CN107497266A - 一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统 - Google Patents

一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于废气净化领域,具体涉及一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统;来自排放源的含VOCs废气经除尘冷却后,采用臭氧在烟道中预先氧化一部分VOCs,微波活化可磁性分离催化剂在微波喷淋反应器中活化过氧化物产生羟基和硫酸根自由基,然后将余下的VOCs以及预氧化产生的中间体最终转化为包含可磁性分离催化剂﹑H2O﹑CO2和固体残渣的气液固混合物,气液固混合物进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收再生,混合溶液中的H2O和CO2在固体残渣分离塔中经过离心分离后直接排放,而固体残渣进入干燥塔干燥后用于可资源化利用,该系统能够实现VOCs的100%脱除,且脱除过程无二次污染,具有广阔的市场应用前景。

Description

一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及 系统
技术领域
[0001] 本发明属于废气净化领域,具体涉及一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的 VOCs脱除方法及系统。
背景技术
[0002] VOCs是挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)的英文缩写。VOCs通过 呼吸道和皮肤进入人体后,能给人的呼吸、血液、肝脏等器官造成暂时性和永久性病变(例 如会引发各种血液病和癌症)。垃圾焚烧和工业生产中会产生各种有机物废气,主要包括各 种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等,这些有机废气会造成大气污染,危害人体健康。随 着经济的快速发展和人们环保意识的提高,废气中VOCs脱除问题越来越受到人们的关注。 同时国家也制定了相应的法律法规对VOCs的排量作了严格的限制。研究开发VOCs的高效脱 除技术已成为世界各国关注的热点问题。
[0003] 国内外研究人员对废气中VOCs脱除问题作了大量的研究并开发了多种VOCs脱除 方法。按照脱除的基本原理,废气中VOCs的脱除方法主要包括催化燃烧法、吸附法、冷凝回 收法、直接燃烧法、等离子体降解法和吸收法等。催化燃烧法是把废气加热经催化燃烧转化 成无害无臭的二氧化碳和水,这种方法起燃温度低、节能、净化率高、操作方便、占地面积 少、适用于高温或高浓度的有机废气,但催化剂容易中毒失活,稳定性差。活性炭吸附法脱 除效率可达95%,设备简单、投资小,但活性炭更换频繁,增加了装卸、运输、更换等工作程 序,导致运行费用增加。直接燃烧法是利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧,将混合气体加热, 使有害物质在高温作用下分解为无害物质。该方法工艺简单、投资小,适用于高浓度、小风 量的废气,但对安全技术、操作要求较高。等离子体降解法具有工艺简单、运行方便、污染物 降解彻底等优点,但是等离子体反应器的高能耗和关键装置的稳定可靠性还有待提高。冷 凝回收法适用于有机废气浓度高、温度低、风量小的工况,需要附属冷冻设备,主要应用于 制药、化工行业,而印刷企业较少采用,应用范围受到局限。吸收法常用的是物理吸收,即将 废气引入吸收液净化,待吸收液饱和后经加热、解析、冷凝回收。这种方法适用于大气量、低 温度、低浓度的废气,但需配备加热解析回收装置,设备体积大、投资较高。因此,到目前为 止,尽管有多种VOCs脱除技术被开发和利用,但每一种技术几乎都有应用范围的限制和有 诸多缺点。因此,继续开发更加经济有效的VOCs脱除技术具有重要的现实意义。
[0004]
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷,提供一种微波活化 过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统。
