CN100371055C

CN100371055C - 以光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统

Info

Publication number: CN100371055C
Application number: CNB2005100797363A
Authority: CN
Inventors: 陈忠诘
Original assignee: QUANYAN TECH Co Ltd
Current assignee: QUANYAN TECH Co Ltd; ONID Technology Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: CN1883773A

Abstract

本发明提供一种以光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统。其中改良传统洗涤塔，以原有洗涤塔中加设照光设备，在出口加设飞雾搜集设备，以二氧化钛光触媒溶胶溶液充当洗涤液或将其加入洗涤液中，在适当的流量及反应时间设计下，可有效分解化工流程所产生的挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物，使排放气体成份合乎环保标准。

Description

以光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统

技术领域

本发明提供一种光触媒处理挥发性有机化合物(简称VOC)、氮氧化物(分子式NOx，其中的x可以是1或2)、硫氧化物(分子式SOx，其中的x可以是2或3)的系统，在原有洗涤塔中加设照光设备，在出口加设飞雾搜集设备，然后以二氧化钛光触媒溶胶溶液(或将其加入一般洗涤液中)有效分解化工流程所产生的挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx，使排放气体成份合乎环保标准，并达到降低成本的目的。

背景技术

洗涤塔用于废气处理系统行之有年，主要用以处理酸性废气及氨气，其着眼点是利用酸性废气及氨水废气易于被水吸收的特性，在适当的pH控制下进行废气处理；大致而言，只要pH控制得宜，对于酸性废气及氨气的处理效果，均可合于环保标准；但对于绝大部份的化工流程，其所产生的废气，除了酸性废气及氨气外，尚有挥发性有机化合物(VOC)、NOx(制备过程中有使用硝酸的生产线)、SOx(制备过程中有使用硫酸的生产线)，其成份复杂且因流程不同而变异；但一般而言，挥发性有机化合物(VOC)对水的溶解度皆偏低，其溶解速度更低，故以传统洗涤塔处理挥发性有机化合物(VOC)往往效率不佳；对于此一现象，目前主要处理方法有五：

(一)化学氧化法：在洗涤水加入双氧水或次氯酸钠水溶液(漂白粉水)将挥发性有机化合物分解氧化，此作法虽可去除挥发性有机化合物(VOC)，但反应速度慢，导致洗涤塔的停留时间拉长，形成设备投资的负担，而残留的双氧水或次氯酸钠水溶液(漂白粉水)则形成废水的问题。

(二)活性碳塔吸收法：以活性碳塔作为挥发性有机化合物(VOC)的吸收塔，此作法确实可有效吸附挥发性有机化合物(VOC)，达到废气处理的目的；但使用过的活性碳会衍生固态废弃物、二次污染及成本过高的问题。

(三)臭氧处理法：以臭氧将挥发性有机化合物(VOC)分解，此作法亦可有效吸附挥发性有机化合物(VOC)，达到废气处理的目的，但设备成本及操作成本的昂贵，是臭氧处理法无法推广的主因。

(四)等离子体处理法：利用等离子体将挥发性有机化合物(VOC)分解，此作法亦可有效吸附挥发性有机化合物(VOC)，达到废气处理的目的，但设备成本及操作成本的昂贵，是等离子体处理法无法推广的主因。

(五)热裂解法：利用热裂解作用将挥发性有机化合物(VOC)分解，此作法亦可有效吸附挥发性有机化合物(VOC)，达到废气处理的目的，但一样存在设备成本及操作成本昂贵的问题。

综合而言，对于挥发性有机化合物(VOC)的处理，目前并无具体、有效、快速、合乎成本且无二次污染顾虑的方法。

至于专利部份，二氧化钛光触媒应用于含有挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx等废气的处理专利甚多，但所主张的专利范围都是在固体表面覆盖二氧化钛光触媒，形成二氧化钛光触媒薄膜，利用此二氧化钛光触媒薄膜进行反应；此种作法一样可有效处理含有挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx等的废气，但由于薄膜的反应速度低，一般只适用于低浓度的场合，如汽车排放的废气处理或室内空气的清净等，并无法应用于化工流程所产生的高浓度废气，其所主张的内容及处理的对象，均和本发明不同。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种以二氧化钛光触媒处理挥发性有机化合物、NOx、SOx的系统；所述NOx、SOx例如是一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、三氧化硫等，所述挥发性有机化合物例如是硫醇、氨、甲胺、甲醛等。

