CN109966691A - 一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，涉及废弃制冷剂处理技术领域，包括：槽式聚光器、光催化反应装置、蓄能装置、热催化反应装置、气瓶、三通阀、第一进气管、第二制冷剂进气管、第一排气管、第二气体混合器和第二气体混合器出气管，三通阀分别与气瓶、第一进气管和第二制冷剂进气管连接，第一进气管与光催化反应装置连接，光催化反应装置与第一排气管连接，第一排气管与蓄能装置连接，第二制冷剂进气管与第二气体混合器连接，第二气体混合器与第二气体混合器出气管连接，第二气体混合器出气管与热催化反应装置连接，克服了现有技术不能批量化降解制冷剂的缺点，在全天任何时段均能进行，进而提高了处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及废弃制冷剂处理技术领域，特别是涉及一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统。
背景技术
制冷空调技术在日常生活扮演着重要的角色，而其制冷工质HCFCs和HFCs已经进入替代和销毁的阶段。虽然通过制冷剂替代方案和替代路线的规划执行，实现了HCFCs和HFCs物质的淘汰与削减任务的推进，但是，当前制冷空调行业重点关注的是寻找环保替代工质、高效技术的研发和制冷产品的切换转轨等替代应用问题，而淘汰后的废弃HCFCs和HFCs的回收处理重视不够，成为替代工作的巨大环境隐患。传统的制冷剂光催化和热催化降解效率和速率较低，在室温下进行的光催化过程对太阳能利用程度较低，只能在白天或有太阳光的时候才可进行，不能满足批量化制冷剂降解的需要。同时，现有的光催化反应忽略了对分解产物的后续处理，分解产物对环境也会产生污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，以解决上述现有技术存在的问题，使废弃制冷剂的催化降解反应在全天任何时段均能进行，从而提高废弃制冷剂处理的效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，包括槽式聚光器、光催化反应装置、蓄能装置、热催化反应装置、气瓶、气泵、输气管、三通阀、第一进气管、第二制冷剂进气管、第一排气管、第二气体混合器、第二气体混合器出气管和第一气体混合器；所述槽式聚光器固定设置于工作台面，所述光催化反应装置固定设置于所述槽式聚光器内部，所述气瓶的出口与所述输气管的一端连接，所述输气管的另一端能与所述三通阀的一端固定连接，所述气泵设置在所述输气管上，所述三通阀的另外两端分别与所述第一进气管的一端和所述第二制冷剂进气管的一端固定连接，所述第一进气管的另一端与所述光催化反应装置的进口连接，所述光催化反应装置的出口与所述第一排气管的一端固定连接，所述第一排气管的另一端与所述蓄能装置的进气口连接，所述蓄能装置用于储存光催化产物的热量，所述蓄能装置的水蒸气出口与所述第二气体混合器的进口连接，所述第二制冷剂进气管的另一端与所述第二气体混合器的进口连接，所述第二气体混合器的出口与所述第二气体混合器出气管的一端固定连接，所述第二气体混合器出气管的另一端与所述热催化反应装置的进口连接。
优选的，所述全天候废弃制冷剂光热协同降解系统还包括水循环装置，所述水循环装置包括储水罐、水泵、输水管和水蒸气排出管，所述储水罐用于盛装水，所述输水管的一端与所述储水罐的出水口连接，所述输水管的另一端与所述蓄能装置的进水口连接，所述水泵固定设置在所述输水管上，所述水蒸气排出管的一端与所述蓄能装置的水蒸气出口固定连接，所述水蒸气排出管的另一端与所述第二气体混合器的进口连接。
优选的，所述蓄能装置包括蓄能罐和换热管，所述蓄能罐内部设置有多根所述换热管，所述蓄能罐内填充有相变介质，所述光催化反应产物通过所述第一排气管进入所述换热管后，所述相变介质吸收所述光催化产物的热量，以储存热能，所述储水罐内的水通过所述输水管进入所述蓄能罐，并在所述蓄能罐内能够吸收所述相变介质的热量生成水蒸气，所述水蒸气经所述水蒸气排出管通入所述第二气体混合器内，所述废弃制冷剂和所述水蒸气在所述第二气体混合器内混合，所述第二气体混合器的出口与所述热催化装置的进口连接，使所述水蒸气与所述废弃制冷剂按一定比例进入所述热催化装置内进行热催化反应。
优选的，所述全天候废弃制冷剂光热协同降解系统还包括还包括第二排气管、第一气体混合器和废气吸收罐，所述第二排气管的一端与所述热催化反应装置的出口连接，所述第二排气管的另一端与所述第一气体混合器的进口连接，所述蓄能装置的出气口与所述第一气体混合器的进口连接，所述第一气体混合器的出口与所述废气吸收罐的进口连接，所述废气吸收罐用于盛装氢氧化钙溶液，所述氢氧化钙溶液用于吸收所述废弃制冷剂的光催化反应产物和所述废弃制冷剂的热催化产物，所述废气吸收罐的出口与所述第二气体混合器的进口连接。
