CN102091514B - 一种治理恶臭气体和工业VOCs的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种治理恶臭气体和工业VOCs的装置及方法，该装置包括筒状的带进气口和出气口的绝缘外壳，绝缘外壳的内腔中设有与高压脉冲电源连接的电极，绝缘外壳的内壁从内到外依次附着有环绕电极的由活性炭纤维组成的吸附层和接地的金属片。本发明装置和方法将等离子体反应和活性炭纤维吸附技术结合，使得恶臭气体或VOCs分子在装置内停留时间延长，提高了处理效率，另外活性炭纤维吸附和再生同时进行，极大地延长了活性炭纤维的使用寿命。

Description

一种治理恶臭气体和工业VOCs的装置及方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种治理恶臭气体和工业VOCs的装置及方法。

背景技术

当前，日益增长的有毒有害废气排放严重干扰居民的日常生活，恶化人们的生存环境，进而对人体健康和生态环境造成危害。具有异味的工业VOCs(挥发性有机物)和恶臭尤其成为居民投诉的焦点。国内许多省市都已开展“清洁空气行动”，因此寻求一种切实可行又经济实惠的技术来控制工业排放的VOCs和恶臭已是刻不容缓。

生物法和活性炭吸附是目前控制工业VOCs和恶臭的最常见工艺。生物法具有投资及运行费用低等优点，但占地面积大，处理效果不稳定，启动困难等缺点。活性炭在达到饱和吸附量前具有良好的除臭和吸附VOCs的效果，但其维护管理费用高，吸附饱和后废炭再生能耗大，处置麻烦。

等离子体被称作除固态、液态和气态之外的第四种物质存在形态，是由电子、离子、自由基和中性粒子组成的导电性流体，整体保持电中性。在低温等离子体内，有大量的高能电子及高能电子激励产生的·O、·OH等活性粒子，将有害气体污染物氧化成无害物或低毒物。与其他VOCs和恶臭废气治理技术相比，低温等离子体技术具有工艺简单、处理流程短、投资少、占地小、去除率高、运行费用低(主要表现为电费)、适用范围广等特点。

然而利用低温等离子体处理VOCs和恶臭废气时，也还存在一些问题：1、对一些结构稳定的VOCs去除效率不高(如喷漆废气中的笨、甲苯等)；2、等离子体处理后的尾气中含有大量臭氧，造成二次污染；3、放电区域小，污染气体停留时间短。

发明内容

本发明提供了一种治理恶臭气体和工业VOCs的装置，解决了单一活性炭吸附再生困难，成本高，单一低温等离子体技术去除率不高，存在二次污染的问题。

一种治理恶臭气体和工业VOCs的装置，包括筒状的带进气口和出气口的绝缘外壳，绝缘外壳的内腔中设有与高压脉冲电源连接的电极，绝缘外壳的内壁从内到外依次附着有环绕电极的由活性炭纤维组成的吸附层和接地的金属片。

所述高压脉冲电源为纳秒级脉冲电源，其作用为通过陡前沿、窄脉宽(纳秒级)的高压脉冲为等离子体反应器供能，产生脉冲电晕放电。其特点为采用纳秒级脉冲高压电源供能，电子被加速成为高能电子，而其它质量较大的离子由于惯性大来不及加速而基本保持静止，从而避免了直流电晕加速离子而带来的能量损耗。

优选的，所述的电极为具有多孔结构的烧结金属，它以镍铬合金纤维为原料，通过过布毡、压制和高温烧结制成，有效直径为0.5mm。该电极具有3D网状多孔结构，不同的孔径层形成孔径梯度，孔径以介孔(2-50nm)和大孔(＞50nm)为主，内部含有大量连通或半连通的孔隙，孔隙率可达80～90％，压力损失小，耐高温和易加工，是优良的催化剂载体。

更优选的，在所述电极上负载过渡金属催化剂，可增强烃类和CO转化成CO₂的选择性，减少了含碳物质在催化电极表面的沉积，避免催化电极的腐蚀问题。所述过渡金属催化剂为Mn、Cu、Fe、Pb、V、Ni、Co和Ti中的至少一种。

活性炭纤维直径15～20μm，比表面积1300～1500m²/g，孔容0.9～1.2mL/g，平均孔径1.8～2.0nm。在处理恶臭气体和VOCs时，活性炭纤维吸附和再生同时进行。其原理为：恶臭气体或VOCs进入装置时，在高能电子和等离子体活性粒子作用下发生一系列反应，分解为无害物质，同时少量未反应的恶臭气体或VOCs、反应过程中产生的O₃、·O和·OH等活性粒子被活性炭纤维吸附并继续发生反应，吸附在活性炭纤维上的恶臭气体或VOCs分子被氧化分解，活性炭纤维得以再生。

优选的，所述的金属片和吸附层之间设有由多孔陶瓷组成的阻隔层，更优选为，在阻隔层上负载过渡金属催化剂，所述过渡金属为Mn、Cu、Fe、Pb、V、Ni、Co和Ti中的至少一种。可增强有机小分子和CO转化成CO₂的选择性，促进吸附在活性炭纤维上的恶臭或VOCs分子的完全降解，防止活性炭纤维孔道堵塞。

