微波催化协同膜分离的废气净化装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微波催化协同膜分离的废气净化装置。所述废气净化装置，包括微波腔体、微波发生器、催化组件以及分离膜组件；所述微波发生器安装于所述微波腔体内，该微波腔体两端开孔且分别套设有进气管和出气管，所述催化组件包括石英管以及装于石英管内的催化剂，所述石英管具有与进气管相连通的进气孔以及与出气管相连通的出气孔，所述分离膜组件包括连通管、回流管以及分离膜，所述连通管一端与所述出气管相连通，另一端连接至所述分离膜，所述回流管一端连接至所述分离膜，另一端与所述进气管相连通。本实用新型所述的废气净化装置，一方面能有效提高废气净化效果，提高脱出率，另一方面还能延长所述分离膜的使用寿命。
【专利说明】微波催化协同膜分离的废气净化装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及废气的净化处理领域，具体地，涉及一种微波催化协同膜分离的废气净化装置。
【背景技术】
[0002]挥发性有机物(VOCs)是大气污染的主要来源之一，有毒、有气味、有致癌性且易生成光化学烟雾，同时VOCs作为PM2.5的前驱物，是造成雾霾的元凶之一，严重威胁到公众健康和生存环境。因此，必须开发经济有效的VOCs净化技术对已排放的VOCs进行处理，以适应社会和经济的发展。通常VOCs处理方法包括吸附法、溶液吸收法、冷凝法及膜分离法等常规方法，这些方法仅适用于高浓度、比较昂贵、有回收价值的VOCs使用。而光催化、脉冲电晕、生物降解等方法要么效率低，要么运行成本高而难以广泛使用。直接燃烧法仅适用于高浓度的可燃废气，该方法造成资源和能源巨大浪费，同时产生二恶英、NOx等副产物，以及黑烟及不完全燃烧产生的异味，从而对环境造成二次污染。而催化氧化法优点有:1)与直接燃烧法相比，起燃温度低、能耗低；2)净化效率高，无二次污染；3)适用范围广，可适用各种行业低浓度、多组分、无回收价值的废气处理；4)设备体积小，可操作性强。催化燃烧中，其技术核心是新型多功能催化剂研制。稀土材料具有优良的储氧输氧性能，负载贵金属催化剂如Pt、Pd以及Ru、Au,过渡金属Cu、Mn、Cr、Ce、Zr等制备低温高效、耐久的多功能催化齐U，在催化氧化反应当中加快氧的传输，提高反应速率。
[0003]当前的催化氧化处理技术主要以蓄热式催化氧化器为主，同时采用传统的电加热，这种加热方式无针对性、升降温缓慢、热量不易散发而易导致催化剂表面烧结与活性组分团聚。而微波加热，不同于传统的电加热方式，具有选择性、速度快、无滞后性、操作方便且设备简单等优势。
[0004]由于存在停留时间短和不完全氧化残余的情况，使有机废气在净化过程中未彻底转变为CO2和水，为确保工艺的完整和效率性，还可在催化氧化工序后增加膜分离技术，已经彻底转变为CO2和水的则能顺利通过该分离膜，而未彻底分离为CO2和水的有机废气则不能通过该分离膜。
[0005]而当前使用的电加热催化氧化后的气体温度较高，当气体流至分离膜时，其附带的高温会对分离膜的结构产生破坏作用，降低分离膜的净化效果，缩短分离膜的使用寿命，增加成本。
[0006]而利用微波替代传统电加热，将有助于保持催化剂的稳定性和高活性，同时微波还能够改变分子间的相互作用力，使化学反应速率更快、产率更高甚至可以改变产物的性能。除此之外，由于微波对气体并不产生加热作用，所以微波催化氧化后的气体仍具有较低温度，不会对分离膜产生破坏影响，能在最大程度上保证分离膜的寿命和效用。
[0007]因此，以微波加热替换传统电加热，将微波与催化氧化技术、膜分离技术相结合应用于有机污染物治理，将是一种行之有效和具有应用前景的污染治理新技术。实用新型内容
[0008]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够替换现有传统的电加热式、且能有效保证分离膜的寿命和效用的废气净化装置。
[0009]本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:
[0010]一种废气净化装置，包括微波腔体、微波发生器、催化组件以及分离膜组件；所述微波发生器安装于所述微波腔体内，该微波腔体两端开孔且分别套设有进气管和出气管，所述催化组件包括石英管以及装于石英管内的催化剂，所述石英管具有与进气管相连通的进气孔以及与出气管相连通的出气孔，所述分离膜组件包括连通管、回流管以及分离膜，所述连通管一端与所述出气管相连通，另一端连接至所述分离膜，所述回流管一端连接至所述分离膜，另一端与所述进气管相连通。