[0005] —种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除系统,所述系统包括除尘器、 冷却器、催化剂磁力分离塔、臭氧发生器、微波喷淋反应器、烟道和风机;其中,所述除尘器、 冷却器、微波喷淋反应器和风机通过烟道依次串联,臭氧发生器位于冷却器与微波喷淋反 应器中间,通过烟道连接;所述的微波喷淋反应器包括雾化喷嘴、微波发射器、微波喷淋反 应区、鼓泡器、烟气入口、烟气出口、补充溶液入口、反应溶液出口、溶液储存区、溶液出口、 循环栗、除雾器、溶液栗以及溶液/催化剂补充塔;所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷 嘴构成的喷淋层组成,所述雾化喷嘴与微波发射器依次间隔布置;所述溶液储存区位于微 波喷淋反应器的底部,溶液储存区设置有鼓泡器和溶液出口,所述烟气入口与鼓泡器连通; 所述溶液出口通过循环栗与雾化喷嘴连通;所述微波喷淋反应器的底部设有补充溶液入 口,所述补充溶液入口与通过溶液栗与溶液/催化剂补充塔连通;所述微波喷淋反应器的顶 部还设置有除雾器,所述除雾器的顶面上设置有烟气出口;所述反应溶液出口与催化剂磁 力分离塔连接。
[0006] 所述系统还包括后处理系统,所述后处理系统包括固体残渣分离塔和干燥塔;所 述固体残渣分离塔和干燥塔依次串联,所述固体残渣分离塔另一端与催化剂磁力分离塔连 接。
[0007] 所述除尘器与冷却器之间的烟道上设置有烟气余热利用系统,利用烟气的余热为 干燥塔提供热量。
[0008] 所述臭氧发生器与微波喷淋反应器的距离为0.3m-12m之间。
[0009] 所述微波喷淋反应器的横向截面为圆形或矩形,微波喷淋反应器的最佳高度H在 0.2m_25m之间。
[0010] 当微波喷淋反应器横向截面为圆形时,所述雾化喷嘴与微波发射器采用依次相邻 的同心圆布置;雾化喷嘴与微波发射器间隔交叉布置在中心线上,且相邻两条中心线之间 的夹角η位于15度-40度之间;相邻两个雾化喷嘴之间的间距与相邻两个微波发射器之间的 间距相同为f,f的最佳间距位于0. lm-2.5m之间;所述微波发射器位于同心圆最外层,微波 发射器与微波喷淋反应器壁面的间距为〇.5f。
[0011] 微波喷淋反应器横向截面为矩形时,所述雾化喷嘴与微波发射器依次间隔布置; 所述微波反射器之间的间距为g,雾化喷嘴之间的间距的最佳间距为2g,g位于0. lm-2.5m之 间;所述微波发射器与微波喷淋反应器壁面的间距为〇. 5g。
[0012] 本发明还提供一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法,所述方法 基于上述系统完成,具体按照如下步骤进行:
[0013] (1)来自排放源的含VOCs废气经除尘冷却后,利用臭氧在烟道中预先氧化一部分 VOCs;然后进入微波喷淋反应器;
[0014] (2)微波喷淋反应器中,来自微波发射器的微波激发来自雾化喷嘴的可磁性分离 催化剂,活化来自雾化喷嘴的过氧化物溶液产生羟基和硫酸根自由基,然后将余下的VOCs 以及预氧化产生的中间体最终转化为包含可磁性分离催化剂、H2O XO2和固体残渣的气液固 混合物;
[0015] (3)气液固混合物进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收再生,混合溶液中 的H2O和CO2在固体残渣分离塔中经过离心分离后直接排放,而固体残渣进入干燥塔干燥后 用于可资源化利用。
[0016] 所述臭氧的最佳投加浓度在40ppm-2000ppm之间。
[0017] 所述微波喷淋反应器内的温度应控制在20-85Γ。
[0018] 所述过氧化物溶液与烟气的有效液气比为2-25L/m3,过氧化物溶液的有效浓度为 0.02mol/L-2.5mol/L 之间,溶液的 pH 位于 0.2-10.1 之间。
[0019] 雾化喷嘴喷出的雾化液滴粒径不大于80微米,微波喷淋反应器内的微波辐射功率 密度为50W/m3-2500W/m3 (微波辐射功率密度是指微波喷淋反应器内微波的输出功率与反应 器空塔体积的比值,单位为瓦/立方米)。
[0020] 所述可磁性分离催化剂的投加量按照微波喷淋反应器体积的每立方米投加0.2-9kg,烟气中VOCs的含量分别不高于3000mg/m3,其中所述的可磁性分离催化剂包括CoFe2〇4、 CuFe2〇4、MnFe2〇4中的一种或两种以上之间重新组合形成的复合催化剂。
[0021] 所述的过氧化物是双氧水、过硫酸铵、过一硫酸氢钾复合盐、过硫酸钠和过硫酸钾 中的一种或两种以上的混合。
[0022] 所述的VOCs (挥发性有机化合物)包括垃圾焚烧和工业生产中产生的各种有机物 废气,包括各种被划分为VOCs的烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类中的一种或多种的混合 物。
[0023] 本发明系统的反应过程基本原理:
