CN107051142A - 一种废气处理装置及废气处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废气处理装置及废气处理方法，其中废气处理装置包括塔式反应器，所述塔式反应器内由下而上设置有依次相连的落水槽、催化氧化室、干燥室和辐射室；所述催化氧化室上部设有布水器，下部设有进气口，布水器与进气口之间布设有催化剂床层；所述落水槽通过吸收液循环管道和输送装置与布水器相连；所述干燥室连接在催化氧化室与辐射室之间，用于除去废气中的水汽；所述辐射室内设置有微波辐射装置和/或紫外光辐射装置，辐射室上部设有出气口。本发明的废气处理装置可有效整合喷淋吸收、催化氧化和辐射降解与一体，相互配合增加废气的处理效果，该装置结构简单，操作方便，废气净化率高。

Description

一种废气处理装置及废气处理方法
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种废气处理装置及废气处理方法。
背景技术
工业生产中经常会出现工业废气，当工业废气直接排向外界时会对空气造成污染，久而久之便会形成雾霾、酸雨等气候，对生态环境造成严重的负面影响。
在生产过程中排放挥发性有机物(VOC)是污染大气环境，危害人体健康的罪魁祸首。VOC侵犯人的神经、血液、呼吸和生育系统，尤其是常见的三苯(苯、甲苯和二甲苯)废气，通过呼吸、皮肤侵入体内，轻则使人头昏、眩晕、恶心，重则导致再生障碍性贫血、癌症等。工人和群众中毒事件屡屡见诸报刊媒体。
废气处理主要是指针对工业场所产生的工业废气注入粉尘颗粒物、烟气烟尘、异味气体、有毒有害气体进行治理。有机废气多为含碳氢气体，这些气体的碳链结合程度较高，靠普通的物理手法很难将其清除干净。
有机废气的常见处理方法有活性炭吸附法、浓缩吸附-催化燃烧法、直接催化燃烧法、蓄热式燃烧法、直接燃烧法、火炬法、微生物法、溶剂吸收法等。
公开号为CN203764135U的中国专利文献公开了一种有机废气处理装置，包括两端开口的罐体，罐体的一端开口为进气口，罐体的另一端开口为出气口，罐体内设有至少一组石墨烯或改性石墨烯的吸附层，吸附层位于进气口和出气口之间，吸附层靠近出气口的一侧设有用于对吸附层加热的加热装置。该技术方案利用吸附剂对废气中的污染物进行吸附脱除，从而达到净化目的，缺点是吸附剂成本高昂，吸附饱和周期短，要频繁更换吸附剂，更进一步增大了成本，同时，被吸附的污染物只是被富集到吸附剂中，本身的化学性质没有改变，当解吸后会重新释放到大气中污染环境。
公开号为CN105964077A的中国专利公开了一种有机废气处理装置，包括反应器，反应器两侧分别设有气体入口和气体出口，气体入口、气体出口内分别设有一号过滤玻璃纤维、二号过滤玻璃纤维，反应器内靠近气体入口处设有分子粉碎系统，分子粉碎系统另一侧设有臭氧发生器，靠近气体出口处设有固定架、固定架上固定有氧化催化剂，反应器顶部设有高效微波系统。该处理装置结构比较复杂，能耗较高，废气处理成本较高。
发明内容
本发明提供了一种废气处理装置及废气处理方法，该装置结构简单，能充分利用系统产生的能量，能耗低，利用该装置的废气处理方法废气净化率高，处理成本低。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种废气处理装置，包括塔式反应器，所述塔式反应器内由下而上设置有依次相连的落水槽、催化氧化室、干燥室和辐射室；
所述催化氧化室上部设有布水器，下部设有进气口，布水器与进气口之间布设有催化剂床层；
所述落水槽通过吸收液循环管道和输送装置与布水器相连；
所述干燥室连接在催化氧化室与辐射室之间；
所述辐射室内设置有微波辐射装置和/或紫外光辐射装置，辐射室上部设有出气口。
催化氧化室中填装的催化剂是负载型催化剂，所述的负载型催化剂的载体为活性炭和/或分子筛，负载型催化剂的活性成分为过渡金属和/或贵金属的化合物。所述的过渡金属为铁、铜、锰和镍中一种或多种。
