CN104958990A - 一种喷漆废气光电一体化处理装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷漆废气光电一体化处理装置及其工艺，装置外壳内部设有洗涤处理单元、低温等离子体处理单元和光催化处理单元，洗涤处理单元、低温等离子体处理单元和光催化处理单元顺次相连。喷漆废气首先经管路进入洗涤处理单元，进行喷淋，去除喷漆废气中的颗粒物；再进入除雾单元，进一步去除漆雾；再排入等离子体模块中，对气体中的有机物进行氧化；最后进入光催化处理单元，以碳纤维吸附层作为催化载体，利用紫外灯管将吸附在碳纤维孔隙中的有机物氧化分解。本设备将吸收法、低温等离子体技术、光催化技术与活性炭吸附技术有效结合，在提高了废气处理效率的同时，解决了单个工艺存在的二次污染、运行周期较短、运行寿命短等问题。

Description

一种喷漆废气光电一体化处理装置及其工艺

技术领域

本发明属于废气处理领域，具体涉及一种喷漆废气光电一体化处理装置及其工艺。

背景技术

涂装、家具、车船制造和电器元件等行业的喷漆工艺中，喷涂用漆剂会产生大量挥发性有机废气（VOCs），成分主要为酯类、烯酸类、醇酸类、芳香烃类等，在车间内无组织散发会对人体健康产生威胁。目前对于喷涂废气的处理主要采用吸收法、冷凝法、光催化法、直接燃烧法、催化燃烧法、吸附法等。

吸收法：吸收法广泛应用于喷漆废气治理，其原理是通过向废气中喷洒水，促使废气中水溶性或大颗粒的污染物溶解和沉降，实现去除污染物的目的。该方法成本较低，工艺成熟，但处理效率较低。

冷凝法：喷漆废气直接冷凝或吸附浓缩冷凝后，通过精馏和离心回收有机物。此方法适用于浓度高，温度低，处理风量小的废气。但投资大，能耗高，运行成本高，一般不采用这种方法处理喷漆废气。

光催化法：通过紫外光破坏有机物之间的化学键，同时照射空气产生活性离子，对废气中的有机物进行氧化，达到治理的目的。缺点是容易产生二次污染，催化剂容易失活等。

直接燃烧法：使用石油或天然气作为辅助燃料燃烧将喷漆废气加热到一定温度（700~ 800℃），通过燃烧，除去产生的有害气体。该方法工艺简单，设备投资低，但能耗高，运行成本高，适用于企业自带锅炉的情况。

催化燃烧法：是在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳，达到治理的目的。该方法一般适用于风量大的低浓度废气，投资成本较高，运行成本高。  

活性炭吸附：通过活性炭直接吸附有机气体，该方法设备简单，投资小，操作方便，但需要经常更换活性炭，且更换下活性炭后续处理麻烦。

为更好地解决和克服上述工艺的缺点，实现喷漆废气近零排放的目标，开发一种新型的喷漆废气处理装置工艺及系统显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的不足，并提供一种喷漆行业光电一体化废气处理工艺及其系统，具体技术方案如下：

一种喷漆废气光电一体化处理装置，装置外壳内部设有洗涤处理单元、低温等离子体处理单元和光催化处理单元，洗涤处理单元、低温等离子体处理单元和光催化处理单元顺次相连；

所述的洗涤处理单元分为喷淋单元和除雾单元两部分，喷淋单元设置于除雾单元之前，喷淋单元用于对废气进行喷淋，除雾单元用于进一步去除漆雾；

所述的等离子体处理单元包括等离子体模块和对等离子体模块进行供电的等离子体专用电源，等离子体处理单元中轴向安装两层等离子体模块；

所述的光催化处理单元内设有紫外灯管和对紫外灯管进行供电的紫外灯专用电源，多条紫外灯管并排放置，光催化处理单元轴向设置多排紫外灯管，同一排相邻的紫外灯管之间设有活性碳纤维吸附层。

所述的喷淋单元及除雾单元均以倾斜放置的格栅板作为框架，框架内部填充PP填料，喷淋单元顶部两排循环液管法兰盲板上均匀布设有多个喷淋嘴。

所述的洗涤处理单元中还设有循环液槽和循环泵，循环液槽设置于喷淋单元和除雾单元底部，洗涤处理单元和循环液槽之间通过栅板相隔；循环泵一端通过Y型过滤器与循环液槽相连，另一端通过喷淋管和所述的喷淋嘴相连。