[0011]进一步地，所述催化组件能够拆卸地安装于所述微波腔体内。
[0012]进一步地，所述石英管内邻近所述进气孔处设置有筛板，所述催化剂设置于所述筛板与所述石英管的出气孔之间。
[0013]进一步地，所述催化剂为金属催化剂。
[0014]进一步地，所述废气净化装置还包括一脱水装置，该脱水装置通过一管道与所述微波腔体的进气管相连通。
[0015]进一步地，所述进气管以及出气管邻近所述微波腔体的一端分别设置有微波屏蔽部件。
[0016]进一步地，所述微波腔体外壁上设置有微波控制面板，所述微波控制面板与所述微波发生器电连接。
[0017]一种废气净化装置，包括分流管、分离膜组件、两组或两组以上的微波催化氧化组件；任一微波催化氧化组件包括微波腔体、微波发生器以及催化组件；所述微波发生器安装于所述微波腔体内，该微波腔体两端开孔且分别套设有进气管和出气管，所述催化组件包括石英管以及装于石英管内的催化剂，所述石英管具有与进气管相连通的进气孔以及与出气管相连通的出气孔；所述分离膜组件包括连通管、回流管以及分离膜，所述连通管通过所述分离膜与所述进气管相连接；任一微波催化氧化组件的进气管均连通至所述分流管，任一微波催化氧化组件的出气管均连通至所述连通管，所述回流管的另一端连接至所述分流管上游。
[0018]进一步地，所述进气管以及连通管上分别设置有阀门。
[0019]进一步地，所述废气净化装置还包括安装一脱水装置，所述脱水装置的出气端与所述分流管相连通，所述分流管另一端连通至各微波催化氧化组件的进气管。
[0020]综上，本实用新型的有益效果是:本实用新型所述的废气净化装置，一方面能有效提高废气净化效果，提高脱出率，另一方面还能延长所述分离膜的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型实施例1所示的废气净化装置100的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型实施例2所示的废气净化装置200的结构示意图；
[0023]附图中标记及相应的零部件名称:废气净化装置100、微波腔体10、微波发生器20、催化组件30、分离膜组件40、进气管11、出气管12、微波屏蔽部件13、微波控制面板15、石英管31、催化剂32、筛板33、连通管41、回流管42、分离膜43、脱水装置50、废气净化装置200、阀门201、阀门202、阀门203、分流管204。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0025]实施例1
[0026]请参阅图1，本实用新型较佳实施例所示的废气净化装置100，该废气净化装置100通过微波催化氧化协同膜分离技术进行废气的处理，在有效处理废气的基础上，延长装置内分离膜组件40的使用寿命。该废气净化装置100包括微波腔体10、设置于所述微波腔体10内的微波发生器20、催化组件30、以及设置于所述微波腔体10外的分离膜组件40。
[0027]所述微波腔体10的两端部开孔，分别套设有进气管11和出气管12，所述进气管11以及出气管12邻近所述微波腔体10的一端分别设置有微波屏蔽部件13，所述微波屏蔽部件13可以为屏蔽金属环、和/或者是屏蔽金属网等，可有效防止微波的泄漏，避免对人体产生危害。所述微波腔体10外壁上还设置有微波控制面板15，所述微波控制面板15与所述微波发生器20电连接，所述微波控制面板15控制所述微波发生器20的开启/或关闭，以及通过控制所述微波发生器20来控制所述微波腔体10内的微波功率密度。
[0028]所述微波发生器20设置于所述微波腔体10内壁上，用于产生微波，作用于催化组件30。可以理解，所述微波发生器20的数量可根据所需要的工艺条件进行调整。本实施例中，设置有两个所述微波发生器20。
[0029]所述催化组件30可拆卸地安装于所述微波腔体10内。所述催化组件30包括中空的两端开孔的石英管31以及填充于所述石英管31内的催化剂32。所述石英管31的两开孔分别与所述微波腔体10上的两开孔相对应配合，且所述石英管31的进气孔与所述微波腔体10的进气管11相连通，所述石英管31的出气孔与所述微波腔体10的出气管12相连通。废气通过石英管31的进气孔进入所述石英管31，在所述石英管31内经催化剂32催化后从所述石英管31的出气孔流出所述微波腔体10。所述石英管31内邻近所述进气孔处设置有筛板33，所述催化剂32设置于所述筛板33的上部，即，所述催化剂32设置于所述筛板33与出气孔之间。所述筛板33 —方面能供气体通过，另一方面能放置催化剂32散落堵塞进气孔。
