CN102814099B

CN102814099B - 用以净化总挥发性有机物的装置及方法

Info

Publication number: CN102814099B
Application number: CN201210186938.8A
Authority: CN
Inventors: 高宏俊; 杜银山; 王锋锋
Original assignee: SHENZHEN KEDE ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN KEDE ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: CN102814099A

Abstract

本发明公开了一种用以净化总挥发性有机物的装置及方法，该装置包括有进气口、活性碳吸附装置、超声波脱附发射器、冷燃烧室、补新风口、脱附风机及排气口；所述进气口收集总挥发性有机物废气，然后将总挥发性有机物废气输入给活性碳吸附装置，由活性碳吸附装置进行吸附处理，达到排放标准的气体直接通过排气口进行排放；吸附到一定程度后，启动超声波脱附发射器，将TVOC脱附下来，输入到冷燃烧室；脱附下来的TVOC和补充的氧气一并输送到冷燃烧室，冷燃烧室真空紫外线使TVOC分解，并和臭氧及氧气发生反应生成H₂O和CO₂，TVOC经VUV冷燃烧成H₂O和CO₂后通过脱附风机排入排气口，将净化气排放。

Description

用以净化总挥发性有机物的装置及方法

技术领域

本发明涉及VUV冷燃烧技术与净化系统，更具体地说，涉及一种在石油化工行业、喷涂喷漆行业、油漆涂料生产加工行业、橡胶生产加工行业、印刷印染行业等生产过程中产生的总挥发性有机废气（TVOC）VUV冷燃烧技术与净化系统。

背景技术

现有工业企业生产过程中，不可避免的会产生总挥发性有机物（TVOC），TVOC的成分复杂，排放浓度变化大、不易溶于水、酸或碱，一直以来都是治理难题。而对于TVOC的治理，尚没有应用普遍的技术，水喷淋或酸碱吸收法效率极低，远不能达到净化要求；活性炭吸附有一定的净化效率,活性炭饱和后需要更换，浓度较高时不到一个星期就能饱和，其更换费用高、净化的连续性差；而催化燃烧、蓄热式燃烧及直接燃烧法虽能净化得较为彻底，但是其造价高昂、运行及维护费用极高，控制难度高，具有较大的安全隐患；等离子技术对于低浓度低分子量的TVOC效果不错，但是对于高浓度的TVOC，尤其存在可燃成分时，有较大爆炸危险，安全性低，难以推广应用。

发明内容

基于此，本发明的首要目的是提供一种新的针对总挥发性有机物（TVOC）净化装置及方法，该装置及方法具有不受TVOC排放浓度的影响、净化效率极高。

本发明的另一个目的是提供一种用以净化总挥发性有机物的装置及方法，该装置及方法不需在高温下对TVOC进行燃烧净化，节约能源；且该装置及方法运行稳定、成本低廉、安全可靠，能够长时间免维护运行。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的。

一种用以净化总挥发性有机物的装置，其特征在于该装置包括有进气口、活性碳吸附装置、超声波脱附发射器、冷燃烧室、补新风口、脱附风机及排气口；所述进气口收集总挥发性有机物废气，然后将总挥发性有机物废气输入给活性碳吸附装置，由活性碳吸附装置进行吸附处理，活性碳吸附装置连接排气口，达到排放标准的气体直接通过排气口进行排放；活性碳吸附装置上设置有超声波脱附发射器，吸附到一定程度后，启动超声波脱附发射器，将TVOC脱附下来，输入到冷燃烧室；活性碳吸附装置也连接于冷燃烧室，同时补新风口连接于活性碳吸附装置，向活性碳吸附装置补充氧气，脱附下来的TVOC和补充的氧气一并输送到冷燃烧室，冷燃烧室通过真空紫外线使TVOC分解，并和臭氧及氧气发生反应生成H₂O和CO₂，冷燃烧室后接有脱附风机，TVOC经VUV冷燃烧成H₂O和CO₂后通过净化风机排入排气口，将净化气排放；补新风口连接于活性碳吸附装置同时具有通过气流协助进行TVOC脱附的作用。

