矿石中的海泡石经过选矿工艺提纯或提纯后进一步改性得到提纯海泡石或改性海泡石，以后二者为主要组成制备的吸附剂称为海泡石吸附剂。通常情况下，含有甲醛的空气中同时含有比甲醛更多的水蒸汽，后者与甲醛发生竞争吸附，会严重影响海泡石对甲醛的吸附性能；另一方面，海泡石吸附甲醛达到饱和后不再具有吸附能力，需要及时脱附再生，还要避免脱附出来的甲醛再次污染空气。利用提纯和/或改性海泡石制作甲醛吸附剂的技术比较多，但鲜有同时解决该种吸附剂因竞争吸附导致吸附效果不佳、吸附剂再生和脱附甲醛二次污染三大问题的技术方法。申请人研究发现，海泡石对干燥空气中甲醛的吸附能力远高于潮湿空气，且经过高于430℃的甲醛燃点的热历史后仍能保持良好的吸附性能。基于这一科学发现，本专利发明一种用海泡石去除空气中甲醛的装置和方法，可同时解决上述三大问题，长期稳定地去除空气中的甲醛气体。
发明内容
提供一种提高海泡石的甲醛吸附效果、再生海泡石吸附剂和消除脱附甲醛，从而可稳定地去除空气中甲醛气体的装置。
本发明的技术方案：一种用海泡石去除空气中甲醛的装置，由干燥、吸脱附和冷却三个组件组合而成，所述的干燥组件通过干燥室进气阀门连接吸气风机和装有粒状无机干燥剂的干燥室构成，干燥室附有对干燥剂间接加热的电加热器、温度传感器和湿度传感器；所述的吸脱附组件包括内装海泡石吸附剂颗粒料的吸脱附室和给海泡石吸附剂颗粒料间接加热的电加热器、电点火器和温度传感器，吸脱附室通过进气阀门与干燥室相连；所述的冷却组件由装有冷却液的冷却室和浸泡在冷却液中的金属导气管构成，导气管一端通过吸脱附室排气阀门与吸脱附室相连，另一端连接导气管排气阀门，导气管出口附近装有冷凝水收集器，后者通过排水阀门排出冷凝水，导气管进气端还通过湿气阀门连接湿气管，后者输运从干燥室通过排气阀门排出的湿气，所述的各个阀门均为只能单向开启的逆止阀。吸脱附组件的作用是①通过用海泡石吸附流经空气中的甲醛而净化空气，并有②再生甲醛吸附剂和③燃烧去除甲醛的功能。
进一步地，在导气管出口处增加甲醛探头，并增设可编程逻辑控制器，所述的可编程逻辑控制器与吸气风机、干燥室电加热器、干燥室温度传感器、湿度传感器、干燥室排气阀门、吸脱附室进气阀门、吸脱附室电加热器、电点火器、吸脱附室温度传感器、吸脱附室排气阀门、甲醛探头、导气管排气阀门和排水阀门相连接。
作为优选，所述的海泡石吸附剂颗粒料由提纯海泡石或改性海泡石的任一种或多种的粉末与适量的亲水粘结剂混合均匀，然后和水成球，最后在100~400 ℃烘干得到的有一定结构强度的细小球形颗粒料；其中提纯海泡石指由海泡石含量较低的矿石经选矿提纯得到的高海泡石含量的粉末，改性海泡石指为提高吸附能力而对提纯海泡石进行一定的物理与化学处理后干燥得到的粉末。
作为优选，通过用吸气风机吸入调节过温度的空气和/或被去除粉尘的清洁空气分别与空调和/或空气净化装置联用。
作为优选，所述装置在使用前除干燥室排气阀门关闭外，其它各逆止阀预置为打开状态，装置开启电源后，按如下顺序的步骤运行：
步骤（1） 开启吸气风机；
步骤（2） 当湿度传感器检测到的相对湿度增大到20 %或吸气风机运行时间达到T1时，关闭吸气风机、吸脱附室进气阀门、吸脱附室排气阀门、导气管排气阀门和排水阀门，开启干燥室排气阀门和干燥室电加热器，T1通过仪器出厂前的调试测得，为干燥的含甲醛空气持续流过未吸附过甲醛的海泡石吸附剂颗粒料并从吸脱附室排气阀门流出时，甲醛含量升高至环境允许的最高值花费的最少时间；
步骤（3） 当干燥室温度升至110~200 ℃且湿度传感器检测到的相对湿度降低至2~5 %时，关闭干燥室排气阀门和干燥室电加热器，打开吸脱附室进气阀门，开启吸脱附室电加热器；
步骤（4） 当吸脱附室温度传感器检测到的温度升高至430~435 ℃时，关闭吸脱附室电加热器，开启电点火器，当温度达到450 ℃时打开吸脱附室排气阀门；
