CN104815534A - 一种臭氧联合光激发过氧化物的VOCs净化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种臭氧联合光激发过氧化物的VOCs净化系统及方法，属于大气污染物控制领域。所述净化系统主要设有除尘器、冷却器、光化学雾化床反应器、气体分布喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、总烟道、除雾器以及产物后处理系统；来自排放源的VOCs在烟道中先被臭氧预氧化为有机中间体。紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基进一步氧化VOCs以及被臭氧氧化产生的有机中间体，最终分解产物是无害的CO2和H2O；该系统能够高效脱除烟气中的VOCs，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型VOCs净化系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种臭氧联合光激发过氧化物的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）净化系统及方法，属于大气污染物控制领域。
背景技术
VOCs是挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds）的英文缩写，VOCs通过呼吸道和皮肤进入人体后，能给人的呼吸、血液、肝脏等器官造成暂时性和永久性病变。工业生产中会产生各种有机物废气，主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等，这些有机废气会造成大气污染，危害人体健康。
随着经济的快速发展和人们环保意识的提高，尾气中VOCs脱除问题越来越受到人们的关注。同时国家也制定了相应的法律法规对VOCs的排量作了严格的限制。研究开发VOCs的高效脱除技术已成为世界各国关注的热点问题。
国内外研究人员对废气中VOCs脱除问题作了大量的研究并开发了多种VOCs脱除方法。按照脱除的基本原理，废气VOCs脱除方法主要包括冷凝回收法﹑吸收法﹑直接燃烧法﹑催化燃烧法和吸附法等。
冷凝回收法适用于有机废气浓度高、温度低、风量小的工况，需要附属冷冻设备，主要应用于制药、化工行业，而印刷企业较少采用，应用范围受到局限。
吸收法常用的是物理吸收，即将废气引入吸收液净化，待吸收液饱和后经加热、解析、冷凝回收。这种方法适用于大气量、低温度、低浓度的废气，但需配备加热解析回收装置，设备体积大、投资较高。
直接燃烧法是利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧，将混合气体加热，使有害物质在高温作用下分解为无害物质。该方法工艺简单、投资小，适用于高浓度、小风量的废气，但对安全技术、操作要求较高。
催化燃烧法是把废气加热经催化燃烧转化成无害无臭的二氧化碳和水，这种方法起燃温度低、节能、净化率高、操作方便、占地面积少、适用于高温或高浓度的有机废气，但催化剂容易中毒失活，稳定性差，如专利（ZL201410007192.9）提出了一种可有效脱除VOCs的分子筛/二氧化钛负载铜锰铈的催化剂制备方法及相应的脱除工艺，但该专利申请提出的催化剂制备方法非常复杂，吸收剂稳定性不高，需要定期的再生和活化。
活性炭吸附法脱除效率可达95%，设备简单、投资小，但活性炭更换频繁，增加了装卸、运输、更换等工作程序，导致运行费用增加。
专利（ZL 201410247572.X）提出了一种利用吸附﹑冷凝和膜分离相结合的VOCs脱除方法及工艺，但该方法工艺复杂，应用成本高，尤其是尾部的膜分离技术不稳定，难以工业应用。
专利（ZL201210263021.3）提出了一种基于吸附﹑脱附﹑精馏和渗透汽化分离的VOCs脱除方法和工艺，但该方法同样具有工艺复杂和应用成本高等不足。
因此，到目前为止，尽管有多种VOCs脱除技术被开发和利用，但每一种技术几乎都有应用范围的限制和有诸多缺点。因此，继续开发更加经济有效的VOCs脱除技术具有重要的现实意义。
发明内容
本发明涉及一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统。主要设有除尘器、冷却器、光化学雾化床反应器、气体分布喷嘴、紫外灯管、雾化喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、分烟道、总烟道、除雾器以及产物后处理系统。来自排放源的VOCs在烟道中先被臭氧预氧化为有机中间体。紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基进一步氧化VOCs以及被臭氧氧化产生的有机中间体，最终分解产物是无害的CO2和H2O。该系统能够高效脱除烟气中的VOCs，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型VOCs净化系统。
