CN107261764A - VOCs治理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种VOCs治理装置。所述VOCs治理装置包括酸洗塔、碱洗塔及水洗塔，所述酸洗塔包括设于其底部的第一超声波雾化器及设于其顶部的第一喷淋装置，所述碱洗塔包括设于其底部的第二超声波雾化器及设于其顶部的第二喷淋装置，所述水洗塔包括设于其顶部的第三喷淋装置，所述酸洗塔的排气口与所述碱洗塔的进气口连通，所述碱洗塔的排气口与所述水洗塔的进气口连通，所述水洗塔的排气口与大气连通。本发明提供的VOCs治理装置，成本低，VOCs处理效率高。基于VOCs治理装置，本发明还提供一种VOCs治理方法。

Description

VOCs治理装置及方法
【技术领域】
本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种VOCs治理装置及方法。
【背景技术】
VOCs(volatile organic compounds，挥发性有机化合物)是指在常温下，沸点50℃-260℃的各种有机化合物，按化学结构分可进一步分为：烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他。目前已鉴定出的有300多种，最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(TDI)、二异氰甲苯酯等。
2010年我国工业源VOCs排放量约为1335.6万吨，其中VOCs的生产环节排放VOCs约为263.0万吨，油品和溶剂储存和运输行业排放了129.5万吨VOCs污染物，以VOCs为原料的工艺过程排放量为176.9万吨，含VOCs产品的使用和排放环节则排放766.63万吨；且石油炼制、建筑装饰、机械设备制造与印刷是VOCs排放量靠前的四大行业，分别占比17％、16％、11％和7％。预测2020年该四类行业排放量占比将进一步加大，2020年我国VOCs排放量将达到1785.31万吨。假设VOCs气体密度均为0.8g/L，保守估测VOCs工业园区潜在治理市场空间将达到400-600亿元，其中石油炼制行业所占市场空间最大，近200亿元，机械设备制造和印刷市场空间也达到100亿元。截至目前，VOCs治理行业已发生空间约为50亿元，主要集中在石油化工业以及印刷行业。到2020年VOCs治理行业的剩余市场空间约为500亿元，具有相当大的增长潜力。
传统末端处理技术包含两类，第一类是非破坏性方法，即采用物理方法将VOCs回收；第二类是通过生化反应将VOCs氧化分解为无毒或低毒物质的破坏性方法。传统的VOCs处理技术包括冷凝法、吸附法、吸收法和燃烧法；新型VOCs处理技术包括生物法、膜技术、光催化降解和等离子技术。
其中液体吸收法作为一种经济、维护简单的治理方法受到广大用户的喜爱，通常是通过用液体石油类物质、表面活性剂和水的混合物作为吸收液，对VOCs进行喷淋吸收处理，其原理是相似相容的作用；然而该方法存在处理效率低，处理后的废气不能达标排放，还需要进行再治理等问题。
因此，需要开发一种成本低，处理效率高的工业VOCs治理技术。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种成本低、处理效率高的VOCs治理装置。
本发明的技术方案是：
一种VOCs治理装置，包括酸洗塔、碱洗塔及水洗塔，所述酸洗塔包括设于其底部的第一超声波雾化器及设于其顶部的第一喷淋装置，所述碱洗塔包括设于其底部的第二超声波雾化器及设于其顶部的第二喷淋装置，所述水洗塔包括设于其顶部的第三喷淋装置，所述酸洗塔的排气口与所述碱洗塔的进气口连通，所述碱洗塔的排气口与所述水洗塔的进气口连通，所述水洗塔的排气口与大气连通。
本发明还提供一种VOCs治理方法。所述VOCs治理方法，包括如下步骤：
步骤S1：将含有VOCs的废气引入酸洗塔内，采用第一超声波雾化器将所述酸洗塔内的酸洗液雾化，雾化酸洗液与废气混合，设于所述酸洗塔顶部的第一喷淋装置对所述酸洗塔内的废气进行雾化喷淋，酸洗处理后的废气排至碱洗塔内；