优选的，所述热催化反应装置包括不锈钢反应管和多孔反应腔，所述不锈钢反应管的两端分别设置有所述热催化反应装置的进口和所述热催化反应装置的出口，所述多孔反应腔可拆卸连接于所述不锈钢反应管内部，所述废弃制冷剂在所述多孔反应腔内进行热催化降解反应。
优选的，所述光催化反应装置包括光催化玻璃管和孔网插板式反应腔，所述光催化玻璃管的两端分别设置有所述光催化反应装置进口和所述光催化反应装置出口，所述孔网插板式反应腔可拆卸连接于所述光催化玻璃管内部，所述废弃制冷剂在所述孔网插板式反应腔内进行光催化反应。
优选的，所述全天候废弃制冷剂光热协同降解系统还包括气体流量计和气体调节阀，所述气体流量计和所述气体调节阀均设置在所述输气管上。
优选的，所述水循环装置还包括液体流量计和液体调节阀，所述液体流量计和所述液体调节阀均设置在所述输水管上。
优选的，所述蓄能装置还包括顶面分气管和底面分气管，所述顶面分气管横向固定设置在所述蓄能罐内部，且位于所述换热管的上方，所述顶面分气管的侧壁上开设有多个进气口，所述底面分气管横向固定设置在所述蓄能罐底部，且位于所述换热管下方，所述底面分气管的侧壁上开设有多个排气口。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，包括光催化装置、热催化装置和蓄能装置，通过蓄能装置吸收白天光催化装置降解废弃制冷剂得到的光催化产物中的热量，并将吸收的热量用于夜晚无光照时段的热催化反应装置内废弃制冷剂的热催化反应，从而使废弃制冷剂的降解反应在全天候任何时段均能进行，进而提高废弃制冷剂处理的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明提供的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统结构示意图。
其中：1-光催化反应装置；11-孔网插板式反应腔；12-光催化玻璃管；13-第一进气管；14-第一排气管；2-槽式聚光器；3-蓄能装置；31-蓄能罐；32-换热管；33-顶面分气管；34-底面分气管；4-废气吸收罐；5-热催化反应装置；51-多孔反应腔；52-不锈钢反应管；53-第二制冷剂进气管；54-第二排气管；61-气瓶；62-气泵；63-气体调节阀；64-气体流量计；65-三通阀；66-第一气体混合器；67-第二气体混合器；71-储水罐；72-水泵；73-液体调节阀；74-液体流量计。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，以解决现有技术存在的问题，使光热协同催化反应在全天候任何时段均能进行，从而提高废弃制冷剂处理的效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示：本实施例提供了一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，包括槽式聚光器2、光催化反应装置1、蓄能装置3、热催化反应装置、气体循环装置包括气瓶61、气泵62、输气管、三通阀65、第一进气管13、第二制冷剂进气管53、第一排气管14、第二气体混合器67、第二气体混合器出气管和第一气体混合器66；槽式聚光器2固定设置于工作台面，光催化反应装置1固定设置于槽式聚光器2内部，气瓶61的出口与输气管的一端连接，输气管的另一端能与三通阀65的一端固定连接，气泵62设置在输气管上，三通阀65的另外两端分别与第一进气管13的一端和第二制冷剂进气管53的一端固定连接，第一进气管13的另一端与光催化反应装置1的进口连接，光催化反应装置1的出口与第一排气管14的一端固定连接，第一排气管14的另一端与蓄能装置3的进气口连接，蓄能装置3用于储存光催化产物的热量，蓄能装置3的水蒸气出口与第二气体混合器67的进口连接，第二制冷剂进气管53的另一端与第二气体混合器67的进口连接，第二气体混合器67的出口与第二气体混合器出气管的一端固定连接，第二气体混合器出气管的另一端与热催化反应装置的进口连接，这样设置，能够利用蓄能装置3吸收废弃制冷剂光催化产物中的热量，并将吸收的热量用于夜晚无光照时段废弃制冷剂的热催化反应，从而使废弃制冷剂的降解在全天候任何时段均能进行，从而提高废弃制冷剂处理的效率。