[0024] (1)在烟道中投加臭氧后会发生如下(1)的氧化反应,即废气中的部分VOCs会被氧 化为有机中间体(Intermediates):
[0025] a · 〇3+bVOCs^cIntermediates (I)
[0026] (2)微波(Mff)激发可磁性分离催化剂(Catalyst)可有效催化分解过氧化物和臭氧 产生高活性的硫酸根自由基和羟基自由基。烟道注入的臭氧与双氧水也可以引发链式反应 产生羟基自由基。具体反应过程可用如下方程(2)-⑶表示。如下图1所示,我们采用电子自 旋共振光普仪(ESR技术)成功测定到了脱除的系统中产生的硫酸根自由基和羟基自由基, 从而证实了以上所述的基本原理。
Figure CN107497266AD00061
[0035] (3)产生的强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基可将废气中的VOCs氧化为二氧 化碳、水和固体残渣(主要是有机残炭),如下反应(10) - (11)所示:
[0036] a°OH+bVOCs^cC〇2+dH2〇+eSolid residue (10)
[0037] aSO—4 · +bVOCs—cC〇2+dH2〇+eSolid residue (11)
[0038] (4)反应产生的包含可磁性分离催化剂、H2OXO2和固体残渣的气液固混合物进入 催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收再生。混合溶液中的H2O和CO2在固体残渣分离塔经 过离心分离后直接排放,而固体残渣进入干燥塔后利用废气余热利用系统干燥后用于可资 源化利用(例如含碳固体残渣与秸杆/煤炭混合后作为燃料用于燃烧发电)。该系统能够实 现VOCs的100%脱除,且脱除过程无二次污染,具有广阔的市场应用前景。
[0039] 本发明的优点及显著效果:
[0040] (1)与现有技术中利用吸附、冷凝和膜分离相结合的VOCs脱除方法及工艺相比较, 该方法工艺复杂,应用成本高,尤其是尾部的膜分离技术不稳定,难以工业应用,而本发明 提出的工艺相对简单,设备成熟可靠,具有良好的市场开发和应用前景。
[0041] (2)与现有技术中基于吸附、脱附、精馏和渗透汽化分离的VOCs脱除方法和工艺相 比较,该方法同样具有工艺复杂和应用成本高等不足,难以实现工业应用,而本发明提出的 工艺相对更加简单可靠,具有更好的开发前景。
[0042] ⑶与现有技术中臭氧联合光激发过氧化物的VOCs净化系统相比较,该专利由发 明人团队提出,与本发明最大的区别在于该专利均采用了紫外光作为激发源。众所周知,紫 外光在水中的穿透距离极短。有相关报道表明,即使是在纯净水中,254nm短波紫外光的有 效传播距离也仅有几厘米,这会导致反应装置难以大型化。此外,实际燃煤废气中存在颗粒 物等杂质会严重阻碍紫外光的传递,进而影响光化学脱除系统的安全高效运行。因此,以上 不足严重制约了光化学脱除系统的工业应用。本发明所述微波活化脱除系统能够有效克服 以上所述的技术难题。与紫外光不同的是,微波能够有效穿透固体和液体,且微波在溶液中 的穿透距离比紫外光长的多(与微波炉加热食物原理相似)。此外,微波技术在工业和日常 生活中已经获得大规模应用,具有很好的工程使用和实践经验。因此,微波活化自由基系统 比紫外光活化系统具有高得多的工业化应用前景。本发明所述的系统能实现VOCs的100% 脱除,具有广阔的市场开发和应用前景。
附图说明
[0043] 图1是微波激发可磁性分离催化剂催化分解过氧化物系统中的自由基测定:(a)过 一硫酸氢钾复合盐,(b)双氧水,(c)过硫酸盐;光谱峰代表硫酸根自由基和羟基自由基。
[0044] 图2是本发明系统的工艺流程图;
[0045] 图3是微波喷淋反应器结构图;
[0046] 图4是微波喷淋反应器中雾化喷嘴与微波发射器的圆形截面布置图。
[0047] 图5是微波喷淋反应器中雾化喷嘴和与微波发射器的矩形截面布置图。
[0048] 1 -排放源,2-烟道,3-除尘器,4-冷却器,5-臭氧发生器,6-微波喷淋反应器,7-风 机,8-烟囱,9-催化剂磁力分离塔,10-固体残渣分离塔,11-干燥塔;
[0049] 其中,601-溶液栗,602-溶液/催化剂补充塔,603-雾化喷嘴,604-微波喷淋反应器 壁面,605-微波发射器,606-补充溶液入口,607-烟气入口,608-溶液储存区,609-鼓泡器, 610-循环栗,611 -除雾器,612-烟气出口,613-反应溶液出口,614-溶液出口。
[0050] 其中,a-微波发射器布置线,b-雾化喷嘴布置线。
具体实施方式