步骤S2：采用第二超声波雾化器将所述碱洗塔内的碱洗液雾化，雾化碱洗液与进入碱洗塔的废气混合，设于所述碱洗塔顶部的第二喷淋装置对所述碱洗塔内的废气进行雾化喷淋，碱洗处理后的废气排至水洗塔内；
步骤S3：设于所述水洗塔顶部的第三喷淋装置对进入所述水洗塔内的废气进行水喷淋，水洗处理后的废气经烟囱排入大气。
优选的，所述酸洗液为柴油、浓度为75％的硫酸、浓度为30％的过氧化氢和水的混合物。
优选的，所述柴油、硫酸、过氧化氢和水的混合质量比为5:1:1:3。
优选的，所述碱洗液为柴油、浓度为80％的氢氧化钠溶液、浓度为30％的过氧化氢和水的混合物。
优选的，所述柴油、氢氧化钠、过氧化氢和水的混合质量比为6:1:1:2。
优选的，所述第一喷淋装置的喷淋流量为1-2.5L/h；所述第二喷淋装置的喷淋流量为1-2.5L/h；所述第三喷淋装置的喷淋流量为1.5-3L/h。
优选的，所述第一超声波雾化器的雾化量为300mL/h；所述第二超声波雾化器的雾化量为300mL/h。
与相关技术相比，本发明提供的VOCs治理装置及方法，有益效果在于：
一、本发明提供的VOCs治理方法采用酸洗塔-碱洗塔-水洗塔联合处理VOCs废气，其中所述酸洗塔和所述碱洗塔内分别采用超声波雾化和喷淋联用方式强化气液两相吸收，将VOCs的大分子物质溶于酸洗液和碱洗液中，所述水洗塔内采用水洗喷淋方式净化废气中的酸碱性物质，保证净化后的废气不产生二次污染，VOCs处理效率高。
二、所述酸洗液和所述碱洗液以柴油为主要成分，VOCs与柴油相似相溶且接触充分，吸收效果好，在酸性和碱性条件下，加入过氧化氢，过氧化氢属于强氧化性物质，可迅速发生氧化还原反应，产生大量的羟基自由基，与VOCs的小分子物质发生反应，分解为二氧化碳和水，进一步提高VOCs处理效率。
三、本发明提供的VOCs治理方法，巧妙地利用超声波雾化、液相喷淋、强酸氧化、强碱氧化、相似相溶的手段，将VOCs由气相转移至液相，同时将部分小分子物质转变为二氧化碳和水，整个反应过程简单、操作性强、大大提高了治理效率；且本发明的工艺流程、工艺参数和设备容易实现、具有良好的经济环境效益。
【附图说明】
图1为本发明提供的VOCs治理装置的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1，为本发明提供的VOCs治理装置的结构示意图。所述VOCs治理装置100包括酸洗塔1、第一超声波雾化器2、第一循环泵3、第一喷淋装置4、碱洗塔5、第二超声波雾化器6、第二循环泵7、第二喷淋装置8、水洗塔9、第三循环泵10、第三喷淋装置11、烟囱12。
所述酸洗塔1包括设于其底部的第一进气口101和设于其顶部的第一排气口102，使含有VOCs的废气由所述酸洗塔1的底部进入，经酸洗处理后由其顶部排出。优选的，所述第一进气口101设置位置略高于所述酸洗塔1内的酸洗液的液位，使进入所述酸洗塔1内的废气先与酸洗液混合。
所述第一超声波雾化器2设于所述酸洗塔1的底部，位于酸洗液中，用于将酸洗液进行超声波雾化处理，形成雾相，雾相酸洗液能增加与废气的接触面积，而提高对VOCs的吸收。
所述第一循环泵3与所述酸洗塔1的底部连通，且所述第一循环泵3的出口与所述第一喷淋装置4连通，用于向所述第一喷淋装置4输送酸洗液。所述第一喷淋装置4设于所述酸洗塔1内的顶部，并位于酸洗液上方。
所述碱洗塔5包括设于其底部的第二进气口501和设于其顶部的第二排气口502，所述第二进气口501与所述第一排气口102连通，用于将所述酸洗塔1内酸洗处理后的废气排至所述碱洗塔5内进行碱洗处理。所述碱洗塔5的结构与所述酸洗塔1相似。
所述第二超声波雾化器6设于所述碱洗塔5的底部，位于碱洗液中，用于将碱洗液进行超声波雾化处理，形成雾相，雾相碱洗液直接与酸洗后的废气直接接触。
所述第二循环泵7与所述碱洗塔5的底部连通，且所述第二循环泵7的出口与所述第二喷淋装置8连通，用于向所述第二喷淋装置8输送碱洗液。所述第二喷淋装置8设于所述碱洗塔5内的顶部，并位于碱洗液上方。
所述水洗塔9包括设于其底部的第三进气口901和设于其顶部的第三排气口902，所述第三进气口901与所述第二排气口502连通，用于将所述碱洗塔5内碱洗处理后的废气排至所述水洗塔9内进行水洗喷淋处理。所述第三排气口902与所述烟囱12连通。
