一种同时催化脱除NOx和VOCs的装置和方法

技术领域

本发明属于气体净化领域，涉及一种催化装置和方法，具体涉及一种同时催化脱除NO

背景技术

人类的社会活动以及工业生产过程都会造成氮氧化物(NO

催化氧化VOCs的脱除方法借助催化剂，降低化学反应的活化能，从而在氧化性气氛下，直接将VOCs降解为CO

发明内容

有鉴于此，本发明实施例旨在提供一种催化装置和方法，具体而言，是一种同时催化脱除NO

为了实现上述目的，根据本发明第一方面的实施例，提供了一种同时催化脱除NO

配气系统，用于通入气体；

反应系统，用于同时催化脱除气体中的NO

温度控制系统，用于对配气系统或反应系统中至少一个的至少一部分进行控温；

所述配气系统和反应系统沿气路从上游至下游设置连接，所述温度控制系统分别与配气系统和反应系统连接。

根据本发明的实施例，所述配气系统包括配气支路。根据本发明的一些实施例，所述配气系统可基于所通入气体的组分，设置相应的配气支路。在一些实施例中，所述气体的组分包括VOCs、NO

根据本发明实施例，所述氧化性气体具有催化脱除VOCs和NO

根据本发明实施例，所述载气优选为惰性气体。在一些实施例中，所述载气包括氦气(He)、氮气(N

在实际应用中工业烟气成分复杂，烟气中残存的少量SO

根据本发明实施例，在所述配气系统中，所述配气支路可包括沿管路依次连接的气源、气体质量流量计和阀。

根据本发明实施例，所述气源能提供一种或多种所述气体。在一些实施例中，所述气源可以是储存具体气体的容器，例如高压容器，如高压气瓶。在另一些实施例中，所述气源可以是能提供或产生具体气体的固态或液态化合物。在另一些实施例中，所述气体的常规物质形态为液态或固态，可以选用该常态物质作为气源。

根据本发明实施例，所述配气支路可以设置一条或多条。总的来说，所述配气支路所设置的数量与参与催化反应的气体和/或待测试其比例的气体的组分种类数量有关。

在某些具体实施例中，VOCs气源为液态，还可以设置任意配气支路与VOCs的配气支路连接。具体地，至少一条配气支路与至少一个液态VOCs气源连接，例如气体通入装有液态VOCs的容器中，从而带出一定浓度的VOCs气体。优选地，氧化性气体的配气支路与VOCs的配气支路连接。具体地，氧化性气体的配气支路与至少一个液态VOCs气源连接，例如氧化性气体通入装有液态VOCs的容器中，从而带出一定浓度的VOCs气体。

根据本发明实施例，所述温度控制系统包括设置于配气系统和反应系统的至少一个温度计和至少一个温度调节器。具体地，所述温度控制系统在配气系统和反应系统分别设置有至少一个温度计和至少一个温度调节器。

在一些实施例中，在所述配气系统中，所述配气支路中设置有预热区域。设置预热区域的目的在于使一部分或全部气体被提前加热，待进入反应系统中能够迅速升温到达反应所需的温度，避免出现大流量或大体积气体加热困难的情况。

根据本发明实施例，所述反应系统包括反应管和石英炉。在一些具体实施例中，石英管中设置有催化剂床层，所述床层用于装载催化剂。在一些实施例中，所述反应系统中设置有热电偶，用于实时测量反应温度。在一些具体实施例中，所述热电偶设置在紧靠所述催化剂床层的区域。在本文中，除非另有说明，一套反应系统中仅包括一个反应管和一个石英炉。

根据本发明实施例，所述气体的组分包括VOCs和NO

本发明实施例的装置，适用于测试催化剂同时脱除VOCs与NO

根据本发明实施例，所述同时催化脱除NO

应当理解的是，所述装置还可以包括控制器，所述控制器与所述装置中的各个系统通信连接，用于控制所述装置中的各系统中的控制参数。所述装置还可以包括显示器，所述显示器用于显示各系统中的控制参数和实时参数。

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种同时催化脱除NO

根据具体的实施例，所述装置包括配气系统、温度控制系统和反应系统，所述配气系统和反应系统沿气路从上游至下游设置连接，所述方法包括以下步骤：

将气体通入所述配气系统，然后所述配气系统将气体通入反应系统发生催化反应；

利用所述温度控制系统对反应系统的温度进行控制；

经反应后的气体从所述反应系统排出。

本发明实施例的方法具有以下优点及效果：

通过本发明实施例的装置和方法，可以在一定程度上实现了同时催化脱除废气中NO

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。

图1示出了本发明实施例的装置的结构示意图。

图2示出了本发明实施例的装置的详细结构示意图。

图3示出了本发明实施例的装置中反应系统的结构示意图。

图4示出了本发明实例1测试的催化剂的脱VOCs、脱硝效率。

图5示出了本发明实例2测试的催化剂的脱VOCs、脱硝效率。

图6示出了本发明实例3测试的催化剂的脱VOCs、脱硝效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明实施例提供了一种催化装置和方法，更具体地，一种同时催化脱除NO

