利用微波加熱催化熱解處理揮發性有機氣體的方法技術

本發明專利技術公開了一種利用微波加熱催化熱解處理揮發性有機氣體的方法，其包括以下步驟：1）以VOCs蒸氣為模擬廢氣，氣體通過氯化鈣或氧化鈣進行干燥，對于酸堿廢氣先采用濕式或干式吸收洗滌和除塵處理；2）上述處理后的廢氣通入微波反應器進行催化熱解反應，微波反應器中裝有微波專用催化劑，催化劑主要以鐵酸鈣為主；3）在微波反應器的進口和出口進行氣體在線監測，對反應器的處理效果、氣體流量、氣體停留時間進行檢測，保證氣體達標排放。本發明專利技術采用的微波閃速催化熱解的方法，對高低濃度的VOCs氣體都有較好的處理效果，縮短了時間，降低了反應溫度，提高了分解率。因此本工藝具有凈化效率高、能耗低、無二次污染的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種利用微波加熱催化熱解分解VOCs（揮發性有機化合物）的方法，屬于微波化學催化及環保領域。
技術介紹
VOCs在室外，主要來自燃料燃燒和交通運輸產生的工業廢氣、汽車尾氣、光化學污染等；而在室內則主要來自燃煤和天然氣等燃燒產物、吸煙、采暖和烹調等的煙霧，建筑和裝飾材料、家具、家用電器、清潔劑和人體本身的排放等。在室內裝飾過程中，VOCs主要來自油漆、涂料和膠粘劑。一般油漆中VOCs含量在0.4--1.0mg/m3。由于?VOCs具有強揮發性，一般情況下，油漆施工后的10小時內，可揮發出90%，而溶劑中的VOCs則在油漆風干過程中只釋放總量的25%。揮發性VOCs的危害很明顯，當居室中VOC濃度超過一定濃度時，在短時間內人們感到頭痛、惡心、嘔吐、四肢乏力；嚴重時會抽搐、昏迷、記憶力減退。VOCs傷害人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統。居室內VOCs污染已引起各國重視。揮發性VOCs對人體健康的影響主要是刺激眼睛和呼吸道，使皮膚過敏，使人產生頭痛、咽痛與乏力，其中還包含了很多致癌物質。國家新頒布的《民用建筑室內環境污染控制規范》中，室內空氣中VOCs的含量，已經成為評價居室室內空氣質量是否合格的一項重要指標。在此標準中規定的VOCs含量為Ⅰ類民用建筑工程：0.5?mg/?m3、Ⅱ類民用建筑工程：0.6mg/?m3。目前，常見的揮發性有機氣體的治理技術主要可分為兩大類:??一類是所謂非破壞性技術（回收法），??此類方法包括活性炭吸附法（該技術可參見專利申請號為200710028462.4的專利中公開的相關技術）、冷凝法（該技術可參見專利申請號為201120148948.3）的專利中公開的技術、溶液吸收法（該技術可參見專利申請號為201110341724.9的專利中公開的技術）等常見的技術，一般通過改變一定工藝過程中壓力、溫度等物理條件使揮發性有機氣體富集分離;??另一類是所謂破壞性技術（降解法），主要包括直接熱解法（該技術可參見專利申請號為200810039311.3的文獻中公開的技術）和光催化法（該技術可參見專利申請號為201210112303.3?的專利中公開的技術）等常見的技術，通過化學技術使VOCs轉化為CO2、水及無毒或毒性較小的無機物。各種方法處理揮發性有機氣體的工藝條件和要求具有不同應用范圍和優缺點。譬如，冷凝工藝對低濃度的揮發性有機氣體處理存在投資大、運行成本高的缺點，一般只適用于高濃度、小風量的揮發性有機氣體治理;吸附法對于低濃度的揮發性有機氣體具有很好的處理效果，但需要頻繁地對吸附劑進行再生;直接熱解法適合處理高濃揮發性有機氣體，因其運行溫度通常達到800-1200?