CN110327772A - 一种湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统，包括湿式等离子体催化氧化塔；所述等离子体催化氧化塔内设有至少一个催化反应单元，所述催化反应单元包括喷淋器、催化剂填料层和等离子体放电电极；所述喷淋器设于催化剂填料层的上方，所述等离子体放电电极包括上电极和下电极，上电极设于催化剂填料层与喷淋器之间，下电极设于催化剂填料层下方。本发明所述系统将烟气在湿式等离子体催化氧化塔中经等离子体和催化剂的协同作用，实现烟气中多种有机污染物被等离子体和催化剂协同降解，吸附到催化剂表面的有机物彻底降解矿化为无机物，在等离子体作用下使置于等离子体放电区域内的原子级催化剂原位再生，实现烟气中有机污染物的分解。
Description
技术领域
本发明涉及一种废气处理装置，具体涉及一种湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统。
背景技术
燃煤锅炉或工业窑炉在生产过程中燃烧消耗大量的煤炭，同时产生大量烟气，烟气中携带排放大量污染物，主要包括粉尘、NOx、SO2和有机污染物。燃煤产生的有机污染物种类复杂且浓度极低，主要以半挥发性有机物和挥发性有机物为主，这些有机污染物对生态环境和人体健康均构成重大威胁。目前，针对燃煤过程排放有机污染物还主要停留在生成机理、排放特性的研究阶段，对末端控制措施研究甚少，更缺乏高效的针对性控制手段。国内外针对工业源有机污染物排放控制已有大量的研究和应用基础，形成了多种控制有机污染物的方法和技术，主要包括吸附法、热力燃烧法、光催化法、生物法等。吸附法活性炭吸附更换周期短、不耐湿度和高温，产生大量废活性炭；热力燃烧法设备投资成本高，需辅助燃料，运行能耗大，产生NOx等二次污染；光催化氧化法不耐湿度和高温，产生大量废气紫外灯管；生物法设备体积庞大且不耐高温，处理效率不稳定，无法实现稳定达标排放。综上，现有的工业有机污染物单一处理技术存在二次污染或无法稳定达标的问题，而且处理能力有限，难以解决燃煤烟气中浓度低、组分复杂、总量大、毒性高的有机污染物的净化难题，急需开发全新的燃煤烟气有机污染物处理技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统，包括湿式等离子体催化氧化塔；所述等离子体催化氧化塔下部设有进气口和吸收液出水口，所述等离子体催化氧化塔内设有至少一个催化反应单元，所述催化反应单元包括喷淋器、催化剂填料层和等离子体放电电极；所述催化剂填料层内设有催化剂填料，所述喷淋器设于催化剂填料层的上方，所述等离子体放电电极包括上电极和下电极，上电极设于催化剂填料层与喷淋器之间，下电极设于催化剂填料层下方。
本发明将等离子体电极(上电极和下电极)分别布置于催化填料层的上方和下方，使催化填料层区域在上电极和下电极施加高压电的情况下在催化填料间隙中产生等离子体微放电现象。
因此，本发明所述系统将烟气在湿式等离子体催化氧化塔中经等离子体和催化剂的协同作用，实现烟气中多种有机污染物被等离子体和催化剂协同降解，吸附到催化剂表面的有机物彻底降解矿化为无机物，在等离子体作用下使置于等离子体放电区域内的原子级催化剂原位再生，溶于喷淋吸收液的有机污染物也同时被降解，可实现喷淋吸收液的长期重复使用、极低或无二次污染的产生。
可以根据烟气的具体处理情况设置多级催化反应单元。
优选地，所述催化剂填料为负载催化剂的多孔载体；所述催化剂为金属催化剂和/或金属氧化物催化剂。优选地，所述多孔载体为多孔陶瓷。所述多孔陶瓷结构可为块状、球形，更优选地，所述多孔载体为球形多孔陶瓷。
优选地，所述催化剂为Pt、Ag、Au、Pd、Rh、Co、Ir、Fe及其氧化物的至少一种。所述催化剂为原子级催化剂，可以为一种或多种金属催化剂或结合金属氧化物催化剂，但不限于上述催化剂。
优选地，所述催化剂填料填充于上电极和下电极之间，所述上电极和下电极均为具有孔道的导电金属板。所述催化剂填料层可以通过其他形式固定将催化剂填料固定形成，优选通过将上、下电极固定并压紧形成，这样更有利于等离子体和催化剂协同降解的进行。所述上电极和下电极的材料包括但不限于不锈钢、铜。
优选地，所述上电极和下电极上孔道的孔径小于所述的催化剂填料的直径。
优选地，所述上电极和下电极的电源为高压电且放电形式为交流或直流脉冲，所述电源设于湿式低温等离子体催化氧化塔的外部。