为实现以上目的，本发明采用的实施方案如下：
本发明提供
一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于，所述系统包括除尘器、冷却器、臭氧发生器、光化学雾化床反应器、气体分布喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、总烟道、除雾器以及产物后处理系统；
所述烟气入口b与除尘器连接；
所述除尘器出口连接冷却器；冷却器与气体分布喷嘴连接；所述气体分布喷嘴通过烟道连接入光化学雾化床反应器内；
所述冷却器与气体分布喷嘴之间的烟气入口e连通臭氧发生器；
所述加料塔与颗粒物过滤装置相连接，经过循环泵通过喷淋管道接入光化学雾化床反应器；
其中所述光化学雾化床反应器内设置有紫外灯管、雾化喷嘴和分烟道；
所述紫外灯管环状均匀分布在灯管布置线上，所述灯管布置线为多圈，围绕光化学雾化床反应器中轴线呈同心环状布置，每相邻两圈之间等距；
所述雾化喷嘴位于紫外灯管之间，且与分烟道位于同一直线上，该直线与光化学雾化床反应器中轴线垂直，所述雾化喷嘴在垂直方向等间距布置，根据光化学雾化床反应器高度设置多级雾化喷嘴。
所述光化学雾化床反应器分有两个出口，一个烟气出口c位于光化学雾化床反应器上端，是总烟道，总烟道内设置有除雾器；另一个产物出口d位于光化学雾化床反应器下端，连接产物后处理系统。
所述产物后处理系统包括溶液循环泵、中和塔和蒸发结晶塔，所述产物出口d通过溶液循环泵接入中和塔，中和塔与蒸发结晶塔相连；所述中和塔上端设置有入口e；所述蒸发结晶塔设置有一个进口f和2个出口g和h，进口f和出口g位于蒸发结晶塔上端，出口h位于蒸发结晶塔下端。
所述光化学雾化床反应器的横截面为圆形（见图3），纵截面为矩形（见图4），横截面直径A或纵截面边长可根据空塔气速和总烟气流量来计算。
紫外灯管之间设有雾化喷嘴（具体布置见图2，图3和图4），雾化喷嘴根据光化学雾化床反应器最佳高度B通常需要设置多级喷雾，设置级数根据现场情况确定，但要保证雾化覆盖无死角，且设置的雾化喷嘴在垂直方向采用等间距布置（见图2中的E）。雾化喷嘴喷出的液滴雾化粒径如果太大则会导致气液接触面积太小，污染物脱除效率下降，故雾化喷嘴喷出的雾化溶液粒径通常不大于20微米。光化学雾化床反应器的烟道采用先分烟道再总烟道的两段布置形式，目的是防止气流发生偏斜，影响脱除效果（见图2）。
采用电子自旋共振技术检测后发现，紫外光有效辐射强度设置的太低将无法生成足够浓度的自由基氧化脱除污染物，但紫外光辐射强度太高将会导致系统的能耗大幅度提高，降低系统的经济性。因此，紫外光有效辐射强度为10μ W/cm2- 300μ W/cm2。紫外线有效波长如果选择太短，则紫外光在反应器内的传播距离太短，单位功率下的污染物处理量大大降低，无法满足基本的处理要求，但紫外光波长如果选择的太长，紫外光子的能量将明显降低，低能量的紫外光子无法破坏过氧化物的分子键，从而无法产生足够浓度的自由基氧化脱除污染物。经过综合的检测分析后发现，紫外线有效波长为150nm-365nm。
其中所述光化学雾化床反应器最佳空塔气速是0.3m/s-6.0m/s；
其中所述光化学雾化床反应器最佳高度为2m-6m；
光化学雾化床反应器的横截面为圆形（见图3），纵截面为矩形（见图4），圆形截面直径A或矩形截面边长可根据空塔气速和总烟气流量来计算。
由于光化学雾化床反应器的空塔气速太高，污染物的停留时间太短，无法充分反应，脱除效率低，但如果空塔气速太低，则反应器体积庞大，投资和运行成本太高。根据发明人的计算和测试表明，光化学雾化床反应器最佳空塔气速是0.3m/s-6.0m/s。光化学雾化床反应器的高度太低，污染物的停留时间短，同样无法充分反应，降低污染物的脱除效率低，但如果高度太高，则反应器体积庞大，投资和运行成本也将大大曾高。发明人的计算和测试表明，光化学雾化床反应器最佳高度B位于2m-6m之间（见图2）。
其中所述紫外灯管最佳长度比光化学雾化床反应器的最佳高度至少短0.2m；进一步选择紫外灯管最佳长度与光化学雾化床反应器最佳高度之间的最佳距离为0.2m-0.6m；
其中所述分烟道垂直高度至少应当比紫外灯管最佳长度高0.3m；
为了防止紫外灯管过长干扰气体雾化喷嘴均匀布气，紫外灯管最佳长度D通常比光化学雾化床反应器的最佳高度B至少短0.2m，但两者之间的差距也不宜太大，否则无法充分利用反应器空间，进而造成反应器空间的浪费。发明人的研究表明，紫外灯管最佳长度D与光化学雾化床反应器最佳高度B之间的最佳距离控制在0.2m-0.6m范围之内较为合理（见图2）。为了便于从反应器顶部抽出紫外灯管维修或更换，分烟道垂直高度C至少应当比紫外灯管最佳长度D高0.3m（见图2）。
