CN106955585A - 气体处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体处理方法及系统，用于处理待处理气中的挥发性有机化合物和氮氧化物。其中气体处理方法包括：混合，将所述待处理气体与第一催化剂混合；第一催化及活化，在等离子体及所述第一催化剂的作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物，以及在所述等离子体的作用下活化所述氮氧化物；第二催化，在第二催化剂的作用下还原至少一部分已经活化的所述氮氧化物。本发明的气体处理方法及系统能对待处理气中最主要的污染物挥发性有机化合物和氮氧化物同时处理，可去除常见的各种异味，处理彻底，无二次污染的产生。

Description

气体处理方法及系统
技术领域
本发明涉及气体污染物处理领域，更具体地涉及一种气体处理方法及系统。
背景技术
工业废气是燃料燃烧及其他工业生产工艺过程中产生的含有污染物的气体，不仅对人体、动植物的健康有危害，对天气和气候也有消极的影响。对含污染物的气体的处理，是人类生产生活活动中需要严肃对待的话题。
实际化工行业生产中产生的工业废气组分较为复杂，其中主要的污染物为挥发性有机化合物(VOC)以及氮氧化物(NOX)。现有技术中，对工业废气中VOC单一去除以及对其中NOX单一去除的工艺方法已日趋成熟，例如针对VOC的气体处理方法包括吸附法、冷凝法、生物膜法、热氧化法、催化燃烧法等，针对NOX的气体处理方法包括选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)等。
等离子体是一种由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。等离子体通常由待激发的气体在电场中通过电离获得，带有大量的活性基团，这些活性基团能与工业废气中的VOC组分反应最后生成CO2及H2O，因此现有技术中也可以利用等离子体对工业废气中的VOC进行处理。
然而，现有的等离子体对工业废气中VOC处理的技术只能在低浓度大风量的废气处理中具有较好的效率，且只能单一去除VOC而无法去除例如NOX等污染物。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种气体处理方法及系统，既能提高对气体中挥发性有机化合物的处理效率，也能去除气体中至少部分氮氧化物。
根据本发明的一方面，提供一种气体处理方法，用于处理待处理气中的挥发性有机化合物和氮氧化物，包括：混合，将所述待处理气体与第一催化剂混合；第一催化及活化，在等离子体及所述第一催化剂的作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物，以及在等离子体的作用下活化所述氮氧化物；第二催化，在第二催化剂的作用下还原至少一部分已经活化的所述氮氧化物。
优选地，所述等离子体为低温等离子体。
优选地，在所述混合步骤之前，所述气体处理方法还包括：对所述待处理气进行过滤。
优选地，在所述第一催化及活化步骤与所述第二催化步骤之间，所述气体处理方法还包括：光激发反应，在所述等离子体及光照作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物。
优选地，在所述光激发反应中，通过多种波段的光线进行光照。
根据本发明的另一方面，提供一种气体处理系统，用于处理待处理气中的挥发性有机化合物和氮氧化物，包括：混合单元，用于接收所述待处理气体并且与第一催化剂混合；第一催化及活化单元，用于在等离子体及所述第一催化剂的作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物，以及在等离子体的作用下活化所述氮氧化物；以及第二催化单元，用于在第二催化剂的作用下还原至少一部分所述氮氧化物，其中，所述混合单元、所述第一催化及活化单元、所述第二催化单元依次串接，使得所述第二催化单元接收已经活化的所述氮氧化物。
优选地，所述第一催化及活化单元包括连接于所述混合单元与所述第二催化单元之间的第一反应腔以及连接于所述第一反应腔侧面的等离子体发生器，所述等离子体发生器产生等离子体并注入至所述第一反应腔中。
优选地，所述第一催化及活化单元还包括与所述等离子体发生器连接的净化器，待激发气体经过所述净化器净化后进入所述等离子体发生器转变为等离子体。
优选地，所述待激发气体的进气量占所述待处理气的进气量的0.5％至2％。
优选地，所述等离子体发生器产生低温等离子体。
