CN106039956A - 一种节能型多效VOCs净化反应器及VOCs净化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型多效VOCs净化反应器及VOCs净化处理方法，该VOCs净化反应器包括器体，器体内装设有锥形罩，锥形罩与器体的内壁之间留有间隙，锥形罩将器体的内腔分隔成位于下部的喷淋吸收室和位于上部的催化氧化室，喷淋吸收室的下部连接一根VOCs进气管，喷淋吸收室的上部连接一个用于向喷淋吸收室内喷洒药剂的喷淋吸收系统，催化氧化室内安装有紫外灯，VOCs进气管上装设有一个臭氧VOCs混合装置，该臭氧VOCs混合装置连接一个臭氧发生器，器体的顶部安装有排气口，该排气口的管道上连接臭氧尾气在线检测仪，整个系统运行通过PLC控制器进行控制。该VOCs净化反应器VOCs处理高效、彻底，系统能耗及设备运行成本低。

Description

一种节能型多效VOCs净化反应器及VOCs净化处理方法

技术领域

本发明属于气体污染物处理技术领域，尤其涉及一种节能型多效VOCs净化反应器及VOCs净化处理方法。

背景技术

随着我国城市化和工业化进程的快速推进，有机废气的排放量日益增多，空气污染日趋严重，环境空气中的挥发性有机物（VOCs）大幅提升。挥发性有机物是我国大气关键污染物PM2.5和O₃形成的重要前体物，易与其它大气污染物相互耦合，所形成的新污染物难以自然分解，危害更为持久。此外，其还能参与光化学反应，导致光化学烟雾污染。有机废气往往带有恶臭，不仅对人体和各种感官有刺激作用，而且具有一定的毒性，对人体健康造成极大的危害。有机废气的消除治理是一项紧迫而重要的工作，成为当前研究的难点与热点。

目前，挥发性有机物处理应用较多的工艺如活性炭吸附、催化燃烧等在实际使用过程中仍存在一定局限性，难以满足日益严格的排放法规及人民群众对改善空气质量的迫切要求。如吸附法并不能根本上消除污染物，其脱附设备、控制系统及脱附运行成本高，吸附剂饱和后需要再生或者更换。催化燃烧法通常以贵金属为催化剂，成本高；需在高温环境下进行存在安全隐患且催化剂易失活；有机废气浓度较低需要外部热量来维持燃烧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种节能型多效VOCs净化反应器及一种VOCs净化处理方法，该VOCs净化反应器将喷淋吸收技术与复合同相催化氧化深度处理技术相结合，VOCs处理高效、彻底。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种节能型多效VOCs净化反应器，包括器体，所述器体内装设有锥形罩，所述锥形罩与器体的内壁之间留有间隙，锥形罩将器体的内腔分隔成位于下部的喷淋吸收室和位于上部的催化氧化室，所述喷淋吸收室的下部连接一VOCs进气管，喷淋吸收室的上部连接一向喷淋吸收室内喷洒药剂的喷淋吸收系统，所述催化氧化室内安装有紫外灯，VOCs进气管上装设有一臭氧VOCs混合装置，该臭氧VOCs混合装置连接一臭氧发生器。

上述的节能型多效VOCs净化反应器，优选的，所述器体的顶部开设一排气口，该排气口处连接一臭氧尾气监测仪，所述臭氧尾气监测仪与一PLC控制器连接，臭氧尾气监测仪生成臭氧尾气浓度信号并将所述臭氧尾气浓度信号发送至PLC控制器，该PLC控制器与臭氧发生器连接并根据接收的臭氧尾气浓度信号通过调整臭氧发生器的功率调节臭氧加入量。

上述的节能型多效VOCs净化反应器，优选的，所述喷淋吸收系统包括装设于所述喷淋吸收室上部的喷头和通过管道与所述喷头连接的喷淋液储液池，喷头与喷淋液储液池连接的管道上安装有一喷淋泵。

上述的节能型多效VOCs净化反应器，优选的，所述器体的底部连接一喷淋液回收管，所述喷淋液回收管的另一端连接一个对回收的喷淋液进行油、水、固体三相分离的三相分离器，所述三相分离器的出水口与喷淋液储液池连通。

上述的节能型多效VOCs净化反应器，优选的，所述喷淋液储液池上装设有用于检测池内液位高度的液位计，该液位计和喷淋泵均与PLC控制器连接，液位计生成液位高度信号并将所述液位高度信号发送至PLC控制器，该PLC控制器根据接收到的液位高度信号控制喷淋泵向净化反应器内喷淋药剂。

