CN105749744A - 一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，包括预除尘装置和壳体，壳体包括前小后大的进口喇叭、中间段和前大后小的出口喇叭，预除尘装置、进口喇叭、中间段和出口喇叭依次连通，中间段内设置有低温等离子体反应器，低温等离子体反应器内填充有催化剂和活性炭，低温等离子体反应器连接高频高压电源。该净化装置集低温等离子体技术，吸附和催化技术为于一体，相互协同提高VOCs去除率，该装置具有对污染物分子高效分解且处理能耗低的特点，采用一段式结构，占地面积小，为工业VOCs的治理开辟了新思路。

Description

一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置
技术领域
本发明涉及一种VOCs净化技术领域，具体涉一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置。
背景技术
VOCs（有机挥发性气体），具有挥发性，在常温条件下很容易形成VOCs气体，造成VOCs大气污染，破坏臭氧层，危害人类健康和生态环境。许多VOCs物质还会引发城市化学烟雾，造成二次污染，对人类健康产生更大的危害。此外，VOCs作为可吸入颗粒物的前体之一，是造成酸雾、烟雾的重要原因。VOCs产生及排放涉及到工业行业，包括石油化工、精细化工、喷涂、包装印刷、半导体及电子产品制造、人造板与木制家具制造、皮革、涂料、油墨、粘合剂生产、金属制造等众多行业，各行业中产生VOCs种类繁多，组成复杂。常见的组分有碳氢化合物、苯系物、醇类、酮类、酚类、醛类、酯类、胺类、腈类等。VOCs排放日趋受到广泛的关注，全世界已在空气中检出VOCs约150余种，其中有毒的约80余种，直接导致臭氧生成的前体物有60余种。目前VOCs的排放量没有一个统一的官方数据，根据2012年环境保护部颁布的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》2010年全国重点地区重点城市VOCs排放量417.25吨，但有研究表明当年全国实际排放量约3000万吨，山东、浙江、江苏排放量居首，其中山东省（79.6万吨）、浙江省（52.7万吨）和江苏省（51.3万吨），占比约为重点区为重点区域VOCs排放总量的44%；最小的3区域为山西（2.6万吨）、湖南（2.6万吨）和宁夏（3.95万吨）。在我国，VOCs治理已刻不容缓。
低温等离子体是继固态、液态、气态之后的第四种物质形态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短时间内发生分解，并发生后续的种反应达到降解污染物的目的。
双介质阻挡放电产生的高能电子、离子、自由基和激发态分子数量极多，与传统的电晕放电产生的低温等离子体技术相比较，其放电密度是电晕放电的1500多倍。与传统方法相比，低温等离子体技术与传统方法相比具有很多优点，但由于等离子体降解过程某些产物的不可控，可能会产生一些有害产物，造成二次污染。
在VOCs净化领域中，常用的催化剂为贵金属催化剂，与非贵金属相比，贵金属催化剂显示出更高的催化活性，但存在易挥发、易高温烧结和价格昂贵的缺点。非金属催化剂原料丰富、价格低廉，且具有多种价态，具有较好的催化活性和高温稳定性，但催化性能不及贵金属。目前，已有研究表明，非贵金属催化剂可以通过改性提高催化性能。
活性炭具有很大的比表面积，独特的孔道结构和较高的表面活性，因此被广泛地用作吸附VOCs的吸收剂，但活性炭吸附一定污染物后，净化效果下降，甚至失效，需进行脱附再生，操作繁锁，且易产生二次污染。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明设计了一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，在低温等离子体中引入适量的催化剂，有效地控制反应产物的生成与分布，增加CO2的选择性，同时在催化剂中掺杂一定比例的活性炭，增加废气在净化装置中的停留时间，提高能量效率。
本发明采用如下技术方案：
一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其包括预除尘装置和壳体，壳体包括前小后大的进口喇叭、中间段和前大后小的出口喇叭，预除尘装置、进口喇叭、中间段和出口喇叭依次连通，中间段内设置有低温等离子体反应器，低温等离子体反应器内填充有催化剂和活性炭。
作为优选，所述中间段内设置有若干低温等离子体反应器，低温等离子体反应器为双介质阻挡放电等离子反应器，每个低温等离子反应器沿气流方向平行地布置在壳体内，若干低温等离子体反应器平行均匀布置。
作为优选，所述进口喇叭内设置有气流均布装置，气流均布装置的形式是百叶窗式、多孔式、分布格子、槽形钢分布板或栏杆式分布板，气流均布装置的开口率在40%-60%之间。气流均布装置保证废气均匀地进入等离子体反应器。
作为优选，所述低温等离子体反应器内的催化剂和活性炭以固定床式填充，催化剂与活性炭的填充质量比例范围为2：8-4：6。
作为优选，所述催化剂为金属氧化物催化剂。金属氧化物催化剂可以是CuO/ZnO/MgO/Al2O3催化剂，并用CeO2进行改进，以沸石作为载体，采用的沸石粒径为40-60目。
