一种撬装式催化降解甲苯的气体净化装置

本技术涉及一种甲苯催化降解领域，具体涉及一种撬装式催化降解甲苯的气体净化装置。

背景技术：

1、随着工业制造的发展，如涂装、印刷、化工及制药合成等场景，挥发性有机化合物(voc)排放量持续增加，其中甲苯作为典型芳香烃类voc溶剂或化学品，具有稳定性强、难降解的特点，其不仅会刺激人体呼吸道与神经系统，长期接触还可能引发慢性中毒，同时也是形成臭氧污染与pm2.5的重要前体物，对生态环境与人体健康构成双重威胁。目前，多个相关行业内主流的voc处理技术主要包括吸附法、吸收法、蓄热燃烧法rto等方式，其中，吸附法与吸收法：如公开号为cn119978401a一种疏水型离子液体包埋超交联聚合物及其制备方法和选择吸附甲苯蒸汽的应用中，吸附法依赖活性炭等吸附剂对voc的物理吸附作用，但吸附剂易饱和，需频繁再生或更换，存在二次污染风险，且对高浓度甲苯的处理效率骤降，材料再生能耗高。

2、吸收法通过溶剂溶解voc实现分离，如公开号为cn115888331a的一种vocs吸收剂及其制备方法、应用和再生方法，但溶剂消耗量大、再生成本高，且对甲苯这类低极性voc的吸收选择性差，难以满足长期稳定净化需求。同时吸收剂再生需蒸馏补热，能耗增加，且组分易氧化变质，需每几个月更换一次，年维护成本高。

3、蓄热燃烧法rto，该技术通过将voc引入高温800-1200℃燃烧室进行氧化分解，利用蓄热体回收烟气热量实现节能。但rto存在固有缺陷：一是设备体积庞大，需配备大型蓄热室与燃烧室，仅适用于大规模集中式voc处理场景，无法满足小而散场景，例如印刷车间的净化需求；二是过程能耗很高，高温燃烧需持续补充燃料，同时有大量的热损失；尤其针对低浓度甲苯时，热量消耗远大于voc氧化释放的能量，运行成本高昂；三是安全风险显著，甲苯在高温下可发生不完全燃烧，产生co或其他有毒副产物，且蓄热体高温状态下易引发火灾隐患。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种撬装式催化降解甲苯的气体净化装置，相比于蓄热燃烧处理甲苯等装置和应用方法(rto)，该撬装式净化装置及其应用可达到净化效率高、能耗低、没有二次污染、安全性高、便于在多场景之间灵活移动使用、性价比高的特点；最终能够实现甲苯废气的高效催化净化。本实用新型的目的是这样实现的：

2、一种撬装式催化降解甲苯的气体净化装置，包括撬装底座、罩设于所述撬装底座上方的罩体，以及集成于撬装底座并位于罩体内的功能单元，所述功能单元包括：

3、气路控制与混气单元，用于调节并混合甲苯废气与共反应气；

4、催化反应单元，与所述气路控制与混气单元连通，其内填充有cto催化剂，用于在245～350℃下催化降解甲苯；

5、电路和温度控制单元，用于为所述装置供电并控制所述催化反应单元的反应温度；

6、旁通管路单元，并联于所述催化反应单元的进出口之间，用于在异常情况下导流气体；

7、排气管路单元，与所述催化反应单元连通，用于排放反应后尾气。

8、所述撬装底座采用轻质化铝合金材料或不锈钢或防锈涂漆保护层的碳钢材质制成，底部设有多个可锁定万向轮，所述罩体为可拆卸式金属铝合金罩，罩体顶部和左侧部设有通风散热孔，后背面设有检修开口及与所述检修开口适配的密封盖板。

9、所述气路控制与混气单元包括甲苯废气进气管、共反应气进气管、分别安装于所述甲苯废气进气管和共反应气进气管上的流量计与调节阀，以及位于两进气管下游的气体混合管，用于确保甲苯废气与共反应气充分混合。

10、催化反应单元包括催化反应管、套设于所述催化反应管外部的加热元件和保温层，以及填充于所述催化反应管内部的cto催化剂填充层。

11、所述旁通管路单元的旁通阀为电磁控制阀，所述电磁控制阀与电路和温度控制单元电连接；当催化反应单元出现反应温度异常时，电路和温度控制单元向电磁控制阀发送控制信号，使电磁控制阀自动开启，实现气体旁通导流。