其中所述紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的最佳间距为3cm-25cm；
紫外灯管之间的间距如果太大，则会导致光化学雾化床反应器内的紫外光强度无法满足激发要求，但如果紫外灯管之间的间距设置的太小，即太过密集，则光源系统的投资和运行费用将大大增加，同时还会大大增加系统的流动阻力，提高循环泵和风机的功耗。根据发明人的计算和实验发现，紫外灯管的布置间距H（圆形截面，见图3）和I（矩形截面，见图4）的最佳间距为3cm-25cm之间。
其中所述所述加料塔中装有过氧化物溶液。
本发明还提供一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
（1）来自排放源（从烟气入口b接入）的烟气经除尘器除尘和冷却器降温后，再由气体分布喷嘴布风后进入光化学雾化床反应器；
（2）来自加料塔的过氧化物溶液由循环泵抽吸，并由雾化喷嘴雾化后喷入光化学雾化床反应器；
（3）臭氧发生器产生的臭氧由入口e汇入烟气中，并且在烟道中先对烟气中的VOCs进行预氧化；紫外灯管辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化VOCs，最终分解产物是无害的CO2和H2O；
（4）光化学雾化床反应器上部回落的溶液再次进入加料塔循环使用，消耗的试剂由试剂添加口a补充。
其中所述光化学雾化床反应器的最佳烟气入口温度为20-75℃；光化学雾化床反应器的有效液气比为0.4-5.0L/m3；过氧化物溶液的最佳浓度为0.1mol/L-2.5mol/L；过氧化物溶液的有效pH为1.0-7.5；过氧化物溶液的最佳溶液温度20-75℃。
所述烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m3；
所述的过氧化物包括双氧水和过硫酸铵中的一种或两种的混合；
所述的排放源为燃煤锅炉﹑工业窑炉﹑冶炼/炼焦尾气﹑垃圾焚烧炉或石油化工设备尾气中的一种或多种的组合。
由于光化学雾化床反应器的烟气入口温度过高会导致过氧化物发生提前自分解浪费氧化剂，但如果温度太低又将导致化学反应速率降低，进而影响脱除效率。发明人研究发现，光化学雾化床反应器的最佳烟气入口温度为20-75℃。液气比过低，污染物的脱除效率太低，无法满足环保要求，但液气比设置的太高，循环泵的功率过大会导致系统的能耗大大增加。发明人研究发现，有效液气比为0.4-5.0L/m3。过氧化物浓度太低无法释放充足的自由基氧化脱除污染物，但一次投放太高浓度的过氧化物会导致额外的自分解和副反应，自分解会导致过氧化物氧化剂消耗严重，增加运行成本，副反应会导致反应产物中产生各种有害成分，影响最终产物的循环利用。经过发明人的实验和检测分析后发现，过氧化物的最佳浓度为0.1mol/L-2.5mol/L之间。
过氧化物溶液的pH太高会导致过氧化物加速自分解而消耗，增加应用成本，但pH过低时会抑制化学吸收平衡，导致污染物脱除效率保持在低水平，无法满足环保指标。发明人经过系统的实验研究﹑理论研究和检测分析后发现，溶液的有效pH位于1.0-7.5之间。溶液温度过高会导致过氧化物发生提前自分解浪费昂贵的氧化剂，但如果温度过低则会降低化学反应速率，从而降低污染物脱除效率。20-75℃是发明人根据正交实验和综合分析后获得的最佳溶液温度。
烟气中VOCs的含量太高将导致脱除效率大幅度下降，尾部未被吸收的中VOCs逃逸量大幅度增加，容易造成严重的二次污染物。经过研究发现，烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m3。所述的过氧化物包括双氧水和过硫酸铵中的一种或两种的混合。所述的排放源为燃煤锅炉﹑工业窑炉﹑冶炼/炼焦尾气﹑垃圾焚烧炉或石油化工设备尾气中的一种或多种的组合。
以上选择的各种优化参数，均是通过大量的综合实验﹑理论计算和检测分析后才获得的。由于每个操作参数通常还会受到其它一个或多个参数的综合影响或干扰，因此无法通过简单的现场单因素实验或文献对比获得。另外本发明提供的优化参数是在小型设备和放大后的设备上综合对比后确定的，综合考虑了设备放大过程可能产生的“放大效应”，故现场技术人员不能通过对现有设备简单分析后推测获得安全可靠的优化参数。
本发明系统的反应过程原理：
1．由图1所示，采用电子自旋共振（ESR）仪可测定到系统中产生了硫酸根自由基和羟基自由基。因此，臭氧结合光辐射过氧化物首先是释放了具有强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基，具体过程可用如下的化学反应（1）-（6）表示：
2. 产生的强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基可将烟气中的VOCs深度氧化为洁净的CO2和H2O，无二次污染：
3. 该系统能够高效脱除烟气中的VOCs，脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。