上述的节能型多效VOCs净化反应器，优选的，所述锥形罩为中空结构，锥形罩的下部一侧开设有与锥形罩的内腔连通的冷却水入口，另一侧开设有与锥形罩的内腔连通的冷却水出口。

上述的节能型多效VOCs净化反应器，优选的，所述紫外灯为微波无极紫外灯，紫外灯为多个，多个紫外灯安装在所述催化氧化室的上部。

作为一个总的发明构思，本发明另一方面提供了一种VOCs净化处理方法，该方法采用上述的节能型多效VOCs净化反应器对VOCs气流进行净化处理，其具体步骤如下：

S1、VOCs气流在VOCs进气管内与臭氧进行混合，然后进入喷淋吸收室内，对VOCs气流进行预处理；

S2、经预处理后的VOCs气流沿锥形罩和器体的内壁之间的间隙上升进入位于喷淋吸收室上部的催化氧化室内，对VOCs气流进行深度处理；

S3、经深度处理后的气流从位于器体顶部的排气口排出，臭氧尾气监测仪在线监测排出的气体中的臭氧尾气浓度生成臭氧尾气浓度信号，PLC控制器根据该臭氧尾气浓度信号调整臭氧发生器的功率，进而对臭氧的加入量进行调节。

上述的VOCs净化处理方法，优选的，所述步骤S1中，对VOCs气流进行预处理的具体过程为：含有臭氧的VOCs气体在锥形罩的作用下形成上升的外旋VOCs气流，VOCs气流在锥形罩的顶部遇到从喷头喷出的喷淋液，其中的VOCs与喷淋液发生吸收和氧化还原反应，旋转上升的VOCs气流在到达锥形罩的顶部后沿锥形罩的轴心转而向下，形成下降的内旋VOCs气流。

上述的VOCs净化处理方法，优选的，所述步骤S2中，对VOCs气流进行深度处理的具体过程为：VOCs气流在催化氧化室内通过微波无极紫外灯的照射，催化气流中含有的臭氧与VOCs发生光催化反应，对气流中的VOCs进行深度处理。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明将喷淋吸收技术与复合同相催化氧化深度处理技术相结合，先对VOCs进行吸收、氧化还原预处理，除去其中的油滴、固体物质和大部分VOCs，然后再通过光催化反应进行深度处理，VOCs处理更为高效、彻底。

（2）采用锥形罩可实现油滴、悬浮物的旋风分离，从流体力学角度强化了油、粉尘分离、去除效果，臭氧与VOCs混合气体在锥形罩预处理室的螺旋上升、下降流，在有限的距离内最大限度的增大了气体的流速，增强其紊流状态，利于气液混合，强化吸收效果，相比于传统的喷淋吸收工艺，本发明的净化反应器对废气污染物吸收效率更高，相比于传统的臭氧氧化塔，运行成本更低，去除效果更好。

（3）通过设于排气口处的臭氧尾气监测仪对排出的气体中的臭氧尾气浓度进行在线监测，检测信号反馈PLC控制器，通过PLC控制臭氧发生器的放电功率及氧气纳入量对臭氧的通入量进行调节，保证VOCs经处理后可以达标排放，同时降低了系统能耗，节约了设备的运行成本。

（4）经喷淋吸收后的液滴坠入净化反应器的底部后，通过喷淋液回收管进入三相分离器，对回收液中的油、水和固体进行分离，并将其中包含有药剂的水从三相分离器的出水口排出后进入喷淋液储液池，实现了对喷淋液的循环利用，进一步降低了设备的运行成本。

（5）在喷淋液储液池上设置用于检测池内液位高度的液位计，且将喷淋泵以及该液位计与PLC控制器连接，PLC控制器接收液位高度信号并根据该液位高度信号控制喷淋泵向净化反应器内喷淋药剂，实现了该喷淋吸收系统的自动化作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明VOC净化反应器的结构示意图。

图例说明：

1、器体；2、锥形罩；3、喷淋吸收室；4、催化氧化室；5、VOCs进气管；6、紫外灯；7、臭氧VOCs混合装置；8、臭氧发生器；9、排气口；10、臭氧尾气监测仪；11、PLC控制器；12、喷头；13、喷淋液储液池；14、喷淋泵；15、喷淋液回收管；16、三相分离器；17、液位计；18、冷却水入口；19、冷却水出口。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例