[0030]本实施例中，所述催化剂32为金属催化剂，该金属催化剂可以为负载型金属催化齐!J(如稀土 -贵金属复合催化剂)或其他的具有良好吸波性能和较大介质损耗角正切的金属催化剂。该金属催化剂能极大程度地利用微波能，提高反应效果。所述微波发生器20发出微波，作用于石英管31内的金属催化剂，金属催化剂迅速升温至250°C，同时微波加快金属催化剂与废气之间的化学反应速率，缩短了反应时间，与微波配合活性炭净化废气的装置相比，本装置100的催化组件30在气体流通方向的长度上可稍较短，但净化效果仍然较微波配合活性炭净化废气的装置好，金属催化剂将有机废气氧化降解为CO2和水，脱出率达95%以上，升温速率提高50%。
[0031]所述分离膜组件40用于分离从所述微波腔体10内流出的气体中还未净化或还未完全净化的气体，使完全降解后的产物CO2和水能通过所述分离膜组件40排出至外界环境或被其他装置所利用，而还未净化或还未完全净化的气体则回流至所述微波腔体10内继续进行净化处理，进一步增强了装置100的废气净化处理效果。所述分离膜组件40包括连通管41、回流管42以及分离膜43，所述连通管41 一端与所述微波腔体10的出气管12相连通，另一端连接至所述分离膜43处。所述回流管42 —端连接至所述分离膜43处，另一端与所述微波腔体10的进气管11相连通。所述分离膜43具有选择通过性，使CO2和水能够通过，而还未净化或还未完全净化的VOCs则不能通过该分离膜43，通过所述回流管42回流至所述微波腔体10的进气管11，进入石英管31内继续微波催化氧化处理。
[0032]可以理解，本实用新型所述废气净化装置100还可以包括一脱水装置50，所述脱水装置50通过一管道与所述微波腔体10的进气管11相连通，VOCs经过所述脱水装置50脱除其中的水分后，有利于后续的微波催化氧化的净化效果及净化效率。
[0033]以上的微波腔体10、微波发生器20以及催化组件30共同组合成为微波催化氧化组件，实现微波催化氧化的功能。
[0034]实施例2
[0035]请参阅图2，在另一个较佳实施例中，本实用新型还提供一种废气净化装置200，本实施例2所述的废气净化装置200与实施例1所述的废气净化装置100的结构大致相同，不同点在于:该废气净化装置200可以包括两个或两个以上的所述微波催化氧化组件，而且该废气净化装置200还包括一分流管204。废气净化装置200在工作过程中，有且仅有一个所述的微波催化氧化组件处于工作状态。任一微波催化氧化组件的微波腔体10的进气管11均连通至分流管204，任一微波催化氧化组件的微波腔体10的出气管12均连通至所述分离膜组件40的连通管41，所述回流管42的另一端连接至所述分流管204的上游。
[0036]本实施例中，所述废气净化装置200安装有两个所述的微波催化氧化组件，该两个微波催化氧化组件交替使用，通过在任一进气管11以及连通管41上设置阀门来实现，在其一个进气管11上设有阀门201，在另一个进气管11上设有阀门202，连通管41上设有阀门 203。
[0037]在安装有脱水装置50的废气净化装置200中，所述脱水装置50的出气端与所述分流管204相连通，废气经过所述脱水装置50脱除水分后经过分流管204流至各进气管11。
[0038]本实施例2所述的废气净化装置200工作时，开启阀门201以及阀门203，VOCs通过所述脱水装置50脱除水分后，通过分流管204、阀门201进入某一微波催化氧化组件，通过进气管11进入石英管31内经金属催化剂吸附，通过操作所述微波控制面板15开启所述微波发生器20，所述微波发生器20产生微波，作用于所述金属催化剂，使得所述金属催化剂迅速升温，催化VOCs氧化降解成二氧化碳和水蒸汽，含有二氧化碳和水蒸气的气体经过所述出气管12进入所述分离膜组件40，在所述分离膜43处进行分离，二氧化碳及水蒸气穿过所述分离膜43，排出或者是进入其他的装置，而还未净化或还未完全净化的气体通过回流管42回流至分流管204上游。经过所述微波催化氧化组件净化后的气体并不会受到微波的作用而升温，当此气体到达分离膜43处时，不会对分离膜43的结构造成影响，也不会因为高温而造成分离膜43的使用寿命减少。关闭阀门201，开启阀门202，经过脱水装置50脱水后的气体以及从回流管42回流的气体从所述分流管204分流至阀门202，进入另一微波催化氧化组件进行催化氧化，其净化过程与通过前一微波催化氧化组件进行净化的过程相同，而前一微波催化氧化组件则处于非工作状态，如此交替使用，一方面可以提高催化氧化的效果，由于催化剂32对于VOCs的吸附能力是有限的，避免催化剂32已经吸附饱和了，而气体还一直流入所述石英管31内，可以替换使用另一微波催化氧化组件，另一方面很好地保护了微波设备，避免微波发生器20 —直处于工作状态，大大延长了其使用寿命。
