專利名稱：從廢氣中去除烴的金屬泡沫基過濾器系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從廢氣中去除烴的過濾器系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)例如處理作為溶劑的包含揮發(fā)性烴的油漆時(但不限于此)，會產(chǎn)生含烴廢氣。 由于烴被認為是對人體有害產(chǎn)物中的一種，因此存在越來越嚴格的法定監(jiān)管，從而使得過 濾器系統(tǒng)被強制例如用于涂漆房間中以便從來自這種房間的廢氣中去除烴。例如，存在通過活性炭過濾器進行過濾的可能性。然而，由于當(dāng)過濾器的負載增加 時沉積度會下降，因此這種活性炭過濾器必須進行定期地更換。另一種可能性是使用熱廢氣凈化單元。在這種系統(tǒng)中，廢氣中的烴會發(fā)生二次燃 燒。然而，熱廢氣凈化裝置在能量和成本方面具有費用大的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個目標為提供用于從廢氣中去除烴的改進過濾器系統(tǒng)及方法。此目標是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法 來實現(xiàn)的。優(yōu)選實施例在從屬權(quán)利要求中給出。根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于從廢氣中去除烴的過濾器系統(tǒng)具有金屬泡沫元件，其 中金屬泡沫包含作為合金組分的至少一種用作烴的氧化催化劑的元素。另外，存在設(shè)計用 于加熱金屬泡沫元件的加熱裝置。眾所周知，金屬泡沫為由金屬材料制成的開孔或閉孔泡沫。在本發(fā)明的框架范圍 內(nèi)優(yōu)選使用開孔金屬泡沫。由于多孔性，可獲得大的表面積以用于與包含在廢氣中的烴進 行相互作用。加熱裝置用于加熱金屬泡沫元件以凈化烴廢氣。以這種方式，金屬泡沫元件被升 至所得催化元素能夠最佳地發(fā)揮作用的溫度?？纱嬖谡{(diào)節(jié)器，其設(shè)計用于調(diào)節(jié)加熱裝置，使得金屬泡沫元件保持在預(yù)置的參考 溫度Ts。通常具有溫度傳感器、控制元件、以及手動或自動輸入?yún)⒖紲囟鹊妮斎朐倪@種 調(diào)節(jié)器，對于控制工程領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言是已知的，因而此處將不進行更詳細的解釋。 這樣可使金屬泡沫元件恒定地保持在最佳工作溫度下，而不必進行手動調(diào)節(jié)或監(jiān)測。就加熱裝置而言，可因而使用不同的合適加熱裝置。實例包括電阻加熱系統(tǒng)或感 應(yīng)加熱裝置。就電阻加熱而言，使用金屬泡沫元件的電阻來進行加熱。將電壓施加至金屬 泡沫，由此產(chǎn)生的電流來加熱該元件。就感應(yīng)加熱而言，眾所周知，通過隨時間變化的磁場 在電導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流，渦流的流動又會加熱該電導(dǎo)體(在此情況下為金屬泡沫)。在所述的 加熱可能性中未使用明火。然而，根據(jù)替代方案，加熱裝置也可形成為燃燒器，該燃燒器產(chǎn)生明火來加熱金屬 泡沫元件。與上文所述的可能性不同，這種加熱類型不包括流過金屬泡沫元件的電流。不依賴于為加熱裝置選定的具體實施例，構(gòu)成金屬泡沫元件的金屬的良好導(dǎo)熱性確保該元件升溫快速并且均勻，從而使得可在最小能量消耗的情況下進行加熱。由于用作催化劑的元素已包含在金屬泡沫中作為合金元素，因此不必將涂層涂覆 到金屬泡沫上。然而，根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，金屬泡沫元件具有沸石涂層。沸石能夠阻 留大于其孔徑的所有分子。因此，它們執(zhí)行所述實施例中使用的機械篩選功能。所述實施例在兩個階段中進行使用在第一階段中，金屬泡沫元件未進行加熱。在 此第一階段中，沸石涂層吸收烴并且存儲它們。因而在此階段發(fā)生機械篩選。當(dāng)沸石涂層 的吸收能力耗盡并且因而沒有或極少量的烴可被進一步地機械篩出時，將金屬泡沫元件以 及其上涂覆的沸石涂層在第二階段中進行加熱。