所述的循环液槽12内设有隔油板，底部由填料栅板和支架支撑，循环液槽中的液面低于循环液槽顶部50mm~100mm。

所述的等离子体模块由等离子体管、不锈钢线筒、陶瓷绝缘体组成，等离子体管内部有芒刺片作为放电设备。

所述的多排紫外灯管分为254nm和185nm两种波长，远离等离子体处理单元的最后一排紫外灯管波长为254nm，其余的多排紫外灯管波长均为185nm。作为优选实施方式，每排紫外灯管有6条，光催化处理单元轴向设置3排紫外灯管。

所述的紫外灯专用电源位于光催化处理单元底部，等离子体专用电源位于等离子体处理单元底部。

一种喷漆废气光电一体化处理工艺，包括如下步骤：

1) 喷漆废气经管路进入喷漆废气光电一体化处理装置的洗涤处理单元，首先利用喷淋单元中的喷淋嘴对废气进行喷淋，去除喷漆废气中的颗粒物；喷淋产生的喷淋废液排入喷淋单元底部的循环液槽；

2) 经步骤1)处理后的气体进入除雾单元，进一步去除漆雾，除雾产生的废水排入循环液槽；利用循环泵和喷淋管将喷淋废液循环至喷淋嘴用于再次喷淋；循环泵从循环液槽抽取喷淋废液的过程中利用安装在管道中的Y型过滤器对喷淋废液进行过滤；

3)经步骤2)处理后的气体排入等离子体模块中，经芒刺放电产生活性离子，对气体中的有机物进行氧化；

4) 经步骤3)处理后的气体进入光催化处理单元，以碳纤维吸附层作为催化载体，利用紫外灯管将吸附在碳纤维孔隙中的有机物氧化分解。

所述的利用紫外灯管将吸附在碳纤维孔隙中的有机物氧化分解的过程分为两个步骤：第一步先利用185nm波长的紫外灯管照射碳纤维吸附层，氧化有机物和产生活性离子；第二步再利用波长254nm的紫外灯管照射，分解活性离子，达到净化效果。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

1）本设备将吸收法、低温等离子体技术、光催化技术与活性炭吸附技术有效结合，在提高了废气处理效率的同时，解决了单个工艺存在的二次污染、运行周期较短、运行寿命短等问题，同时成本并不高于催化燃烧等工艺；

2）本工艺适用于大风量喷漆废气，对其中的VOCs去除效率很高，设备投资较低，不产生二次污染；

3）喷淋单元、除雾单元采用填料斜堆，可定期自动进行清洗，从而减少设备运行成本，延长设备的使用寿命；

4）洗涤处理单元采用废水循环系统，可减少喷淋液的使用量，降低运行成本，底部循环液槽液面保持一定高度，防止漆渣等堵塞循环液管，保证水循环系统的畅通；

5）碳纤维吸附层可在紫外灯作用下直接氧化分解脱附，使用周期和寿命长，且可以长期保持较高的吸附和催化效率；

6）紫外灯管之间间距为200~300mm，可以保证气流分布均匀，同时使紫外光较为平均的照射在碳纤维吸附层表面；

7）等离子专用电源和紫外灯专用电源均位于对应单元底部，与洗涤处理单元位置对应，能有效节省空间，且能有效增加设备电源的防水性。

附图说明

图1为喷漆废气光电一体化处理装置结构示意图；

图2为本发明的喷淋单元示意图；

图3为本发明的喷淋单元后视图；

图4为本发明的等离子体模块正视图；

图5为本发明的光催化处理单元剖面图；

图6为喷漆废气光电一体化处理工艺流程图。

图中：循环液管法兰盲板1、喷淋嘴2、喷淋单元3、除雾单元4、格栅板5、循环泵6、喷淋管7、循环液槽8、等离子体模块设备9、等离子体专用电源10、紫外灯管11、碳纤维吸附层12和紫外灯专用电源13。

具体实施方式

在喷漆过程中有一定量漆渣漆雾及可溶解的有机物被水帘吸收，但气体分布散乱，处理效果不明显，本发明先通过管道收集后进入卧式喷淋设备，通过喷淋去除90%以上的颗粒物后，除雾器去除8-9%的漆雾和水汽，从而避免漆雾和水汽进入等离子体设备，引起放电不稳定和着火隐患。

等离子体是指一种全部或部分被电离的气体，气态物质在热、电等能量的作用下产生不同程度的分子及电子的分离，形成带负电荷的电子和带正电荷的离子等这种包含原子、分子、电子、离子、光子、各种亚稳态和激发态粒子的混合气体即为等离子体。等离子体是物质在固、液、气三态之外的另一种聚集态--第四态，它是由极具反应活性的电子、离子、自由基、激发态的原子、分子等活性粒子组成的聚合体。