步骤（5） 当打开吸脱附室排气阀门的时间达到T2时打开导气管排气阀门和排水阀门，接着转入步骤（1）反复循环。T2通过仪器出厂前的调试测得，为吸脱附室内脱附的甲醛燃烧并进入导气管，使导气管甲醛浓度降低至环境允许的上限值需要的最长时间。
作为优选，所述进一步改进的装置在使用前除干燥室排气阀门关闭外，其它各逆止阀预置为打开状态，装置开启电源后，可编程逻辑控制器最先启动，通过预先编制的程序控制装置按如下顺序的步骤自动运行：
步骤（1） 开启甲醛探头；
步骤（2） 开启吸气风机；
步骤（3） 当湿度传感器检测到的相对湿度增大到20 %或甲醛探头检测到的甲醛含量升高至环境允许的最高值时，关闭吸气风机、吸脱附室进气阀门、吸脱附室排气阀门、导气管排气阀门和排水阀门，开启干燥室排气阀门和干燥室电加热器；
步骤（4） 当干燥室温度升高至110~200 ℃且湿度传感器检测到的相对湿度降低至2~5 %时，关闭干燥室排气阀门和干燥室电加热器，打开吸脱附室进气阀门，开启吸脱附室电加热器；
步骤（5） 当吸脱附室温度传感器检测到的温度升高至430~435 ℃时，关闭吸脱附室电加热器，开启电点火器，当温度达到450 ℃时打开吸脱附室排气阀门；
步骤（6） 当甲醛探头检测到的甲醛浓度降低至环境允许的上限值时，打开导气管排气阀门和排水阀门，接着转入步骤（2）反复循环。
本发明相对于现有技术取得了以下有益效果：
1、克服了吸附法除甲醛存在的因吸附饱和而失效的问题，可稳定保持吸附去除甲醛的能力；
2、克服了吸附法对甲醛去除没有选择性，导致甲醛去除效果不佳的问题，可稳定保持良好的去除甲醛效果。
3、克服吸附剂再生时甲醛对环境造成二次污染的问题，有效消除了脱附出来的甲醛，保证环境安全。
4、可同时去除空气中包括甲醛的各种挥发性有机化合物。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为手动去除空气中甲醛气体的装置示意图；
图2为改进的自动去除空气中甲醛气体的装置示意图；
图中，1吸气风机、2干燥室进气阀门、3干燥室、4干燥室电加热器、5干燥室温度传感器、6湿度传感器、7干燥室排气阀门、8湿气管、9吸脱附室进气阀门、10吸脱附室、11吸脱附室电加热器、12电点火器、13吸脱附室温度传感器、14吸脱附室排气阀门、15湿气阀门、16金属导气管、17冷却室、18排水阀门、19冷却室排气阀门，20甲醛探头、21可编程逻辑控制器。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
准备由海泡石含量较低的矿石经选矿工序提纯得到的高海泡石含量的提纯海泡石，准备为提高吸附能力而对提纯海泡石进行一定的物理与化学处理得到的改性海泡石。制备海泡石吸附剂颗粒料：由提纯海泡石和改性海泡石的任一种或多种的粉末与适量的亲水粘结剂混合均匀，然后和水成球，最后缓慢升温至100~400 ℃烘干得到的有一定结构强度的细小球形颗粒料。
如图1所示，去除空气中甲醛气体的装置由干燥、吸脱附、冷却三个组件组合而成，所述的干燥组件通过干燥室进气阀门2连接吸气风机1和装有粒状干燥剂的干燥室3构成，干燥室3附有对干燥剂间接加热的电加热器4，靠近出口端装有温度传感器5和湿度传感器6；所述的吸脱附组件包括内装海泡石吸附剂颗粒料的吸脱附室10和给海泡石吸附剂颗粒料间接加热的电加热器11、电点火器12和温度传感器13，吸脱附室10通过进气阀门9与干燥室3相连；所述的冷却组件由装有冷却液的冷却室和浸泡在冷却液中的金属导气管构成，金属导气管16一端通过吸脱附室排气阀门14与吸脱附室10相连，另一端连接导气管排气阀门19，导气管出口附近接有冷凝水收集器，后者可通过排水阀门18排出冷凝水，导气管16进气端还通过湿气阀门15连接湿气管8，后者输运从干燥室3通过排气阀门7排出的湿气。所述的各个阀门均为只能单向开启的逆止阀。
装置在出厂前进行如下调试。