在此第二階段中，包含在合金內(nèi)的催化劑 的催化效應(yīng)被激活，從而使得烴在金屬泡沫系統(tǒng)的金屬泡沫內(nèi)得到進一步地催化氧化。在此實施例中，過濾器系統(tǒng)的熱再生需要相對少的能量消耗，因為由于烴的存儲 和烴在放熱點燃(通過催化劑)之后以自持方式進行的燃燒，存在相對大量的能量。沸石層被涂覆到泡沫的孔網(wǎng)上并且可通過它們的絕對質(zhì)量而適用于相應(yīng)的用途。 沸石層的厚度d優(yōu)選在大約10 μ m和大約500 μ m之間。在第一機械過濾階段中，此厚度足 以可靠地阻留揮發(fā)性烴。另外，就具有沸石涂層的金屬泡沫系統(tǒng)而言，可存在測量裝置以及微處理器，所述 測量裝置用于測定包含在沸石層中的烴的量，所述微處理器被設(shè)計用于在沸石層中可吸收 的烴的最大量與通過測量裝置測得的包含在沸石層中的烴的量之間形成差值并且當(dāng)此差 值小于預(yù)置的第一閾值S1時來激活加熱裝置。換句話講，微處理器計算沸石層中仍然可用的烴吸收能力并且當(dāng)此仍然可用的烴 吸收能力降至預(yù)置的第一閾值S1之下時激活加熱裝置。一旦加熱裝置已被激活并且加熱 時間已逝去，然后就會在金屬泡沫中發(fā)生烴的進一步催化氧化，如上文所述。根據(jù)另一個實施例，也可將微處理器設(shè)計用于當(dāng)上文所述的差值大于第二閾值& 時(其中& > S1)使加熱裝置停用。換句話講，當(dāng)再次保證了沸石過濾器足夠高的吸收能 力時，微處理器關(guān)閉加熱裝置。閾值S1和閾值&均可優(yōu)選地由操作員進行手動改變。因而過濾器系統(tǒng)的操作員 可確定其想要利用的沸石過濾器的吸收能力的大小。除了上述特征之外，金屬泡沫元件還可涂覆有包含用于烴燃燒的催化性物質(zhì)的載 體涂層。催化性物質(zhì)可為例如鉬或鈀。眾所周知，載體涂層為包含催化劑材料的金屬氧化 物(例如氧化鋁)層。載體涂層可在制備期間例如作為粉末水懸浮液涂覆到泡沫上，然后 進行表面干燥，并且隨后利用活性金屬組分(例如鉬或鈀)進行浸漬，其中活化通過最終的 焙燒來進行?？蓪⑤d體涂層涂覆在沸石層的下面。根據(jù)實施例，用于從廢氣中去除烴的方法包括下述方法步驟-使廢氣在包含金屬泡沫元件以及用于加熱金屬泡沫元件的加熱裝置的過濾器系 統(tǒng)上穿過，其中金屬泡沫包含作為合金組分的至少一種用作烴的氧化催化劑的元素；以及-通過加熱裝置來加熱金屬泡沫元件。根據(jù)上文所述的過濾器系統(tǒng)的不同實施例，加熱步驟在不同時間來進行如果在 金屬泡沫元件上不存在沸石層，那么應(yīng)確保金屬泡沫元件在廢氣通過過濾器系統(tǒng)之前已得 到加熱，即已升至最佳工作溫度。工作期間的進一步加熱僅用于維持此最佳工作溫度Ts (或 接近于最佳工作溫度的溫度)。在存在沸石涂層的情況下，直到第二方法階段時才進行加4熱，即，當(dāng)沸石過濾器的裝載度過高以至于操作員希望進行第二過濾階段時才進行加熱，這 意味著烴的進一步催化氧化。加熱金屬泡沫元件的步驟可例如利用電阻加熱、感應(yīng)加熱或通過火焰加熱來進 行。當(dāng)然，此處未提及的但本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其他類型的加熱方法也是可以的。如果金屬泡沫元件為涂覆有沸石層的元件，那么該方法可另外包括測定包含在沸 石層中的烴的量這一步驟，其中僅當(dāng)沸石層中可吸收的烴的最大量與測得的包含在沸石層 中的烴的量之間的差值小于預(yù)置的第一閾值S1時才進行加熱金屬泡沫元件的步驟。如已 在上文所述，可例如使用微處理器來形成此差值。使通過沸石層過濾的烴進行進一步催化 氧化的動作可因而得以自動啟動。根據(jù)實施例，當(dāng)此差值大于預(yù)置的第二閾值& (其中& > S1)時，結(jié)束加熱金屬泡 沫元件或?qū)⒔饘倥菽３衷陬A(yù)置溫度Ts的步驟。這產(chǎn)生了允許整個過濾過程在無須 操作員干預(yù)的情況下自動進行的可能性。


其他特征和優(yōu)點將見于如下參照附圖所述的具體實施方式
中。附圖以非限制性方 式示出了本發(fā)明的示例性實施例。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的過濾器系統(tǒng)的示意性剖視圖；圖加和2b分別示出了根據(jù)本發(fā)明的過濾器系統(tǒng)的兩個實施例的示意性線路圖。