如图1、图2、图3及图4所示，本发明提供一种二氧化钛光触媒挥发性有机化合物VOC、NOx、SOx处理系统，用于处理酸性废气及氨气1的洗涤塔2，于该洗涤塔2的进、出管线或洗涤塔2内部加设照光设备20对洗涤塔2内的二氧化钛光触媒溶胶溶液进行照射使之分解VOC、NOx及SOx，然后将光触媒洗涤后，在下方搜集并送出至光触媒贮存槽4，再送回至洗涤塔2内循环洗涤，洗涤后的排放气经由该洗涤塔2出口送至飞雾搜集设备3，以将随飞雾溅出的二氧化钛光触媒溶胶溶液回收使用，同时在5处排气。将回收的二氧化钛光触媒溶胶溶液送入该光触媒贮存槽4中再次用于循环洗涤；本发明即以原有洗涤塔2内或进、出管线中加设照光设备20，在出口加设飞雾搜集设备3，然后以光触媒溶胶溶液充当洗涤液或将其加入一般洗涤液中，形成专门适用于挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx的吸收塔，该吸收塔在适当的流量及反应时间设计下，可有效分解化工流程所产生的挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx，使排放气体成份合乎环保标准，并达到无二次污染及降低成本的目的。

本发明所述光触媒溶胶溶液是二氧化钛溶胶溶液，是利用四氯化钛或硫酸钛经稀释后，以氨水(NH3)调整至PH＝7.0～9.0之间产生氢氧化钛(Ti(OH)₄)，经水洗过滤后，加入适当的氧化剂/酸(包括无机酸、有机酸)及添加剂，配合操作条件，所形成的二氧化钛奈米级粉体溶胶水溶液，具有可见光光触媒特性，其颗粒分布在2～50nm范围，二氧化钛浓度可介于0.01％～15％。

本发明的改进具体内容包括：

一、洗涤塔2局部修改：在洗涤塔2系统中加设照光设备20，包括在洗涤塔2进，出管线设照光区域，或直接在洗涤塔2中设照光区域；

二、加设飞雾搜集设备3：于洗涤塔2出口设立飞雾搜集设备3，将随飞雾溅出的二氧化钛光触媒溶胶溶液回收使用；

三、以二氧化钛光触媒溶胶溶液充当洗涤液或加入洗涤液中；根据上述的设计，配合适当的流量及反应时间，即可有效分解化工流程所产生的挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx，使排放气体成份合乎环保标准，并达到无二次污染及降低成本的目的。

本发明是以传统洗涤塔2为基础，在原有洗涤塔2中加设照光设备20，并在出口加设飞雾搜集设备3，然后以二氧化钛光触媒溶胶溶液充当洗涤液或加入洗涤液中，形成专门适用于挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx的吸收塔。

其中照光设备20的设计依设立位置而有不同，包括：

一：可于洗涤液回流管上设立照光设备20，一般而言，以进口段为较佳；所使用的设备材料可为玻璃、亚克力(丙烯酸类树脂)或聚碳酸酯(PolycarbonateResin；PC)等透光材料，形状则可配合管线成圆柱状或方形管；长度由流量、被处理废气挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx含量及二氧化钛光触媒溶胶溶液种类共同决定(具体参考下面的实施例)；光源种类则依二氧化钛光触媒溶胶溶液种类决定，例如紫外光型二氧化钛光触媒則采用紫外光灯(波长介于250nm～400nm)做光源照射，可见光型二氧化钛光触媒則用白光灯、钨丝灯及发光二级管(LED)光源等可見光源(波长介于400nm～700nm)做照射。

二：可于洗涤塔2内部设立照光设备20，其作法为以玻璃、亚克力或聚碳酸酯(Polycarbonate Resin； PC)等透光材料所作的填充材料代替一般常用的填充材料；同时在选定位置装设光源，其光源设置位置及设置数量以使光线可均匀照射到整个洗涤塔2内部为准；光源种类亦依二氧化钛光触媒溶胶溶液种类决定，可为紫外光灯、可见光灯、钨丝灯及LED光源等；至于飞雾搜集设备3，则是针对目前洗涤塔2设计的缺失加以改善，以达到降低成本的目的，使挥发性有机化合物(VOC)、NOx、SOx处理系统的实用性提升，并同时改善一般洗涤塔2存在的飞雾的二次污染问题；