本发明的优点及显著效果：
1. 现有技术中利用电解工艺脱除VOCs的方法，该方法系统和工艺复杂，电耗和应用成本高；本发明采用的一种臭氧联合光激发过氧化物的VOCs脱除方法非常简单，脱除过程稳定可靠，应用成本较低。
2. 现有技术也利用吸附﹑冷凝和膜分离相结合的VOCs脱除方法及工艺，但该方法工艺复杂，应用成本高，尤其是尾部的膜分离技术不稳定，难以工业应用，而本发明提出的工艺相对简单，设备成熟可靠，具有良好的市场开发和应用前景。
3. 现有技术提出基于吸附﹑脱附﹑精馏和渗透汽化分离的VOCs脱除方法和工艺，但该方法同样具有工艺复杂和应用成本高等不足，难以实现工业应用，而本发明提出的工艺相对更加简单可靠，具有更好的开发前景。
4. 现有技术提出基于吸附﹑膜分离和冷凝技术相结合的VOCs脱除方法及工艺，该方法具有工艺复杂和应用成本高等不足，无法实现应用。
5. 现有技术中关于可有效脱除VOCs的分子筛/二氧化钛负载铜锰铈的催化剂制备方法及相应的脱除工艺，但该催化剂制备方法非常复杂，吸收剂稳定性不高，需要定期的再生和活化，而本发明所述的方法不需要制备复杂的脱除剂和再生活化工序，且运行可靠性更高，可实现系统的连续运行，具有更好的工业发展前景。
附图说明
图 1是一种臭氧结合光辐射过氧化物的电子自旋共振光普图；
图 2是本发明所述系统的工艺流程图；
图 3是本发明所述系统的产物后处理系统图；
图 4是光化学雾化床反应器的圆形截面及灯管﹑喷嘴和喷淋管道布置图；
图 5是光化学雾化床反应器的矩形截面及灯管﹑喷嘴和喷淋管道布置图；
图中：1-除尘器，2-冷却器，3-气体分布喷嘴，4-紫外灯管，5-雾化喷嘴，6-循环泵，7-颗粒物过滤装置，8-加料塔，9-喷淋管道，10-分烟道，11-总烟道，12-除雾器，13-喷淋反应器，14-光化学雾化床反应器，15-臭氧发生器，16-烟道，17-溶液循环泵，18-中和塔，19蒸发结晶塔，20-光化学雾化床反应器壁，21-紫外灯管布置线；
a-试剂添加口，b-烟气入口，c-烟气出口，d-产物出口，e-烟气入口，f-进口，g和h-出口。
具体实施方式
实施例 1 ：一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的 VOCs 净化系统：
包括除尘器1、冷却器2、臭氧发生器16、光化学雾化床反应器15、气体分布喷嘴3、循环泵6、颗粒物过滤装置7、加料塔8、喷淋管道9、总烟道11、除雾器12以及产物后处理系统；
烟气入口b与除尘器1连接；
除尘器1出口连接冷却器2；冷却器2与气体分布喷嘴3连接；所述气体分布喷嘴3通过烟道16连接入光化学雾化床反应器14内；
冷却器2与气体分布喷嘴3之间的烟气入口e连通臭氧发生器15；
加料塔8与颗粒物过滤装置7相连接，经过循环泵6通过喷淋管道9接入光化学雾化床反应器14；
光化学雾化床反应器14分有两个出口，一个烟气出口c位于光化学雾化床反应器14上端，是总烟道11，总烟道11内设置有除雾器12；另一个产物出口d位于光化学雾化床反应器14下端，连接产物后处理系统。
光化学雾化床反应器14内设置有紫外灯管4、雾化喷嘴5和分烟道10，紫外灯管4环状均匀分布在灯管布置线上，所述灯管布置线为多圈，围绕光化学雾化床反应器14中轴线呈同心环状布置，每相邻两圈之间等距；雾化喷嘴5位于紫外灯管4之间，且与分烟道10位于同一直线上，该直线与光化学雾化床反应器14中轴线垂直，所述雾化喷嘴5在垂直方向等间距布置，根据光化学雾化床反应器14高度设置多级雾化喷嘴5。
产物后处理系统包括溶液循环泵17、中和塔18和蒸发结晶塔19，所述产物出口d通过溶液循环泵17接入中和塔18，中和塔18与蒸发结晶塔19相连；所述中和塔18上端设置有入口e；所述蒸发结晶塔19设置有一个进口f和2个出口g和h，进口f和出口g位于蒸发结晶塔19上端，出口h位于蒸发结晶塔19下端。
其中光化学雾化床反应器（15）内紫外光有效辐射强度为10μ W/cm2- 300μ W/cm2，紫外线有效波长为150nm-365nm；
其中光化学雾化床反应器（15）空塔气速是0.3m/s-6.0m/s；
其中光化学雾化床反应器（15）最佳高度为2m-6m；
其中紫外灯管（4）长度比光化学雾化床反应器（15）的高度至少短0.2m；
其中分烟道（10）垂直高度至少应当比紫外灯管（4）长度高0.3m；
其中紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的最佳间距为3cm-25cm；
实施例 2 ：一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的 VOCs 净化方法：
按照以下步骤进行：
（1）来自排放源（从烟气入口b接入）的烟气经除尘器1除尘和冷却器2降温后，再由气体分布喷嘴3布风后进入光化学雾化床反应器15；