优选地，所述等离子体发生器为辉光放电装置、电晕放电装置、介质阻挡放电装置、射频放电装置、微波放电装置之一。
优选地，所述气体处理系统还包括连接于所述混合单元之前的过滤单元，以过滤所述待处理气。
优选地，所述过滤单元内设有含堇青石填料的蜂窝陶瓷载体。
优选地，所述气体处理系统还包括连接于所述第一催化及活化单元与所述第二催化单元之间的光激发反应单元，用于在所述等离子体及光照作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物。
优选地，所述光激发反应单元包括连接于所述第一催化及活化单元与所述第二催化单元之间的第二反应腔以及设置在所述第二反应腔侧面的多组激发器，所述多组激发器向所述第二反应腔内发出多种波段的光线。
根据本发明的气体处理方法，第一催化及活化单元步骤前后分别设置混合步骤和第二催化步骤，其中，混合步骤将待处理气体与第一催化剂混合，使得待处理气无需加热、加湿等预处理工艺即可在第一催化及活化步骤中与等离子体进行反应，且在第一催化剂的催化下等离子体对挥发性有机化合物的处理效率提高，保证即使对含高浓度挥发性有机化合物的待处理气的处理效率也较高。同时，待处理气中的氮氧化物被等离子体活化，使得在第二催化步骤中，已经活化的氮氧化物在第二催化剂的催化下更容易还原为无害的氮气，实现对待处理气中的氮氧化物更高效率的处理。
根据本发明的气体处理系统，混合单元、第一催化及活化单元、第二催化单元依次串接，其中，混合单元将第一催化剂混合至待处理气中，使得待处理气无需加热、加湿等预处理工艺即可在第一催化及活化单元内与等离子体进行反应，且在第一催化剂的催化下等离子体对挥发性有机化合物的处理效率提高，保证即使对含高浓度挥发性有机化合物的待处理气的处理效率也较高。同时，待处理气中的氮氧化物被等离子体活化，使得待处理气进入第二催化单元后，已经活化的氮氧化物在第二催化剂的催化下更容易还原为氮气，实现对待处理气中的氮氧化物更高效率的处理。
本发明的气体处理方法及系统能对待处理气中最主要的污染物挥发性有机化合物和氮氧化物同时处理，可去除常见的各种异味，处理彻底，无二次污染的产生。
在优选的实施例中，等离子体发生器产生低温等离子体，使得第一催化剂的活化性能不会改变，等离子体携带的大量激发物质可以使催化剂形成更多的活化中心从而去除更多的挥发性有机化合物。气体处理系统还可以包括连接于第一催化及活化单元之后的光激发反应单元，该单元能与第一催化及活化单元协同作用，使得待处理气在等离子体和光照的共同作用下进一步提高去除挥发性有机化合物的效率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据本发明实施例的气体处理系统的立体图；
图2示出根据本发明实施例的气体处理系统的截面图；
图3示出根据本发明实施例的气体处理方法的流程图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
需要说明的是，在下文中，类似于“A连接于B和C之间”、“A连接于C之前”、“A连接于B之后”等术语，可以表示A直接连接在B和C之间、A直接连接在C之前、A直接连接在B之后，也可以是在A与B或A与C之间还连接有其他单元或装置，其中“之前”、“之后”分别表示待处理气流动方向上的上游和下游。
图1和图2示出根据本发明实施例的气体处理系统的立体图和截面图，图中箭头示出待处理气的流动方向。该气体处理系统用于处理待处理气中的挥发性有机化合物(VOC)和氮氧化物(NOX)，包括依次串接的混合单元120、第一催化及活化单元130以及第二催化单元160。混合单元120用于接收所述待处理气体并且与第一催化剂混合；
第一催化及活化单元130用于在等离子体及第一催化剂的作用下去除待处理气中的至少一部分VOC，以及在等离子体的作用下活化待处理气中的NOX；第二催化单元160用于在第二催化剂的作用下还原待处理气中的至少一部分NOX。其中在本实施例中，第一催化剂例如是二氧化锰-氧化铝(MnO2-Al2O3)催化剂，第二催化剂例如是载铜ZSM-5分子筛(Cu-ZSM-5)催化剂，可以理解的是，催化剂的选取可以不限于上述举例，能起到相同催化作用的催化剂都可以应用于本发明中。
第一催化及活化单元130包括连接于混合单元120与第二催化单元160之间的第一反应腔131以及连接于第一反应腔131侧面的等离子体发生器132，等离子体发生器132产生等离子体并注入至第一反应腔131中。