全天候废弃制冷剂光热协同降解系统还包括水循环装置，水循环装置包括储水罐71、水泵72、输水管和水蒸气排出管，储水罐71用于盛装水，输水管的一端与储水罐71的出水口连接，输水管的另一端与蓄能装置3的进水口连接，水泵72固定设置在输水管上，水蒸气排出管的一端与蓄能装置3的水蒸气出口固定连接，水蒸气排出管的另一端与第二气体混合器67的进口连接。
蓄能装置3包括蓄能罐31和换热管32，蓄能罐31内部设置有多根换热管32，蓄能罐31内填充有相变介质，光催化反应产物进入换热管32后，相变介质吸收光催化产物的热量，以储存热能，储水罐71内的水通过输水管进入蓄能罐31，并在蓄能罐31内能够吸收相变介质的热量生成水蒸气，所述相变介质优选为肌醇，水蒸气经水蒸气排出管通入第二气体混合器67内，废弃制冷剂和水蒸气在第二气体混合器67内混合，第二气体混合器67的出口与热催化装置的进口连接，使水蒸气与废弃制冷剂按一定比例进入热催化装置内进行热催化反应。
全天候废弃制冷剂光热协同降解系统还包括第二排气管、第一气体混合器66和废气吸收罐4，第二排气管54的一端与所述热催化反应装置5的出口连接，第二排气管54的另一端与第一气体混合器66的进口连接，蓄能装置3的出气口与第一气体混合器66的进口连接，第一气体废气吸收罐4用于盛装氢氧化钙溶液，氢氧化钙溶液用于吸收废弃制冷剂的光催化反应产物和废弃制冷剂的热催化产物，第一气体混合器66的出口与废气吸收罐4的进口连接，利用氢氧化钙溶液吸收光催化反应产物和废弃制冷剂的热催化产物，同时产生CaCl2和CaF2等无毒无害产物，降解产物不会污染环境，废气吸收罐4的出口与第二气体混合器67的进口连接，再将废气吸收罐4的未被分解的废弃制冷剂经第二气体混合器67混合后再次通入热催化反应装置内，对其进行反复热催化处理，以进一步提高废弃制冷剂的处理效果。
热催化反应装置包括不锈钢反应管51和多孔反应腔52，不锈钢反应管51的两端分别设置有热催化反应装置的进口和热催化反应装置的出口，多孔反应腔52可拆卸连接于不锈钢反应管51内部，多孔反应腔52由金属掺杂TiO2基改性热催化剂直接制成，废弃制冷剂在多孔反应腔52内进行热催化降解反应。
光催化反应装置1包括光催化玻璃管12和孔网插板式反应腔11，光催化玻璃管12的两端分别设置有光催化反应装置1进口和光催化反应装置1出口，孔网插板式反应腔11可拆卸连接于光催化玻璃管12内部，方便催化剂更换，废弃制冷剂在孔网插板式反应腔11内进行光催化反应，孔网插板式反应腔11由TiO2基改性光催化剂直接制成，不仅能够与废弃制冷剂充分接触，而且还能够使太阳光直接照射进孔网插板式反应腔11内部。
全天候废弃制冷剂光热协同降解系统还包括气体流量计64和气体调节阀63，气体流量计64和气体调节阀63均设置在输气管上。
水循环装置还包括液体流量计74和液体调节阀73，液体流量计74和液体调节阀73均设置在输水管上。
蓄能装置3还包括顶面分气管33和底面分气管34，顶面分气管33横向固定设置在蓄能罐31内部，且位于换热管32的上方，顶面分气管33的侧壁上开设有多个进气口，用于对进入蓄能罐31的气体均匀分流至多个换热管32内，底面分气管34横向固定设置在蓄能罐31底部，且位于换热管32下方，底面分气管34的侧壁上开设有多个排气口，用于将蓄能罐31内待排出的气体进行均匀分流。
工作过程：
白天有太阳光照时：调整槽式聚光器2的角度，当光催化反应器1内部温度达到300-500℃时，开启气泵62，并调节三通阀65，使气瓶61与第一进气管13连通，则废弃制冷剂进入光催化反应装置1内发生光热协同催化反应，分解后光催化产物CO2、HF、HCl等气体混合物及未分解的废弃制冷剂经过蓄能罐3将热量进行蓄存，换热后的上述混合气体进入废气吸收罐4中，其中CO2、HF、HCl等被氢氧化钙溶液吸收产生CaCl2和CaF2等无毒无害产物，未分解制冷剂储存在第二气体混合器67中，该部分制冷剂将通过夜间热催化反应进行分解。
夜间无太阳光照时：调节三通阀65，使气瓶61与第二制冷剂进气管53连通，开启水泵72，储水罐71中的水经蓄能罐31吸热后变为水蒸气，与废弃制冷剂在第二气体混合器67中按照一定比例混合后一起进入热催化反应器5中进行热催化降解反应，分解后的CO2、HF、HCl等气体混合物及未分解的制冷剂进入废气吸收罐4中产生CaCl2和CaF2等无毒无害产物，未分解废弃制冷剂则继续与水蒸气在第二气体混合器67中混合后再循环通过夜间热催化反应直至完全降解。