[0051] 下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明,以便本领域技术人员更好的理 解本发明的技术方案。
[0052] 所述的一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除系统。来自排放源的含 VOCs废气经除尘冷却后,采用臭氧在烟道中预先氧化一部分VOCs。微波活化可磁性分离催 化剂在微波喷淋反应器中活化过氧化物产生羟基和硫酸根自由基,然后将余下的VOCs以及 预氧化产生的中间体最终转化为包含可磁性分离催化剂、H2O XO2和固体残渣的气液固混合 物。气液固混合物进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收再生。混合溶液中的H2O和CO2 在固体残渣分离塔中经过离心分离后直接排放,而固体残渣进入干燥塔后利用废气余热利 用系统干燥后用于可资源化利用。该系统能够实现VOCs的100%脱除,且脱除过程无二次污 染,具有广阔的市场应用前景。
[0053] 实施例1:
[0054] 如图2和3所示,一种微波活化过硫酸盐喷淋诱导自由基的硫化氢脱除系统;所述 系统包括除尘器3、冷却器4、催化剂磁力分离塔9、臭氧发生器5、微波喷淋反应器6、烟道2和 风机7;其中,所述除尘器3、冷却器4、微波喷淋反应器6和风机7通过烟道2依次串联,臭氧发 生器5位于冷却器4与微波喷淋反应器6中间,通过烟道2连接;所述的微波喷淋反应器6包括 雾化喷嘴603、微波发射器605、微波喷淋反应区、鼓泡器609、烟气入口 607、烟气出口 612、补 充溶液入口 606、反应溶液出口 613、溶液储存区608、溶液出口 614、循环栗610、除雾器611、 溶液栗601以及溶液/催化剂补充塔602;所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴603构成 的喷淋层和微波发射器605组成,所述雾化喷嘴603与微波发射器605依次间隔布置;所述溶 液储存区608位于微波喷淋反应器6的底部,溶液储存区608设置有鼓泡器609和溶液出口 614,所述烟气入口 607与鼓泡器609连通;所述溶液出口 614通过循环栗610与雾化喷嘴603 连通;所述微波喷淋反应器6的底部设有补充溶液入口 606,所述补充溶液入口 606与通过溶 液栗601与溶液/催化剂补充塔602连通;所述微波喷淋反应器6的顶部还设置有除雾器611, 所述除雾器611的顶面上设置有烟气出口 612;所述反应溶液出口 613与催化剂磁力分离塔9 连接。
[0055] 所述系统还包括后处理系统,所述后处理系统包括固体残渣分离塔10和干燥塔 11;所述固体残渣分离塔10和干燥塔11依次串联,所述固体残渣分离塔10还与催化剂磁力 分离塔9连接;所述除尘器3与冷却器4之间的烟道2上设置有烟气余热利用系统12,利用烟 气的余热为干燥塔11提供热量。
[0056] 所述臭氧发生器5与微波喷淋反应器6的距离为0.3m-12m之间。
[0057] 所述微波喷淋反应器6的横向截面为圆形或矩形,微波喷淋反应器6的最佳高度H 在0.2m-25m之间。
[0058] 如图4所示,当微波喷淋反应器6横向截面为圆形时,所述雾化喷嘴60)与微波发射 器605采用依次相邻的同心圆布置;雾化喷嘴603与微波发射器605间隔交叉布置在中心线 上,且相邻两条中心线之间的夹角η位于15度-40度之间;相邻两个雾化喷嘴603之间的间距 与相邻两个微波发射器605之间的间距相同为f,f的最佳间距位于O.lm-2.5m之间;所述微 波发射器605位于同心圆最外层,微波发射器605与微波喷淋反应器壁面604的间距为0.5f。
[0059] 如图5所示,微波喷淋反应器6横向截面为矩形时,所述雾化喷嘴603与微波发射器 依次间隔布置;所述微波反射器605之间的间距为g,雾化喷嘴603之间的间距的最佳间距为 2g,g位于0. lm-2.5m之间;所述微波发射器605与微波喷淋反应器壁面604的间距为0.5g。
[0060] 基于上述系统提供一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法,所述 方法具体按照如下步骤进行:
[0061] (1)来自排放源的含VOCs废气经除尘冷却后,利用臭氧在烟道中预先氧化一部分 VOCs;然后进入微波喷淋反应器;
[0062] (2)微波喷淋反应器中,来自微波发射器的微波激发来自雾化喷嘴的可磁性分离 催化剂,活化来自雾化喷嘴的过氧化物溶液产生羟基和硫酸根自由基,然后将余下的VOCs 以及预氧化产生的中间体最终转化为包含可磁性分离催化剂、H2O XO2和固体残渣的气液固 混合物;