作为优选，催化氧化室内的催化剂床层中填装有填料和催化剂，所述的填料为耐腐蚀的疏松性填料。
废气从进气口进入，在上升的过程中与布水器布入的吸收液在催化剂床层内的催化剂表面接触，废气中的污染物被吸收液吸收并进行催化氧化反应，废气中的颗粒性物质被除去，部分有机污染物被降解，布入的吸收液落入落水槽内；经催化氧化后的废气进入干燥室除去其中的水汽，继续上升进入辐射室，经微波辐射和/或紫外光辐射催化降解废气中的污染物；经催化氧化和辐射降解的废气得到净化，经出气口排出。
本发明的废气处理装置适用于酸碱废气、挥发性有机物(VOCs)废气或恶臭废气的处理。
本发明的废气处理装置可有效整合液体吸收、催化氧化和辐射降解与一体，相互配合提高废气的处理效果，该装置结构简单，操作方便，并且废气净化效率高，投资运行费用低。
作为优选，本发明的废气处理装置还包括吸收液中转槽，通过循环管道和输送装置连接在落水槽与布水器之间，吸收液中转槽上开设有加药口。
吸收液在落水槽、吸收液中转槽、布水器和催化氧化室之间循环，吸收液中转槽上设有加药口，可通过加药口补加吸收液和/或氧化剂。
干燥室连接在催化氧化室与辐射室之间，用于除去废气中的水汽。干燥室内设有除雾器。所述除雾器可选耐腐蚀的丝网、多级挡板、干燥剂等中的一种或多种结合。
作为优选，所述的辐射室内设有冷却系统，冷却系统通过换热器与吸收液交换热量。
冷却系统吸收辐射室内的辐射能量，回收热量并能避免气体被加热后排出而造成热污染及热损失。冷却系统通过换热器与吸收液交换热量，利用从辐射室收集的热量对吸收液进行加热，提高催化氧化的效率。
可将吸收液的循环管路延伸入辐射室内，形成冷却系统。
作为优选，所述的辐射室内设有紫外光辐射装置，紫外光辐射装置包括抽屉式间隔层叠设置的紫外灯管和催化网板；进一步优选的，紫外灯管和催化网板一体式设置。
相邻两排紫外灯管之间插入一层催化网板，紫外灯管和催化网板一体式设置，组成紫外催化反应器，可直接安装在辐射室内，进行紫外催化降解反应。
所述的催化网板为表面涂覆有光催化剂的活性炭纤维网板或氧化钛网板。
作为优选，所述的辐射室内还设有微波装置，所述的紫外灯管为无极灯管。
无极灯在微波辐射下激发出紫外光，减少了电能的消耗量。
本发明还提供了一种采用上述废气处理装置的废气处理方法，包括：
(1)从进气口将废气通入塔式反应器内，自下而上流动；废气流经催化氧化区，与布水器布入的吸收液在催化剂床层内的催化剂表面接触发生催化氧化反应，除去废气中部分污染物；吸收液落入落水槽内通过循环管道和输送装置循环布水；
(2)经催化氧化后的废气进入干燥室进行干燥；
(3)干燥后的废气进入辐射室，在紫外光和/微波的辐射下催化降解废气中的污染物，净化后的气体经出气口排出。
作为优选，吸收液中含有氧化剂，吸收液中氧化剂的质量浓度为2～20％，氧化剂为双氧水、次氯酸钠、高锰酸钾、过一硫酸、过硫酸钾中的一种或几种。
作为优选，吸收液在布入催化氧化室之前通过换热器与辐射室进行换热，吸收液在布入催化氧化室之前的温度为20～90℃。
作为优选，塔式反应器内废气的流速为0.5～3m/s，催化氧化室内气液比为1～50∶1。
作为优选，步骤(1)之前还包括对废气进行过滤除尘或洗涤除尘。预处理除去废气中的大颗粒、飞灰等，避免这些杂质沉积在催化剂床层中，影响催化剂活性或堵塞床层。
作为优选，落水槽和布水器之间还设有过滤装置，避免循环液中的杂质堵塞布水器。再优选，落水槽内设置刮泥板，防止固体杂质被带入循环系统中，影响系统运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的废气处理装置有效的利用了系统中产生的热量，能耗低，降低运行成本；
(2)本发明的废气处理装置可有效整合喷淋吸收、催化氧化和辐射降解与一体，相互配合增加废气的处理效果，该装置结构简单，操作方便，废气净化率高。
(3)吸收液在装置内部形成闭合循环圈，最大限度的利用已有资源，降低成本；
(4)装置利用气体的扩散性，不用外加过多能量输送气体，进一步降低成本。
附图说明
图1为本发明的废气处理装置的结构示意图。