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：包括槽式聚光器、光催化反应装置、蓄能装置、热催化反应装置、气瓶、气泵、输气管、三通阀、第一进气管、第二制冷剂进气管、第一排气管、第二气体混合器和第二气体混合器出气管；所述槽式聚光器固定设置于工作台面，所述光催化反应装置固定设置于所述槽式聚光器内部，所述气瓶的出口与所述输气管的一端连接，所述输气管的另一端能与所述三通阀的一端固定连接，所述气泵设置在所述输气管上，所述三通阀的另外两端分别与所述第一进气管的一端和所述第二制冷剂进气管的一端固定连接，所述第一进气管的另一端与所述光催化反应装置的进口连接，所述光催化反应装置的出口与所述第一排气管的一端固定连接，所述第一排气管的另一端与所述蓄能装置的进气口连接，所述蓄能装置用于储存光催化产物的热量，所述蓄能装置的水蒸气出口与所述第二气体混合器的进口连接，所述第二制冷剂进气管的另一端与所述第二气体混合器的进口连接，所述第二气体混合器的出口与所述第二气体混合器出气管的一端固定连接，所述第二气体混合器出气管的另一端与所述热催化反应装置的进口连接。
2.根据权利要求1所述的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：还包括水循环装置，所述水循环装置包括储水罐、水泵、输水管和水蒸气排出管，所述储水罐用于盛装水，所述输水管的一端与所述储水罐的出水口连接，所述输水管的另一端与所述蓄能装置的进水口连接，所述水泵固定设置在所述输水管上，所述水蒸气排出管的一端与所述蓄能装置的水蒸气出口固定连接，所述水蒸气排出管的另一端与所述第二气体混合器的进口连接。
3.根据权利要求2所述的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：所述蓄能装置包括蓄能罐和换热管，所述蓄能罐内部设置有多根所述换热管，所述蓄能罐内填充有相变介质，所述光催化反应产物通过所述第一排气管进入所述换热管后，所述相变介质吸收所述光催化产物的热量，以储存热能，所述储水罐内的水通过所述输水管进入所述蓄能罐，并能够在所述蓄能罐内吸收所述相变介质的热量生成水蒸气，所述水蒸气经所述水蒸气排出管通入所述第二气体混合器内，所述废弃制冷剂和所述水蒸气在所述第二气体混合器内混合，所述第二气体混合器的出口与所述热催化装置的进口连接，使所述水蒸气与所述废弃制冷剂按一定比例一起进入所述热催化装置内进行热催化反应。
4.根据权利要求3所述的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：还包括第二排气管、第一气体混合器和废气吸收罐，所述第二排气管的一端与所述热催化反应装置的出口连接，所述第二排气管的另一端与所述第一气体混合器的进口连接，所述蓄能装置的出气口与所述第一气体混合器的进口连接，所述第一气体混合器的出口与所述废气吸收罐的进口连接，所述废气吸收罐用于盛装氢氧化钙溶液，所述氢氧化钙溶液用于吸收所述废弃制冷剂的光催化反应产物和所述废弃制冷剂的热催化产物，所述废气吸收罐的出口与所述第二气体混合器的进口连接。
5.根据权利要求1所述的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：所述热催化反应装置包括不锈钢反应管和多孔反应腔，所述不锈钢反应管的两端分别设置有所述热催化反应装置的进口和所述热催化反应装置的出口，所述多孔反应腔可拆卸连接于所述不锈钢反应管内部，所述废弃制冷剂在所述多孔反应腔内进行热催化降解反应。
6.根据权利要求1所述的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：所述光催化反应装置包括光催化玻璃管和孔网插板式反应腔，所述光催化玻璃管的两端分别设置有所述光催化反应装置进口和所述光催化反应装置出口，所述孔网插板式反应腔可拆卸连接于所述光催化玻璃管内部，所述废弃制冷剂在所述孔网插板式反应腔内进行光催化反应。
7.根据权利要求1所述的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：还包括气体流量计和气体调节阀，所述气体流量计和所述气体调节阀均设置在所述输气管上。
8.根据权利要求2所述的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：所述水循环装置还包括液体流量计和液体调节阀，所述液体流量计和所述液体调节阀均设置在所述输水管上。
9.根据权利要求1所述的全天候废弃制冷剂光热协同降解系统，其特征在于：所述蓄能装置还包括顶面分气管和底面分气管，所述顶面分气管横向固定设置在所述蓄能罐内部，且位于所述换热管的上方，所述顶面分气管的侧壁上开设有多个进气口，所述底面分气管横向固定设置在所述蓄能罐底部，且位于所述换热管下方，所述底面分气管的侧壁上开设有多个排气口。
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