本发明节能型多效VOCs净化反应器的一种实施例，该VOCs净化反应器通过将喷淋吸收技术与复合同相催化氧化深度处理技术相结合，彻底、高效地去除气体中的挥发性有机物（VOCs）。该VOCs净化反应器的结构如图1所示，由图1可见，其主要包括器体1，该器体1内装设有一的锥形罩2，该锥形罩2的锥顶朝上，锥形罩2与器体1的内壁之间留有间隙，气流可从锥形罩2与器壁之间的间隙进入净化反应器的上部。锥形罩2将器体1的内腔分隔成位于下部的喷淋吸收室3和位于上部的催化氧化室4，喷淋吸收室3的下部连接一VOCs进气管5，含VOCs的污染气体从该VOCs进气管5进入喷淋吸收室3内。喷淋吸收室3的上部连接喷淋吸收系统，该喷淋吸收系统用于向喷淋吸收室3内喷洒吸收药剂（喷淋液）。VOCs进气管5上装设有臭氧VOCs混合装置7，该臭氧VOCs混合装置7连接一臭氧发生器8，臭氧发生器8产生臭氧并通过臭氧VOCs混合装置7在VOCs进气管5处将臭氧与VOCs气流进行混合。含有臭氧的VOCs气体经VOCs进气管5进入喷淋吸收室3后形成沿锥形罩2上升的外旋VOCs气流，该VOCs气流沿锥形罩2做旋流式上升运动，形成锥形旋风，其切向速度由内向外逐渐增大，可有效实现油气分离。油滴接触锥形罩2的内壁后冷凝，沿锥形罩2的内壁流下，进入喷淋液储液池13，最终通过三相分离器16分离。旋转上升的VOCs气流到达锥形罩2的顶部后转而沿锥形罩2的轴心向下，形成向下的内旋气流，气流在锥形罩2的顶部遇到从喷淋吸收系统中喷出的药剂，其中的VOCs与药剂发生吸收和氧化还原反应后随药剂坠入净化反应器的底部，完成对VOCs气体的预处理。随后，VOCs气流沿锥形罩2与器壁之间的间隙进入上部的催化氧化室4内，该催化氧化室4内安装有紫外灯6，通过该紫外灯6的照射，催化气体中的VOCs与臭氧发生光催化反应，进一步除去气体中的VOCs，对VOCs气体进行深度处理，该紫外灯6优选采用微波无极紫外灯，该微波无极紫外灯通过可变频率微波激发紫外光，其辐射波长可随时间变动，微波频率可达到3000MHz，使得紫外灯发出的紫外光在200nm强波附近波动，从而产生混合光强紫外辐射，增强了臭氧的催化效能。该VOCs净化反应器采用锥形罩2进行导流，使得进入喷淋吸收室3内的VOCs气流以旋流混合的方式流动，加强了气、液传质效率，强化了预处理效果；锥形罩2采用锥顶朝上设置，利用了上升气流在底部和顶部的流速差异，强化VOCs气流与喷淋液的混合，进一步增强了喷淋吸收效果；该净化反应器将喷淋吸收技术与复合同相催化氧化深度处理技术相结合，在喷淋吸收室3内先对VOCs气流进行喷淋吸收、氧化还原预处理，然后再进入催化氧化室4内进行光催化氧化深度处理，大大提高了VOCs处理效能。

本实施例中，器体1的顶部设有一排气口9，该排气口9处连接一臭氧尾气监测仪10，臭氧尾气监测仪10与一PLC控制器11连接，PLC控制器11与臭氧发生器8相连。在催化氧化室4内经光催化除去VOCs后的气体从排气口9排出，设于排气口9处的臭氧尾气监测仪10对排出的气体中的臭氧尾气浓度进行在线监测，由臭氧尾气监测仪10生成臭氧尾气浓度信号并将该臭氧尾气浓度信号发送至PLC控制器11，PLC控制器11根据接收到的臭氧尾气浓度信号调整臭氧发生器8的放电频率（功率）及氧气纳入量，进而对通入净化反应器内的臭氧量（臭氧加入量）进行调节，使VOCs经处理后可以达标排放，并且降低了系统能耗，节省了设备的运行成本。

本实施例中，喷淋吸收系统包括装设于喷淋吸收室3上部的多个喷头12和通过管道与喷头12连接的喷淋液储液池13，该喷头12与喷淋液储液池13连接的管道上安装有一喷淋泵14，该喷淋泵14用于将喷淋液储液池13内的喷淋液压入喷淋吸收室3内对喷淋吸收室3内的VOCs进行喷淋吸收。器体1的底部连接一喷淋液回收管15，该喷淋液回收管15的另一端与一油、水、固体三相分离器16连接，该三相分离器16的出水口与喷淋液储液池13连通。对VOCs进行吸收和氧化还原反应后的药滴坠入净化反应器的底部，经由净化反应器的排液口排出后进入喷淋液回收管15，然后经三相分离器16对回收的喷淋液中的油、水和固体进行分离。分离出的油品回收利用，固体物质可回收或做最终处置，其中包含有药剂的水从三相分离器16的出水口排出后进入喷淋液储液池13，实现了对喷淋液的循环利用，进一步降低了设备的运行成本。

