CN102755833B - 工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够利用光和热协同作用处理工业有机废气的光热耦合催化氧化反应装置。该装置包括有机废气预热装置和径向流光催化反应装置，有机废气预热装置包括竖置的多个罐体，通过导热油回流管连接，主罐体下部设有电加热棒，上方设有导热油冷凝分离器，罐体中注有导热油，在连接罐体的导热油回流管内设有上下两个导热油温度测量热电偶；径向流光催化反应装置包括一个竖置的反应罐体，反应罐体内置双层夹套环型筛网，外层环型筛网与反应罐体之间设有红外线灯，外层环型筛网和内层筛网环型间设置石英管，石英管内设置紫外线荧光灯，外层环型筛网和内层环型筛网间填充光催化剂，在反应罐体下部进气口和上部出气口内置反应气测温热电偶。

Description

工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置

技术领域

本发明涉及大气环境污染治理领域，具体的说是一种能高效处理大流量工业有机废气的光热耦合催化氧化反应装置。

背景技术

工厂企业在生产过程中大量使用有机溶剂（如汽车喷涂、油墨印刷、集成电路制造、制鞋等），导致包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、环己烷、丙酮挥发性有机物被排放到大气环境中，这些有机污染物多具有致癌、致畸性，严重威胁人类健康。因此，如何高效处理企业生产过程中排放的气态挥发性有机污染物，一直是环境保护工作的研究热点。目前在工业上应用的有机废气处理技术主要有活性炭吸附法、燃烧法和催化燃烧法，不同的处理方法需要使用相应的反应装置。单纯的活性炭吸附存在吸附饱和二次污染问题，而燃烧法要求物料气体中的挥发性有机物浓度高，且需要助燃剂；催化燃烧法能够快速处理大流量高浓度的工业有机废气，但常规热催化剂对挥发性有机物的起燃点较高（现有工业应用的贵金属热催化剂起燃温度多为200℃以上，非贵金属热催化剂起燃温度多为400℃以上），导致能耗较高，不符合当今节能、环保的要求。

以TiO₂为基础的光催化技术由于具有反应条件温和、能完全分解矿化难降解有机污染物、运行成本低等优点，受到人们的广泛关注和研究。但常规光催化技术由于反应速率低、光能利用率小等缺点，在工业应用上受到限制。随着光催化技术基础研究的深入，人们对光催化反应机理和光催化的热效应有了进一步认识，研究表明适当提高反应温度，可以加速光催化氧化反应，有效提高气相光催化反应的转化率和矿化率。使用光热耦合法处理大流量工业有机废气，需要专用的反应装置，而目前尚未见此类装置的相关专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，该装置能够实现光、热对催化剂的协同作用，在一定温度条件下，促进光催化的氧化反应，提高反应速率；同时在光照条件下降低了热催化氧化反应的起燃点，促进热催化反应的进行，从而使得催化氧化反应的能耗降低，反应速度提高，反应更加完全。

本发明的技术方案如下：它包括有机废气预热装置和径向流光催化反应装置，所述有机废气预热装置包括竖置的多个罐体，其中有一个为主罐体，其余的为副罐体，所述罐体之间通过导热油回流管相连接；所述主罐体下部设有电加热棒，其上方设有导热油冷凝分离器，所述罐体中注有导热油，在连接罐体的导热油回流管内设有上下两个导热油温度测量热电偶，用于测量导热油温度并通过电加热棒进行温度控制；所述多个罐体均内置换热列管，所述换热列管通过气路相互串联，所述换热列管进气口与有机废气风机出气口连接，所述换热列管出气口与径向流光催化反应装置进气口连接；所述径向流光催化反应装置包括一个竖置的反应罐体，所述反应罐体内置双层夹套环型筛网，外层环型筛网与罐体之间设有红外线灯，外层环型筛网和内层筛网环型间设置石英管，所述石英管内设置荧光灯，外层环型筛网和内层环型筛网间填充光催化剂，所述径向流光催化反应装置为下方进气，上方出气，经预热的有机废气由径向流光催化反应装置下方进气口进入，经气体分配器分散后，强制径向通过红外线灯、外层环型筛网、光催化剂和内层环型筛网，由上方的净化气体出气口排出，所述光源包括红外线灯和荧光灯，在径向流光催化反应装置的罐体下部进气口和上部出气口内置反应气测温热电偶，用于测量反应气进气和出气的温度，并通过红外线灯进行温度补偿。