（2）来自加料塔8的过氧化物溶液由循环泵6抽吸，并由雾化喷嘴5雾化后喷入光化学雾化床反应器15；
（3）臭氧发生器16产生的臭氧由入口e汇入烟气中，并且在烟道中先对烟气中的VOCs进行预氧化；紫外灯管4辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化VOCs，最终分解产物是无害的CO2和H2O；
（4）光化学雾化床反应器15上部回落的溶液再次进入加料塔循环使用，消耗的试剂由试剂添加口a补充。
其中加料塔8中装有过氧化物溶液。
其中光化学雾化床反应器15的最佳烟气入口温度为20-75℃；光化学雾化床反应器15的有效液气比为0.4-5.0L/m3；过氧化物溶液的最佳浓度为0.1mol/L-2.5mol/L；过氧化物溶液的有效pH为1.0-7.5；过氧化物溶液的最佳溶液温度20-75℃。
其中烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m3；
其中的过氧化物溶液为双氧水或过硫酸铵中的一种或两种的混合。
其中的排放源为燃煤锅炉﹑工业窑炉﹑冶炼/炼焦尾气﹑垃圾焚烧炉或石油化工设备尾气中的一种或多种的组合。
实施例 3. 烟气中甲苯含量为1200mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为60℃，液气比为0.4L/m3，过硫酸铵浓度为0.2mol/L，溶液pH为1，溶液温度为60℃，紫外光有效辐射强度为20μ W/cm2，紫外线有效波长为254nm。
其中，该实施例中所用净化系统中，光化学雾化床反应器空塔气速是5.0m/s；光化学雾化床反应器高度为2m；紫外灯管长度比光化学雾化床反应器的高度短0.3m；分烟道垂直高度至少应当比紫外灯管长度高0.3m；紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的间距为25cm；
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为66.2%。
实施例 4. 烟气中甲苯含量为1200mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为60℃，液气比为0.5L/m3，双氧水浓度为0.3mol/L，溶液pH为3.3，溶液温度为60℃，紫外光有效辐射强度为20μ W/cm2，紫外线有效波长为254nm。
其中，该实施例中所用净化系统中，光化学雾化床反应器空塔气速是5.0m/s；光化学雾化床反应器高度为2m；紫外灯管长度比光化学雾化床反应器的高度短0.3m；分烟道垂直高度至少应当比紫外灯管长度高0.3m；紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的间距为25cm；
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为70.7%。
实施例 5. 烟气中甲苯含量为800mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.5L/m3，过硫酸铵浓度为1.0mol/L，溶液pH为4.2，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为40μ W/cm2，紫外线有效波长为254nm。
其中，该实施例中所用净化系统中，光化学雾化床反应器空塔气速是4.2m/s；光化学雾化床反应器高度为3m；紫外灯管长度比光化学雾化床反应器的高度短0.3m；分烟道垂直高度至少应当比紫外灯管长度高0.3m；紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的间距为20cm；
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为74.7%。
实施例 6. 烟气中甲苯含量为800mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为40℃，液气比为1.5L/m3，过硫酸铵浓度为1.0mol/L，溶液pH为4.2，溶液温度为45℃，紫外光有效辐射强度为60μ W/cm2，紫外线有效波长为254nm。
其中，该实施例中所用净化系统中，光化学雾化床反应器空塔气速是3.5m/s；光化学雾化床反应器高度为3m；紫外灯管长度比光化学雾化床反应器的高度短0.3m；分烟道垂直高度至少应当比紫外灯管长度高0.3m；紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的间距为15cm；
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为84.9%。
