CN213433858U - 有机废气的净化系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种有机废气的净化系统，所述有机废气的净化系统包括微波反应器、微波发生器以及波导，所述微波反应器的侧壁上设置有微波馈能口；所述微波发生器用于产生微波；所述波导连接于所述微波馈能口与所述微波发生器之间；其中，所述微波反应器的内部腔体的进气端设置为其横截面从所述内部腔体的中部向端部逐渐减小，使有机废气进入到微波反应器后流速降低，以充分参加催化反应。

Description

有机废气的净化系统

技术领域

本公开属于废气治理技术领域，尤其涉及有机废气的净化系统。

背景技术

有机废气具有易燃易爆、有毒有害、处理难度大的特点，包括非甲烷烃类(烯烃、炔烃、芳香烃等)、含氧有机物(醇、醛、酮、醚等)、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等，是形成臭氧(O₃)和细颗粒物(PM_2.5)的重要前体物质，是影响空气质量的重要因素，还会导致大气氧化性增强，对环境、动植物的生长、人体健康产生极大的危害。

伴随着国家、各地方政府对大气污染防治工作不断迈向源头治理、深度治理的推进，有机废气不治理、软治理、治理不达标或有治理设施但不正常使用的企业将面临着停产、错峰生产和依法严惩的窘境。

目前针对有机废气治理的主要方法有：焚烧法、吸附法、吸收法、生物净化法、光催化氧化法和等离子净化法等，以上方法中均存在各种各样的缺陷，例如：治理效率低不能达标排放、产生二次污染、能耗高等。

催化氧化法(也称催化燃烧法)是在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳，具有废气净化彻底、启动和运行能耗低、净化效率高、运行可靠的优点，对于有机废气的治理是一种普适、理想的方法。

传统的有机废气催化氧化法先将废气通过电加热器预热，再经过管道送入反应器进行催化氧化，但由于电加热器不断经受有机废气的腐蚀、氧化，尤其是电热丝，在高温下被废气腐蚀相当严重，严重影响了电加热器的使用寿命。除此，由于电加热器与反应器为分体式连接结构，该结构不够紧凑，占地面积大，热量损耗大，能源利用率低、能耗高。

实用新型内容

本公开的目的之一在于提供一种有机废气的净化系统。

针对上述目的，本公开提供如下技术方案：

根据本公开的一个方面，提供一种有机废气的净化系统，所述有机废气的净化系统包括微波反应器、微波发生器以及波导，所述微波反应器的侧壁上设置有微波馈能口；所述微波发生器用于产生微波；所述波导连接于所述微波馈能口与所述微波发生器之间；其中，所述微波反应器的进气口设置为其横截面从所述内部腔体的中部向端部逐渐减小。

根据本公开的一示例性实施例，所述微波反应器的内部腔体设置为其横截面从所述内部腔体的中部向两端逐渐减小。

具体地，所述微波反应器的进气口呈锥形，且所述进气口的锥度为30-60度；或者所述微波反应器的进气口呈圆弧面形。

进一步地，所述微波反应器的内部腔体中设置有至少两个反应床，相邻所述反应床之间的间隔为所述反应床在所述微波反应器的轴向长度的1-2倍。

更进一步地，所述微波反应器的侧壁上形成有可选择性打开的开口，所述反应床能够通过所述开口插入到所述微波反应器内，所述微波反应器还包括布气板，所述布气板能够从所述开口插入到所述微波反应器内。

根据本公开一示例性实施例，所述反应床包括垂直于所述微波反应器的轴向平行设置的多个反应床单元，每个所述反应床单元能够从所述开口插入到所述微波反应器内。

具体地，所述有机废气的净化系统还包括依次连接的风机、废气预处理装置和热量回收装置，所述热量回收装置包括废气进口、废气出口、净化气进口以及净化气出口，其中，所述废气预处理装置通过所述废气进口与所述热量回收装置连通，所述热量回收装置的废气出口与所述微波反应器的进气口连通，所述微波反应器的出气口连通于所述热量回收装置的净化气进口，所述热量回收装置的净化气出口与大气连通。