当废气经过等离子发生器时，在高压脉冲电场中，通过前后沿陡峭、脉宽极窄的高压脉冲电晕放电，在常温下获得非平衡高能低温等离子体，产生大量高能电子（约5eV）和具有极强氧化性能的自由基（·OH、·HO₂、·O等）、以及氧化性极强O₃等高能活性粒子，与废气中有机物分子进行非弹性碰撞，使有机物分子化学键断裂，发生一系列复杂氧化、降解化学反应，最终使废气中有毒有害有机物转变为无害的二氧化碳和水等，使废气得到净化。

本发明采用电晕放电技术。

电晕放电是指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。在曲率半径很大的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电。电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间,并形成负离子,在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程，如此循环直到出现许多脉冲形式的电晕电流。电晕放电可以在大气压下工作，但需要足够高的电压以增加电晕部位的电场。一般在高压和强电场的工作条件下，不容易获得稳定的电晕放电，亦容易产生局部的电弧放电。为提高稳定性可将反应器做成非对称的电极形式。电晕放电反应器的设计主要参考电源的性质而有所不同，有直流电晕放电和脉冲式电晕放电。利用电晕放电可以进行静电除尘、污水处理、空气净化等。

低温等离子处理后，尾气中还有少量未分解的有机物和活性基团，为了确保尾气洁净达标排放，后续再将废气接入光催化单元。光催化单元主要包含紫外光灯管和活性催化剂两部分。经过碳纤维吸附层本身的吸附作用来截留废气污染物，由紫外光（185nm）本身的强氧化性和产生的O₃将有机分子冷燃生成微量粉末及二氧化碳和水，有机物被光解氧化，使尾气达标排放。

吸附在碳纤维表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子，吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性，能使有机污染物氧化分解，如果保证足够的停留时间，能氧化成最终产物CO₂和H₂O。

本单元安装有碳纤维吸附催化剂，在紫外灯产生的紫外线照射下，可通过附着在载体上的光催化剂产生氧化分解作用，将吸附在碳纤维孔隙中有机物氧化分解，从而达到净化尾气的目的。

同时，在最后还有一层254nm波长的紫外灯用于分解剩余的臭氧等活性离子，能够有效防止产生二次污染。

以下结合附图对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，一种喷漆废气光电一体化处理装置，装置外壳内部设有洗涤处理单元、低温等离子体处理单元和光催化处理单元，洗涤处理单元、低温等离子体处理单元和光催化处理单元顺次相连；

如图2所示，所述的洗涤处理单元分为喷淋单元3和除雾单元4两部分，喷淋单元3设置于除雾单元4之前，喷淋单元3用于对废气进行喷淋，除雾单元4用于进一步去除漆雾；

如图4所示，所述的等离子体处理单元包括等离子体模块和对等离子体模块进行供电的等离子体专用电源10，等离子体处理单元中轴向安装两层等离子体模块；

如图5所示，所述的光催化处理单元内设有紫外灯管11和对紫外灯管11进行供电的紫外灯专用电源13，多条紫外灯管11并排放置，光催化处理单元轴向设置多排紫外灯管11，同一排相邻的紫外灯管11之间设有活性碳纤维吸附层。

作为优选，所述的喷淋单元及除雾单元均以倾斜放置的格栅板作为框架，框架内部填充PP填料，喷淋单元3顶部两排循环液管法兰盲板1上均匀布设有多个喷淋嘴2。喷淋单元3和除雾单元4的格栅板面均朝向气流方向，处理过程中，气流须通过格栅板进入喷淋单元3和除雾单元4，并通过PP填料的过滤后排出。

如图3所示，作为优选，所述的洗涤处理单元中还设有循环液槽8和循环泵6，循环液槽8设置于喷淋单元3和除雾单元4底部，洗涤处理单元和循环液槽8之间通过栅板相隔；循环泵6一端通过Y型过滤器与循环液槽8相连，另一端通过喷淋管7和所述的喷淋嘴2相连。其中，Y型过滤器具有结构先进，阻力小，排污方便等特点。Y型过滤器分叉处上方管道是密封的，用于除污，且需要定期清洗，下方管道连入循环管路。

