CN106621744B - 一种voc废气处理方法及voc废气处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及VOC废气处理领域，具体而言，涉及一种VOC废气处理方法及VOC废气处理工艺。VOC废气处理方法包括将VOC废气通过冷阱进行物理降温处理除去高浓度高沸点组分，得到第一气体。将第一气体与过氧化氢蒸气和水蒸气混合后得到的第二气体，第二气体与具有高能量的电子接触并进行反应，得到第三气体。将第三气体通入检测管进行检测。检测不合格的第三气体通入具有催化剂的催化装置内进行催化反应，将进行催化反应后的气体再次通入检测管进行检测。本方法处理量大、效率高、物料消耗少且自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及VOC废气处理领域，具体而言，涉及一种VOC废气处理方法及VOC废气处理工艺。
背景技术
VOC气体，即挥发性有机物；但是环保意义上的定义是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。它包括：苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。现有的大多数采用的是生物发酵、热破坏或者吸附去除VOC废气。但是这些方法去除VOC废气步骤过于繁琐，且不能在线检测VOC废气处理结果，或者仅能进行单次检测。
电子束常见于处理NOx废气处理，通过电子束辐射将氮氧化物废气转化为硝酸烟雾，将含硫废气转化为硫酸烟雾，进而与喷淋的氨水反应得到硫酸铵与硝酸铵颗粒物，将有害气体转化为具有经济价值的化肥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种VOC废气处理方法，其能够有效的去除VOC废气，该方法处理量大、效率高、物料消耗少并且自动化程度高。
本发明的另一目的在于提供一种VOC废气处理工艺，其能够有效去除VOC废气，其智能化程度高并且安全可靠。
本发明的实施例是这样实现的：
一种VOC废气处理方法包括将VOC废气通过冷阱进行物理降温处理除去高浓度高沸点组分，得到第一气体。将第一气体与过氧化氢蒸气和水蒸气混合后得到的第二气体，第二气体与具有高能量的电子接触并进行反应，得到第三气体。将第三气体通入检测管进行检测。检测不合格的第三气体通入具有催化剂的催化装置内进行催化反应，将进行催化反应后的气体再次通入检测管进行检测。
一种VOC废气处理工艺，包括上述的VOC废气处理方法。
本发明实施例VOC废气处理方法的有益效果是：由于本发明的VOC废气处理方法通过冷阱去除了高沸点高浓度的有机物，降低待废气处理的总量，降低了VOC废气处理设备的运行压力。具有高能量的电子能够快速有效的与过氧化氢蒸气、水蒸气反应产生自由基并且使得自由基与废气能够快速的反应进而去除大部分的VOC废气。分阶段、分次检测VOC废气处理结果，能够实时的根据检测结果对已处理过的VOC废气进行不同的处理，提升了本方法的实用性以及针对性，同时扩大了本方法的应用范围。本方法还有处理量大、效率高、物料消耗少且自动化程度高的特点。VOC废气处理工艺能够有效地去除VOC废气，同时智能化程度高且安全可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的VOC废气处理方法的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的电子照射核心机的结构示意图；
图3为本发明第一实施例提供的催化装置的结构意图；
图4为本发明第一实施例提供的电控干粉灭火罐的结构示意图；
图5为本发明第二实施例提供的VOC废气处理方法的结构示意图；
图6为本发明第二实施例提供的催化元件的结构示意图。