进一步地，所述废气预处理装置包括除尘器和洗涤塔，所述除尘器的进气口与所述风机连通，所述除尘器的出气口与所述洗涤塔的进气口连通，所述洗涤塔的出气口与所述废气进口连通，其中，所述除尘器为袋式除尘器、脉冲除尘器、旋风除尘器中的至少一种，以及/或者，所述洗涤塔为PP喷淋塔、不锈钢喷淋塔、玻璃钢洗涤塔中的至少一种。

进一步优选地，所述有机废气的净化系统还包括保温结构，所述保温结构包裹于所述微波反应器的外周壁上，或者设置于所述微波反应器的壳体夹层中，或者设置于所述微波反应器的内部腔体中。

本公开另一示例性实施例，所述反应床由负载型金属催化剂及支撑架组成，所述负载型金属催化剂以吸波材料为载体，且其上负载贵金属活性组分。

本公开提供的有机废气的净化系统至少具有如下有益效果：有机废气的净化系统包括微波反应器和用于对催化反应进行加热的微波发生器，该结构简单，有机废气被加热后直接参加反应，从而提高了能源的利用率。更进一步地，微波反应器的内部腔体的进气端设置为其横截面从内部腔体的中部向端部逐渐减小，使有机废气进入到微波反应器流速降低，以使有机废气反应更加充分。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1为本公开一示例性实施例提供的有机废气的净化系统的结构示意图。

图2为图1中微波反应器内的反应床和布气板的结构示意图。

图3为图1中微波反应器内的在催化床位置处的横截面示意图。

图4为本公开一示例性实施例提供的有机废气的净化方法的流程图。

附图标记说明：

10：微波反应器；11：反应床；12：保温结构；13：布气板；20：微波发生器；30：波导；40：风机；50：热量回收装置；60：除尘器；70：洗涤塔；80：温度传感器；90：气体检测仪；100：烟囱；111：反应床单元；131：通孔。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本公开的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图1，本公开一示例性实施例提供一种有机废气的净化系统，包括废气预处理装置、微波反应器10、微波发生器20以及热量回收装置50，该图1中箭头方向为有机废气的大致流动方向。

继续参照图1，微波反应器10可以呈横卧的罐体状，其长度方向(亦称轴向)两端可设置有进气口和出气口，微波反应器10的内部腔体靠近进气口的一端可以定义为进气端，微波反应器10的内部腔体靠近出气口的一端可以定义为出气端，进气端和出气端可以相对设置。

微波反应器10包括设置于其内部腔体的反应床11，微波发生器20能够通过设置于微波反应器10侧壁的微波馈能口连接于微波反应器10上，且微波反应器10能够与微波发生器20连通，以使微波发生器20产生的微波能够进入到微波反应器10中，从而对反应床11上的催化剂加热。微波发生器20产生频率在905MHz～925MHz之间或者2400MHz-2500MHz之间的微波，但不以此为限。

微波反应器10的侧壁上开设有微波馈能口，微波发生器20通过微波馈能口与微波反应器10连通，以使微波发生器20产生的微波能够进入到微波反应器10中，从而对微波反应器10内部腔体中的反应床11上的催化剂进行加热，以使催化剂达到预设温度，待后续通入有机废气后，该催化剂用于对有机废气进行加热，以达到最佳反应温度，从而提高废气净化效率。

具体地，微波发生器20可以通过波导30与微波反应器10连通，微波发生器20产生的微波可以先经过波导30然后再进入到微波反应器10中。可以理解的是，有机废气的净化系统还包括微波消除装置，例如但不限于，可以设置在微波反应器10的出气口，以防止微波辐射到微波反应器10外部。