实施例 7. 烟气中甲苯含量为600mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为45℃，液气比为3.0L/m3，过硫酸铵浓度为1.5mol/L之间，溶液pH为3.5之间，溶液温度为45℃，紫外光有效辐射强度为100μ W/cm2，紫外线有效波长为254nm。
其中，该实施例中所用净化系统中，光化学雾化床反应器空塔气速是3.0m/s；光化学雾化床反应器高度为5m；紫外灯管长度比光化学雾化床反应器的高度短0.3m；分烟道垂直高度至少应当比紫外灯管长度高0.3m；紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的间距为15cm；
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为89.9%。
实施例 8. 烟气中甲苯含量为600mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为50℃，液气比为3.0L/m3，过硫酸铵浓度为1.5mol/L之间，溶液pH为3.5之间，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为150μ W/cm2，紫外线有效波长为254nm。
其中，该实施例中所用净化系统同实施例3。
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为95.1%。
实施例 9. 烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为3.0L/m3，过硫酸铵浓度为2.0mol/L之间，溶液pH为3.5之间，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为150μ W/cm2，紫外线有效波长为254nm。
其中，该实施例中所用净化系统同实施例4。
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为93.7%。
实施例 10. 烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为50℃，液气比为3.5L/m3，过硫酸铵浓度为2.0mol/L之间，溶液pH为3.5之间，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为150μ W/cm2，紫外线有效波长为254nm。
其中，该实施例中所用净化系统同实施例5。
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为98.8%。
实施例 11. 烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为4.5L/m3，过硫酸铵浓度为2.0mol/L之间，溶液pH为3.5之间，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为200μ W/cm2，紫外线有效波长为185nm。
其中，该实施例中所用净化系统同实施例6。
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为100%。
实施例 12. 烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为4.5L/m3，双氧水浓度为2.0mol/L之间，溶液pH为3.5之间，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为200μ W/cm2，紫外线有效波长为185nm。
其中，该实施例中所用净化系统同实施例7。
小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为100%。
经过以上实施例的综合对比可知，实施例11和12具有最佳的VOCs脱除效果，可作为最佳实施例参照使用。
Claims (10)
1. 一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于，所述系统包括除尘器（1）、冷却器（2）、臭氧发生器（16）、光化学雾化床反应器（15）、气体分布喷嘴（3）、循环泵（6）、颗粒物过滤装置（7）、加料塔（8）、喷淋管道（9）、总烟道（11）、除雾器（12）以及产物后处理系统；
所述烟气入口（b）与除尘器（1）连接；
所述除尘器（1）出口连接冷却器（2）；冷却器（2）与气体分布喷嘴（3）连接；所述气体分布喷嘴（3）通过烟道（16）连接入光化学雾化床反应器（14）内；
所述冷却器（2）与气体分布喷嘴（3）之间的烟气入口（e）连通臭氧发生器（15）；
所述加料塔（8）与颗粒物过滤装置（7）相连接，经过循环泵（6）通过喷淋管道（9）接入光化学雾化床反应器（14）；