冷燃烧的原理是通过发射波长为160~200nm范围的真空紫外线，真空紫外线的光子能量为747.7~664.6 kJ/mol。TVOC分子通过吸收光子能量而使自身化学键断裂，形成游离态的C^*、H^*、O^*原子。而补充新风中的氧气通过高能VUV光子裂解生成具有强氧化性的臭氧O₃。C^*、H^*、O^*通过O₃氧化生成H₂O和CO₂。

所述装置还设置有除尘过滤装置，该除尘过滤装置设置于进气口和活性碳吸附装置之间，对总挥发性有机物废气进行除尘，除去多余的粉尘，使废气的颗粒浓度降到120mg/m3以下。

所述活性碳吸附装置及超声波脱附发射器可以设置有一个以上，一个以上的活性碳吸附装置及超声波脱附发射器并联于进气口和冷燃烧室之间，以充分利用吸附和脱附的过程，提高净化效率。

所述装置，还包括有混流箱，混流箱设置于脱附风机与排气口之间，混流箱后连接净化气风机；脱附后的TVOC经VUV冷燃烧室进行净化处理后引入混流箱，其作用在于使C^*、H^*、O^* 与O₃能有更充分的反应时间，同时还可以通过混流箱检测TVOC的浓度，以便于控制净化气体的排放。

所述进气口、活性碳吸附装置、超声波脱附发射器、冷燃烧室、补新风口之间均通过电动风阀组进行连接，以便于气体的控制。

所述进气口和活性碳吸附装置之间设置有手动风阀，通过手动风阀控制总挥发性有机物废气的流量，以有效地控制活性碳吸附装置的吸附进度。

　　所述活性碳吸附装置为蜂窝活性碳吸附装置，蜂窝活性炭具有比表面积大、寿命长、耐水性强等特点。能有效保证持续性和稳定性。

一种用以净化总挥发性有机物的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

A1）集气：通过进气口将总挥发性有机物废气进行集中收集；

在该步骤中，所收集的总挥发性有机物废气进一步包括除尘步骤：将总挥发性有机物废气经除尘过滤装置除去多余的粉尘，使总挥发性有机物废气的颗粒大小降到120mg/m3以下。

A2）活性碳吸附及冷燃烧：收集的总挥发性有机物废气经过活性炭吸附装置将TVOC吸附，使之达到排放标准；

在吸附过程中，当活性炭吸附装置吸附饱和度达到25-35%时，停止向活性碳吸附装置输入总挥发性有机物废气；然后开启超声波脱附发射器，将TVOC脱附下来，输入到冷燃烧室，并通过补新风口向冷燃烧室提供氧气，使TVOC经冷燃烧室燃烧成H₂O和CO₂后进行排放。

所述冷燃烧室设置有真空紫外线发射器，真空紫外线发射器发射波长为160-200nm范围的真空紫外线，使TVOC燃烧H₂O和CO₂。

所述进气口、活性碳吸附装置、超声波脱附发射器、冷燃烧室、补新风口之间均通过电动风阀组进行连接，当活性炭吸附装置吸附饱和度达到30%时，通过电动风阀组关闭进气口和活性碳吸附装置的通道，再开启脱附风机和超声波脱附发射器，将TVOC脱附下来，并通过开启活性碳吸附装置和冷燃烧室之间的电动风阀组，将TVOC引致冷燃烧室，同时通过补新风口送入空气以提供氧气作为氧化剂。氧气经过高能真空紫外线裂解产生的臭氧是提供VUV冷燃烧的强氧化剂。通过电动风阀组的协同开/闭，实现蜂窝活性炭吸附通道与冷燃烧通道的切换。实现吸附→脱附→冷燃烧→吸附的不断循环，始终保持高效、稳定的净化效果。

所述活性碳吸附及燃烧步骤中，采用一个以上的活性碳吸附装置使多路TVOC吸附连续工作，例如双气路或多气路连续工作，一个冷燃烧室连接两个或多个活性炭吸附装置，活性炭吸附装置交替使用。先将TVOC用一个活性碳吸附装置进行活性炭吸附，当达到30%时的吸附饱和度时停止吸附，然后用超声波+气流将TVOC从活性炭上脱附下来使活性炭再生；脱附下来的较高浓度的TVOC通过脱附风机送往冷燃烧室，通过补新风口的含氧空气被裂解成的臭氧的协同作用，最终将TVOC分解成H₂O和CO₂；一个活性碳吸附装置完成TVOC脱附后，通过电动风阀组关闭该活性碳吸附装置与冷燃烧室的通道，再开启另外一个活性碳吸附装置与冷燃烧室的通道，进行上述的燃烧处理。