根据本公开的一示例性实施例，其中，微波反应器10的内部腔体进气端可以设置为其横截面积从进气端向中部逐渐增大。本实施例中，微波反应器10的内部腔体中部可以为等直径段，进气端可以为变径段。废气从外接导管进入到微波反应器10的内部腔体后，由于横截面积增大，废气流动速度放缓，从而可以使更加均匀地通过微波反应器10，从而使有机废气的催化氧化反应更加充分。进一步地，该进气端可以呈锥形腔体，或者圆弧面形腔体等。更进一步地，该锥形腔体的锥度为30-60度。本实施例中，该进气端呈圆锥形腔体，且反应床11设置于该圆锥形腔体内。

为了方便安装微波反应器10，防止出现倒置安装的问题，可设置为微波反应器10内部腔体的横截面积从两端朝向中部逐渐增大，以形成为进气端与出气端大致呈对称设置，一定程度上可以提高安装效率。

进一步地，微波反应器10的侧壁设置有可选择性关闭的开口，反应床11可通过该开口插入到微波反应器10的内部，类似于抽屉的推拉方式，以方便更换反应床11，提高了微波反应器10的组装效率。

本实施例中，沿微波反应器10的轴向依次布置有多个反应床11，且相邻的反应床11之间设置有预定间隔，以方便有机废气从一个反应床11更加均匀的进入到下一个反应床11上进行反应，例如但不限于，该预定间隔可以为反应床11沿该微波反应器10的轴向长度的1-2倍。当然，反应床11也可以设置为一个，例如该反应床11可以填充微波反应器10的内部腔体，也可以形成为与微波反应器10的内部腔体的两端间隔预定间距。反应床11可由负载型金属催化剂及支撑架组成，催化剂的形状可为球状、长柱状以及蜂窝状中的任一种。

本实施例中，反应床11可以包括垂直于微波反应器10的轴向平行设置的多个反应床单元111，每个反应床单元111能够从开口插入到微波反应器10中。较反应床11，该反应床单元111规格更小，搬运更灵活，更换组装更方便。

微波反应器10内的反应床11的结构形式、尺寸等参数可以根据实际需要选定，例如但不限于，该反应床11在垂直于微波反应器10的轴向的截面呈圆形或者正方形，以与微波反应器10的内部腔体的横截面匹配。本实施例中，反应床单元111可以大致形成为六面体结构，在该微波反应器10内可以设置有用于支撑反应床单元111的支架且在该支架上可以设置有从开口沿垂直于微波反应器10的轴线向微波反应器10内延伸的滑道，反应床单元111上设置有与该滑道匹配的滑块，多个相互平行的反应床单元111分别插入到相应的滑道内，从而可以分别插入到微波反应器10内，以形成反应床11。

可以理解的是，反应床单元111可以具有统一的规格参数，以便于批量生产，例如均为六面体结构，当然，为了能够与微波反应器10的内部腔体的横截面匹配，同一反应床11的不同位置处的反应床单元111可以具有不同的结构。图3中显示了反应床11与微波反应器10的内壁贴合，其中，微波反应器10的横截面呈圆形，内部腔体的横截面呈矩形，且反应床11的四周与微波反应器10的内壁贴合。

参照图2，本实施例中，微波反应器10内还设置有布气板13，该布气板13大致平行于反应床11布置，且该布气板13上设置有沿微波反应器10轴向延伸的多个通孔131，有机废气通过该通孔131能够更加均匀地分布。布气板13布置于反应床11的朝向微波反应器10的进气口一侧，优选地，该布气板13设置于微波反应器10前部的等直径段。布气板13与相邻的反应床11之间的距离可以为反应床11沿该微波反应器10的轴向长度的1-2倍。