1：催化氧化室，1-1：进气口，1-2：落水槽，1-3：吸收液中转槽，1-4：加药口，1-5：换热器冷介质进口，1-6：换热器热介质出口，1-7：布水器，2：干燥室，3：辐射室，3-1：微波辐射装置，3-2：紫外辐射装置，3-3：冷却介质进口，3-4：换热器热介质进口，3-5：换热器冷介质出口，4：出气口，5-换热器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的废气处理装置包括塔式反应器，塔式反应器内自下而上分为依次连接的落水槽1-2、催化氧化室1、干燥室2和辐射室3，还包括吸收液中转槽1-3和换热器5。
催化氧化室1的下部设有进气口1-1，上部设有布水器1-7，进气口1-1与布水器1-7之间设有催化剂床层，催化剂床层内装有负载型催化剂。
布水器1-7通过循环管道、泵，与吸收液中转槽1-3相连，吸收液中转槽1-3与落水槽1-2相通。吸收液中转槽1-3上设有加药口1-4。
催化氧化室1上方设有干燥室2，干燥室2内安装有除雾器，用于去除废气中的水汽，干燥废气。
干燥室2上方设有辐射室3，辐射室3内设有微波辐射装置3-1和紫外光辐射装置3-2。紫外光辐射装置3-2包括抽屉式间隔层叠设置的无极灯管和催化网板，无极灯管和催化网板一体式设置，组成紫外催化反应器，可直接安装在辐射室内。催化网板为表面涂覆有光催化剂的活性炭纤维网板或氧化钛网板。
辐射室3内还设有冷却盘管，冷却盘管和吸收液的循环管道之间通过换热器5换热。
辐射室3的上方开设有出气口4。
采用上述废气处理装置对废气进行处理。
某化工废气的Tvocs＝280mg/m3，经以下处理：
(1)预处理：采用过滤除尘，除去废气中的大颗粒、飞灰等，避免这些杂质沉积在催化剂床层中，影响催化剂活性或堵塞床层；
(2)预处理后的废气从进气口进入塔式反应器，自下而上流动；废气流经催化氧化区，与布水器布入的吸收液在催化剂床层内的催化剂表面接触反应，处理后的废气穿过催化氧化区继续向上流动，处理后的吸收液落入落水槽内循环布水；
其中，催化剂为负载型催化剂，载体为分子筛，活性成分包含铁、镍、锶的化合物，活性成分负载量为5％；吸收液中含有氧化剂，氧化剂为次氯酸钠，吸收液中氧化剂的质量浓度为15％；
控制塔式反应器中废气的流速为1.5m/s，催化氧化室内气液比为30∶1；
布水器布入的吸收液流经催化剂床层后落入落水槽，在落水槽中沉降后流入吸收液中转槽内，通过吸收液中转槽的加药口补加吸收液或氧化剂，以保证吸收液中的氧化剂含量。吸收液中转槽内的吸收液通过泵和循环管道输送至布水器布入到催化氧化室内，吸收液通过上述方式实现循环；
(3)经催化氧化反应除去部分污染物的废气上升，通过干燥室，经干燥室内的除雾器除去废气中的水汽；
(4)经干燥室干燥后的废气上升进入辐射室，废气中有机污染物在微波辐射作用下分解，微波功率为8kw；
辐射室内的微波激发无极灯管发出紫外光，紫外光与废气在催化网板表面发生催化反应，进一步降解废气中的有机污染物；
辐射室内设有冷却盘管，冷却盘管内的冷却介质吸收微波辐射和光辐射产生的热量，冷却预排出的气体，吸收热量后的冷却介质通过换热器加热预布入催化氧化室的吸收液，使吸收液的温度为70℃；
净化后的气体继续上升，从出气口排出，测得出气的Tvocs＝21mg/m3。
实施例2
实施例1所述的废气处理装置，其余部分不变，一下部分发生改变：
(1)催化剂床层内装有疏松的填料和负载型催化剂。
(2)干燥室上方的辐射室内设有紫外光辐射装置。紫外光辐射装置包括抽屉式间隔层叠设置的紫外灯管和催化网板，紫外灯管和催化网板一体式设置，组成紫外催化反应器，直接安装在辐射室内。催化网板为表面涂覆有光催化剂的氧化钛网板。
(3)落水槽底部设置刮泥板，落水槽出口处设置滤网。
采用上述废气处理装置对废气进行处理。
实施例1所述的废气，经过以下处理：
在实施例所述步骤的基础上，去除步骤(1)，废气直接进入塔式反应器，在催化氧化区被氧化，处理后的吸收液落入落水槽，沉积在底部的不溶物被刮泥板除去，残余的不溶物被落水槽出口出的滤网拦截。