其中所述光化学雾化床反应器（14）内设置有紫外灯管（4）、雾化喷嘴（5）和分烟道（10）；
所述光化学雾化床反应器(14)分有两个出口，一个烟气出口（c）位于光化学雾化床反应器（14）上端，是总烟道（11），总烟道（11）内设置有除雾器（12）；另一个产物出口（d）位于光化学雾化床反应器（14）下端，连接产物后处理系统。
2. 根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于，
所述紫外灯管（4）环状均匀分布在灯管布置线上，所述灯管布置线为多圈，围绕光化学雾化床反应器（14）中轴线呈同心环状布置，每相邻两圈之间等距；
所述雾化喷嘴（5）位于紫外灯管（4）之间，且与分烟道（10）位于同一直线上，该直线与光化学雾化床反应器（14）中轴线垂直，所述雾化喷嘴（5）在垂直方向等间距布置，根据光化学雾化床反应器（14）高度设置多级雾化喷嘴（5）。
3. 根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于，
所述产物后处理系统包括溶液循环泵（17）、中和塔（18）和蒸发结晶塔（19），所述产物出口（d）通过溶液循环泵（17）接入中和塔（18），中和塔（18）与蒸发结晶塔（19）相连；所述中和塔（18）上端设置有入口（e）；所述蒸发结晶塔（19）设置有一个进口（f）2个出口（g）和（h），进口（f）和出口（g）位于蒸发结晶塔（19）上端，出口（h）位于蒸发结晶塔（19）下端。
4. 根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于，
所述光化学雾化床反应器（15）内紫外光有效辐射强度为10μW/cm2- 300 W/cm2，紫外线有效波长为150nm-365nm。
5.所述光化学雾化床反应器（15）空塔气速是0.3m/s-6.0m/s；
根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于，
所述光化学雾化床反应器（15）最佳高度为2m-6m；
所述紫外灯管（4）长度比光化学雾化床反应器（15）的高度至少短0.2m；
所述分烟道（10）垂直高度至少应当比紫外灯管（4）长度高0.3m；
所述紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的最佳间距为3cm-25cm。
6. 一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
（1）来自排放源（从烟气入口b接入）的烟气经除尘器（1）除尘和冷却器（2）降温后，再由气体分布喷嘴（3）布风后进入光化学雾化床反应器（15）；
（2）来自加料塔（8）的过氧化物溶液由循环泵（6）抽吸，并由雾化喷嘴（5）雾化后喷入光化学雾化床反应器（15）；
（3）臭氧发生器（16）产生的臭氧由入口e汇入烟气中，并且在烟道中先对烟气中的VOCs进行预氧化；紫外灯管（4）辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化VOCs，最终分解产物是无害的CO2和H2O；
（4）光化学雾化床反应器（15）上部回落的溶液再次进入加料塔循环使用，消耗的试剂由试剂添加口（a）补充。
7. 根据权利要求6所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其特征在于，
所述加料塔（8）中装有过氧化物溶液。
8. 根据权利要求6所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其特征在于，
所述光化学雾化床反应器（15）的最佳烟气入口温度为20-75℃；光化学雾化床反应器（15）的有效液气比为0.4-5.0L/m3；过氧化物溶液的最佳浓度为0.1mol/L-2.5mol/L；过氧化物溶液的有效pH为1.0-7.5；过氧化物溶液的最佳溶液温度20-75℃；
所述烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m3。
9. 根据权利要求6所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其特征在于，所述的过氧化物溶液为双氧水或过硫酸铵中的一种或两种的混合。
10. 根据权利要求6所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其特征在于，所述的排放源为燃煤锅炉﹑工业窑炉﹑冶炼/炼焦尾气﹑垃圾焚烧炉或石油化工设备尾气中的一种或多种的组合。
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2015
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