℃時，不但工藝能耗成本較高；光催化的方法由于處理量小，處理速率較低一直處于實驗室研究階段。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種凈化效率高、能耗低、無二次污染的利用微波加熱催化熱解處理揮發性有機氣體的方法。為解決上述技術問題，本專利技術采取的技術方案是：一種利用微波加熱催化熱解處理揮發性有機氣體的方法，其關鍵技術在于：其包括以下步驟：?1）以VOCs蒸氣為模擬廢氣，氣體通過氯化鈣或氧化鈣進行干燥，對于酸堿廢氣先采用濕式或干式吸收洗滌和除塵處理；2）上述處理后的廢氣通入微波反應器進行催化熱解反應，微波反應器中裝有微波專用催化劑，催化劑主要以鐵酸鈣為主；在微波輻射過程中，通過控制微波功率來控制微波專用催化劑的溫度，其功率范圍在0-400KW；通過控制流速來控制氣體在反應器中的停留時間，?VOCs的停留時間為1-3S；3）在微波反應器的進口和出口進行氣體在線監測，對反應器的處理效果、氣體流量、氣體停留時間進行檢測，保證氣體達標排放。所述微波反應器包括筒體組合以及與筒體組合連接的至少一組磁控管和波導管組合；所述筒體組合包括內筒以及與其固定連接的外筒，所述內筒為透波陶瓷管，所述外筒為內壁打磨光滑的不銹鋼筒體；所述磁控管和波導管連通后由波導管與外筒連通；所述內筒內設有填料層，所述內筒和外筒之間設有用于保證腔體溫度的硅酸鋁保溫棉；所述外筒的上下兩端均設有防止微波泄漏的鋁膜。所述內筒上部通過壓緊塊和定位座與外筒的上蓋組件固定連接，所述外筒與內筒的下部連接處經密封圈和隔板密封，所述內筒的底部設有下蓋組件和用于承托填料層的擋板，該擋板上開設有多個圓孔；所述擋板的下部設有下筒節，該下筒節下部設有法蘭。所述外筒和波導管連接處借助可防止腔體內粉塵進入磁控管的云母片封閉，磁控管離微波腔體邊緣的距離至少為20cm，所述波導管采用純銅或鍍銀波導。所述微波反應器采用915MHz或2.45GHz，0-400?KW微波發生裝置，所述微波反應器采用單管或多管組合方式。所述步驟2）中的催化劑制作步驟如下：（1）將100g氧化鈣溶于500ml質量分數5-30%的氯化鐵溶液中，以100-300r/min轉速均勻攪拌，以100-500ml/min的流量吹入空氣進行曝氣，同時用NaOH溶液調節并穩定溶液pH至8-10，至膠狀物消失且溶液呈泥漿狀，結束攪拌；（2）將步驟（1）所得泥漿與碳化硅粉末按照質量比5:1混合均勻；（3）取步驟（2）所得產品，采用帶式壓濾機壓濾脫水，得到濾餅；（4）將步驟（3）所得濾餅造粒，在80-120℃的烘箱中烘烤12-14h，得到催化劑半成品；（5）對步驟（4）所得的催化劑半成品，在N2氣體條件下將原料放入常規高溫馬弗爐隨爐升溫至需要溫度，控制溫度900-1500℃，加熱4-6h，后隨爐冷卻至室溫，即得催化劑。所述步驟（2）中所述碳化硅粉末粒徑為300目以上。?所述步驟（5）中所述N2通入流量為60-300ml/min。本專利技術的原理如下：微波加熱主要是利用加熱物質的吸波性能，將微波能直接轉化成其內能，因不同物質的吸波性能不同，進而微波加熱起到進行選擇性加熱的作用。根據前人研究可知，分子具有極性時其吸波性能較好，其原因是由于極性分子的結構使得其正負極性分居分子兩端，形成了微觀上的偶電距，而這種偶電距的形成有利于分子在微波場中的運動。在微波場內，具有偶電距的分子隨著交變電場的變化在不斷地發生“取向”和“馳豫”排列，而由于分子本身極性之間電場力的相互作用，產生相互排斥或吸引作用，在排斥或吸引下分子因動能增加而產生大量摩擦，進而由動能轉變為內能，實現物質的加熱。