催化氧化区的催化剂床层中，填料为聚四氟乙烯塑料空心球和/或无规则形状的空心填料，填料和催化剂的填装体积比为1∶50。催化剂为分子筛做载体、贵金属和过渡金属为活性物质的固载型催化剂，活性物质为Co、Fe、Ce、La的氧化物，负载量为5％。
吸收液中的氧化剂为双氧水，氧化剂的含量为7％。塔式反应器中废气的流速为1m/s，催化氧化室内气液比为20∶1。
辐射室内，紫外光的功率为800w，辐射室四周布有冷却盘管。
经检测，出口的气体温度为25℃，其中的Tvocs＝41mg/m3。
实施例3
实施例1所述的废气处理装置，其余部分不变，干燥室上方的辐射室内只设微波辐射装置。
采用上述废气处理装置对废气进行处理。
实施例1所述的废气，经过以下处理：
吸收液中的氧化剂为高锰酸钾，氧化剂的含量为5％。塔式反应器中废气的流速为1m/s，催化氧化室内气液比为20∶1。
辐射室内，微波功率为10kw，辐射室四周布有冷却盘管。
经检测，出口的气体温度为25℃，其中的Tvocs＝35mg/m3。

Claims (10)

1.一种废气处理装置，包括塔式反应器，其特征在于，所述塔式反应器内由下而上设置有依次相连的落水槽、催化氧化室、干燥室和辐射室；
所述催化氧化室上部设有布水器，下部设有进气口，布水器与进气口之间布设有催化剂床层；
所述落水槽通过吸收液循环管道和输送装置与布水器相连；
所述干燥室连接在催化氧化室与辐射室之间；
所述辐射室内设置有微波辐射装置和/或紫外光辐射装置，辐射室上部设有出气口。
2.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，催化氧化室中填装的催化剂是负载型催化剂，所述的负载型催化剂的载体为活性炭和/或分子筛，负载型催化剂的活性成分为过渡金属和/或贵金属的化合物。
3.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，还包括吸收液中转槽，通过循环管道和输送装置连接在落水槽与布水器之间，吸收液中转槽上开设有加药口。
4.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述的辐射室内设有冷却系统，冷却系统通过换热器与吸收液交换热量。
5.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述的辐射室内设有紫外光辐射装置和/或微波辐射装置，紫外光辐射装置包括抽屉式间隔层叠设置的紫外灯管和催化网板。
6.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述的辐射室内设有微波辐射装置和紫外辐射装置，所述的紫外辐射装置中的灯管为无极灯管。
7.一种采用权利要求1～6任一项所述废气处理装置的废气处理方法，其特征在于，包括：
(1)从进气口将废气通入塔式反应器内，自下而上流动；废气流经催化氧化区，与布水器布入的吸收液在催化剂床层内催化剂的表面接触发生催化氧化反应，除去废气中部分污染物；吸收液落入落水槽内通过循环管道和输送装置循环布水；
(2)经催化氧化后的废气进入干燥室进行干燥；
(3)干燥后的废气进入辐射室，在紫外光和/或微波的辐射下进一步催化降解废气中的污染物，净化后的气体经出气口排出。
8.根据权利要求7所述的废气处理方法，其特征在于，吸收液中含有氧化剂，吸收液中氧化剂的质量浓度为2～20％，氧化剂为双氧水、次氯酸钠、高锰酸钾、过一硫酸、过硫酸钾中的一种或几种。
9.根据权利要求7所述的废气处理方法，其特征在于，塔式反应器内废气的流速为0.5～3m/s，催化氧化室内气液比为1～50∶1。
10.根据权利要求7所述的废气处理方法，其特征在于，吸收液在布入催化氧化室之前通过换热器与辐射室进行换热，吸收液在布入催化氧化室之前的温度为20～90℃。
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