图标：100A-VOC废气处理装置；100B-VOC废气处理装置；200-冷阱；300-第一温湿度监测室；400-电子照射管；500-第二温湿度监测室；201-第一废气进管；503-第二电磁阀；600-催化装置；700-检测管；800-过氧化氢蒸气泵；410-电子照射核心机；420-电子照射外管；430-支管；411-瞄准极；412-热阴极灯丝；413-初级加速极；414-聚焦线圈；415-瞄准线圈；416-二级加速极；502-连通管；501-第一电磁阀；610-催化装置本体；620-催化元件；611-催化反应腔；621-气流通孔；630-第一封堵件；640-第二封堵件；631-第二废气进管；641-废气出管；632-密封圈；633-第一堵块；634-第二堵块；900-冲洗气泵；701-干粉灭火罐本体；703-导火索；705-慢速火药管；707-干粉灭火剂；708-喷洒预备口；910-气源增压泵；623-凸起结构；643-滤片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
第一实施例
S1、将VOC废气通过冷阱200进行物理降温处理除去高浓度高沸点组分，得到第一气体；
如图1所示，本实施例还提供一种VOC废气处理装置100A，其包括依次连接的冷阱200、第一温湿度监测室300、用于产生自由基的电子照射管400、第二温湿度监测室500、第二电磁阀503、催化装置600以及检测管700。
冷阱200用于去除VOC废气中苯、甲苯、苯乙烯等高沸点高浓度的组分，降低后续设备处理的废气量。冷阱200设有第一废气进管201用于通入VOC废气进入VOC废气处理装置100A。冷阱200利用VOC废气中各组分沸点的不同，进行物理降温，使得VOC废气中的沸点高于80℃的高沸点组分由气体冷凝为液体，沉积到冷阱200底部，进而去除上述高沸点组分。需要说明的是，冷阱200采用现有的压缩机制冷或半导体制冷达到物理制冷。冷阱200内的液体可以进行重新提取得到有价值的组分，并节约资源，减少环境污染。
S2、将第一气体与过氧化氢蒸气和水蒸气混合后得到第二气体，第二气体与具有高能量的电子接触并进行反应得到第三气体；
将第一气体通入到第一温湿度监测室300内与过氧化氢蒸气、水蒸气混合，并且监控进入电子照射管400内的气体的湿度以及温度，以保证进入电子照射管400内的第二气体符合反应要求，确保水蒸气、过氧化氢蒸气与高能电子束接触反应以及自由基与VOC废气的氧化还原反应能够在电子照射管400内顺利进行。
优选地，第一温湿度监测室300监测的合格温度为0度-30度，湿度为40-70％，同时水蒸气的体积含量占水蒸气、过氧化氢蒸气、VOC废气混合气体总体积的0.1-2.0％。温湿监控室采用现有的温室监控装置。若第一温湿度监测室300监测的湿度不符合要求则通过调节水蒸气进行调节，若温度不符合要求则改变通过冷阱200气体的流量以及蒸气的流量共同调节。
进一步地，氧化氢蒸气以及水蒸气通过过氧化氢蒸气泵800输送到第一温湿度监测室300内，为后续生成具有强氧化性的自由基提供原料。需要说明的是，过氧化氢蒸气中过氧化氢的含量为30-50％。
通过第一温湿度监测室300监测合格的第二气体通入电子照射管400内。电子照射管400发射出自由电子，水蒸气和过氧化氢蒸气在电子的轰击下产生羟基自由基、氧自由基等具有强氧化性的自由基以及臭氧，第二气体内的部分有害物质被这些具有强氧化性的物质氧化为无毒害的物质。
需要说明的是，电子束处理VOC废气需要优质的电子源，因此，本实施例提供的电子照射管400为开放式高能电子照射管。
结合图1和图2，进一步地，开放式高能电子照射管包括电子照射核心机410以及用于静电屏蔽的电子照射外管420。电子照射外管420的中部连通有用于流通VOC废气的支管430。电子照射外管420套设于电子照射核心机410外，电子照射外管420的一端与电子照射核心机410的一端胶封。电子照射核心机410用于产生并输送自由电子而电子照射管400外设置静电屏蔽保证了电子运输的方向不发生偏移，使得电子能够顺利的与水蒸气、过氧化氢蒸气接触。同时，电子照射外管420电子与水蒸气、过氧化氢蒸气反应提供必要的场所，以完成第一次处理。使用该电子照射管400克服了传统的电子照射管400对高真空度的要求以及时常需要更换钨丝灯芯的缺点，节约了后期维护费用。