12、所述排气管路单元包括排气管路主体、分流支管和排空主管；所述分流支管一端与排气管路主体连通，另一端设有尾气采样接口；所述排空主管通过排气管路主体与催化反应单元出口的一端连通，通过分流支管实现尾气采样，通过排空主管实现催化反应的尾气排空。

13、电源模块，提供工作电源；温度传感元件，安装于催化反应管的外壁，且其检测端与催化剂填充层的中间区域位置相对应，用于检测温度；温度调控器，与所述温度传感元件连接，用于接收温度信号并输出控制指令；加热元件，设置于催化反应管外，其通断受控于所述温度调控器的输出指令，以维持反应温度在245～350℃，所述电路和温度控制单元还包括时序控制元件，由温度调控器结合时序控制元件控制电磁控制开关通断。

14、所述cto催化剂填充层的催化材料为以下任一种：氧化铝担载贵金属铂基cto催化剂、助剂促进担载贵金属银基cto催化剂、过渡金属氧化物复合的非贵金属基cto催化剂。

15、适用甲苯废气处理，包括以下单元步骤：

16、db1：废气混合调配，将待处理甲苯废气通入装置的气路控制与混气单元，与共反应气，如干燥空气混合后，通过流量计与调节阀调节混合比例，使混合废气中甲苯浓度均匀，稳定在300-3000ppm左右；

17、db2：气体空速设定，通过所述流量计与调节阀，将混合废气在装置内的气体空速设定为3000-150000l/kg/h，适配催化反应单元的反应气体空速的需求；

18、db3：催化单元温控，开启装置的电路和温度控制单元，用于协同控制加热元件通断；通过温度传感元件实时检测催化反应单元内温度，由温度调控器结合时序控制元件控制电磁控制开关通断，驱动加热元件将催化反应单元温度从室温逐步升至245～350℃，并维持该温度区间中的某个恒定温度，例如280℃；

19、db4：甲苯催化降解，将步骤db2中设定空速的混合废气通入催化反应单元，使混合废气与单元内催化剂填充层充分接触，在给定的反应温度下实现甲苯的充分催化降解；

20、db5：尾气分析与排空管路，催化降解后的尾气进入排气管路单元，实时监测尾气中甲苯剩余浓度以计算降解率；通过检测模块实时监测甲苯降解率，通常当降解率≥85%时认定为较充分降解；直接经排空主管排空。

21、步骤db1中混合废气的甲苯浓度调节为300-3000ppm；

22、步骤db2中气体空速设定为3000-150000l/kg/h；

23、步骤db3中催化反应单元温度控制为245～350℃；当反应温度为270-280℃时，甲苯催化降解率≥90%；当催化反应温度为290-330℃时，甲苯降解率均≥95%；整个过程能耗相较于传统蓄热燃烧(rto)技术路线和装置能耗有明显降低；

24、所述催化剂填充层中采用的锰铜基过渡金属氧化物复合的非贵金属基cto催化剂，由以下步骤制备：

25、前驱体混合：将高锰酸钾与乙酸铜在干粉混合器中混合均匀，其中mn：cu摩尔比为2:1～10:1；

26、自蔓延反应：将混合均匀的混合物平铺于玻璃板上，以电子点火器引燃，反应数秒后得到粗品锰铜基催化剂；

27、除杂干燥：将粗品锰铜基催化剂水洗、过滤得锰铜基催化剂前驱体的滤饼，放入烘箱100℃干燥12h，即可制得用于甲苯催化降解的锰铜基过渡金属氧化物复合的非贵金属基cto催化剂。

28、本实用新型在大量设计、装置制作、催化应用及优化实践的基础上，通过电路控制和温度控制单元、撬装底座、万向控制、罩设于撬装底座上方的罩体，以及集成于撬装底座并位于罩体内的功能单元：气路控制与混气单元、催化反应单元、旁通管路单元、催化尾气排空单元等紧凑布局，提供撬装式装置系统，实现集成化和可灵活移动的高效应用；同时依托气路控制与混气单元的精准调控与催化反应管的均匀加热、气流均布协同，确保高效催化降解甲苯的净化过程稳定；凭借旁通管路单元的气路与排气管路单元切换互补，多方位提升安全性与可靠性。最终，该装置通过结构设计与功能协同，在填补分散式较小风量的甲苯净化场景技术和装置不足或落后的同时，与传统蓄热燃烧(rto)降解甲苯的装置相比，本工作设计制造的撬装式装置在降解效率、能耗、撬装式结构、集成减小体积及安全性等多方面形成了优势。

29、下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。