本实施例中，喷淋液储液池13上装设有液位计17，喷淋泵14以及该液位计17均与PLC控制器11连接，液位计17用于检测喷淋液储液池13内的液位高度，生成液位高度信号并将该液位高度信号发送至PLC控制器11，PLC控制器11根据接收到的液位高度信号控制喷淋泵14向净化反应器内喷淋药剂，实现了该喷淋吸收系统的自动化作业。

本实施例中，锥形罩2为中空结构，锥形罩2的下部一侧开设有冷却水入口18，另一侧开设有冷却水出口19，该冷却水入口18和冷却水出口19均与锥形罩2的内腔连通。该净化反应器运行时，从冷却水入口18通入冷却水对VOCs气流进行冷却。该锥形罩2采用中空设计，利用对流式冷却介质循环方式，含胶体或油滴的VOCs气流在旋流上升过程中碰到锥形罩2的器壁迅速发生冷凝，其中的油滴或胶体物质沿锥形罩2的器壁导入净化反应器的底部，经油、水、固体三相分离器16进行分离。

该VOCs净化反应器的工作原理为：VOCs气流经VOCs进气管5进入喷淋吸收室3内，VOCs气体在VOCs进气管5内预先通过臭氧VOCs混合装置7与臭氧进行混合，含有臭氧的VOCs气体在锥形罩2的作用下形成上升的外旋VOCs气流，形成锥形旋风，其切向速度由内向外逐渐增大，实现油气分离。从冷却水入口18向锥形罩2内不断通入冷凝水，对VOCs气流进行冷却，含胶体或油滴的VOCs气流在旋流上升过程中碰到锥形罩2的器壁后迅速冷凝，其中的油滴或胶体物质沿锥形罩2的器壁流入净化反应器的底部，再经油、水、固体三相分离器16进行分离，冷却水从位于锥形罩2另一侧的冷却水出口19排出。旋转上升的VOCs气流在到达锥形罩2的顶部后沿锥形罩2的轴心转而向下，形成下降的内旋气流，有利于臭氧、喷淋液、VOCs及中间降解产物的有效混合。气流在锥形罩2的顶部遇到从喷头12喷出的喷淋液，其中的VOCs与喷淋液、臭氧发生吸收和氧化还原反应后，随药滴坠入净化反应器的底部。臭氧与VOCs气体混合后，通过亲电加成、氧自由基氧化等方式与VOCs反应，从而将废气中的有机物羟基化，增强其水溶性，从而强化喷淋吸收预处理过程对VOCs的去除效果。喷淋液采用碱性液体并且添加含羟基的氧化性液体，可通过氢键作用强化对有机物的吸收，同时，喷淋过程中喷淋液与VOCs气体中的臭氧接触，实现异相催化氧化，强化吸收。通过喷淋吸收预处理后，VOCs气流中的VOCs浓度可降低80%以上。随后，气体沿锥形罩2与器体1的内壁之间的间隙上升进入位于喷淋吸收室3上部的催化氧化室4内。经预处理后的VOCs气流在催化氧化室4内通过微波无极紫外灯6的照射，催化气体中含有的臭氧与VOCs发生光催化反应，对气流中的VOCs进行深度处理，经光催化反应后的气体从位于器体1顶部的排气口9排出。设于排气口9处的臭氧尾气监测仪10在线监测排出的气体中的臭氧尾气浓度生成臭氧尾气浓度信号，PLC控制器11根据该臭氧尾气浓度信号调整臭氧发生器8的功率和氧气纳入量，进而对通入净化反应器中的臭氧量进行调节。在喷淋吸收室3内经喷淋吸收后坠入净化反应器底部的液体通过喷淋液回收管15进入三相分离器16内，对液体中的油、水和固体进行分离后分别排出，其中，含有药剂的水从三相分离器16的出水口排出后进入喷淋液储液池13内进行循环利用。设于喷淋液储液池13内的液位计17对池内的液位高度进行检测并生成液位高度信号，PLC控制器11根据接收到的液位高度信号控制喷淋泵14向净化反应器内喷淋药剂。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种节能型多效VOCs净化反应器，包括器体（1），其特征在于：所述器体（1）内装设有锥形罩（2），所述锥形罩（2）与器体（1）的内壁之间留有间隙，锥形罩（2）将器体（1）的内腔分隔成位于下部的喷淋吸收室（3）和位于上部的催化氧化室（4），所述喷淋吸收室（3）的下部连接一VOCs进气管（5），喷淋吸收室（3）的上部连接一向喷淋吸收室（3）内喷洒药剂的喷淋吸收系统，所述催化氧化室（4）内安装有紫外灯（6），VOCs进气管（5）上装设有一臭氧VOCs混合装置（7），该臭氧VOCs混合装置（7）连接一臭氧发生器（8）。