所述第三循环泵10与所述酸洗塔1的底部连通，且所述第三循环泵10的出口与所述第三喷淋装置11连通，用于向所述第三喷淋装置11输送水洗液。所述第三喷淋装置11设于所述水洗塔9内的顶部，并位于水洗液上方。
基于所述VOCs治理装置100，本发明还提供一种VOCs治理方法。
所述VOCs治理方法，包括如下步骤：
步骤S1：将含有VOCs的废气引入酸洗塔内，采用第一超声波雾化器将所述酸洗塔内的酸洗液雾化，雾化酸洗液与废气混合，设于所述酸洗塔顶部的第一喷淋装置对所述酸洗塔内的废气进行雾化喷淋，酸洗处理后的废气排至碱洗塔内；
具体的，所述酸洗液为有机混合物，其为柴油、硫酸、过氧化氢和水的混合物，其中硫酸的浓度为75％，过氧化氢的浓度为30％，优选的，所述柴油、硫酸、过氧化氢和水的混合质量比为5:1:1:3；
所述第一超声波雾化器2将所述酸洗液进行超声波雾化处理，其雾化量优选为300mL/h；
含VOCs的工业废气由所述第一进气口101进入所述酸洗塔1内，与雾化后的酸洗液接触，使废气混合与雾化酸洗液内。在酸性条件下，过氧化氢属于强氧化性物质，可迅速发生氧化还原反应，产生大量的羟基自由基，与VOCs的小分子物质发生反应，分解为二氧化碳和水；未被吸收的废气向上流动；
所述第一循环泵3将所述酸洗塔1内的酸洗液泵送至所述第一喷淋装置4，所述第一喷淋装置4为雾化喷淋，与废气的流动方向呈逆流运动，吸收工业废气中的VOCs大分子物质。其中，所述第一喷淋装置4的喷淋量为1-2.5L/h。
经酸洗处理后的废气由所述第一排气口102排出，进入所述碱洗塔5内。
步骤S2：采用第二超声波雾化器将所述碱洗塔内的碱洗液雾化，雾化碱洗液与进入碱洗塔的废气混合，设于所述碱洗塔顶部的第二喷淋装置对所述碱洗塔内的废气进行雾化喷淋，碱洗处理后的废气排至水洗塔内；
具体的，所述碱洗液为有机混合物，其为柴油、氢氧化钠、过氧化氢和水的混合物，其中氢氧化钠的浓度为80％，过氧化氢的浓度为30％，优选的，所述柴油、硫酸、过氧化氢和水的混合质量比为6:1:1:2；
所述第二超声波雾化器6将所述碱洗液进行超声波雾化处理，其雾化量优选为300mL/h；
经酸洗处理后的废气由所述第二进气口501进入所述碱洗塔5内，与雾化后的碱洗液接触，使废气混合与雾化碱洗液中。在碱性条件下，过氧化氢属于强氧化性物质，可迅速发生氧化还原反应，产生大量的羟基自由基，进一步与VOCs的小分子物质发生反应，分解为二氧化碳和水；未被吸收的废气向上流动；
所述第二循环泵7将所述碱洗塔5内的碱洗液泵送至所述第二喷淋装置8，所述第二喷淋装置8为雾化喷淋，与废气的流动方向呈逆流运动，进一步吸收工业废气中的VOCs大分子物质。其中，所述第二喷淋装置8的喷淋量为1-2.5L/h。
经碱洗处理后的废气由所述第二排气口502排出，进入所述水洗塔9内。
步骤S3：设于所述水洗塔顶部的第三喷淋装置对进入所述水洗塔内的废气进行水喷淋，水洗处理后的废气经烟囱排入大气。
具体的，所述水洗塔9内的吸收液为循环水，经碱洗处理后的废气由所述第三进气口901进入所述水洗塔内；所述第三循环泵10将所述循环液泵送至所述第三喷淋装置11，所述第三喷淋装置11与废气的流动方向呈逆流运动，吸收废气中的酸碱性物质，保证精华后的废气不产生二次污染。其中，所述第三喷淋装置11的喷淋量为1.5-3L/h。
经水洗处理后的气流经所述第三排气扣902后排至所述烟囱12，并排至大气中。
采用所述VOCs治理装置及方法应用于工业废气处理，应用实施例如下：
将TVOCs浓度为2500mg/m3、流速为500mL/min的废气(主要成分为苯和二甲苯)引入所述酸洗塔1内，所述第一超声波雾化器2对所述酸洗液进行超声波雾化处理，其雾化量为300mL/h，所述酸洗液为柴油、浓度为75％的硫酸、浓度为30％的过氧化氢和水的混合物，其中柴油、硫酸、过氧化氢和水的混合质量比为5:1:1:3；所述第一喷淋装置4向废气进行雾化喷淋，喷淋量为1.75L/h，经酸化处理的废气由所述酸洗塔1的顶部排至所述碱洗塔5内；