为了进一步节能减排，微波反应器10还包括能够伸入到其内部腔体并能监测该内部腔体温度的温度传感器80，该温度传感器80和微波发生器20均与PLC控制装置电连接，温度传感器80将检测到的微波反应器10的内部腔体的温度信息发送给PLC控制装置，该PLC控制装置接收温度信息并控制微波发生器20以根据需要调整工作模式，例如当测量温度小于预设温度时，微波发生器20可以继续加热，以达到预设温度；当测量温度等于预设温度时，可以停止加热。通过温度传感器80和PLC控制装置的配合，可以使微波反应器10内部腔体保持预设的温度范围，以提高废气净化效率。更进一步地，也避免了不必要的能源浪费，降低了能耗。作为示例，温度传感器80可以设置为多个，且可以沿微波反应器10的周向均匀布置，以监测微波反应器10内部腔体多位置的温度，以用于掌握微波反应器10内部腔体的温度的均匀性。

更进一步地，为了进一步提高能源利用率，有机废气的净化系统还包括保温结构12。保温结构12可以包裹在微波反应器10的外周壁上，也可以根据需要设置在微波反应器10的夹层中，当然也可以设置于微波反应器10内，以作为内部腔体的腔壁。

继续参照图1，在使用过程中，废气可以通过风机40泵入废气预处理装置中，以除去废气中的颗粒物和影响催化反应的物质，例如但不限于，易使催化剂中毒的物质。

废气预处理装置可以包括除尘器60和洗涤塔70，但不以此为限。具体地，除尘器60的进气口可以与风机40的出风口连通，以将废气送入该除尘器60中并去除该废气中的颗粒物，为后续环节的气体洗涤、催化氧化创造有利条件，本实施例中，除尘器60的进气口可以与废气源连通。

优选地，除尘器60可为袋式除尘器、脉冲除尘器、旋风除尘器中的至少一种。

除尘器60的出气口与洗涤塔70的进气口连通，以对有机废气进一步处理，例如但不限于，可以去除焦油以及含硫、磷、氯元素的酸性化合物等。

优选地，洗涤塔70可采用耐腐蚀、抗氧化的喷淋塔，例如但不限于，PP喷淋塔、不锈钢喷淋塔、玻璃钢洗涤塔中的至少一种。

热量回收装置50可以包括废气进口、废气出口、净化气进口以及净化气出口。具体地，洗涤塔70的出气口与热量回收装置50的废气进口连通，热量回收装置50的废气出口与微波反应器10的进气口连通，废气能够从热量回收装置50中经废气管路进入到微波反应器10中。

微波反应器10的出气口与热量回收装置50的净化气进口连通，热量回收装置50的净化气出口与大气连通，例如但不限于，热量回收装置50的净化气出口与烟囱100连通，以使净化气流经热量回收装置50内的净化管路排放到大气中。本实施例中，热量回收装置50的废气进口仅与废气出口连通，净化气进口仅与净化气出口连通，也就是说，热量回收装置50内的废气管路并不与净化管路连通，从而避免净化气被污染。

如此设置，经微波反应器10处理过的净化气可进入到热量回收装置50内的净化管路中，并将其所携带的热量传递给位于热量回收装置50内废气管路中的废气，净化气和废气可以在热量回收装置50内进行热量交换，以对废气进行预热，从而可以降低能耗，提高了资源的利用率。

热量回收装置50与微波反应器10连通的管路上分别设置有气体检测仪90，以检测气体浓度参数，用于评判废气中的杂质是否除净以进入微波反应器10内参加反应，或者评判经微波反应器10处理后的净化气是否已经达到排放标准。优选地，本实施例提供的热量回收装置50可为换热器，例如但不限于，管式换热器或板式换热器，换热器的效率不低于50％。

本实施例中，废气由风机40依次输送入除尘器60和洗涤塔70内，再经过热量回收装置50的废气进口进入到热量回收装置50中，以进行预热并经废气出口进入到微波反应器10内进行反应，离开微波反应器10出气口的净化气检测合格后可直接排放到大气中，但为了进一步提高能量利用率，本实施例将微波反应器10出气口与热量回收装置50的净化气入口连通，在热量回收装置50内净化气可以对废气进行初步预热，之后净化气再排放到大气中，即有机废气在微波反应器10中经过微波催化氧化被氧化成水和二氧化碳后，达到排放标准后被排放。