在所述活性碳吸附及燃烧步骤中，经冷燃烧室净化处理后的气体引入混流箱，混流箱后连接净化气风机；混流箱使TVOC分解后的C^*、H^*、O^* 与O₃能有更充分的反应时间，同时还可以检测TVOC的浓度，在确定达标时，开启电动阀门及净化气风机，将其并入总排气管道，经总排风机通过净化气的排放烟囱达标排放。

本发明具有以下明显有益效果。

1、能高效稳定的净化各类工厂产生的TVOC工业废气。

2、可适用不同成分、种类及浓度的TVOC工业废气，尤其适用于浓度变化较大的TVOC工业废气。

3、VUV冷燃烧过程中，无须添加任何化学物质参与化学反应，只需适当引入含氧新空气作为氧化剂即可。

4、VUV冷燃烧采用与燃烧的机理一样的方式，即使TVOC分子获得能量后断裂化学键形成游离原子状态，通过氧化剂的作用形成H₂O、CO₂，VUV冷燃烧较一般的燃烧方式，其优越性在于分子获取能量的方式是吸收光子能量而非热能，所用氧化剂裂解氧气产生的臭氧。VUV冷燃烧温度为-20-70℃，故而安全可靠、效率极高；而且将TVOC最终分解成H₂O、CO₂，对环境不会造成二次污染。

5、蜂窝活性炭的吸附效率高，使用寿命长，采用超声波+气流脱附比催化燃烧的热气流脱附更安全、效率更高、活性炭的损失率更低。

6、整个净化系统运行连续性强，可实现浓度变化较大的情况下24小时不间断的稳定运行，且能实现稳定的净化效率基本不变。

7、本发明应用广泛，可应用于多种工业，所述工业企业包括石油化工行业、喷涂喷漆行业、油漆涂料生产加工行业、橡胶生产加工行业、印刷印染行业等。

附图说明

图1为本发明实施的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图所示，对本发明的具体实施做详细说明。

图1所示，本发明实现的一种用以净化总挥发性有机物的装置，主要包括有进气口1、手动风阀2、除尘过滤装置8、活性碳吸附装置9和10、超声波脱附发射器11和12、VUV(Vacuum Ultra-Violet，即真空紫外线，是指波长范围在100-200nm的紫外线)冷燃烧室13、补新风口17、脱附风机14、混流箱15、净化气风机16及排气烟囱20。

本发明所能够净化的总挥发性有机物包括苯及苯系物、非甲烷总烃、酯类、醚类、酮类、醇类、醛类等，绝大多数是由C、H、O构成的可挥发性有机物。其中有的伴有浓烈的刺激气味，有的对皮肤有腐蚀、有的具有毒性、有的能致癌。

进气口1收集总挥发性有机物废气（TVOC），收集TVOC时，通过手动风阀2控制流量；然后将总挥发性有机物废气输入除尘过滤装置8进行过滤，使废气颗粒浓度小于120mg/m3，然后分别通过电动风阀组一3、电动风阀组二4输送给活性碳吸附装置9和10（可以同时启动活性碳吸附装置9和10，也可以轮流启动活性碳吸附装置9和10），由活性碳吸附装置9和10进行吸附处理，活性碳吸附装置9和10连接于排气烟囱20，达到排放标准的气体直接通过电动风阀组三19、电动风阀组四22和总排风机18输出给排气烟囱20进行排放。

其中，活性碳吸附装置9和10上分别设置有超声波脱附发射器11和12，吸附达到饱和度30%后（在其它的实施方式中，饱和度也可以根据实际情况进行波动，例如为35%，或者是25%），启动超声波脱附发射器11和12（可以同时启动超声波脱附发射器11和12，也可以依次启动超声波脱附发射器11和12），将TVOC脱附下来，分别通过电动风阀组五21、电动风阀组六23输入到VUV冷燃烧室13；同时，启动补新风口17，补新风口17先通过电动风阀组七7进行控制，然后再分别通过电动风阀组八5、电动风阀组九6分别向活性碳吸附装置9和10输入空气，该空气具有通过气流协助进行TVOC脱附的作用。