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种同时催化脱除NO

配气系统，用于通入气体；

反应系统，用于同时催化脱除气体中的NO

温度控制系统，用于对配气系统或反应系统中至少一个的至少一部分进行控温；

所述配气系统和反应系统沿气路从上游至下游设置连接，所述温度控制系统分别与配气系统和反应系统连接。

在所述反应系统中，经催化反应后，排出尾气，利用通入气体和排出气体中NO

根据本发明实施例，所述同时催化脱除NO

在实际应用中工业烟气的成分复杂，烟气中残存的少量SO

在一些实施例中，所述配气系统可基于所通入气体的组分，设置相应的配气支路。在一些实施例中，所述气体的组分包括VOCs、NO

根据本发明实施例，所述VOCs中具体组分及其比例不作限制，只要其中具体组分及其比例符合本领域普通技术人员理解的VOCs的定义，例如，根据世界卫生组织(WHO)的定义，VOCs(挥发性有机化合物，volatile organic compounds)是指在常温下，沸点50℃至260℃的各种有机化合物。在我国，VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下，蒸汽压大于或者等于10Pa且具有挥发性的全部有机化合物。VOCs通常包括非甲烷碳氢化合物(简称NMHCs)、含氧有机化合物、卤代烃、含氮有机化合物、含硫有机化合物等种类的具体有机化合物。

根据本发明实施例，所述NO

根据本发明实施例，所述氧化性气体具有催化脱除VOCs和NO

根据本发明实施例，为了对催化剂评价的准确性，所述载气优选为惰性气体。在一些实施例中，所述载气包括氦气(He)、氮气(N

根据本发明实施例，在所述配气系统中，所述配气支路可包括沿管路依次连接的气源、气体质量流量计和阀。

根据本发明实施例，所述气源能提供一种或多种所述气体。在一些实施例中，所述气源可以是储存具体气体的容器，例如高压容器，如高压气瓶。在另一些实施例中，所述气源可以是能提供或产生具体气体的固态或液态化合物，例如，在一些具体实施例中，利用高锰酸钾(KMnO

根据本发明实施例，所述配气支路可以设置一条或多条。总的来说，所述配气支路所设置的数量与参与催化反应的气体和/或待测试其比例的气体的组分种类数量有关。在一些具体实施例中，例如，需要针对所述气体中的每种具体气体组分的比例进行测试，则设置不少于具体气体组分的种类数量的配气支路，或者设置与具体气体组分的种类数量相同的配气支路。

在一些实施例中，对不同气体组分的比例或流量条件进行探索性调整，例如仅针对纯N

在某些具体实施例中，VOCs气源为液态，还可以设置任意配气支路与VOCs的配气支路连接。具体地，至少一条配气支路与至少一个液态VOCs气源连接，例如将气体通入装有液态VOCs的容器中，从而带出一定浓度的VOCs气体。为了保证VOCs催化氧化所需的氧化性气氛，优选地，氧化性气体的配气支路与VOCs的配气支路连接。具体地，氧化性气体的配气支路与至少一个液态VOCs气源连接，例如将氧化性气体通入装有液态VOCs的容器中，从而带出一定浓度的VOCs气体。通过改变VOCs气体的组分来改变VOCs的种类，以及通过改变氧化性气体的配气支路与哪一个或多个液态VOCs气源连接，使得污染物组分和配比选择性大。

应当理解的是，例如，对于某几种具体气体组分的比例不作测试，或者该几种具体气体组分的比例已经确定，则该几种具体气体组分可以预先混合成混合气体，例如以已确定的比例预先混合，或使用含有该几种具体气体组分的混合气体，则可以设置以少于其中气体组分的种类数量的配气支路，例如仅设置1条配气支路，用于通入预混合气体。

还应当理解，在实际应用中，所述装置可以放置于废气中VOCs、NO

根据本发明实施例，所述温度控制系统包括设置于配气系统和反应系统的至少一个温度计和至少一个温度调节器。具体地，所述温度控制系统在配气系统和反应系统分别设置有至少一个温度计和至少一个温度调节器。