所述的循环液槽12内设有隔油板，底部由填料栅板和支架支撑，循环液槽中的液面低于循环液槽顶部50mm~100mm。

所述的等离子体模块由等离子体管、不锈钢线筒、陶瓷绝缘体组成，等离子体管内部有芒刺片作为放电设备。

所述的多排紫外灯管11分为254nm和185nm两种波长，远离等离子体处理单元的最后一排紫外灯管波长为254nm，其余的多排紫外灯管波长均为185nm。即废气先通过多排185nm波长的紫外灯管，再最后通过254nm波长的紫外灯管。作为优选，每排紫外灯管有6条，光催化处理单元轴向设置3排紫外灯管11。

所述的紫外灯专用电源13位于光催化处理单元底部，等离子体专用电源10位于等离子体处理单元底部。

如图6所示，一种喷漆废气光电一体化处理工艺，包括如下步骤：

1)  喷漆废气经管路进入喷漆废气光电一体化处理装置的洗涤处理单元，首先利用喷淋单元中的喷淋嘴2对废气进行喷淋，去除喷漆废气中的颗粒物；喷淋产生的喷淋废液排入喷淋单元底部的循环液槽8；

2)  经步骤1）处理后的气体进入除雾单元，进一步去除漆雾，除雾产生的废水排入循环液槽8；利用循环泵6和喷淋管7将喷淋废液循环至喷淋嘴2用于再次喷淋；循环泵6从循环液槽8抽取喷淋废液的过程中利用安装在管道中的Y型过滤器对喷淋废液进行过滤；

3) 经步骤2）处理后的气体排入等离子体模块中，经芒刺放电产生活性离子，对气体中的有机物进行氧化；

4) 经步骤3）处理后的气体进入光催化处理单元，以碳纤维吸附层作为催化载体，利用紫外灯管将吸附在碳纤维孔隙中的有机物氧化分解。

所述的利用紫外灯管将吸附在碳纤维孔隙中的有机物氧化分解的过程分为两个步骤：第一步先利用185nm波长的紫外灯管照射碳纤维吸附层，氧化有机物和产生活性离子；第二步再利用波长254nm的紫外灯管照射，分解活性离子，达到净化效果。利用本装置处理涂装行业废气，对废气中所含VOCs有显著处理效果，可以达到减少污染，控制排放量的目的。

实施例1：

本实施例中废气处理装置喷淋单元3填料高出液面高度为2080mm，厚度为960mm，采用φ50泰勒花环作为填料，液面高度约310mm，喷淋液用量为60m3/h，设两排共10个喷淋嘴2，排布于循环液管法兰盲板1上，喷淋嘴2为A3型。喷淋管7循环液槽8与立式循环泵6通过PP管连接，主管管径为100mm，直管管径为65mm，中间以球阀和止回阀进行调节和开关，循环液槽8出口处设Y型过滤和隔油网用于去除漆渣等。除雾单元4填料高出液面高度为2380mm，厚度为400mm，采用φ25鲍尔环作为填料。等离子体模块设备9单个模块尺寸为900×460×760mm，共24孔，孔内以芒刺片作为放电设备，四角设陶瓷绝缘体，底部设有等离子体专用电源10。光催化处理单元共设3排紫外灯管11，分为2层，两侧配绝缘帽，分两类，一类为185nm波长，置于前两排，共12根；另一类为254nm波长，置于后排，共6根。碳纤维吸附层12厚度约为10mm，两侧有不锈钢网作为支撑保护。此单元底部同样设置紫外灯专用电源13。其余的设计与前述的装置相同。废气来源为某家具厂喷漆废气。

本实施例中，设计风量为30000m3/h，设备进气界面尺寸为1840×2280mm，设计废气流速为2m/s，废气主要成分为乙酸乙酯、丁酮和甲基丙烯酸等，温度为常温。废气进出污染物的含量如下：

表1  实施例1的废气进出气体污染物浓度

实施例2：

本装置中，喷淋液用量为40m3/h，喷淋管7管径为65mm，支管管径为50mm，底部液面高度为180mm，其余装置的设计与实例1相同。废气来源为某模具加工厂喷漆废气。

本实施例中，设计风量为20000m3/h，设备进气界面尺寸为1840×2280mm，设计废气流速为1.3m/s，废气主要成分为甲基异丁基酮、二异丁基酮、丁酮等，温度为常温。废气进出污染物的含量如下：

表2  实施例2的废气进出气体污染物浓度

实施例3：

本装置的设计与实例1相同，废气来源为模具涂装。

本实施例中，设计风量为30000m3/h，设备进气界面尺寸为1840×2280mm，设计废气流速为2m/s，废气主要成分为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等，温度为常温。废气进出污染物的含量如下：