其作法是在原洗涤塔2出口加设一组小的罩泡塔或洗涤塔2，但填充材料以玻璃球、陶瓷颗粒等材料为主，颗粒则以细颗粒为要，而填充量则以有效阻挡飞雾为目的，或加装飞沫回收器，并将洗涤水循环系统改成飞雾搜集液的回收系统；操作时该系统并没进行水循环，经罩泡塔或滤材阻挡液化的飞雾搜集液(主要为二氧化钛光触媒溶胶溶液)，借由液位控制系统经过滤后可回至洗涤塔2系统重复使用；此外，视废气温度，必要时可在洗涤塔2和飞雾搜集设备3之间设置冷却段，以提高飞沫回收效率；本系统设计既可解决二次污染问题，更可借由二氧化钛光触媒溶胶溶液回收，大幅度降低操作成本。

本系统所使用的二氧化钛光触媒溶胶溶液可为紫外光型二氧化钛光触媒及可见光型二氧化钛光触媒。所使用光源种类亦依光触媒溶胶溶液种类决定；紫外光型二氧化钛光触媒所使用的光源为紫外光灯；可见光型二氧化钛光触媒所使用的光源则为可见光灯、钨丝灯及LED光源等。二氧化钛光触媒对光的反应一般标准为紫外光型，即所谓光触媒即指紫外光型光触媒，而本公司合成具纳米级可见光光触媒功能的二氧化钛溶胶流程，包括转化及熟化等两大重点。转化制程系将洗净的氢氧化钛(或称正钛酸)滤饼置至入去离子水中，搅拌分散均匀后，依需要加入氧化剂或酸(包括无机酸、有机酸)，并同时加入添加剂、改质剂及必要的界面活性剂。本发明中可使用的氧化剂包括过氯酸、过碘酸、高锰酸钾、高锰酸钠及硝酸等，其添加浓度自1克/升至200克/升；所使用的无机酸则包括碘化氢、溴化氢、盐酸、过氯酸、硫酸、硝酸、磷酸、过碘酸等，其添加量为0.1毫升/升～120毫升/升；有机酸则有蚁酸、醋酸、草酸、苦味酸、柠檬酸及酒石酸等，其添加量为0.1毫升/升～100毫升/升；其中，氧化剂或酸的加入，可为二者全加，亦可只加其中一项，完全视成品要求而定。

附图说明

图1为本发明的系统运作方块图。

图2为本发明的洗涤塔与光触媒贮存槽运作处理图。

图3为本发明的洗涤塔细部处理示意图。

图4为本发明的飞雾搜集设备处理示意图。

附图标号说明：废气及氨气1；洗涤塔2；照光设备20；飞雾搜集设备3；光触媒贮存槽4；排气5。

具体实施方式

本发明提供一种二氧化钛光触媒挥发性有机化合物VOC、NOx、SOx处理系统，以下，举出实施例以说明本发明内容，但本发明的范围并不只限于此等的例子：

实施例一：

在100×100×200(cm³)的洗涤塔2系统的回流管(管径1英时)中，于进口段靠近入口段以玻璃管设立一段长50公分的照光区，以1500LUX的白色日光灯安置在距离30公分，在出口加设飞雾搜集设备，以可见光二氧化钛光触媒溶胶溶液为洗涤液，以含硫醇(含量5ppm)的气体通入，流量40CMM(即每分钟40立方米的流量)，经调整洗涤液循环速度為每分钟20公升的流量，发现处理系统出口硫醇含量可降低0.01ppm以下(已无法测出了)，合乎环保排放标准(环保排放标准：0.1ppm)。

实施例二：

在120×120×200(cm³)的洗涤塔2系统中，于50公分、100公分、150公分高度处各设立1W蓝色LED灯(每一高度各4盏)，在出口加设飞雾搜集设备，以可见光二氧化钛光触媒溶胶溶液为洗涤液，以含甲醛(含量5ppm)的气体通入，流量20CMM(即每分钟20立方米的流量)，经调整洗涤液循环速度為每分钟20公升的流量，发现处理系统出口甲醛含量可降低0.01ppm以下(以致无法量测)，合乎环保排放标准(环保排放标准：0.2ppm)。

实施例三：

在120×120×200(cm³)的洗涤塔2系统中，于50公分、100公分、150公分高度处各设立紫外灯(波长365nm，10w)(每一高度各4盏)，在出口加设飞雾搜集设备，以二氧化钛光触媒溶胶溶液为洗涤液，以含甲胺(含量1ppm)的气体通入，流量40CMM(即每分钟40立方米的流量)，经调整洗涤液循环速度為每分钟20公升的流量，发现处理系统出口甲胺含量可降低0.01ppm以下(无法量测)，合乎环保排放标准(环保排放标准：0.02ppm)。