进一步地，电子照射核心机410包括沿电子水平直线运输方向依次设置的瞄准极411、热阴极灯丝412、初级加速极413、聚焦线圈414、瞄准线圈415以及二级加速极416。热阴极灯丝412通电后高温的金属丝发射出自由电子，自由电子在瞄准极411的作用下沿水平方向运动，并通过初级加速极413获得更高的电子能量能够运动到更远的距离。而后自由电子通过聚焦线圈414聚集得到电子束，电子束通过瞄准线圈415保持水平运动方向，而后再在二级加速极416的作用下，进一步获得更大的动能。
需要说明的是采用高功率的灯丝，能够获得大同量的电子。同时，为了提升气体处理量，可采用多个支管430通入VOC废气，在电子照射管400内可以设置多个电子照射核心机410，并采用径向照射的方式进一步提升处理量。
S3、将第三气体通入检测管700进行检测；检测不合格的第三气体通入具有催化剂的催化装置600内进行催化反应，将进行催化反应后的气体再次通入检测管700进行检测；
通过电子照射管400反应后的第三气体通入到第二温湿度监测室500内。第二温湿度监测室500用于监测进入催化装置600进行催化反应的气体的温度和湿度。此时，监测的温度范围为15度-50度，湿度为40-70％。采用第二温湿度监测室500能够随时刷新温湿度数据以便自动控制调节过氧化氢蒸气泵800的流量。
进一步地，第二温湿度监测室500和检测管700的出气端之间还设有连通管502，第一电磁阀501设置于连通管502上。通过电子照射管400去除有害物质的第三气体经过第二温湿度监测室500后，通过第一电磁阀501，进入到检测管700内进行检测，若检测得到的第三气体内含有的物质的各项指标符合排放要求则可进行排放，VOC废气排放标准为GB16297-1996。若不符合该要求则关闭自动第一电磁阀501，并打开第二电磁阀503，将第三气体继续通入到催化装置600内进行催化反应，进一步地去除第三气体内的有害物质。
结合图1和图3，催化装置600包括催化装置本体610和8个催化元件620，催化装置本体610设有催化反应腔611。8个催化元件620沿VOC废气流通方向排列设置与催化反应腔611内，每个催化元件620均包括5个气流通孔621。催化元件620的表面和气流通孔621内均附着有催化剂，VOC气体在流动的过程中与催化剂接触并发生反应，进而去除VOC废气中的有害物质。同时，采用气流通孔不仅增大了VOC废气与催化剂接触的表面积，同时降低了气体流通的阻力。
优选地，气流通孔621的直径为催化元件620直径的1/10-1/5。此时，气体流经气流每个催化元件620所受到的催化阻力最小并且流量较快。相邻两个催化元件620之间的距离为催化元件620直径的2/5-3/5。此时，气体流量大、流动阻力小且与催化剂接触充分。并且相邻两个催化元件620之间的多个气流通孔621交错分布，进一步地增大了VOC废气与催化剂接触的面积，提升了催化反应的效果，增大了VOC废气处理装置100A的处理效率。
进一步地，催化元件620的表面和气流通孔621上附着的催化剂通过溶液浸渍/灼烧工艺制备，即将催化剂加热熔化或者溶解为液体，而后将开有气流通孔621的催化元件620侵入液体中，使得催化元件620表面、气流通孔621附着有催化剂液体，进而灼烧，使得催化剂液体重新变为固体并粘附在催化元件620的表面和气流通孔621上。该方法制备的附着催化剂的催化元件620抗脱落性能良好。
需要说明的是催化元件620可以是泡化耐火砖材料、凹凸棒石、石棉块或者多孔表面的氧化铝块。催化元件620的数量可以根据生产需求、气体处理量以及催化装置600本体长度进行合理的设计，并不限于本实施例提供的8个。同理，气流通孔621的个数也可以根据气体的处理量、催化元件620的个数等综合进行合理的选择。气流通孔621可以在催化元件620未附着催化剂之前便开设好，也可在催化元件620表面附着催化剂后再开设气流通孔621。