具体地，废气可在反应温度为300℃-400℃，停留时间可为0.5-8s的环境下进行催化氧化反应。催化氧化过程使用的催化剂为负载型金属催化剂，该催化剂以吸波材料为载体，且其上负载贵金属活性组分，微波发生器20用于对所述催化剂加热。进一步地，吸波材料为活性炭或碳化硅。催化剂本身为多孔结构，具有吸附气体的辅助功能，以提高有机废气的净化率。

实施例一

PVC-U胶生产过程产生的有机废气，主要成分为丙酮、过氯乙烯、环氧酮、环氧树脂、二乙烯三胺，非甲烷总烃浓度可为2499mg/m³，将该有机废气通入温度为220℃-320℃的微波反应器10中，并使该有机废气在该微波反应器10内停留时间约为2s-4s后，从微波反应器10的出气口排出的净化气的非甲烷总烃浓度为13mg/m³，其中，非甲烷总烃的去除率为99.5％，满足涂料、油墨及胶粘剂等工业大气污染物排放标准。

实施例二

油泥热解析过程产生的热解废气，主要成分为烃类的碳氢化合物，测得非甲烷总烃浓度为2697mg/m³，一氧化碳浓度为1500ppm，PM100为85ppm，则在催化反应温度为240℃-370℃、且热解废气在微波反应器10中停留时间为1s-6s条件下，得到净化气的非甲烷总烃浓度为16mg/m³，其中，非甲烷总烃去除率为99.4％，且该净化气中一氧化碳浓度为0，PM100的浓度也为0，满足石油炼制工业污染物排放标准。

本实施例中，微波发生器20产生的微波与反应床11作用，微波能量转化为反应床11上催化剂载体的分子能量，催化剂载体将能量传递给其负载的活性组分，从而激活了活性组分的活性，使其加快了有机废气净化的过程，同时微波降低了废气催化氧化所需的活化能，降低了化学反应的温度，提高了废气净化效率。

本公开的另一个方面，提供一种有机废气的净化方法，图4显示该净化方法的流程图。

步骤101：对废气进行初步预处理，以去除废气中的颗粒物。本实施例中，采用除尘器60对废气进行初步预处理。例如但不限于，可以采用风力损失小、投入成本低的旋风除尘器进行除尘，对于粒径大于5微米的颗粒物，其除尘效率可达到75％以上。

步骤102：对完成初步预处理的废气进行再次预处理，以去除废气中能够使催化剂中毒的物质，从而可以保证催化剂的活性。本实施例中，采用洗涤塔70对废气进行再次预处理。该步骤中去除的物质可以包括焦油、油烟、粉尘、铅化合物以及含硫、磷、氯元素化合物中的一种或多种。洗涤塔70可为耐腐蚀、抗氧化的喷淋塔，例如但不限于，可为PP喷淋塔、不锈钢喷淋塔、玻璃钢洗涤塔中的一种或多种。

经过步骤101和步骤102已基本完成废气的预处理过程，当然，若废气中颗粒物及易使催化剂中毒的物质含量极低，可以无需进行上述步骤101和步骤102的预处理过程，也就是说，该步骤101和步骤102可根据需要省略。

步骤103：对有机废气进行预热。

废气的催化氧化在温度300℃～400℃的范围内，其催化氧化反应速度最快，因此在废气进入微波反应器10之前，可以先对其进行预加热。本实施例中为了提高能源的利用率，采用收集净化气含有的热量对预处理废气进行预加热的方法，本实施例中，采用热量回收装置50来实现。热量回收装置50可以为管式换热器或板式换热器。