1、用含有甲醛的干燥空气通过装有新鲜海泡石吸附剂颗粒料的吸脱附室10，在线检测从吸脱附室排出的空气的甲醛含量，其中空气中的甲醛含量取常见污染环境甲醛含量的高值。从空气通入吸脱附室开始计时，以检测到的甲醛含量上升到环境允许的上限值C为计时终点，计算海泡石吸附剂吸附甲醛达到饱和需要的时间，通过多次实验取该时间的最小值为T1。
2、上述实验每次完成后关闭吸脱附室排气阀门14和导气管排气阀门19，开启电加热器11；当吸脱附室温度传感器13检测到的温度达到430℃时关闭电加热器11并开启电点火器12；当温度上升至450℃时打开排气阀门14并开始计时，在线检测冷却室内气体的甲醛含量，以甲醛含量降低至C为计时终点，计算得出燃烧去除甲醛的时间。取多次实验得到的燃烧去除甲醛的时间的最大值为T2。
上述装置在使用前，除干燥室排气阀门7关闭外，其它各逆止阀预置为打开状态，装置开启电源后，按如下顺序的步骤运行：
步骤（1） 开启吸气风机1；
步骤（2） 当湿度传感器检测到的相对湿度增大到20 %或吸气风机1运行时间达到T1时，关闭吸气风机1、吸脱附室进气阀门9、吸脱附室排气阀门14、排水阀门18和导气管排气阀门19，开启干燥室排气阀门7和干燥室电加热器4；
步骤（3） 当干燥室3温度升至150 ℃保温，当湿度传感器6检测到的相对湿度降低至2~5 %时，关闭干燥室排气阀门7和干燥室电加热器4，打开吸脱附室进气阀门9，开启吸脱附室电加热器11；
步骤（4） 当吸脱附室温度传感器13检测到的温度升高至430℃时关闭吸脱附室电加热器11，开启电点火器12，当温度达到450 ℃时打开吸脱附室排气阀门14；
步骤（5） 当打开吸脱附室排气阀门14的时间达到T2时打开排水阀门18和导气管排气阀门19，接着转入步骤（1）反复循环。
实施例2
海泡石吸附剂颗粒料的制备方法同实施例1。如图2所示的去除空气中甲醛气体的装置，在导气管16出口处增加甲醛探头20，并增设可编程逻辑控制器(PLC)21，后者与吸气风机1、干燥室电加热器4、干燥室温度传感器5、湿度传感器6、干燥室排气阀门7、吸脱附室进气阀门9、吸脱附室电加热器11、电点火器12、吸脱附室温度传感器13、吸脱附室排气阀门14、排水阀门18、导气管排气阀门19及甲醛探头20相连接，其它同实施例1。
使用方法是，在使用前，除干燥室排气阀门7关闭外，其它各逆止阀预置为打开状态。装置开启电源后，可编程逻辑控制器21最先启动，通过预先编制的程序控制装置按如下顺序的步骤自动运行：
步骤（1） 开启甲醛探头20；
步骤（2） 开启吸气风机1；
步骤（3） 当湿度传感器6检测到的相对湿度增大到20 %或甲醛探头检测到的甲醛含量升高至环境允许的最高值C时，关闭吸气风机1、吸脱附室进气阀门9、吸脱附室排气阀门14、排水阀门18和导气管排气阀门19，开启干燥室排气阀门7和干燥室电加热器4；
步骤（4） 当干燥室温度升高至110~200 ℃且湿度传感器6检测到的相对湿度降低至2~5 %时，关闭干燥室排气阀门7和干燥室电加热器4，打开吸脱附室进气阀门9，开启吸脱附室电加热器11；
步骤（5） 当吸脱附室温度传感器13检测到的温度升高至430~435 ℃时，关闭吸脱附室电加热器11，开启电点火器12，当温度达到450 ℃时打开吸脱附室排气阀门14；
步骤（6） 当甲醛探头20检测到的甲醛浓度降低至环境允许的上限值时，打开排水阀门18和导气管排气阀门19，接着转入步骤（2）反复循环。
Claims (6)
1.一种用海泡石去除空气中甲醛的装置，其特征在于，所述装置由干燥、吸脱附和冷却三个组件组合而成，所述的干燥组件通过干燥室进气阀门连接吸气风机和装有粒状无机干燥剂的干燥室构成，干燥室附有对干燥剂间接加热的电加热器、温度传感器和湿度传感器；所述的吸脱附组件包括内装海泡石吸附剂颗粒料的吸脱附室和给海泡石吸附剂颗粒料间接加热的电加热器、电点火器和温度传感器，吸脱附室通过进气阀门与干燥室相连；所述的冷却组件由装有冷却液的冷却室和浸泡在冷却液中的金属导气管构成，导气管一端通过吸脱附室排气阀门与吸脱附室相连，另一端连接导气管排气阀门，导气管出口附近装有冷凝水收集器，后者通过排水阀门排出冷凝水，导气管进气端还通过湿气阀门连接湿气管，后者输运从干燥室通过排气阀门排出的湿气，所述的各个阀门均为只能单向开启的逆止阀。
