一种有机废气催化燃烧的测试装置及PID控制系统的制作方法

本发明涉及一种有机废气催化燃烧的测试装置和pid控制系统，特别是一种挥发性有机污染物催化燃烧处理设备。

背景技术：

作为细颗粒物与臭氧的前体物，挥发性有机物(vocs)的排放控制是当前大气污染防治工作的重点。国内的工业源有机废气组成复杂，所产生的vocs在大气中在一定条件下与氮氧化物发生光化学反应，会引起地表臭氧浓度的增加，形成光化学烟雾，也可以与大气中的一些自由基反应，形成二次有机气溶胶。有的化合物则消耗平流层的臭氧，造成臭氧空洞，而有些则会在对流层生成过多臭氧。此外，随着工业化、城市化进程的加快，随之带来的则是大气的严重污染，由于vocs在环境中具有一定的积累性且稳定性极强，特别是含氯的挥发性有机物(cvocs)具有结构稳定、难于生物降解易在生物体内累积等特点，具有很强的致癌、致畸、致突变的“三致”作用，其净化已引起全社会的密切关注，因此基于这些物质对人体健康和生态环境的重要影响，越来越多的研究者和机构则开始关注其治理方法，只有将vocs消除才可以在一定程度上缓解光化学烟雾所造成的环境污染，并提高城市的空气质量，减少对人体、生态环境的危害。

现有技术中对于含vocs的有机废气进行净化的方式有很大一部分是利用催化燃烧的方式来进行处理的。例如cn208809744u的中国专利，其公开了一种用于vocs处理的活性炭吸附系统，包括系统主体，系统主体的一侧设置有压缩机，压缩机的顶部连接有进气管，压缩机的一侧连接有连接管，系统主体的内部一侧位置设置有冷凝室，且连接管与冷凝室连通。在使用时，将进气管与vocs管连接，然后打开压缩机，压缩机将vocs压缩后通过连接管排入冷凝室内，vocs经过冷凝后可以将vocs中的有机物分离，冷凝后的有机物在重力作用下落在冷凝室的内部下方，当处理完成后打开电阀门，使有机物通过下料管落入有机物收集室内，以便收集。该专利存在的不足之处是：由于利用压缩机将vocs压缩后通过连接管排入冷凝室内，vocs经过冷凝后将vocs中的有机物分离后进行催化燃烧，此操作能耗大、操作复杂，且容易导致有机废气不能稳定进入催化燃烧炉中，系统内的废气浓度值时而偏高偏低，最终使得系统装置的净化率不高。

例如公开号为cn110779031a的中国专利公开申请了一种高效废气催化燃烧工艺，通过引风机作用将废气送入净化装置，首先通过除尘阻火器系统，然后进入热交换器，再送入到加热室，通过电加热元件，使气体达到燃烧反应温度，再通过催化床的作用，使有机气体分解成二氧化碳和水，再进入热交换器与低温气体进行热交换，使进入的气体温度升高达到反应温度，使它完全燃烧。该专利存在的不足之处是：直接通过风机将废气送入净化装置，无缓冲装置及能够恒定输出气体的发生器导致进气浓度不稳定，尾气中有机废气浓度偏高。。

又如公开号为cn210153831u的中国专利公开申请了一种有机废气催化燃烧一体化装置，该发明专利中的有机废气通过废气预处理系统过滤后，进入热交换器，和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气的温度得到第一次提升；具有一定温度的有机废气进入加热室，将有机废气温度提高到催化反应的最佳温度；温度符合催化反应的温度要求，进入催化燃烧器，有机废气得到彻底分解，同时释放出大量的热量；净化后的气体通过热交换器将热能转换给预处理后的有机废气，降温后再排空。该专利的不足之处在于装置系统操作复杂、反应时间长，虽然有热能回收利用，但是无自动化控制，不能精准掌控各装置的状态，且加热装置多，系统的安全性不如pid系统装置。

上述专利中的系统及装置对于vocs来说，难以以高净化率稳定地净化vocs废气，使尾气达标排放，且其能耗损失大、操作稍复杂、自动化控制程度低，安全性能相对较差，因此，有必要设计一种含有能稳定输出有机废气的vocs发生器的催化燃烧装置以及能精准控温、实时监测、能耗低、操作方便、安全、经济高效的pid控制系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种pid控制系统及测试装置，其对有机易挥发气体的处理具有较高的效率，较低能耗、较高的安全性。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种pid控制系统及测试装置。主要包括：pid控制系统，依次连通的vocs发生装置、风机、预热器、催化燃烧炉、热交换器和尾气吸收池、本发明除了上述的装置，还包含了质量流量计、气体缓冲罐、氮气钢瓶、气相色谱仪、ph计等装置，预热器与热交换器间的管道均用耐高温的保温胶带缠裹。

所述的pid系统，将质量流量计、预热器、催化燃烧炉、热交换器、气相色谱仪、ph计连接并整合在计算机内，可在pid系统实时监控并可调节各装置的状态及参数的系统。

所述vocs发生装置，其包括壳体，设有进气口和出气口，进气管安有质量流量计，壳体内自进气口向出气口依次设置有连通的发生容器，容器与壳体的间隙内充满液体且布置加热丝、温度传感器。