优选地，所述湿式等离子体催化氧化塔外形为圆柱体，材料为玻璃钢或聚丙烯。
优选地，所述系统还包括等离子体反应器；所述等离子体反应器与所述吸收液出水口相连，所述等离子体反应器内设有两个放电电弧等离子枪，两个放电电弧等离子枪的枪头相对设置。
在两个放电电弧等离子枪的枪头之间的间隙中产生等离子体弧弧光放电，从两个放电电弧等离子枪出气口喷出的气体及水溶液产生电离作用，形成气液等离子体。溶于喷淋吸收液的有机污染物进入等离子体反应器中，在等离子枪的作用下被降解，可实现喷淋吸收液的长期重复使用、极低或无二次污染的产生。
优选地，所述放电电弧等离子枪与载气气源、交流电源相连，所述载体气源和交流电源设于等离子体反应器外部。载气气源的成分为活性较低的气体或惰性气体，包括但不限于空气、氮气、氩气等。
优选地，两个所述放电电弧等离子枪的枪头之间的间距为2～30mm。枪头之间的间距为2～30mm时能较好实现喷淋吸收液中有机物的分解。
优选地，所述等离子体反应器上设有出液口，所述出液口与所述喷淋器相连。喷淋吸收液经过等离子体弧区域后被净化并返回湿式等离子体催化氧化塔继续充当吸收液，极少产生二次污染。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统。本发明所述系统将烟气在湿式等离子体催化氧化塔中经等离子体和催化剂的协同作用，实现烟气中多种有机污染物被等离子体和催化剂协同降解，吸附到催化剂表面的有机物彻底降解矿化为无机物，在等离子体作用下使置于等离子体放电区域内的原子级催化剂原位再生，实现烟气中有机污染物的分解。本发明的烟气中有机污染物处理系统可达到废气的排放标准，可满足环保要求。
附图说明
图1为实施例所述湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统的结构示意图；其中；1、湿式低温等离子体催化氧化塔；2、等离子体反应器；11、塔体；12、下电极；13、催化剂填料层；14、上电极；15、直流电源；16、吸收液；17、水溶液收集槽；18、喷淋器；111、进气口；112、出气口；21、容器；22、交流电源；23、载气气源；24、水泵；25、前放电电弧等离子体枪；26、放电电弧等离子体枪枪头；27、后放电电弧等离子体枪；211、进液口；212、出液口。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
本发明所述湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统的一种实施例，本实施例所述系统的结构示意图见图1，所述系统包括湿式低温等离子体催化氧化塔1和等离子体反应器2。
湿式低温等离子体催化氧化塔1制作材料为聚丙烯，为空心圆筒形柱状体，直径2000mm，高3100mm。湿式低温等离子体催化氧化塔1下部设有进气口111和水溶液收集槽17，湿式低温等离子体催化氧化塔的顶端设有出气口112。所述等离子体催化氧化塔1内设有一个催化反应单元，所述催化反应单元包括喷淋器18、催化剂填料层13和等离子体放电电极；所述等离子体放电电极包括上电极14和下电极12，所述喷淋器18设于上电极14上方20cm处，下电极12设于催化剂填料层13下方。
催化剂填料层13中设有直径为10mm的球形多孔陶瓷，采用浸渍法使催化剂单质Ag和MnO2负载在多孔陶瓷载体上。上电极14和下电极12均为具有孔道的导电不锈钢板，孔道的孔径为8mm。上电极14和下电极12的电源为直流电源15，直流电源15设于湿式低温等离子体催化氧化塔1的外部。
等离子体反应器2通过水泵24与水溶液收集槽17相连，等离子体反应器2的容器21由聚丙烯制成，长1600mm，宽1200mm，高1500mm，容器水平中心线上设置一对放电电弧等离子体枪(前放电电弧等离子体枪25和后放电电弧等离子体枪27)，两个放电电弧等离子枪的枪头26相对设置，处于同一中心线上，其距离为5mm。前放电电弧等离子体枪25和后放电电弧等离子体枪27分别与交流电源22连接，等离子体反应器2与喷淋器18相连。