正是利用微波場中分子的以上特性，我們利用微波催化加速VOCs氣體分子的分解和加熱催化劑升溫，從而達到閃速熱解，提高VOCs去除率的效果。開始時，未飽和微波專用催化劑會吸附VOCs，但隨著溫度的迅速升高，VOCs在微波專用催化劑吸附位上分解脫附，當微波專用催化劑溫度達到VOCs熱解的臨界溫度時，開始催化熱解，在處理過程中微波專用催化劑吸附和脫附VOCs速率達到平衡時，系統可以穩定檢測催化熱解VOCs后VOCs的去除率，平衡時間根據實驗測定為5-8?min。?采用上述技術方案所產生的有益效果在于：1、微波輻射階段為VOCs氣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用微波加熱催化熱解處理揮發性有機氣體的方法，其特征在于：其包括以下步驟：?1）以VOCs蒸氣為模擬廢氣，氣體通過干燥劑氯化鈣或氧化鈣進行干燥，對于酸堿廢氣先采用濕式或干式吸收洗滌和除塵處理；2）上述處理后的廢氣通入微波反應器進行催化熱解反應，微波反應器中裝有微波催化劑，催化劑主要以鐵酸鈣為主；在微波輻射過程中，通過控制微波功率來控制微波專用催化劑的溫度，其功率范圍在0?400KW；通過控制流速來控制氣體在反應器中的停留時間，VOCs的停留時間為1?3S；3）在微波反應器的進口和出口進行氣體在線監測，對反應器的處理效果、氣體流量、氣體停留時間進行檢測，保證氣體達標排放。

【技術特征摘要】
1.一種利用微波加熱催化熱解處理揮發性有機氣體的方法，其特征在于：其包括以下步驟：?
1）以VOCs蒸氣為模擬廢氣，氣體通過干燥劑氯化鈣或氧化鈣進行干燥，對于酸堿廢氣先采用濕式或干式吸收洗滌和除塵處理；
2）上述處理后的廢氣通入微波反應器進行催化熱解反應，微波反應器中裝有微波催化劑，催化劑主要以鐵酸鈣為主；
在微波輻射過程中，通過控制微波功率來控制微波專用催化劑的溫度，其功率范圍在0-400KW；
通過控制流速來控制氣體在反應器中的停留時間，VOCs的停留時間為1-3S；
3）在微波反應器的進口和出口進行氣體在線監測，對反應器的處理效果、氣體流量、氣體停留時間進行檢測，保證氣體達標排放。
2.根據權利要求1所述的利用微波加熱催化熱解處理揮發性有機氣體的方法，其特征在于：步驟2）中所述微波反應器包括筒體組合（7）以及與筒體組合（7）連接的至少一組磁控管（8）和波導管（9）組合；
所述筒體組合（7）包括內筒（17）以及與其固定連接的外筒（30），所述內筒（17）為透波陶瓷管，所述外筒（30）為內壁打磨光滑的不銹鋼筒體；所述磁控管（8）和波導管（9）連通后由波導管（9）與外筒（30）連通；所述內筒（17）內設有填料層（14），所述內筒（17）和外筒（30）之間設有用于保證腔體溫度的硅酸鋁保溫棉（16）；所述外筒（30）的上下兩端均設有防止微波泄漏的鋁膜（15）。
3.根據權利要求2所述的利用微波加熱催化熱解處理揮發性有機氣體的方法，其特征在于：所述內筒（17）上部通過壓緊塊（18）和定位座（19）與外筒的上蓋組件（22）固定連接，所述外筒（30）與內筒（17）的下部連接處經密封圈（11）和隔板（12）密封，所述內筒（17）的底部設有下蓋組件（10）和用于承托填料層的擋板（23），該擋板（23）上開設有多個圓孔；所述擋板（23）的下部設有下筒節（27），該下筒...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭斌，王欣，任愛玲，張丁超，段二紅，韓夢菲，
申請(專利權)人：河北科技大學，
類型：發明
國別省市：河北;13