[0063] (3)气液固混合物进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收再生,混合溶液中 的H2O和CO2在固体残渣分离塔中经过离心分离后直接排放,而固体残渣进入干燥塔干燥后 用于可资源化利用。
[0064] 所述臭氧的最佳投加浓度在40ppm-2000ppm之间。
[0065] 所述微波喷淋反应器内的温度应控制在20-85 °C。
[0066] 所述过氧化物溶液与烟气的有效液气比为2_25L/m3,过氧化物溶液的有效浓度为 0.02mol/L-2.5mol/L 之间,溶液的 pH 位于 0.2-10.1 之间。
[0067] 雾化喷嘴喷出的雾化液滴粒径不大于80微米,微波喷淋反应器内的微波辐射功率 密度为50W/m3-2500W/m3 (微波辐射功率密度是指微波喷淋反应器内微波的输出功率与反应 器空塔体积的比值,单位为瓦/立方米)。
[0068] 所述可磁性分离催化剂的投加量按照微波喷淋反应器体积的每立方米投加0.2-9kg,烟气中VOCs的含量分别不高于3000mg/m3,其中所述的可磁性分离催化剂包括CoFe2〇4、 CuFe2〇4、MnFe2〇4中的一种或两种以上之间重新组合形成的复合催化剂。
[0069] 所述的过氧化物是双氧水、过硫酸铵、过一硫酸氢钾复合盐、过硫酸钠和过硫酸钾 中的一种或两种以上的混合。
[0070] 所述的VOCs (挥发性有机化合物)包括垃圾焚烧和工业生产中产生的各种有机物 废气,包括各种被划分为VOCs的烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类中的一种或多种的混合 物。
[0071] 实施例2:
[0072] 废气中甲苯含量为SOOmg/m3,臭氧浓度为300ppm,废气温度为60°C,过一硫酸氢钾 复合盐的摩尔浓度为0. lmol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微 波辐射功率密度为300W/m3,液气比为3L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率为40.9 %。
[0073] 实施例3:
[0074] 废气中甲苯含量为SOOmg/m3,臭氧浓度为300ppm,废气温度为60°C,过一硫酸氢钾 复合盐的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微 波辐射功率密度为300W/m3,液气比为3L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率为53.9 %。
[0075] 实施例:4:
[0076] 废气中甲苯含量为800mg/m3,臭氧浓度为300ppm,废气温度为60°C,过一硫酸氢钾 复合盐的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微 波辐射功率密度为300W/m3,液气比为5L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率为78.9 %。 [0077] 实施例:5:
[0078] 废气中甲苯含量为800mg/m3,臭氧浓度为400ppm,废气温度为60°C,过一硫酸氢钾 复合盐的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微 波辐射功率密度为300W/m3,液气比为7L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率为91.2%。
[0079] 实施例:6:
[0080] 废气中甲苯含量为800mg/m3,臭氧浓度为400ppm,废气温度为60°C,过一硫酸氢钾 复合盐的摩尔浓度为0.3mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微 波辐射功率密度为500W/m3,液气比为8L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率为100 %。
[0081] 实施例:7:
[0082] 废气中对二甲苯含量为800mg/m3,臭氧浓度为300ppm,废气温度为60 °C,过一硫酸 氢钾复合盐的摩尔浓度为O.lmol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米 0.2kg,微波辐射功率密度为300W/V,液气比为3L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率 为 31.1%。