步骤104：对有机废气进行催化氧化。

将预热废气通入到微波反应器10中，以进行催化氧化反应。微波反应器10包括伸入到内部腔体的温度传感器80并由PLC控制装置进行控制，其中，该PLC控制装置可分别与温度传感器80和微波发生器20电连接，温度传感器80用于测量微波反应器10内部腔体中的废气温度。当该废气的测量温度低于预设温度时，PLC控制装置可控制微波发生器20可对废气进行加热至温度达到预设温度为止；若通入到微波发生器20内的废气的测量温度在预设温度范围内，则PLC控制装置控制微波发生器20暂不加热。

步骤105：回收净化气中的热量。

经微波发生器20净化后的废气变为净化气，该净化气从微波发生器20的出气口离开微波发生器20，可以先通入到热量回收装置50中以对热量进行回收。

综上所述，本公开提供的有机废气的净化系统，具有可达标排放、高可靠性、高热能利用率、高集成度、高效低成本的特点，具有广泛的应用前景。

本公开所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

Claims (10)

1.一种有机废气的净化系统，其特征在于，所述有机废气的净化系统包括：

微波反应器(10)，所述微波反应器(10)的侧壁上设置有微波馈能口；

微波发生器(20)，用于产生微波；

波导(30)，连接于所述微波馈能口与所述微波发生器(20)之间；

其中，所述微波反应器(10)的内部腔体的进气端设置为其横截面从所述内部腔体的中部向端部逐渐减小。

2.如权利要求1所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述微波反应器(10)的内部腔体设置为其横截面从所述内部腔体的中部向两端逐渐减小。

3.如权利要求1或2所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述微波反应器(10)的进气端呈锥形，且所述进气端的锥度为30-60度；或者所述微波反应器(10)的进气端呈圆弧面形。

4.如权利要求3所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述微波反应器(10)的内部腔体中设置有至少两个反应床(11)，相邻所述反应床(11)之间的间隔为所述反应床(11)在所述微波反应器(10)的轴向长度的1-2倍。

5.如权利要求4所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述微波反应器(10)的侧壁上形成有可选择性打开的开口，所述反应床(11)能够通过所述开口插入到所述微波反应器(10)内，所述微波反应器(10)还包括布气板(13)，所述布气板(13)能够从所述开口插入到所述微波反应器(10)内。

6.如权利要求5所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述反应床(11)包括垂直于所述微波反应器(10)的轴向平行设置的多个反应床单元(111)，每个所述反应床单元(111)能够从所述开口插入到所述微波反应器(10)内。

7.如权利要求6所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述反应床(11)由负载型金属催化剂及支撑架组成，所述负载型金属催化剂以吸波材料为载体，且其上负载贵金属活性组分。

8.如权利要求1所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述有机废气的净化系统还包括依次连接的风机(40)、废气预处理装置和热量回收装置(50)，所述热量回收装置(50)包括废气进口、废气出口、净化气进口以及净化气出口，其中，所述废气预处理装置通过所述废气进口与所述热量回收装置(50)连通，所述热量回收装置(50)的废气出口与所述微波反应器(10)的进气口连通，所述微波反应器(10)的出气口连通于所述热量回收装置(50)的净化气进口，所述热量回收装置(50)的净化气出口与大气连通。

9.如权利要求8所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述废气预处理装置包括除尘器(60)和洗涤塔(70)，所述除尘器(60)的进气口与所述风机(40)连通，所述除尘器(60)的出气口与所述洗涤塔(70)的进气口连通，所述洗涤塔(70)的出气口与所述废气进口连通，其中，所述除尘器(60)为袋式除尘器、脉冲除尘器、旋风除尘器中的至少一种，以及/或者，所述洗涤塔(70)为PP喷淋塔、不锈钢喷淋塔、玻璃钢洗涤塔中的至少一种。

10.如权利要求1所述的有机废气的净化系统，其特征在于，所述有机废气的净化系统还包括保温结构(12)，所述保温结构(12)包裹于所述微波反应器(10)的外周壁上，或者设置于所述微波反应器(10)的壳体夹层中，或者设置于所述微波反应器(10)的内部腔体中。

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