在一些实施例中，在所述配气系统中，所述配气支路中设置有预热区域，所述预热区域由所述温度控制系统进行控温，例如利用预热炉进行加热。例如，所述配气支路中的至少一条与预热炉连接或经过预热炉。在一些实施例中，所述配气支路中的至少一条与预热炉连接，与所述预热炉连接的配气支路中的气体在预热炉中混合。设置预热区域的目的在于使一部分或全部气体被提前加热，待进入反应系统中能够迅速升温到达反应所需的温度，避免出现大流量或大体积气体加热困难的情况。

根据本发明实施例，所述反应系统包括反应管和石英炉。在一些具体实施例中，石英管中部设置有催化剂床层，所述床层用于装载催化剂。在一些实施例中，所述反应系统中设置有热电偶，用于实时测量反应温度。所述热电偶测得的反应温度反馈至所述温度控制系统，并由所述温度控制系统对反应炉进行控温。在一些具体实施例中，所述热电偶设置在紧靠所述催化剂床层的区域。在本文中，除非另有说明，一套反应系统中仅包括一个反应管和一个石英炉。根据本发明实施例，所述气体的组分包括VOCs和NO

在一些具体实施例中，所述检测系统包括适于测量反应后气体中的NO

本发明实施例的装置，适用于测试催化剂同时脱除VOCs与NO

应当理解的是，所述装置还可以包括控制器，所述控制器与所述装置中的各个系统通信连接，用于控制所述装置中的各系统中的控制参数。所述装置还可以包括显示器，所述显示器用于显示各系统中的控制参数和实时参数。

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种同时催化脱除NO

根据具体的实施例，所述装置包括配气系统、温度控制系统和反应系统，所述配气系统和反应系统沿气路从上游至下游设置连接，所述方法包括以下步骤：

将气体通入所述配气系统，然后所述配气系统将气体通入反应系统发生催化反应；

利用所述温度控制系统对反应系统的温度进行控制；

经反应后的气体从所述反应系统排出。

根据具体的实施例，所述装置还包检测系统，所述配气系统、反应系统和检测系统沿气路从上游至下游设置连接，所述方法在所述经反应后的气体从所述反应系统排出之后，还包括：检测系统对从所述反应系统排出的气体进行检测。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明实施例中公开的方法包括用于实现方法的一个或多个步骤或动作。方法步骤和/或动作可以在不脱离权利要求的范围的情况下彼此互换。换句话说，除非指定步骤或动作的特定顺序，否则特定步骤和/或动作的顺序和/或使用可以在不脱离权利要求范围的情况下被修改。

实施例

实施例提供了一种同时催化脱除NO

参见图2，配气系统(1)设置5条配气支路，分别是N

O

各配气支路(11-15)与预热炉(21)连接，各配气支路(11-15)中的气体在预热炉(21)中混合，混合后的气体进入反应系统(3)。

参见图3，反应系统(3)包括石英管(31)和反应炉(32)，石英管(31)中部装催化剂床层(33)，其中催化剂两端用石英棉卡住，紧靠催化剂床层(33)区域的一根热电偶(34)用来实时测量反应温度。

检测系统(4)包括用于测量反应后烟气中NO

检测系统(4)和反应系统(3)通过通管相连，气体在反应炉(32)中停留一定时间后，反应后气体从反应炉(32)内出来，经过三通，一部分进入ZR-3200型烟气综合分析仪(41)，一部分进入GC-9860-5CNJ气相色谱仪(42)进行尾气浓度的测定，显示屏上显示出测量数据。

在一些情形中，参照图2，打开安全阀(161)，关闭氧气支路(11)和恒温水槽(124)相连的安全阀(126)，使氧气从旁路(16)通入预热炉(21)中，该装置即可单独评价催化剂的NO

在以下实例中，所使用的催化剂Co

实例1

在本实施例的一个实例中，利用Co

模拟废气组成为：500ppm NO、500ppm NH

利用NO转换率(％)、乙酸乙酯转换率(％)来表示Co

NO转化率(％)＝[(NO)

乙酸乙酯转化率(％)＝[(乙酸乙酯)

实例1中，Co

实例2

在本实施例的另一个实例中，利用Co

模拟废气组成为：500ppm NO、500ppm NH

利用NO转换率(％)、乙酸乙酯转换率(％)来表示Co

实例3

在本实施例的另一个实例中，利用Co3O4@PC-800℃作为催化剂，对催化剂在本实施例装置(图2)上降解VOCs、脱除NO

模拟废气组成为：500ppm NO、500ppm NH

利用NO转换率(％)、乙酸乙酯转换率(％)来表示Co

本发明实施例的装置包括配气系统、温度控制系统、反应系统和检测系统，利用本发明实施例的装置和方法可方便快捷地评价在不同温度、不同体积空速、不同流量以及不同气体比例下，催化剂同时脱除VOCs和NO

本领域普通技术人员应当理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、装置、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

以上对本发明的若干实施例进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出各种各样的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。