所述预热器为一段电子高温加热管，内部含有温度传感器，特别地，内部加装有盘管，与热交换器内相连。

所述催化燃烧炉为电加热炉，内部含有加热元件，炉中有一耐热方形石英管，催化剂固定在管中间，催化剂正上方有一热电偶连接着温度传感器，实时监测催化剂所处位置温度。

所述风机依次连接气体缓冲罐、预热器前段。

所述热交换器，能吸收经过催化燃烧炉气体的热量，将热量传送到预热器内的盘管内，为后续进入预热气的气体起到预热作用。

所述尾气吸收池为密封的容器，安装有ph计，池内装满碱性液体。

通过采用以下步骤，有机废气可简单、高效节能地催化燃烧：

首先打开pid控制系统，一键开启所述装置，设定相应参数。

进一步的，有机废气通过vocs发生器恒温稳定输出，进入所述预加热器。

进一步的，风机将干净的空气经过气体缓冲罐后吹入所述预加热器与有机废气混合，进行预热。

进一步的，加热后的气体进入所述的达到设定温度的催化燃烧炉中，与炉中的高效催化剂发生催化燃烧反应。

进一步的，经过反应后的高温气体的经过所述热交换器，热交换器吸收从催化燃烧炉出来的气体的热量，将热量传送到预热器内的盘管内，为后续进入预热器的气体起到预热作用。

进一步的，经过换热处理的尾气经过气相色谱仪检测。

进一步的，反应尾气通过所述尾气吸收池进行吸收中和后排放。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1、pid控制系统可在计算机窗口实时监控并可调节各装置的状态及参数的系统，自动化程度高，安全性能高、操作简单，能精准调节控温，降低能耗。

2、vocs发生器能恒温稳定输出一定浓度的vocs废气，废气催化燃烧更稳定充分，净化率更高。

3、热交换器将经过催化燃烧炉气体的热量传输到预热器内，为后续的气体起到一定的预热作用，减少预热器的能耗，节能环保。

附图说明：

图1为一种有机废气催化燃烧的测试装置及pid控制系统示意图，其中1-质量流量计，2-二通阀，3-voc发生器，4-三通阀，5-预热器，6-催化燃烧炉，7-耐高温保温胶带，8-热交换器，9-气相色谱仪，10-尾气吸收池，11-ph计，12-气体缓冲罐,13-风机。

图2为vocs发生装置的内部结构示意图，其中21-进气管，22-加热丝，23-容器内壁与外壁间的加热液体，24-温度传感器，25-出气管，26-voc有机废气

图3位预热器装置的内部结构示意图，其中31-进气管道，32-预热器加热丝，33-盘管进气口，34-温度传感器，35-盘管出气口

图4为催化燃烧炉内部结构示意图，41-温度传感器，42-进气口，43-保温层，44-石英管，45-石英棉，46-高效催化剂，47-出气口

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

如图1所示，一种有机废气催化燃烧的测试装置及pid控制系统，包括：质量流量计1、二通阀2、vocs发生器3、三通阀4、预热器5、催化燃烧炉6、耐高温保温胶带7、热交换器8、气相色谱仪9、尾气吸收池10、ph计11、气体缓冲罐12、风机13。

其对二氯甲烷有机废气的净化步骤如下：

s1:在电脑上启动pid控制系统，一键开启质量流量计1、vocs发生器3、预热器5、催化燃烧炉6、图4中的温度监测器44、热交换器8、气相色谱仪9、ph计11、风机13。

s2:为所述装置达到设定参数，vocs发生器温度为30℃，质量流量计1：与vocs发生器相连的设为120ml/min，与风机相连的设为0.9m³/h。预热器设置为250℃，催化燃烧炉分别设置为250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃，每个温度点稳定1h。

s3：含氯有机废气通过vocs发生器3稳定输出，进入所述预加热器5。

s4：风机13将干净的空气经过气体缓冲罐12后吹入所述预加热器5与有机废气混合，进行预热。

s5：加热后的气体进入所述的达到设定温度的催化燃烧炉6中，与炉中的能高效催化氧化含氯有机废气的催化剂cocr2o4尖晶石(如图4，46)发生催化燃烧反应。

s6：经过反应后的高温气体的经过所述热交换器8，热交换器8吸收从催化燃烧炉出来的气体的热量，将热量传送到预热器内的盘管进气口(如图3，33)，从盘管出气口(如图3，35)流出，为后续进入预热器的气体起到一定的预热作用。

s7：每个温度点的气体经过换热处理后经过气相色谱仪9检测。

s8：反应尾气通过所述尾气吸收池10进行吸收中和后排放。

装置运行完毕需关闭时，需要对装置进行尾吹处理，具体步骤如下：

s1：在电脑上进入pid系统，分别关掉voc发生器相连的质量流量计1、二通阀2、三通阀4与发生器3相连的管路、预热器5、催化燃烧炉6。

s2:尾吹1h后，通过气相色谱仪9检测尾气中是否有含有二氯甲烷，若有，继续尾吹，直至检测不出二氯甲烷。

s3:在步骤s2完成后，在pid系统中关闭热交换器8、气相色谱仪9、ph计11。

通过上述步骤，对二氯甲烷进行催化燃烧处理，每个温度点稳定1h后连续间隔10分钟通过采样，通过气相色谱仪检测，最终可知在350℃时，二氯甲烷的催化效率最高，达到99.0％。

实施例二：

系统装置开启运行步骤与实施例一相同，不同的是voc发生器3中为甲苯，vocs发生器3的温度为62℃，与其相连的质量流量计设置为150ml/min，与风机相连的质量流量计设为1.2m³/h，催化剂为ceo2/a12o3堇青石催化剂，最终测得该催化剂对甲苯的净化率为99.3％。尾吹步骤与实施例一相同。

以上具体实施例仅对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。