[0039]综上，本实用新型所述的废气净化装置，一方面能有效提高废气净化效果，提高脱出率，另一方面还能延长所述分离膜的使用寿命。而在安装有两个或两个以上的微波催化氧化组件的废气净化装置中，一方面能够保证废气催化氧化的效果，另一方面还能延长所述微波发生器的使用寿命。此外，在不向石英管内通入气体的状态下，即，关闭进气管上的阀门(也可以是不再向废气净化装置送气等其他本领域技术人员所容易想到的方式或结构，来实现不向石英管内通入气体)，开启微波发生器，可实现对催化剂的再生，无需额外的
>J-U ρ?α装直。
[0040]如上所述，可较好的实现本实用新型。
[0041]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种废气净化装置，其特征在于，包括微波腔体(10)、微波发生器(20)、催化组件(30)以及分离膜组件(40);所述微波发生器(20)安装于所述微波腔体(10)内，该微波腔体(10)两端开孔且分别套设有进气管(11)和出气管(12)，所述催化组件(30)包括石英管(31)以及装于石英管(31)内的催化剂，所述石英管(31)具有与进气管(11)相连通的进气孔以及与出气管(12)相连通的出气孔，所述分离膜组件(40)包括连通管(41)、回流管(42)以及分离膜(43)，所述连通管(41) 一端与所述出气管(12)相连通，另一端连接至所述分离膜(43)，所述回流管(42) —端连接至所述分离膜(43)，另一端与所述进气管(11)相连通。
2.根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述催化组件(30)能够拆卸地安装于所述微波腔体(10)内。
3.根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述石英管(31)内邻近所述进气孔处设置有筛板(33)，所述催化剂设置于所述筛板(33)与所述石英管(31)的出气孔之间。
4.根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述催化剂为金属催化剂。
5.根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述废气净化装置(100)还包括一脱水装置(50 )，该脱水装置(50 )通过一管道与所述微波腔体(10 )的进气管(11)相连通。
6.根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述进气管(11)以及出气管(12)邻近所述微波腔体(10)的一端分别设置有微波屏蔽部件(13)。
7.根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述微波腔体(10)外壁上设置有微波控制面板(15)，所述微波控制面板(15)与所述微波发生器(20)电连接。
8.一种废气净化装置，其特征在于，包括分流管(204)、分离膜组件(40)、两组或两组以上的微波催化氧化组件；任一微波催化氧化组件包括微波腔体(10)、微波发生器(20)以及催化组件(30);所述微波发生器(20)安装于所述微波腔体(10)内，该微波腔体(10)两端开孔且分别套设有进气管(11)和出气管(12)，所述催化组件(30)包括石英管(31)以及装于石英管(31)内的催化剂，所述石英管(31)具有与进气管(11)相连通的进气孔以及与出气管(12)相连通的出气孔；所述分离膜组件(40)包括连通管(41)、回流管(42)以及分离膜(43)，所述连通管(41)通过所述分离膜(43)与所述进气管(11)相连接；任一微波催化氧化组件的进气管(11)均连通至所述分流管(204)，任一微波催化氧化组件的出气管(12)均连通至所述连通管(41 )，所述回流管(42 )的另一端连接至所述分流管(204 )上游。
9.根据权利要求8所述的废气净化装置，其特征在于，所述进气管(11)以及连通管(41)上分别设置有阀门。
10.根据权利要求8所述的废气净化装置，其特征在于，所述废气净化装置(200)还包括安装一脱水装置(50)，所述脱水装置(50)的出气端与所述分流管(204)相连通，所述分流管(204 )另一端连通至各微波催化氧化组件的进气管(11)。
【文档编号】B01D53/74GK203971755SQ201420476343
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】李海英, 杨力, 万宁, 李丹凤, 严东海 申请人:四川省有色冶金研究院有限公司