活性碳吸附装置9和10通过电动风阀组五21、电动风阀组六23连接于VUV冷燃烧室13，伴随TVOC一并输入的还有空气，空气中含有氧气，作为TVOC的氧化剂，这样脱附下来的TVOC和补充的氧气一并输送到VUV冷燃烧室13，VUV冷燃烧室13设置有真空紫外线发射器，通过真空紫外线使TVOC分解，并和氧气以及经裂解产生的臭氧发生反应生成H₂O和CO₂，VUV冷燃烧室13后接有脱附风机14，TVOC经VUV冷燃烧室形成H₂O和CO₂后通过脱附风机排14入混流箱15，混流箱15后经电动风阀组十24连接净化气风机16；混流箱15的作用是使TVOC分解后的C^*、H^*、O^* 与O₃能有更充分的反应时间，同时还可以检测TVOC的浓度，在确定达标时，开启电动风阀组十24及净化气风机16，将净化后其它并入总排气管道，经总排风机18通过净化气的排放烟囱20达标排放。

冷燃烧室的工作原理是通过发射波长为160~200nm范围的真空紫外线将TVOC，并和臭氧及氧气发生反应，真空紫外线的光子能量为747.7~664.6 kJ/mol。

其中，活性碳吸附装置为蜂窝活性碳吸附装置，蜂窝活性炭具有比表面积大、寿命长、耐水性强等特点。能有效保证持续性和稳定性。

本发明所实现的方法，包括如下步骤。

A1）将总挥发性有机物（TVOC）的废气集中收集，通过手动风阀2控制其流量。

A2）经除尘过滤装置8除去多余的粉尘，使之降到120mg/m3以下。进气的粉尘需≤120mg/m3，粉尘量过大需要经除尘过滤装置（8）过滤，以免影响蜂窝活性炭的效率及寿命。

A3）通过两组蜂窝活性炭吸附装置（9、10）将TVOC吸附，使之达到排放标准。

A4）蜂窝活性炭吸附装置（9或10）吸附饱和度达到25-35%时，通过电动风阀组（3或4）关闭其通道，开启脱附风机14和超声波脱附发射器（11或12），将TVOC脱附下来，并通过开启电动风阀组（5或6）将其引致VUV冷燃烧室13，通过补新风口17送入空气以提供氧气作为氧化剂，TVOC经VUV冷燃烧成H₂O和CO₂后导入混流箱15。VUV冷燃烧采用的能源供应是波长为160-200nm范围的真空紫外线。

A5）经脱附后的TVOC经VUV冷燃烧室13净化处理后引入混流箱15，其作用在于C^*、H^*、O^* 与O₃能有更充分的反应时间，同时通过TVOC的浓度监测，在确定达标时，开启电动风阀组十24及净化气风机16，将其并入总排气管道，经总排风机18通过净化气的排放烟囱20达标排放。

在所述步骤A4中，采用双气路或多气路连续工作，一个VUV冷燃烧室13连接两个活性炭吸附装置（9、10）交替使用。先将TVOC用活性炭吸附，当达到30%左右的吸附饱和度时停止吸附，然后用超声波+气流将TVOC从活性炭上脱附下来使活性炭再生；脱附下来的较高浓度的TVOC通过脱附风机14送往VUV冷燃烧室13，通过补新风口的含氧空气被裂解成的臭氧的协同作用，最终将TVOC分解成H₂O和CO₂。

TVOC分子通过吸收光子能量而使自身化学键断裂，形成游离态的C^*、H^*、O^*原子。而补充新风中的氧气通过高能VUV光子裂解生成具有强氧化性的臭氧O₃。C^*、H^*、O^*通过O₃氧化生成H₂O和CO₂。