所述金属片为铝片。

所述绝缘外壳由聚甲基丙烯酸甲酯制成。

本发明还提供一种治理恶臭气体和工业VOCs的方法，包括：将恶臭气体或含VOCs的气体连续通入等离子体发生装置内，所述的等离子体发生装置内装有吸附材料。

所述的吸附材料为活性炭纤维。

所述的等离子体发生装置体积为300～500cm³，输入电压为10～60kV，气体停留时间为0.8～2s，吸附材料体积与装置体积比为1∶10～20。

现有技术相比本发明具有以下明显优点：采用过渡金属催化剂改性的烧结金属催化电极，可避免电极腐蚀问题，并提高难降解VOCs的去除效率；等离子体结合活性炭纤维一体化技术，使活性炭纤维吸附和再生同时进行，极大地延长了活性炭纤维的使用寿命；活性炭纤维在等离子体中吸附恶臭气体或VOCs分子，相当于极大地延长污染物分子在反应器中的停留时间；对难降解的工业喷漆废气(含苯，甲苯等)去除效率高。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为高压脉冲电源的输出电压波形示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种治理恶臭气体和工业VCDs的装置，包括圆筒状的内径为50mm、长度200mm的绝缘外壳1，绝缘外壳1由聚甲基丙烯酸甲酯制成，两端端面被封闭，周面两端分别设有进风口6和出风口7。绝缘外壳空腔中轴线处内设有由烧结金属(西北有色金属研究院)制成的电极5，有效直径为0.5mm。该电极具有3D网状多孔结构，不同的孔径层形成孔径梯度，孔径以介孔(2-50nm)和大孔(＞50nm)为主，内部含有大量连通或半连通的孔隙，孔隙率达80～90％，电极5上负载有过渡金属催化剂，可以选用Mn、Cu、Fe、Pb、V、Ni、Co和Ti中一种或多种。

绝缘外壳1外部设有与电极5连接的高压脉冲电源8，它为BPFN型窄脉冲高压电源，其脉冲宽度500ns左右、脉冲上升前沿小于250ns、重复频率200Hz，总电容(电感)为20nF(2.4μH)，其输出电压特性如图2所示。

绝缘外壳1内壁附着三层结构，紧贴绝缘外壳1内壁的为接地的金属片2，本实施例选用铝片。中间层为由微孔陶瓷组成的阻隔层3，内径为38mm，阻隔层3上同样负载有过渡金属催化剂。最靠近中心的一层为由活性炭纤维构成的吸附层4，吸附层厚约4mm，孔容0.9mL/g，平均孔径1.8nm。活性炭纤维直径15μm，比表面积1300m²/g。

当恶臭气体或工业VOCs从进气口6进入装置，在高能电子和等离子体活性粒子作用下发生一系列反应，使其分解为无害物质，同时少量未反应的恶臭或VOCs、反应过程中产生的O₃、·O和·OH等活性粒子被活性炭纤维吸附并继续发生反应，恶臭或VOCs被氧化分解，吸附了污染物质的活性炭纤维得到再生。处理后的气体从出气口7排出。

处理实例

采用两个相同尺寸相同、结构相似的等离子体反应器对污染气体进行处理，其中一个为上述装置，另外一个为上述装置去除吸附层的单一等离子体反应装置。本实施例所用污染气体其中含有代表性污染物甲硫醚CH₃SCH₃，两个装置处理气量均为1000mL/min，气体停留时间0.8～2s。

当输入反应器的峰值电压为22kV时，两组反应器的去除率为98.6％和32.6％。本发明装置对甲硫醚的去除率远高于单一的等离子体反应器。

表1 治理含甲硫醚恶臭气体实验测试数据

2g活性炭纤维对流量为1000mL/min，浓度为847mg/m³的甲硫醚废气进行吸附实验，9h后吸附饱和。当2g活性炭纤维安装到上述装置中后，在峰值电压为22kV和同样气源的条件下，装置稳定运行一星期后，活性炭纤维仍具有良好的吸附活性。

Claims (7)

1.一种治理恶臭气体和工业VOCs的装置，包括筒状的带进气口和出气口的绝缘外壳，其特征在于：所述的绝缘外壳的内腔中设有与高压脉冲电源连接的电极，绝缘外壳的内壁从内到外依次附着有环绕电极的由活性炭纤维组成的吸附层和接地的金属片；所述的吸附层与金属片之间设有由多孔陶瓷组成的阻隔层，所述的阻隔层上负载有过渡金属催化剂；所述的活性炭纤维的直径为15～20μm。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的电极为孔隙率达80～90%的烧结金属线。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的电极上负载有过渡金属催化剂。

4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于：所述的过渡金属催化剂为Mn、Cu、Fe、Pb、V、Ni、Co和Ti中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的绝缘外壳为圆筒状，电极设置于绝缘外壳的中轴线上。

6.一种治理恶臭气体和工业VOCs的方法，包括：将恶臭气体或含VOCs的气体连续通过权利要求1~6任一所述的装置。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的装置体积为300～500cm³，输入电压为10～60kV，气体停留时间为0.8～2s，活性炭纤维体积与装置体积比为1︰10～20。

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