再参见图3，催化装置600本体的两端分别设有用于封堵催化装置600本体的第一封堵件630和第二封堵件640。第一封堵件630和第二封堵件640的结构一致。第一封堵件630包括密封圈632、第一堵块633以及第二堵块634。第一堵块633的端部和第二堵块634端部相连并一体成型。第一堵块633的中部垂直于VOC废气流通方向的表面设置有放置密封圈632的凹槽。第一堵块633的直径小于催化反应腔611的直径，第二堵块634的直径大于催化反应腔611的直径，密封圈632的直径与催化反应腔611的直径相等。在对催化装置600本体进行密封时，将第一堵块633和密封圈632塞进催化反应腔611内，密封圈632与催化反应腔611的直径恰好匹配并对其进行密封，第二堵块634位于催化转化器本体。需要重新更换催化元件620时，用力向外拖动第二堵块634，进而带动第一堵块633以及密封圈632离开催化反应腔611。该催化装置600能够随时更换催化元件620，保证催化反应的效果，同时，更换操作简单、便于维护催化装置600。
优选地，第一封堵件630上设置有与催化反应腔611连通的第二废气进管631，第二封堵件640上设置有与催化反应腔611连通的废气出管641，催化反应腔611和废气出管641的连通处设置有滤片643。该滤片643用于截留VOC废气流经催化元件620以及气流通孔621时所吹落的催化剂颗粒。降低了经过催化的VOC气体内有害物质的含量，同时，节约了截留的催化剂颗粒可以回收利用，减少了催化剂的使用量，节约成本。
经过催化装置600的VOC废气通入到检测管700内进行检测以判断VOC废气处理是否达标。进一步地，检测管700的进气端还与冲洗气泵900连接。在检测管700进行检测之间开启冲洗气泵900往检测管700内通入纯氮气，冲洗检测管700内的传感器表面可能附着的气体，将检测管700进行校零，以保证检测的结果准确。同时，通过对传感器的冲洗，减少传感器的数量、降低成本并提高了自动化水平。
通过上述VOC废气处理方法，能够快速、简单的处理VOC废气，并根据VOC废气内有害物质的含量不同自动选择进行不同的处理，即若VOC废气通过电子照射管的初级处理已达标则无需进行后续处理，若初级处理不达标则再继续进行后续处理。增强了VOC废气处理方法的应用范围，增大了该方法的处理量，增强了该方法自动化的程度。同时，该本实施例所提供的装置结构简单、维护便利。
电子束法处理VOC废气存在一定的安全隐患、如果其中的可燃组分达到爆炸下限，在照射高能电子之后可能引起爆炸、起火等事故。
因此，为了解决这一问题，本发明还提供一种VOC废气处理系统(图未示)，该系统包括红外火焰传感器、电控干粉灭火罐以及上述的VOC废气处理装置100A。VOC废气处理装置100A与红外火焰传感器通信连接，电控干粉灭火罐与红外火焰传感器通信连接。VOC废气处理装置100A在红外火焰传感器的监测之下，一旦起火便可自动启动灭火系统，电动启动电控干粉灭火罐进行灭火，降低了整个系统着火爆炸的风险发生率，提升了VOC废气处理装置100A以及VOC废气处理系统的安全性。
参见图4，电控干粉灭火罐包括通过干粉灭火罐本体701、用于电力点燃的导火索703、慢速火药管705、干粉灭火剂707以及喷洒预备口708。导火索703与慢速火药管705的端部连接，慢速火药管705设于干粉灭火罐本体701内，干粉灭火剂707填满干粉灭火罐本体701，并覆盖慢速火药管705。喷洒预备口708设于干粉灭火罐本体701底部。着火时，通过电力点燃导火索703，进而引燃慢速火药管705内的慢速火药，慢速火药燃烧产生大量的二氧化碳气体。由于电控干粉灭火罐密封，内部承受的压力受限，而随着二氧化碳气体增加，干粉灭火罐本体701内部压力增加，喷洒预备口708在较大压力的作用下脱离干粉灭火罐本体701，进而使得干粉灭火罐本体701内的干粉灭火剂707喷洒出来，进行灭火。优选地，喷洒预备口708为干粉灭火罐本体701底部的中部镂刻的1/3-2/3壁厚的切割痕迹。喷洒预备口708设置为方式更便于干粉灭火剂707的喷洒，喷洒节约干粉灭火剂707的时间。
进一步地，本实施例的VOC废气处理系统采用64位ARM处理器作为控制机构核心(博通BCM28371.2GHz四核处理器、1GB RAM和VideoCore IV GPU。)，同时兼顾手动操作，其中包括模块化的主控板，传感器板，提供WIFI与RJ45宽带接口，便于实现网络远程监控与操作的目的，提高了管理的便捷性与安全性，节约了人员，降低成本。
第二实施例
本实施例提供的VOC废气处理方法的过程与第一实施例提供的VOC废气处理方法基本一致，不同点在于本实施例对于输送VOC气体的方式略有不同。