表3  实施例3的废气进出气体污染物浓度

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Claims (10)

1.一种喷漆废气光电一体化处理装置，其特征在于，装置外壳内部设有洗涤处理单元、低温等离子体处理单元和光催化处理单元，洗涤处理单元、低温等离子体处理单元和光催化处理单元顺次相连；

所述的洗涤处理单元分为喷淋单元（3）和除雾单元（4）两部分，喷淋单元（3）设置于除雾单元（4）之前，喷淋单元（3）用于对废气进行喷淋，除雾单元（4）用于进一步去除漆雾；

所述的等离子体处理单元包括等离子体模块和对等离子体模块进行供电的等离子体专用电源（10），等离子体处理单元中轴向安装两层等离子体模块；

所述的光催化处理单元内设有紫外灯管（11）和对紫外灯管（11）进行供电的紫外灯专用电源（13），多条紫外灯管（11）并排放置，光催化处理单元轴向设置多排紫外灯管（11），同一排相邻的紫外灯管（11）之间设有活性碳纤维吸附层。

2.如权利要求1所述的喷漆废气光电一体化处理装置，其特征在于所述的喷淋单元及除雾单元均以倾斜放置的格栅板作为框架，框架内部填充PP填料，喷淋单元（3）顶部两排循环液管法兰盲板（1）上均匀布设有多个喷淋嘴（2）。

3.如权利要求1所述的喷漆废气光电一体化处理装置，其特征在于所述的洗涤处理单元中还设有循环液槽（8）和循环泵（6），循环液槽（8）设置于喷淋单元（3）和除雾单元（4）底部，洗涤处理单元和循环液槽（8）之间通过栅板相隔；循环泵（6）一端通过Y型过滤器与循环液槽（8）相连，另一端通过喷淋管（7）和所述的喷淋嘴（2）相连。

4.如权利要求1所述的喷漆废气光电一体化处理装置，其特征在于所述的循环液槽12内设有隔油板，底部由填料栅板和支架支撑，循环液槽中的液面低于循环液槽顶部50mm~100mm。

5.如权利要求1所述的喷漆废气光电一体化处理装置，其特征在于所述的等离子体模块由等离子体管、不锈钢线筒、陶瓷绝缘体组成，等离子体管内部有芒刺片作为放电设备。

6.如权利要求1所述的喷漆废气光电一体化处理装置，其特征在于所述的多排紫外灯管（11）分为254nm和185nm两种波长，远离等离子体处理单元的最后一排紫外灯管波长为254nm，其余的多排紫外灯管波长均为185nm。

7.如权利要求6所述的喷漆废气光电一体化处理装置，其特征在于每排紫外灯管有6条，光催化处理单元轴向设置3排紫外灯管（11），每排灯管间距为200~300mm。

8.如权利要求1所述的喷漆废气光电一体化处理装置，其特征在于所述的紫外灯专用电源（13）位于光催化处理单元底部，等离子体专用电源（10）位于等离子体处理单元底部。

9.一种使用如权利要求1所述装置的喷漆废气光电一体化处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)喷漆废气经管路进入喷漆废气光电一体化处理装置的洗涤处理单元，首先利用喷淋单元中的喷淋嘴（2）对废气进行喷淋，去除喷漆废气中的颗粒物；喷淋产生的喷淋废液排入喷淋单元底部的循环液槽（8）；

2)经步骤1）处理后的气体进入除雾单元，进一步去除漆雾，除雾产生的废水排入循环液槽（8）；利用循环泵（6）和喷淋管（7）将喷淋废液循环至喷淋嘴（2）用于再次喷淋；循环泵（6）从循环液槽（8）抽取喷淋废液的过程中利用安装在管道中的Y型过滤器对喷淋废液进行过滤；

3)经步骤2）处理后的气体排入等离子体模块中，经芒刺放电产生活性离子，对气体中的有机物进行氧化；

4)经步骤3）处理后的气体进入光催化处理单元，以碳纤维吸附层作为催化载体，利用紫外灯管将吸附在碳纤维孔隙中的有机物氧化分解。

10.如权利要求9所述的喷漆废气光电一体化处理工艺，其特征在于，所述的利用紫外灯管将吸附在碳纤维孔隙中的有机物氧化分解的过程分为两个步骤：第一步先利用185nm波长的紫外灯管照射碳纤维吸附层，氧化有机物和产生活性离子；第二步再利用波长254nm的紫外灯管照射，分解活性离子，达到净化效果。