在废气源废气成分中氧气含量较低，VUV裂解产生的臭氧量不足，影响废气进行正常氧化反应的情况下，本发明可以开启补新风口，通过新风口的大小调节其含氧量，通过VUV裂解产生更多的臭氧，以将游离态的C^*、H^*、O^*原子完全氧化成H₂O和CO₂。

本发明所适用的工业企业包括石油化工行业、喷涂喷漆行业、油漆涂料生产加工行业、橡胶生产加工行业、印刷印染行业等。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用以净化总挥发性有机物的装置，其特征在于该装置包括有进气口、活性碳吸附装置、超声波脱附发射器、冷燃烧室、补新风口、脱附风机及排气口；所述进气口收集总挥发性有机物废气，然后将总挥发性有机物废气输入给活性碳吸附装置，由活性碳吸附装置进行吸附处理，活性碳吸附装置连接排气口，达到排放标准的气体直接通过排气口进行排放；活性碳吸附装置上设置有超声波脱附发射器，吸附到一定程度后，启动超声波脱附发射器，将TVOC脱附下来，输入到冷燃烧室；活性碳吸附装置也连接于冷燃烧室，同时补新风口连接于活性碳吸附装置，向活性碳吸附装置补充氧气，脱附下来的TVOC和补充的氧气一并输送到冷燃烧室，冷燃烧室通过真空紫外线使TVOC分解，并和氧气及裂解产生的臭氧发生反应生成H₂O和CO₂，冷燃烧室后接有脱附风机，TVOC经VUV冷燃烧成H₂O和CO₂后通过脱附风机排入排气口，将净化气排放。

2.如权利要求1所述的用以净化总挥发性有机物的装置，其特征在于所述装置还设置有除尘过滤装置，该除尘过滤装置设置于进气口和活性碳吸附装置之间。

3.如权利要求1所述的用以净化总挥发性有机物的装置，其特征在于所述活性碳吸附装置及超声波脱附发射器可以设置有一个以上，一个以上的活性碳吸附装置及超声波脱附发射器并联于进气口和冷燃烧室之间。

4.如权利要求1所述的用以净化总挥发性有机物的装置，其特征在于所述装置，还包括有混流箱，混流箱设置于脱附风机与排气口之间，混流箱后连接净化气风机。

5.如权利要求1所述的用以净化总挥发性有机物的装置，其特征在于所述进气口、活性碳吸附装置、超声波脱附发射器、冷燃烧室、补新风口之间均通过电动风阀组进行连接，以便于气体的控制。

6.一种用以净化总挥发性有机物的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

在该步骤中，所收集的总挥发性有机物废气进一步包括除尘步骤：将总挥发性有机物废气经除尘过滤装置除去多余的粉尘，使总挥发性有机物废气的颗粒浓度降到120mg/m3以下;

7.如权利要求6所述的用以净化总挥发性有机物的方法，其特征在于所述冷燃烧室设置有真空紫外线发射器，真空紫外线发射器发射波长为160-200nm范围的真空紫外线。

8.如权利要求6所述的用以净化总挥发性有机物的方法，其特征在于所述进气口、活性碳吸附装置、超声波脱附发射器、冷燃烧室、补新风口之间均通过电动风阀组进行连接，当活性炭吸附装置吸附饱和度达到30%时，通过电动风阀组关闭进气口和活性碳吸附装置的通道，再开启脱附风机和超声波脱附发射器，将TVOC脱附下来，并通过开启活性碳吸附装置和冷燃烧室之间的电动风阀组，将TVOC引致冷燃烧室，同时通过补新风口送入空气以提供氧气作为氧化剂。

9.如权利要求6所述的用以净化总挥发性有机物的方法，其特征在于所述活性碳吸附及燃烧步骤中，采用一个以上的活性碳吸附装置使多路TVOC吸附连续工作，一个冷燃烧室连接一个以上的活性炭吸附装置，活性炭吸附装置交替使用。

10.如权利要求6所述的用以净化总挥发性有机物的方法，其特征在于在所述活性碳吸附及燃烧步骤中，经冷燃烧室净化处理后的气体引入混流箱，混流箱后连接净化气风机；混流箱使TVOC分解后的C^*、H^*、O^* 与O₃能有更充分的反应时间，同时还可以检测TVOC的浓度。