具體實施例方式如在圖1中可見，用于從廢氣中去除烴并且可用于例如凈化涂漆房間等中的廢氣 的過濾器系統(tǒng)包括由泡沫多孔金屬或泡沫多孔金屬合金構(gòu)成的金屬泡沫元件1。盡管在圖 中孔由封閉圈表示，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員清楚的是，金屬泡沫元件1必須包含至少一些 開孔以允許待凈化的廢氣(此處由金屬泡沫元件1左側(cè)的箭頭表示)穿過。金屬或金屬合 金中的至少一種成分為用作烴氧化所用的催化劑的元素。合適的催化劑可例如包括選自下 述組中的一種或多種元素鐵(Fe)、鎳(Ni)、銀(Ag)、鉬(Pt)、鈀(Pd)。將沸石涂層Ia涂覆至金屬泡沫元件1上。更精確地講，將沸石涂層Ia涂覆至金 屬泡沫元件1的孔網(wǎng)上。關(guān)于這一點，應(yīng)當(dāng)指明的是，圖1中的圖示僅應(yīng)理解為示意圖，這 是因為為了圖示的清晰起見僅示出了圍繞金屬泡沫元件1的一層沸石。然而實際上，沸石 涂層Ia基本上設(shè)置在金屬泡沫元件1的整個表面上，即，金屬泡沫元件1的孔網(wǎng)上。盡管載體涂層未示于圖中，但其可作為附加層設(shè)置在金屬泡沫元件1和沸石涂層 Ia之間。載體涂層包含進一步促進烴分解的催化性物質(zhì)。過濾器系統(tǒng)還包括加熱裝置2，該裝置在此處被示意性地表示為火焰。然而，加熱 裝置2不限于熱燃燒器，而是還可包括加熱金屬泡沫元件1的其他裝置。已將感應(yīng)加熱、燃 燒器或電阻加熱列為實例。在操作期間，這種加熱用于加熱金屬泡沫元件1，直至達到或保 持用于使包含在廢氣中的烴進行催化轉(zhuǎn)化的理想溫度Ts。如果過濾器系統(tǒng)為如下實施例，即根據(jù)此實施例金屬泡沫元件1不具有沸石涂層 la，那么優(yōu)選在廢氣氣流進入過濾器系統(tǒng)之前來加熱金屬泡沫元件1或激活加熱元件2。在 過濾期間，加熱元件2的工作方式使得用于燃燒的所期望理想溫度Ts得以保持。5
然而，如果過濾器系統(tǒng)為如下實施例，即根據(jù)此實施例將沸石涂層Ia涂覆至金屬 泡沫元件1上，那么根據(jù)其他標準來使加熱元件2激活和停用。最初，加熱元件2保持關(guān) 閉，結(jié)果是廢氣氣流穿過金屬泡沫元件1，其中包含在廢氣中的烴不存在或僅存在有限程度 的催化氧化。然而，用作分子篩的沸石層Ia阻止烴進一步地穿過過濾器系統(tǒng)。涂層中的沸 石可為天然的或合成制備的沸石。由于沸石層Ia對于特定尺寸的分子具有大的吸收能力， 因此可以通過合適地選擇沸石來可靠地阻留包含在廢氣中的烴。沸石涂層優(yōu)選具有介于大 約10 μ m和大約500 μ m之間的厚度d。當(dāng)然，不應(yīng)將此厚度視為絕對的極限值。如果期望 或有必要，那么也可選擇其他的厚度以用于沸石涂層la。由于沸石的吸收能力是有限的，因此沸石層Ia的再生必須不時地進行。在這種再 生的框架范圍內(nèi)，當(dāng)沸石層的吸收能力變得過小而不能仍然對廢氣進行有效的凈化時，激 活加熱裝置2。當(dāng)激活了加熱裝置2時，優(yōu)選地金屬泡沫元件1升溫直至其達到所期望的 參考溫度Ts，在此溫度下金屬泡沫元件1的催化劑特性得到激活。以此方式，隨后在該過程 中，可使由分子篩(即沸石層la)蓄積的烴進行氧化反應(yīng)，在此反應(yīng)中烴被轉(zhuǎn)化成例如CO2 和水。如果沸石層再次得以充分排空，即得以再生，那么使加熱裝置2再次停用或關(guān)閉，從 而使得開始新的過程循環(huán)。因而可根據(jù)期望的頻度進行這種類型的再生?，F(xiàn)在參見圖加，對根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的過濾器系統(tǒng)中的各個元件的聯(lián)合作 用進行解釋。金屬泡沫元件1以及加熱裝置2在框圖的框架范圍內(nèi)示于圖加中。應(yīng)當(dāng)指 明，在此第一實施例中，金屬泡沫元件1不包括沸石涂層。除了已提及的元件之外，還存在 通過附圖標記3進行標識的調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器3可例如具有溫度傳感器、控制元件、以及用于 輸入?yún)⒖紲囟萒s的輸入裝置。