进一步地，第一催化及活化单元130还包括与等离子体发生器132连接的净化器133，待激发气体经过净化器133净化后进入等离子体发生器132转变为等离子体。其中待激发气体的进气量可以占待处理气的进气量的0.5％至2％，优选为1％。待激发气体可以是空气、臭氧等。
优选等离子体发生器132产生低温等离子体，该等离子体发生器132可以是辉光放电装置、电晕放电装置、介质阻挡放电装置、射频放电装置、微波放电装置中的任何一种。由于等离子体发生器132产生低温等离子体，使得第一催化剂的活化性能不会改变，等离子体携带的大量激发物质可以使第一催化剂形成更多的活化中心从而去除更多的VOC。
本发明实施例的气体处理系统还包括连接于混合单元120之前的过滤单元110，以过滤所述待处理气。其中过滤单元110内设有含堇青石填料的蜂窝陶瓷载体，该蜂窝陶瓷载体可以是壁流式蜂窝陶瓷载体，堇青石中含有二氧化硅(SiO2)以及氧化镁(MgO)等。
本发明实施例的气体处理系统还可以包括连接于第一催化及活化单元130及所述第二催化单元160之间的光激发反应单元140以及固定床催化单元150，其中光激发反应单元140连接于第一催化及活化单元130之后，固定床催化单元150连接于光激发反应单元140之后。待处理气经过光激发反应单元140时在等离子体及光照的作用下去除至少一部分VOC。光激发反应单元可以包括连接于第一催化及活化单元130与第二催化单元160之间的第二反应腔141以及设置在第二反应腔141侧面的多组激发器142，多组激发器142向第二反应腔141内发出多种波段的光线，优选多组激发器142构成全谱激发器，能够激发连续光谱，对于废气成分具有广谱性。连续谱高密度的光，有可能使得分子在同一时间，相继吸收多于一个光子，这样就存在一个直接电离机制。光激发反应单元140中的基本过程为链反应，大致包括三类反应，即链引发反应、自由基传递反应和链终止反应，该过程在合适的参与物比例下，通过合适功率激发，与第一催化及活化单元协同作用，进一步提高去除VOC的效率。本实施例中待处理气在等离子体和光照的协同作用下，可达到99％的VOC去除效率。固定床催化单元150位于光激发反应单元140与第二催化单元160之间，其中的催化剂层所填的催化剂可以是与混合单元120中相同的第一催化剂，也可以根据需要填入其他催化剂。
根据本发明的气体处理系统，在第一催化及活化单元130前后分别连接混合单元120、第二催化单元160，其中，混合单元120将第一催化剂混合至待处理气中，使得待处理气无需加热、加湿等预处理工艺即可在第一催化及活化单元130内与等离子体进行反应，且在第一催化剂的催化下等离子体对VOC的处理效率提高，保证即使对高浓度VOC的待处理气的处理效率也较高。同时，待处理气中的NOX被等离子体活化，使得待处理气进入第二催化单元160后，已经活化的NOX在第二催化剂的催化下更容易还原为无害的氮气(N2)，实现对待处理气中的NOX更高效率的处理。
本发明还提供一种气体处理方法，用于处理待处理气中的挥发性有机化合物和氮氧化物，其包括混合步骤、第一催化及活化步骤以及第二催化步骤，其中混合步骤将所述待处理气体与第一催化剂混合；第一催化及活化步骤中，在等离子体及所述第一催化剂的作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物，以及在等离子体的作用下活化所述氮氧化物；而在第二催化步骤中，待处理气在第二催化剂的作用下还原至少一部分已经活化的所述氮氧化物。该气体处理方法在第一催化及活化步骤前添加混合步骤，利用第一催化剂提高等离子体对VOC的去除效率，同时活化待处理气中的NOX，使得已活化的氮氧化物在第二催化步骤中更容易还原，同时提高了VOC和NOX的去除效率。
图3示出本发明实施例的气体处理方法的流程图，本实施例中气体处理方法包括步骤S101至步骤S105。
步骤S101为过滤步骤，其中对所述待处理气进行过滤。
步骤S102为混合步骤，其中将所述待处理气体与第一催化剂混合，本实施例中第一催化剂例如是MnO2-Al2O3催化剂。
步骤S103为第一催化及活化步骤，其中待处理气体在等离子体及所述第一催化剂的作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物，以及在所述等离子体的作用下活化所述氮氧化物。进一步地，等离子体可以是为低温等离子体，使得第一催化剂的活化性能不会因高温改变，从而更加稳定，等离子体携带的大量激发物质可以使第一催化剂形成更多的活化中心从而去除更多的VOC。