参见图5，本实施例提供的VOC废气处理装置100B的结构与第一实施例提供的VOC废气处理装置100A的结构大致相同，不同点在于本实施例提供的VOC废气处理装置100B多设置了一个气源增压泵910，采用不同的电子照射管400的结构略有不同以及催化元件620结构略有不同。
本实施例通过气源增压泵910对VOC废气进行输送，采用气源增压泵910对VOC废气加压，增大冷阱200的处理量同时加快VOC废气流动的动力。气源增压泵910设于第一废气进管201上，对通入VOC废气处理装置100B的VOC废气加压，。进一步地，提升VOC废气处理方法的处理能力。
本实施例的电子照射管400为高压电子照射管，其采用间距更大的加速极提高电子能量，防止空气被击穿，获得更高的废气处理效果。
参见图6，催化元件620表面设置有多个凸起结构623，该凸起结构623用于增大VOC废气与催化剂的接触面积。需要说明的是凸起结构623的数量可以根据催化元件620表面的大小进行合理的设置。凸起结构623不仅可以设置在催化元件620表面也可以设置在每个催化元件620对应的气流通孔621内壁上。同时，为了增大接触面积，不仅仅可以设置凸起结构623，也可以设置凹陷结构。
综上所述，本发明经过冷阱去除VOC废气中含有的苯、甲苯、苯乙烯等高浓度高沸点组分，降低污染物处理量。通过具有高能量的电子能够快速有效的与过氧化氢蒸气、水蒸气反应产生自由基并且使得自由基与废气能够快速的反应进而去除大部分的VOC废气。通过提供两种不同的电子照射管，对应处理所需的有机物的电子的能量，增强了VOC废气处理方法的适用性和针对性，也克服了传统电子枪对高真空度的需求以及时常需要更换钨丝灯芯的缺点，节约了后期维护费用。通过分阶段、分次检测VOC废气处理结果，能够实时的根据检测结果对已处理过的VOC废气进行不同的处理，提升了本方法的实用性以及针对性，同时扩大了本方法的应用范围。
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VOC废气处理方法，其特征在于，将VOC废气通过冷阱进行物理降温处理除去高浓度高沸点组分，得到第一气体；
将所述第一气体与过氧化氢蒸气和水蒸气混合后得到的第二气体，所述第二气体与具有高能量的电子接触并进行反应，得到第三气体；
将所述第三气体通入检测管进行检测；检测不合格的所述第三气体通入具有催化剂的催化装置内进行催化反应，将进行催化反应后的气体再次通入所述检测管进行检测。
2.根据权利要求1所述的VOC废气处理方法，其特征在于，所述第二气体与所述具有高能量的电子接触前所述第二气体通过第一温湿监测室进行第一次温湿度监测。
3.根据权利要求2所述的VOC废气处理方法，其特征在于，所述第一次温湿度监测的合格温度为0度-30度，湿度为40％-70％。
4.根据权利要求2所述的VOC废气处理方法，其特征在于，将所述第一气体与所述过氧化氢蒸气和所述水蒸气混合是将所述过氧化氢蒸气和所述水蒸气同时通过过氧化氢蒸气泵运输到所述第一温湿度监测室内与所述第一气体进行混合。
5.根据权利要求1所述的VOC废气处理方法，其特征在于，所述第三气体与所述催化剂进行催化反应前对所述第三气体通过第二温湿监测室进行第二次温湿度监测。
6.根据权利要求5所述的VOC废气处理方法，其特征在于，所述第二次温湿度监测的合格温度为15度-50度，湿度为40％-70％。
7.根据权利要求1所述的VOC废气处理方法，其特征在于，在所述检测管进行检测前，利用冲洗气泵输送纯氮气对所述检测管进行校零和冲洗。
8.根据权利要求1所述的VOC废气处理方法，其特征在于，所述催化装置的催化元件是将所述催化剂加热熔化或者溶解为液体后，并将设有气流通孔的催化元件浸入所述液体内并进行灼烧后而得到。
9.根据权利要求1所述的VOC废气处理方法，其特征在于，所述具有高能量的电子通过电子照射管得到。
10.一种VOC废气处理工艺，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的VOC废气处理方法。
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