[0083] 实施例:8:
[0084] 废气中对二甲苯含量为800mg/m3,臭氧浓度为300ppm,废气温度为60°C,过一硫酸 氢钾复合盐的摩尔浓度为〇.2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米 0.4kg,微波辐射功率密度为500W/V,液气比为3L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率 为57.1% 〇
[0085] 实施例:9:
[0086] 废气中对二甲苯含量为800mg/m3,臭氧浓度为500ppm,废气温度为60 °C,过一硫酸 氢钾复合盐的摩尔浓度为〇.3mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米 0.4kg,微波辐射功率密度为500W/V,液气比为5L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率 为 91.9%。
[0087]实施例:1〇:
[0088] 废气中对二甲苯含量为800mg/m3,臭氧浓度为500ppm,废气温度为60 °C,过一硫酸 氢钾复合盐的摩尔浓度为〇.2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米 0.4kg,微波辐射功率密度为300W/V,液气比为7L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率 为 100%〇
[0089] 实施例:11:
[0090] 废气中甲苯含量为400mg/m3,臭氧浓度为300ppm,废气温度为60°C,过硫酸钠的摩 尔浓度为〇. 2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率 密度为400W/m3,液气比为3L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率为52.9 %。
[0091] 实施例:12:
[0092] 废气中甲苯含量为400mg/m3,臭氧浓度为500ppm,废气温度为60°C,过硫酸钠的摩 尔浓度为〇. 2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率 密度为400W/m3,液气比为4L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率为83.7 %。
[0093] 实施例13:
[0094] 废气中甲苯含量为400mg/m3,臭氧浓度为500ppm,废气温度为60°C,过硫酸钠的摩 尔浓度为〇. 2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率 密度为400W/m3,液气比为7L/m3。小试结果为:废气中甲苯的脱除效率为100 %。
[0095] 经过以上实施例的综合对比可知,实施例6,10和11具有最佳的脱除效果,脱除效 率均达到100 %,可作为最佳实施例参照使用。

Claims (10)

1. 一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除系统,其特征在于,所述系统包 括除尘器(3)、冷却器(4)、催化剂磁力分离塔(9)、臭氧发生器(5)、微波喷淋反应器(6)、烟 道(2)和风机(7);其中,所述除尘器(3)、冷却器(4)、微波喷淋反应器(6)和风机(7)通过烟 道(2)依次串联,臭氧发生器(5)位于冷却器(4)与微波喷淋反应器(6)中间,通过烟道(2)连 接;所述的微波喷淋反应器(6)包括雾化喷嘴(603)、微波发射器(605)、微波喷淋反应区、鼓 泡器(609)、烟气入口(607)、烟气出口(612)、补充溶液入口(606)、反应溶液出口(613)、溶 液储存区(608)、溶液出口(614)、循环栗(610)、除雾器(611)、溶液栗(601)以及溶液/催化 剂补充塔(602);所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴(603)构成的喷淋层和微波发射 器(605)组成,所述雾化喷嘴(603)与微波发射器(605)依次间隔布置;所述溶液储存区 (608)位于微波喷淋反应器(6)的底部,溶液储存区(608)设置有鼓泡器(609)和溶液出口 (614),所述烟气入口(607)与鼓泡器(609)连通;所述溶液出口(614)通过循环栗(610)与雾 化喷嘴(603)连通;所述微波喷淋反应器(6)的底部设有补充溶液入口(606),所述补充溶液 入口(606)与通过溶液栗(601)与溶液/催化剂补充塔(602)连通;所述微波喷淋反应器(6) 的顶部还设置有除雾器(611),所述除雾器(611)的顶面上设置有烟气出口(612);所述反应 溶液出口(613)与催化剂磁力分离塔(9)连接。
2. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括后处理系统,所述后处理 系统包括固体残渣分离塔(10)和干燥塔(11);所述固体残渣分离塔(10)和干燥塔(11)依次 串联,所述固体残渣分离塔(10)还与催化剂磁力分离塔(9)连接;所述除尘器(3)与冷却器 (4)之间的烟道(2)上设置有烟气余热利用系统(12),利用烟气的余热为干燥塔(11)提供热 量。
3. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述臭氧发生器(5)与微波喷淋反应器(6) 的距离为0.3m-12m之间。
4. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述微波喷淋反应器(6)的横向截面为圆 形或矩形,微波喷淋反应器(6)的最佳高度H在0.2m-25m之间。
5. 根据权利要求4所述的系统,其特征在于,当微波喷淋反应器(6)横向截面为圆形时, 所述雾化喷嘴(603)与微波发射器(605)采用依次相邻的同心圆布置;雾化喷嘴(603)与微 波发射器(605)间隔交叉布置在中心线上,且相邻两条中心线之间的夹角η位于15度-40度 之间;相邻两个雾化喷嘴(603)之间的间距与相邻两个微波发射器(605)之间的间距相同为 f,f的最佳间距位于0. lm-2.5m之间;所述微波发射器(605)位于同心圆最外层,微波发射器 (605)与微波喷淋反应器壁面(604)的间距为0.5f。
6. 根据权利要求4所述的系统,其特征在于,微波喷淋反应器(6)横向截面为矩形时,所 述雾化喷嘴(603)与微波发射器依次间隔布置;所述微波反射器(605)之间的间距为g,雾化 喷嘴(603)之间的间距的最佳间距为2g,g位于0. lm-2.5m之间;所述微波发射器(605)与微 波喷淋反应器壁面(604)的间距为0.5g。
7. —种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法,所述方法基于上述系统完 成,具体按照如下步骤进行: (1) 来自排放源的含VOCs废气经除尘冷却后,利用臭氧在烟道中预先氧化一部分VOCs; 然后进入微波喷淋反应器; (2) 微波喷淋反应器中,来自微波发射器的微波激发来自雾化喷嘴的可磁性分离催化 剂,活化来自雾化喷嘴的过氧化物溶液产生羟基和硫酸根自由基,然后将余下的VOCs以及 预氧化产生的中间体最终转化为包含可磁性分离催化剂、H2O XO2和固体残渣的气液固混合 物; (3)气液固混合物进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收再生,混合溶液中的H2O 和CO2在固体残渣分离塔中经过离心分离后直接排放,而固体残渣进入干燥塔干燥后用于 可资源化利用。
8. 根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述臭氧的最佳投加浓度在40ppm-2000ppm之间;所述微波喷淋反应器内的温度应控制在20-85°C ;雾化喷嘴喷出的雾化液滴 粒径不大于80微米,微波喷淋反应器内的微波辐射功率密度为50 W/m3- 2500 W/m3。
9. 根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述过氧化物溶液与烟气的有效液气比为 2-25 L/m3,过氧化物溶液的有效浓度为0.02mol/L-2.5mol/L之间,溶液的pH位于0.2-10.1 之间;所述的过氧化物是双氧水、过硫酸铵、过一硫酸氢钾复合盐、过硫酸钠和过硫酸钾中 的一种或两种以上的混合。
10. 根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述可磁性分离催化剂的投加量按照微 波喷淋反应器体积的每立方米投加〇. 2-9kg,烟气中VOCs的含量分别不高于3000mg/m3,其 中所述的可磁性分离催化剂包括CoFe2〇4、CuFe2〇4、MnFe2〇4中的一种或两种以上之间重新组 合形成的复合催化剂。
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