在步骤S103之后，还可以包括步骤S104，该步骤为光激发反应步骤，其中待处理气在所述等离子体及光照的协同作用下，能够进一步提高去除所述挥发性有机化合物的效率。进一步地，在步骤S104中，可以通过多种波段的光线进行光照，从而对于废气成分具有广谱性。步骤S104的基本过程为链反应，大致包括三类反应，即链引发反应、自由基传递反应和链终止反应，该过程在合适的参与物比例下，通过合适功率激发，与步骤S103协同作用，进一步提高去除VOC的效率。
接着在步骤S105中，进行第二催化，其中在第二催化剂的作用下还原待处理气中至少一部分已经活化的所述氮氧化物，将其转化为无害的氮气。本实施例中第二催化剂例如是Cu-ZSM-5催化剂。
本发明的气体处理系统及方法能对待处理气中最主要的污染物VOC和NOX同时处理，并且通过引入第一催化剂和第二催化剂，可以提高对上述两种污染物的处理效率。本发明的气体处理系统及方法可去除常见的各种异味，处理彻底，无二次污染的产生。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (15)

1.一种气体处理方法，用于处理待处理气中的挥发性有机化合物和氮氧化物，其特征在于，包括：
混合，将所述待处理气体与第一催化剂混合；
第一催化及活化，在等离子体及所述第一催化剂的作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物，以及在所述等离子体的作用下活化所述氮氧化物；
第二催化，在第二催化剂的作用下还原至少一部分已经活化的所述氮氧化物。
2.根据权利要求1所述的气体处理方法，其特征在于，所述等离子体为低温等离子体。
3.根据权利要求1所述的气体处理方法，其特征在于，在所述混合步骤之前，还包括：
对所述待处理气进行过滤。
4.根据权利要求1所述的气体处理方法，其特征在于，在所述第一催化及活化步骤与所述第二催化步骤之间，还包括：
光激发反应，在所述等离子体及光照作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物。
5.根据权利要求4所述的气体处理方法，其特征在于，在所述光激发反应中，通过多种波段的光线进行光照。
6.一种气体处理系统，用于处理待处理气中的挥发性有机化合物和氮氧化物，其特征在于，包括：
混合单元，用于接收所述待处理气体并且与第一催化剂混合；
第一催化及活化单元，用于在等离子体及所述第一催化剂的作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物，以及在等离子体的作用下活化所述氮氧化物；以及
第二催化单元，用于在第二催化剂的作用下还原至少一部分所述氮氧化物，
其中，所述混合单元、所述第一催化及活化单元、所述第二催化单元依次串接，使得所述第二催化单元接收已经活化的所述氮氧化物。
7.根据权利要求6所述的气体处理系统，其特征在于，所述第一催化及活化单元包括连接于所述混合单元与所述第二催化单元之间的第一反应腔以及连接于所述第一反应腔侧面的等离子体发生器，所述等离子体发生器产生等离子体并注入至所述第一反应腔中。
8.根据权利要求7所述的气体处理系统，其特征在于，所述第一催化及活化单元还包括与所述等离子体发生器连接的净化器，待激发气体经过所述净化器净化后进入所述等离子体发生器转变为等离子体。
9.根据权利要求8所述的气体处理系统，其特征在于，所述待激发气体的进气量占所述待处理气的进气量的0.5％至2％。
10.根据权利要求7所述的气体处理系统，其特征在于，所述等离子体发生器产生低温等离子体。
11.根据权利要求10所述的气体处理系统，其特征在于，所述等离子体发生器为辉光放电装置、电晕放电装置、介质阻挡放电装置、射频放电装置、微波放电装置之一。
12.根据权利要求6所述的气体处理系统，其特征在于，还包括连接于所述混合单元之前的过滤单元，以过滤所述待处理气。
13.根据权利要求12所述的气体处理系统，其特征在于，所述过滤单元内设有含堇青石填料的蜂窝陶瓷载体。
14.根据权利要求6所述的气体处理系统，其特征在于，还包括连接于所述第一催化及活化单元与所述第二催化单元之间的光激发反应单元，用于在所述等离子体及光照作用下去除至少一部分所述挥发性有机化合物。
15.根据权利要求14所述的气体处理系统，其特征在于，所述光激发反应单元包括连接于所述第一催化及活化单元与所述第二催化单元之间的第二反应腔以及设置在所述第二反应腔侧面的多组激发器，所述多组激发器向所述第二反应腔内发出多种波段的光线。
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