实施例四：

在100×100×200(cm³)的洗涤塔2系统的回流管(管径1英时)中，于进口段靠近入口段以亚克力设立一段长50×10×10(cm³)的照光区，以3000LUX的日光灯安置在距离30公分，在出口加设飞雾搜集设备，以可见光二氧化钛光触媒溶胶溶液为洗涤液，将皮革加工的废气(有明显呕心臭味，浓度无法量测)通入，流量40CMM(即每分钟40立方米的流量)，经调整洗涤液循环速度為每分钟20公升的流量，发现处理系统出口的恶臭味以消失(浓度无法量测)，合乎环保排放标准。

实施例五：

在100×100×200(cm³)的洗涤塔2系统的回流管(管径1英时)中，于进口段靠近入口段以玻璃管设立一段长50公分的照光区，以3000LUX的日光灯安置在距离30公分，在出口加设飞雾搜集设备，以可见光二氧化钛光触媒溶胶溶液为洗涤液，以硝酸槽(浓度6mole/L)的气体通入，流量5CMM(即每分钟5立方米的流量)，经调整洗涤液循环速度為每分钟20公升的流量，发现处理系统出口NOx含量可降低0.1ppm以下，合乎环保排放标准(环保排放标准：0.25ppm)。

实施例六：

设备设计同实施例五，改抽硫酸槽(浓度10mole/L)的气体通入，流量2CMM(即每分钟2立方米的流量)，经调整洗涤液循环速度為每分钟20公升的流量，发现处理系统出口SOx含量可降低0.01ppm以下，合乎环保排放标准(环保排放标准：0.05ppm)。

为使本发明更加显现出其进步性与实用性，兹将其优点列举如下：

1.改良洗涤塔，以有效分解化工流程所产生的挥发性有机化合物，使排放气体成份合乎环保标准，并达到无二次污染及降低成本。

2.以可见光光触媒溶胶溶液为洗涤液，可降低废气含量，合乎环保排放标准。

Claims

1.一种光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，在原有洗涤塔中加设照光设备，并在出口加设飞雾搜集设备，然后以光触媒溶胶溶液充当洗涤液或将其加入洗涤液中，形成专门适用于处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物废气的吸收塔。

2.如权利要求1所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中照光设备设立在洗涤塔进、出管线处，或直接在洗涤塔中形成照光区域。

3.如权利要求1或2所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中管线照光区域所使用的设备材料为玻璃、丙烯酸类树脂或聚碳酸酯透光材料，其中管线照光区域形状配合管线成圆柱状或方形管。

4.如权利要求1或2所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中洗涤塔内照光区域的填充材料以玻璃、或聚碳酸酯透光材料所作的填充材料代替一般常用的填充材料。

5.如权利要求1或2所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中其光源设置位置及设置数量以使光线可均匀照射到整个洗涤塔内部为准。

6.如权利要求1所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中飞雾搜集设备是将小的罩泡塔或洗涤塔改装，改装内容为填充材料、水循环系统，并于入口处加设冷却段。

7.如权利要求1或6所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中填充材料则采用颗粒较细的玻璃球、和/或陶瓷颗粒，而填充量则以达到有效阻挡飞雾为目的。

8.如权利要求1或6所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中填充塔内加装飞雾搜集器，以提高飞雾回收的效率。

9.如权利要求1或6所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，于飞雾搜集设备入口装设冷却段，以降低废气温度，提高飞沫回收的效率。

10.如权利要求1或6所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中原来的洗涤水循环系统改成飞雾搜集液的回收系统，经罩泡塔或滤材阻挡液化的飞雾搜集液，为光触媒溶胶溶液，借由液位控制系统经过滤后回至洗涤塔系统重复使用。

11.如权利要求1所述的光触媒处理挥发性有机化合物、氮氧化物、硫氧化物的系统，其中光触媒溶胶溶液为紫外光型二氧化钛光触媒及可见光型二氧化钛光触媒，紫外光型二氧化钛光触媒采用波长介于250nm～400nm的紫外光灯做光源照射，可见光型二氧化钛光触媒则用波长介于400nm～700nm的白光灯、钨丝灯或称为LED的发光二级管可见光源做照射。