本实施例所述湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统工作时，模拟烟气中的烃类物质、醇类物质、酯类物质、苯系物、酮系物废气从进气口111进入湿式低温等离子体催化氧化塔1，废气自下而上流动，依次经过下电极12、催化剂填料层13、上电极14，吸收液从喷淋器18均匀喷出，废气自下而上的流动过程中，与自上而下的喷淋液充分接触，可溶性VOCs大部分被吸收在喷淋液中，上电极14和下电极12之间的区域由直流电源15驱动放电，产生直流等离子体放电区域，在催化剂填料层13与等离子体的协同作用下形成等离子体催化放电区域，区域中生成大量的活性粒子，活性粒子催化氧化经过该区域的气相和液相中的VOCs，使出气口112的VOCs排放浓度达标。部分未反应的颗粒及可溶性VOCs随着水溶液16下落到水溶液收集槽17中，通过水泵24抽取吸收液16至等离子体反应器2中，前放电电弧等离子体枪25和后放电电弧等离子体枪27分别与交流电源22连接，间隙中产生电弧放电26，生成大量的O自由基、OH自由基等活性粒子，未被降解的可溶性VOCs经过该放电区域后被彻底降解，转化为无害物质、CO2、H2O，吸收液得以再生，可重新返回湿式低温等离子体催化氧化塔1再次作吸收液使用。
燃煤烟气根据地区不同产生的有机污染物也会有所不同，但污染物的主要成分仍主要为芳香烃化合物、卤代烃、含氧有机物等。采用本发明对模拟烟气进行处理，模拟烟气成分及其降解效率见表1，处理废气流量5000m3/h，VOCs浓度为300mg/m3以下，该系统可实现混合废气中的NH3、H2S、VOCs多种污染物彻底氧化降解，符合排放标准。
表1模拟烟气中的气体成分及其降解效率
与未设置等离子体反应器2的系统相比，本实施例的系统实现了喷淋吸收液的再生，大幅减少了吸收液更换的次数，对于高风量低浓度的且废气中含有较多的可溶性有机污染物有更好的处理效果，可达90％以上的去除率。
与未设置催化剂填料层13的系统相比，本实施例的系统使有机污染物在系统中的停留时间更长，有机污染物被吸附到原子级催化填料表面后，然后通过直流等离子体放电降解污染物，产生的无害气体经出气口112排出，无害的液体生成物下落到溶液收集槽17，然后经过等离子体反应器进一步降解，本系统对有机污染物的降解率比未设置催化剂填料层13的系统的降解率高约30％。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种湿式低温等离子体脱除烟气中有机污染物系统，其特征在于，包括湿式等离子体催化氧化塔；所述等离子体催化氧化塔下部设有进气口和吸收液出水口，所述等离子体催化氧化塔内设有至少一个催化反应单元，所述催化反应单元包括喷淋器、催化剂填料层和等离子体放电电极；所述催化剂填料层内设有催化剂填料，所述喷淋器设于催化剂填料层的上方，所述等离子体放电电极包括上电极和下电极，上电极设于催化剂填料层与喷淋器之间，下电极设于催化剂填料层下方。
2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述催化剂填料为负载催化剂的多孔载体；所述催化剂为金属催化剂和/或金属氧化物催化剂；优选地，所述多孔载体为多孔陶瓷。
3.如权利要求2所述系统，其特征在于，所述催化剂为Pt、Ag、Au、Pd、Rh、Co、Ir、Fe及其氧化物的至少一种。
4.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述催化剂填料填充于上电极和下电极之间，所述上电极和下电极均为具有孔道的导电金属板。
5.如权利要求4所述系统，其特征在于，所述上电极和下电极上孔道的孔径小于所述的催化剂填料的直径。
6.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述上电极和下电极的电源为高压电且放电形式为交流或直流脉冲，所述电源设于等离子体催化氧化塔的外部。
7.如权利要求1～6中任一项所述系统，其特征在于，所述系统还包括等离子体反应器；所述等离子体反应器与所述吸收液出水口相连，所述等离子体反应器内设有两个放电电弧等离子枪，两个放电电弧等离子枪的枪头相对设置。
8.如权利要求7所述系统，其特征在于，所述放电电弧等离子枪与载气气源、交流电源相连，所述载体气源和交流电源设于湿式低温等离子体反应器外部。
9.如权利要求7所述系统，其特征在于，两个所述放电电弧等离子枪的枪头之间的间距为2～30mm。
10.如权利要求7所述系统，其特征在于，所述等离子体反应器上设有出液口，所述出液口与所述喷淋器相连。
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