在一实施例中，所述有机废气是吸附饱和的活性炭经脱附处理释放出的高浓度有机废气，或者所述有机废气是由风机经通气管路提供的含有机物的室内空气。

在一实施例中，所述有机废气预热装置的主罐体为敞开罐体，所述主罐体的上开口处设有导热油冷凝分离器。

在一实施例中，导热油通过导热油回流管在有机废气预热装置的多个罐体间循环流通，以使油温均匀稳定。

在一实施例中，所述红外线灯位于径向流光催化反应装置罐体和内置的外层环型筛网之间，并被固定在反应罐体下部。

在一实施例中，石英管为一端封闭，一端开口；石英管位于反应罐体中内置外层环型筛网和内置内层环型筛网之间，石英管封闭端与环型筛网底部隔断紧密接触，其开口端通过耐温橡胶垫片和耐温O型橡胶圈固定在罐体的上部，开口外露，即开口端与反应罐上端部平齐或超出反应罐上端部。

在一实施例中，所述荧光灯置于石英管内，所述荧光灯从石英管开口端放入石英管内。

在一实施例中，放入石英管内的荧光灯为254nm杀菌灯、365nm紫外线灯或普通荧光灯。

在一实施例中，所述光催化剂填充层位于径向流光催化反应装置中的外层环型筛网和内层环型筛网之间，且中间插有石英管，光催化剂填充层需充满内外层环型筛网之间以及石英管外的所有空间。

在一实施例中，所述净化气体出气口排出的处理后尾气需经专用管道排放。

本发明的优点是反应装置一体化设计，整体结构简单，能够为光催化剂同时提供热源和光源，进而保证了催化反应能在一定温度和光照条件下进行，加快了光催化氧化反应速率，从而保证处理有机废气的效果，具有较大的应用价值。

附图说明

图1是本发明具体实施例的全剖视结构示意图。

图2是图1中光热耦合反应装置细节剖视图。

图3是图2 从顶部向下俯视的剖视图。

图中：1.1主罐体，1.2副罐体，2换热列管，3 进气口，4 上油温测量热电偶，5导热油回流管，6 导热油冷凝分离器，7 红外线灯，8 石英管，9紫外线荧光灯，10 净化气体出气口，11 净化气体测温热电偶，12光催化剂，13外层环型筛网，14外层环型筛网，15 径向流光催化反应器罐体，16气体分配器，17 反应气测温热电偶，18 电加热棒，19 下油温测量热电偶。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

如图1-3所示，该光热耦合催化氧化反应装置包括有机废气预热装置1和径向流光催化反应装置15，所述有机废气预热装置包括竖置的三个罐体，其中有一个为主罐体1.1，其余两个为副罐体1.2，所述罐体通过导热油回流管5连接，所述主罐体1.1下部设有电加热棒18，其上方设有导热油冷凝分离器6，所述罐体中注有导热油，在连接罐体的导热油回流管内设有上下油温度测量热电偶4、19，用于测量导热油温度并通过电加热棒18进行温度调控；所述三个罐体均内置换热列管2，所述换热列管2通过气路相互串联，所述换热列管进气口3与有机废气风机出气口连接，所述换热列管出气口与径向流光催化反应装置进气口连接；所述径向流光催化反应装置15包括一个竖置的反应罐体，所述反应罐体内置双层夹套环型筛网13和14，外层环型筛网14与罐体之间设有红外线灯7，外层环型筛网14和内层环型筛网13间设置石英管8，所述石英管8内设置紫外线荧光灯9，外层环型筛网14和内层环型筛网13间填充光催化剂12，所述径向流光催化反应装置15为下方进气，上方出气，经预热的有机废气由反应罐体下方进气口进入，经设置在反应罐体内的气体分配器16分散后，强制径向通过红外线灯7、外层环型筛网14、光催化剂12和内层环型筛网13，由上方的净化气体出气口10排出，所述光源包括红外线灯7和紫外线荧光灯9，在径向流光催化反应装置的反应罐体下部进气口位置内置反应气测温热电偶17，在反应罐体上部出气口位置内置净化气体测温热电偶11，用于测量反应气进气和出气的温度，并通过红外线灯进行温度补偿。