2.如权利要求1所述的一种用海泡石去除空气中甲醛的装置，其特征是在导气管出口处增加甲醛探头，并增设可编程逻辑控制器，所述的可编程逻辑控制器与吸气风机、干燥室电加热器、干燥室温度传感器、湿度传感器、干燥室排气阀门、吸脱附室进气阀门、吸脱附室电加热器、电点火器、吸脱附室温度传感器、吸脱附室排气阀门、甲醛探头、排水阀门及导气管排气阀门相连接。
3.如权利要求1或2所述的一种用海泡石去除空气中甲醛的装置，其特征是，所述的海泡石吸附剂颗粒料由提纯海泡石或改性海泡石的任一种或多种的粉末与适量的亲水粘结剂混合均匀，然后和水成球，最后在100~400 ℃烘干得到的有一定结构强度的细小球形颗粒料；其中提纯海泡石指由海泡石含量较低的矿石经选矿提纯得到的高海泡石含量的粉末，改性海泡石指为提高吸附能力而对提纯海泡石进行一定的物理与化学处理后干燥得到的粉末。
4.如权利要求3所述的用海泡石去除空气中甲醛的装置，其特征是，通过用吸气风机吸入调节过温度的空气或被去除粉尘的清洁空气分别与空调或空气净化装置联用。
5.如权利要求1所述用海泡石去除空气中甲醛的装置，其特征是，使用前除干燥室排气阀门关闭外，其它各逆止阀预置为打开状态，装置开启电源后，按如下顺序的步骤运行：
步骤（1） 开启吸气风机；
步骤（2） 当湿度传感器检测到的相对湿度增大到20 %或吸气风机运行时间达到T1时，关闭吸气风机、吸脱附室进气阀门、吸脱附室排气阀门、导气管排气阀门和排水阀门，开启干燥室排气阀门和干燥室电加热器，T1通过仪器出厂前的调试测得，为干燥的含甲醛空气持续流过未吸附过甲醛的海泡石吸附剂颗粒料并从吸脱附室排气阀门流出时，甲醛含量升高至环境允许的最高值花费的最少时间；
步骤（3） 当干燥室温度升至110~200 ℃且湿度传感器检测到的相对湿度降低至2~5 %时，关闭干燥室排气阀门和干燥室电加热器，打开吸脱附室进气阀门，开启吸脱附室电加热器；
步骤（4） 当吸脱附室温度传感器检测到的温度升高至430~435 ℃时，关闭吸脱附室电加热器，开启电点火器，当温度达到450 ℃时打开吸脱附室排气阀门；
步骤（5） 当打开吸脱附室排气阀门的时间达到T2时打开导气管排气阀门和排水阀门，接着转入步骤（1）反复循环；T2通过仪器出厂前的调试测得，为吸脱附室内脱附的甲醛燃烧并进入导气管，使导气管甲醛浓度降低至环境允许的上限值需要的最长时间。
6.如权利要求2所述用海泡石去除空气中甲醛的装置，其特征是，使用前除干燥室排气阀门关闭外，其它各逆止阀预置为打开状态，装置开启电源后，可编程逻辑控制器最先启动，通过预先编好的程序控制装置按如下顺序的步骤自动运行：
步骤（1） 开启甲醛探头；
步骤（2） 开启吸气风机；
步骤（3） 当湿度传感器检测到的相对湿度增大到20 %或甲醛探头检测到的甲醛含量升高至环境允许的最高值时，关闭吸气风机、吸脱附室进气阀门、吸脱附室排气阀门、导气管排气阀门和排水阀门，开启干燥室排气阀门和干燥室电加热器；
步骤（4） 当干燥室温度升高至110~200 ℃且湿度传感器检测到的相对湿度降低至2~5%时，关闭干燥室排气阀门和干燥室电加热器，打开吸脱附室进气阀门，开启吸脱附室电加热器；
步骤（5） 当吸脱附室温度传感器检测到的温度升高至430~435 ℃时，关闭吸脱附室电加热器，开启电点火器，当温度达到450 ℃时打开吸脱附室排气阀门；
步骤（6） 当甲醛探头检测到的甲醛浓度降低至环境允许的上限值时，打开导气管排气阀门和排水阀门，接着转入步骤（2）反复循环。
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