當(dāng)然，也可存在諸如存儲裝置之類的其他元件，在所述存儲 裝置中保存適用于不同催化劑的參考溫度，即，使催化反應(yīng)進行得足夠快的溫度。調(diào)節(jié)器3例如通過上文所述的溫度傳感器從金屬泡沫元件1獲得溫度數(shù)據(jù)。將金 屬泡沫元件1的測量溫度(溫度數(shù)據(jù))與預(yù)置參考溫度Ts進行比較并且當(dāng)預(yù)置溫度和實 際溫度之間的差值超過特定值時，調(diào)節(jié)器3激活加熱裝置2 (例如，通過上文所述的控制元 件)。當(dāng)然，調(diào)節(jié)器3也可調(diào)節(jié)金屬泡沫元件1的溫度上限。因而，當(dāng)測定溫度和參考溫 度Ts之間的差值反向超過確定的極限值時，使加熱裝置2停用?？砷g斷地或連續(xù)地記錄溫度。根據(jù)第一實施例的廢氣凈化過程可通過調(diào)節(jié)器3以 完全自動的方式來進行。參見圖2b，示出了本發(fā)明的第二實施例，其與圖加中的實施例相比進行了擴展。根據(jù)第二實施例，過濾器元件1具有沸石涂層la，從廢氣的流動方向來看，所述沸 石涂層設(shè)置在金屬泡沫元件1的后面。如上文所述，如果針對待濾出的烴來選定沸石層的 合適孔尺寸，那么沸石層由于其吸收特性而確保將包含在廢氣中的烴進行機械濾出。就第 二實施例而言，按照下文所述來進行廢氣凈化過程在第一方法階段，所述的烴的機械濾出主要或完全是通過沸石涂層Ia的阻留來 進行的。這意味著調(diào)節(jié)器3未被激活。換句話講，沒有進行加熱，但在第一方法階段中，金 屬泡沫元件1不具有其參考溫度Ts。在此第一方法階段期間，連續(xù)地或間斷地監(jiān)測沸石層仍然可用的吸收能力。為此， 包括了測量裝置4，其用于測定包含在沸石層Ia中的烴的量。測量裝置4因此從沸石層Ia得知其裝載狀態(tài)的細節(jié)。將測量信息傳遞給微處理器5，所述微處理器在給定沸石層Ia中 可吸收的烴的最大量與通過測量裝置4測得的當(dāng)前包含在沸石層中的烴的量之間形成差 值。沸石層Ia仍然可用的吸收能力因而得以確定。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員清楚的是，也可形成相對數(shù)值來代替所述的絕對數(shù)值。在這 種情況下，微處理器被設(shè)計成其將例如沸石層仍然可用的吸收能力計算為最大吸收能力的 百分比。如果當(dāng)前可用的吸收能力降至第一預(yù)置閾值S1之下，那么微處理器5通過打開調(diào) 節(jié)器3來激活加熱裝置2。調(diào)節(jié)器3現(xiàn)在在整個第二方法階段中保持激活。在第二方法階 段中，調(diào)節(jié)器3按照結(jié)合圖加所述的方式進行工作，即，其使金屬泡沫元件1升至預(yù)置參考 溫度Ts并且基本上保持此溫度。在此第二方法階段中，進行沸石層Ia的排放或再生直至達到期望水平。期望水平 是由第二閾值&定義的，所述第二閾值可由操作員預(yù)先定義。如果基于沸石層當(dāng)前可用的 吸收能力(以絕對的或相對的測量數(shù)值形式)，第二閾值&大于第一閾值Sp當(dāng)現(xiàn)在超出 當(dāng)前吸收能力的第二閾值&時，即，當(dāng)沸石層再次具有操作員所期望的吸收能力時，微處理 器5使調(diào)節(jié)器3停用并因而也使加熱裝置2停用。因此從第二方法階段返回到第一方法階 段。利用根據(jù)本發(fā)明的過濾器系統(tǒng)或根據(jù)本發(fā)明的方法，可使用少量資源、尤其是以 少的能量消耗，來從廢氣中相對簡單地去除烴。由于所述的資源經(jīng)濟性，根據(jù)本發(fā)明的過濾 器系統(tǒng)也適用于較小的涂漆房間并且也適用于相對少量的廢氣需凈化的其他用途中。在如下實施例中，即根據(jù)所述實施例在過濾器元件上額外地存在沸石層，可通過 利用存儲在沸石涂層中的烴的吸附能量來進一步地降低再生所需的能量消耗。得自烴的化 學(xué)燃燒反應(yīng)(劇烈地放熱)的廢熱的利用還使得與加熱金屬泡沫元件相關(guān)的能量得以節(jié) 省。
權(quán)利要求