2.根据权利要求1所述的节能型多效VOCs净化反应器，其特征在于：所述器体（1）的顶部开设一排气口（9），该排气口（9）处连接一臭氧尾气监测仪（10），所述臭氧尾气监测仪（10）与一PLC控制器（11）连接，臭氧尾气监测仪（10）生成臭氧尾气浓度信号并将所述臭氧尾气浓度信号发送至PLC控制器（11），该PLC控制器（11）与臭氧发生器（8）连接并根据接收的臭氧尾气浓度信号通过调整臭氧发生器（8）的功率调节臭氧加入量。

3.根据权利要求2所述的节能型多效VOCs净化反应器，其特征在于：所述喷淋吸收系统包括装设于所述喷淋吸收室（3）上部的喷头（12）和通过管道与所述喷头（12）连接的喷淋液储液池（13），喷头（12）与喷淋液储液池（13）连接的管道上安装有一喷淋泵（14）。

4.根据权利要求3所述的节能型多效VOCs净化反应器，其特征在于：所述器体（1）的底部连接一喷淋液回收管（15），所述喷淋液回收管（15）的另一端连接一个对回收的喷淋液进行油、水、固体三相分离的三相分离器（16），所述三相分离器（16）的出水口与喷淋液储液池（13）连通。

5.根据权利要求4所述的节能型多效VOCs净化反应器，其特征在于：所述喷淋液储液池（13）上装设有用于检测池内液位高度的液位计（17），该液位计（17）和喷淋泵（14）均与PLC控制器（11）连接，液位计（17）生成液位高度信号并将所述液位高度信号发送至PLC控制器（11），该PLC控制器（11）根据接收到的液位高度信号控制喷淋泵（14）向净化反应器内喷淋药剂。

6.根据权利要求1所述的节能型多效VOCs净化反应器，其特征在于：所述锥形罩（2）为中空结构，锥形罩（2）的下部一侧开设有与锥形罩（2）的内腔连通的冷却水入口（18），另一侧开设有与锥形罩（2）的内腔连通的冷却水出口（19）。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的节能型多效VOCs净化反应器，其特征在于：所述紫外灯（6）为微波无极紫外灯，紫外灯（6）为多个，多个紫外灯（6）安装在所述催化氧化室（4）的上部。

8.一种VOCs净化处理方法，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项所述的节能型多效VOCs净化反应器对VOCs进行净化处理，其具体步骤如下：

S1、VOCs气流在VOCs进气管（5）内与臭氧进行混合，然后进入喷淋吸收室（3）内，对VOCs气流进行预处理；

S2、经预处理后的VOCs气流沿锥形罩（2）和器体（1）的内壁之间的间隙上升进入位于喷淋吸收室（3）上部的催化氧化室（4）内，对VOCs气流进行深度处理；

S3、经深度处理后的气流从位于器体（1）顶部的排气口（9）排出，臭氧尾气监测仪（10）在线监测排出的气体中的臭氧尾气浓度生成臭氧尾气浓度信号，PLC控制器（11）根据该臭氧尾气浓度信号调整臭氧发生器（8）的功率，进而对臭氧的加入量进行调节。

9.根据权利要求8所述的VOCs净化处理方法，其特征在于，所述步骤S1中，对VOCs气流进行预处理的具体过程为：含有臭氧的VOCs气体在锥形罩（2）的作用下形成上升的外旋VOCs气流，VOCs气流在锥形罩（2）的顶部遇到从喷头（12）喷出的喷淋液，其中的VOCs与喷淋液发生吸收和氧化还原反应，旋转上升的VOCs气流在到达锥形罩（2）的顶部后沿锥形罩（2）的轴心转而向下，形成下降的内旋VOCs气流。

10.根据权利要求8或9所述的VOCs净化处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，对VOCs气流进行深度处理的具体过程为：VOCs气流在催化氧化室（4）内通过紫外灯（6）的照射，催化气流中含有的臭氧与VOCs发生光催化反应，对气流中的VOCs进行深度处理。