经酸化处理后的废气进入所述碱洗塔5中，所述第二超声波雾化器6对所述碱洗液进行超声波雾化处理，其雾化量为300mL/h；所述碱洗液为柴油、浓度为80％的氢氧化钠溶液、浓度为30％的过氧化氢和水的混合物，其中柴油、氢氧化钠溶液、过氧化氢和水的混合质量比6:1:1:2；所述第二喷淋装置8向废气进行雾化喷淋，喷淋量为1.75L/h，经酸洗处理后的废气由所述碱洗塔5的顶部排至所述水洗塔9内；
经碱洗处理后的废气进入所述水洗塔9内，所述第三喷淋装置11向废气进行水喷淋，其喷淋量为2.25L/h，经水洗处理后的废气由所述水洗塔9的顶部排出，然后经所述烟囱12排入大气。
在烟囱出口检测处理后的废气，结果显示TVOCs浓度为143mg/m3，计算净化效率为94.28％。
与相关技术相比，本发明提供的VOCs治理装置及方法，有益效果在于：
一、本发明提供的VOCs治理方法采用酸洗塔-碱洗塔-水洗塔联合处理VOCs废气，其中所述酸洗塔和所述碱洗塔内分别采用超声波雾化和喷淋联用方式强化气液两相吸收，将VOCs的大分子物质溶于酸洗液和碱洗液中，所述水洗塔内采用水洗喷淋方式净化废气中的酸碱性物质，保证净化后的废气不产生二次污染，VOCs处理效率高。
二、所述酸洗液和所述碱洗液以柴油为主要成分，VOCs与柴油相似相溶且接触充分，吸收效果好，在酸性和碱性条件下，加入过氧化氢，过氧化氢属于强氧化性物质，可迅速发生氧化还原反应，产生大量的羟基自由基，与VOCs的小分子物质发生反应，分解为二氧化碳和水，进一步提高VOCs处理效率。
三、本发明提供的VOCs治理方法，巧妙地利用超声波雾化、液相喷淋、强酸氧化、强碱氧化、相似相溶的手段，将VOCs由气相转移至液相，同时将部分小分子物质转变为二氧化碳和水，整个反应过程简单、操作性强、大大提高了治理效率，VOCs净化效率高于94％；且本发明的工艺流程、工艺参数和设备容易实现、具有良好的经济环境效益。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种VOCs治理装置，其特征在于，包括酸洗塔、碱洗塔及水洗塔，所述酸洗塔包括设于其底部的第一超声波雾化器及设于其顶部的第一喷淋装置，所述碱洗塔包括设于其底部的第二超声波雾化器及设于其顶部的第二喷淋装置，所述水洗塔包括设于其顶部的第三喷淋装置，所述酸洗塔的排气口与所述碱洗塔的进气口连通，所述碱洗塔的排气口与所述水洗塔的进气口连通，所述水洗塔的排气口与大气连通。
2.一种VOCs治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将含有VOCs的废气引入酸洗塔内，采用第一超声波雾化器将所述酸洗塔内的酸洗液雾化，雾化酸洗液与废气混合，设于所述酸洗塔顶部的第一喷淋装置对所述酸洗塔内的废气进行雾化喷淋，酸洗处理后的废气排至碱洗塔内；
步骤S2：采用第二超声波雾化器将所述碱洗塔内的碱洗液雾化，雾化碱洗液与进入碱洗塔的废气混合，设于所述碱洗塔顶部的第二喷淋装置对所述碱洗塔内的废气进行雾化喷淋，碱洗处理后的废气排至水洗塔内；
步骤S3：设于所述水洗塔顶部的第三喷淋装置对进入所述水洗塔内的废气进行水喷淋，水洗处理后的废气经烟囱排入大气。
3.根据权利要求2所述的VOCs治理方法，其特征在于，所述酸洗液为柴油、浓度为75％的硫酸、浓度为30％的过氧化氢和水的混合物。
4.根据权利要求3所述的VOCs治理方法，其特征在于，所述柴油、硫酸、过氧化氢和水的混合质量比为5:1:1:3。
5.根据权利要求2所述的VOCs治理方法，其特征在于，所述碱洗液为柴油、浓度为80％的氢氧化钠溶液、浓度为30％的过氧化氢和水的混合物。
6.根据权利要求5所述的VOCs治理方法，其特征在于，所述柴油、氢氧化钠、过氧化氢和水的混合质量比为6:1:1:2。
7.根据权利要求2所述的VOCs治理方法，其特征在于，所述第一喷淋装置的喷淋流量为1-2.5L/h；所述第二喷淋装置的喷淋流量为1-2.5L/h；所述第三喷淋装置的喷淋流量为1.5-3L/h。
8.根据权利要求2所述的VOCs治理方法，其特征在于，所述第一超声波雾化器的雾化量为300mL/h；所述第二超声波雾化器的雾化量为300mL/h。
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