1.一種用于從廢氣中去除烴的過濾器系統(tǒng)，包括-金屬泡沫元件(1)，其中所述金屬泡沫包含作為合金組分的至少一種用作烴的氧化 催化劑的元素；-加熱裝置O)，設(shè)計用于加熱所述金屬泡沫元件(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器系統(tǒng)，其特征在于，存在調(diào)節(jié)器(3)，所述調(diào)節(jié)器被設(shè) 計用于調(diào)節(jié)所述加熱裝置( 使得所述金屬泡沫元件(1)保持在預(yù)置的參考溫度Ts。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置( 被設(shè)計成通過電 阻加熱系統(tǒng)或感應(yīng)加熱裝置來加熱所述金屬泡沫元件(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置( 形成為燃燒器， 所述燃燒器產(chǎn)生明火來加熱所述金屬泡沫元件(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器系統(tǒng)，其特征在于，沸石層(Ia)涂覆到所述金屬泡沫 元件⑴上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述沸石層(Ia)的厚度d介于 10 μ m 禾口 500 μ m 之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾器系統(tǒng)還具有下述裝置-測量裝置G)，所述測量裝置用于測定包含在所述沸石層(Ia)中的烴的量；-微處理器(5)，所述微處理器用于在所述沸石層(Ia)中可吸收的烴的最大量與通過 所述測量裝置(4)測得的包含在所述沸石層(Ia)中的烴的量之間形成差值并且用于當(dāng)所 述差值小于預(yù)置的第一閾值&時來激活所述加熱裝置(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器( 被設(shè)計成當(dāng)所述 差值大于預(yù)置的第二閾值&時使所述加熱裝置( 停用，其中& > Sp
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬泡沫元件(1)涂覆有包含 用于烴燃燒的催化性物質(zhì)的載體涂層。
10.一種用于從廢氣中去除烴的方法，包括-使所述廢氣在包括金屬泡沫元件(1)以及用于加熱所述金屬泡沫元件(1)的加熱裝 置O)的過濾器系統(tǒng)上穿過，其中所述金屬泡沫包含作為合金組分的至少一種用作烴的氧 化催化劑的元素；以及-通過所述加熱裝置( 來加熱所述金屬泡沫元件(1)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，加熱所述金屬泡沫元件(1)的步驟是通 過電阻加熱、感應(yīng)加熱或通過火焰加熱來進行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將沸石層(Ia)涂覆到所述金屬泡沫元 件(1)上，其中所述方法還包括測定包含在所述沸石層(Ia)中的烴的量的步驟以及僅當(dāng)所 述沸石層(Ia)中可吸收的烴的最大量與包含在所述沸石層(Ia)中的烴的測定量之間的差 值小于預(yù)置的第一閾值S1時才進行加熱所述金屬泡沫元件(1)的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述差值大于預(yù)置的第二閾值&時 結(jié)束加熱所述金屬泡沫元件(1)的步驟，其中& > Si。
全文摘要
本發(fā)明涉及從廢氣中去除烴的金屬泡沫基過濾器系統(tǒng)及方法。所述過濾器系統(tǒng)具有金屬泡沫元件(1)以及加熱裝置(2)。所述加熱裝置(2)被設(shè)計用于加熱所述金屬泡沫元件(1)。所述金屬泡沫包含作為合金組分的至少一種用作烴的氧化催化劑的元素?？稍诹鲃臃较蛏嫌谒鼋饘倥菽?1)的后面將沸石層(1a)涂覆到所述金屬泡沫元件(1)。本發(fā)明還涉及使用所述過濾器系統(tǒng)的方法。
文檔編號B01D53/86GK102039089SQ20101051615
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者S·弗羅利希 申請人:阿蘭圖姆公司