上述的有机废气可以是吸附饱和的活性炭经脱附处理释放的高浓度有机废气，也可以是由风机提供的含挥发性有机物的室内空气。

上述的有机废气预热装置的罐体为敞开体罐体，其上开口处位于该装置主罐体上端，并在开口处设有导热油冷凝分离器6。

上述的导热油通过导热油回流管在有机废气预热装置的三个罐体内循环流动，以使油温均匀稳定，并通过设置在导热油回流管内的测温热电偶和电加热棒控制油温。

上述的红外线灯位于径向流光催化反应装置的反应罐体和内置外层环型筛网之间，并被固定在反应罐体下部。

上述的石英管为一端封闭，一端开口。

上述的石英管位于反应罐体中的外层环型筛网和内层环型筛网之间，石英管底部需与筛网底部隔断紧密接触，并通过耐温橡胶垫片和耐温O型橡胶圈固定在反应罐体的上部。

上述的荧光灯置于石英管内，可以是254nm杀菌灯、365nm紫外线灯、普通荧光灯。

上述的光催化剂填充在反应罐体中的外层环型筛网和内层环型筛网之间，且中间插有石英管，填充层须充满内外层环型筛网之间和石英管外的所有空间。

上述的径向流光催化反应装置的净化气体出气口10排出的处理后尾气需经专用管道排放。

本发明的工作原理是这样实现的：工业有机废气在风机的作用下，进入预热罐，在换热列管中被导热油加热到一定温度后，进入径向流光催化反应装置罐体，经红外线灯再次加热后，通过光催化剂床层，进行催化氧化反应，尾气经出气口和专用管道外排。红外线灯除对反应气进行加热外，还负有对光催化剂进行加热的功能；紫外线荧光灯主要负责对光催化剂提供光源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，包括有机废气预热装置和径向流光催化反应装置，其特征在于：所述有机废气预热装置包括竖置的多个罐体，其中有一个为主罐体，其余的为副罐体，所述罐体之间通过导热油回流管相连接；所述主罐体下部设有电加热棒，其上方设有导热油冷凝分离器，所述罐体中注有导热油，在连接罐体的导热油回流管内设有上下两个导热油温度测量热电偶，用于测量导热油温度并通过电加热棒进行温度控制；所述多个罐体均内置换热列管，所述换热列管通过气路相互串联，所述换热列管进气口与有机废气风机出气口连接，所述换热列管出气口与径向流光催化反应装置进气口连接；所述径向流光催化反应装置包括一个竖置的反应罐体，所述反应罐体内置双层夹套环型筛网，外层环型筛网与罐体之间设有红外线灯，外层环型筛网和内层筛网环型间设置石英管，所述石英管内设置荧光灯，外层环型筛网和内层环型筛网间填充光催化剂，所述径向流光催化反应装置为下方进气，上方出气，经预热的有机废气由反应罐体下方进气口进入，经气体分配器分散后，强制径向通过红外线灯、外层环型筛网、光催化剂和内层环型筛网，由上方的净化气体出气口排出，光源包括红外线灯和荧光灯，在径向流光催化反应装置的罐体下部进气口和上部出气口内置反应气测温热电偶，用于测量反应气进气和出气的温度，并通过红外线灯进行温度补偿。

2.根据权利要求1所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：所述有机废气是吸附饱和的活性炭经脱附处理释放出的高浓度有机废气，或者所述有机废气是由风机经通气管路提供的含有机物的室内空气。

3.根据权利要求1所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：所述有机废气预热装置的主罐体为敞开罐体，所述主罐体的上开口处设有导热油冷凝分离器。

4.根据权利要求1所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：导热油通过导热油回流管在有机废气预热装置的多个罐体间循环流通，以使油温均匀稳定。

5.根据权利要求1所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：所述红外线灯位于径向流光催化反应装置罐体和内置的外层环型筛网之间，并被固定在反应罐体下部。

6.根据权利要求1所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：石英管为一端封闭，一端开口；石英管位于反应罐体中内置外层环型筛网和内置内层环型筛网之间，石英管封闭端与环型筛网底部隔断紧密接触，其开口端通过耐温橡胶垫片和耐温O型橡胶圈固定在罐体的上部，开口外露。

7.根据权利要求1或6所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：所述荧光灯置于石英管内，所述荧光灯从石英管开口端放入石英管内。

8.根据权利要求1所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：放入石英管内的荧光灯为254nm杀菌灯、365nm紫外线灯或普通荧光灯。

9.根据权利要求1所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：光催化剂填充层位于径向流光催化反应装置中的外层环型筛网和内层环型筛网之间，且中间插有石英管，光催化剂填充层需充满内外层环型筛网之间以及石英管外的所有空间。

10.根据权利要求1所述的工业有机废气光热耦合催化氧化反应装置，其特征在于：所述净化气体出气口排出的处理后尾气需经专用管道排放。

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