作为优选，所述活性炭比表面积范围为940m2/g-960m2/g，孔容范围为0.3ml/g-0.5ml/g。
作为优选，所述预除尘装置为布袋除尘器。预除尘装置主要是为了去除废气中的粉尘颗粒，防止粉尘堵塞反应器中的催化剂和活性炭，造成设备故障。
本发明装置集低温等离子体技术、吸附技术和催化技术于一体，活性炭的加入吸附增加了VOCs在净化装置内的停留时间，催化剂的加入催化提高了降解过程的碳平衡，同时催化剂载体也有吸附作用，对VOCs的停留时间也有一定增加作用，双介质阻挡放电产生的大量活性物质，能与气体中的VOCs和吸附于活性炭与催化剂表面的污染物发生反应，在净化VOCs的同时，还可以达到催化剂和活性炭再生的目的。
本发明的有益效果是：(1)占地面积小；本发明装置采用一段式结构，结构紧凑，适合于不同风量的有机废气处理工程；(2)能耗低，效率高；在低温等离子体反应器内部填充催化剂后，催化剂的协同作用，大大降低了低温等离子体反应器的浓度，同时催化剂可进一步促进低温等离子体作用产生的中间产物进一步氧化成CO2和H2O，而且活性炭与催化剂的吸附作用保证了VOCs在反应器内的停留时间，提高了设备的净化效率；（3）投资小；运用价格相对低廉的金属氧化物催化剂与活性炭作为填充材料，在同等去除率下，与贵金属氧化物催化剂相比投资成本大大降低，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图中：1、预除尘装置，2、进口喇叭，3、出口喇叭，4、中间段，5、气流均布装置，6、低温等离子体反应器，7、催化剂，8、活性炭。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例：如附图1所示，一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其包括预除尘装置1和壳体，壳体包括前小后大的进口喇叭2、中间段4和前大后小的出口喇叭3，预除尘装置、进口喇叭、中间段和出口喇叭依次连通，中间段内设置有若干低温等离子体反应器6，低温等离子体反应器内填充有催化剂7和活性炭8，低温等离子体反应器为双介质阻挡放电等离子反应器，每个低温等离子反应器沿气流方向平行地布置在壳体内，若干低温等离子体反应器平行均匀布置，进口喇叭内设置有气流均布装置5，气流均布装置的形式可以是百叶窗式、多孔式、分布格子、槽形钢分布板或栏杆式分布板，气流均布装置的开口率为50%，低温等离子体反应器内的催化剂和活性炭以固定床式填充，催化剂与活性炭的填充质量比例范围为3：7,催化剂为金属氧化物CuO催化剂，并用CeO2进行改进，以沸石作为载体，采用的沸石粒径为50目，活性炭比表面积为950m2/g，孔容为0.4ml/g，预除尘装置为布袋除尘器。
该净化装置运行时，废气经除尘处理后，进入进口喇叭，通过气流均布装置均匀地进入低温等离子反应器，在放电气隙内发生等离子氧化反应与催化氧化反应，生成CO2和H2O，同时吸附部分较难氧化的VOCs物质，随着等温等离子体的持续作用，吸附的VOCs物质也逐渐氧化成CO2和H2O，最终，净化后的废气从出口喇叭排出。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其特征是，其包括预除尘装置和壳体，壳体包括前小后大的进口喇叭、中间段和前大后小的出口喇叭，预除尘装置、进口喇叭、中间段和出口喇叭依次连通，中间段内设置有低温等离子体反应器，低温等离子体反应器内填充有催化剂和活性炭，低温等离子体反应器连接高频高压电源。
2.根据权利要求1所述的一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其特征是，所述中间段内设置有若干低温等离子体反应器，低温等离子体反应器为双介质阻挡放电等离子反应器，每个低温等离子反应器沿气流方向平行地布置在壳体内，若干低温等离子体反应器平行均匀布置。
3.根据权利要求1所述的一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其特征是，所述进口喇叭内设置有气流均布装置，气流均布装置的形式是百叶窗式、多孔式、分布格子、槽形钢分布板或栏杆式分布板，气流均布装置的开口率在40%-60%之间。
4.根据权利要求1所述的一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其特征是，所述低温等离子体反应器内的催化剂和活性炭以固定床式填充，催化剂与活性炭的填充质量比例范围为2：8-4：6。
5.根据权利要求1所述的一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其特征是，所述催化剂为金属氧化物催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其特征是，所述活性炭比表面积范围为940m2/g-960m2/g，孔容范围为0.3ml/g-0.5ml/g。
7.根据权利要求1所述的一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其特征是，所述预除尘装置为布袋除尘器。
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