CN113680184A - 低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于挥发性有机物处理技术领域，涉及一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，包括：气‑液相净化单元一、气‑液相净化单元二，气‑液相净化单元一的出气口与气‑液相净化单元二的进气口相连接；气‑液相净化单元一包括：气相VOCs净化室一和液相碳捕集室一，气相VOCs净化室一置于液相碳捕集室一的内部；所述气‑液相净化单元二包括：气相VOCs净化室二和液相碳捕集室二，所述气相VOCs净化室二置于所述液相碳捕集室二的内部。本发明在高效降解VOCs的同时兼顾了最终产物中二氧化碳的去除，可实现VOCs降解技术的低碳排放目标；同时将低温等离子体技术与吸收技术有机结合，设备结构紧凑，缩减占地。
Description
技术领域
本发明属于挥发性有机物处理技术领域，尤其涉及一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置及方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展，导致各种类型的大气污染物排放日益增多，其中挥发性有机物(VOCs)废气是主要的大气污染物之一。大量VOCs废气的排放会加剧大气光化学反应过程，从而导致城市雾霾和光化学烟雾等大气污染问题的发生。传统的VOCs废气处理方法主要包括：吸附法、热分解法、催化氧化法、膜分离法等，这些方法普遍存在去除效率低、能耗较高、占地面积大等缺点。近年来，新兴的低温等离子体技术以其具有的独特优势在VOCs净化领域得到广泛的应用。该技术利用放电产生的高能电子、自由基、激发态原子及离子等活性粒子，与挥发性有机污染物分子碰撞并发生化学反应，使其最终降解为CO2和H2O。该技术具有结构紧凑、去除率高、适应性强以及终产物无毒害等优点。
但是，随着对全球性环境问题认识的不断加深，二氧化碳这种原本不属于大气污染物范畴的气体，因其在全球气候变暖过程中发挥的主要作用而受到人们的广泛关注。研究表明，人为造成的大量碳氧化物排入大气，导致了全球气候变暖，进而造成冰川融化、海平面上升、温热带的旱涝灾害频发，已严重影响到人类的健康生活和可持续发展。目前世界各国已达成共识，要严格控制以二氧化碳为代表的温室气体排放总量。
现有的低温等离子体VOCs净化技术仅以彻底降解VOCs为终极目标，作为其主要产物之一的二氧化碳，往往在未经处理的情况下直接排放。而“降碳”理念的出现与发展，对低温等离子体VOCs净化技术提出了进一步的要求，即在满足VOCs高效净化的同时，还要尽量控制终产物中二氧化碳的排放量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置及方法，不仅可以有效降解VOCs污染物，提升系统稳定性，同时还能对产物中二氧化碳进行捕集，确保净化后的尾气低碳排放。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，包括：气-液相净化单元一、气-液相净化单元二，所述气-液相净化单元一的出气口与所述气-液相净化单元二的进气口相连接；所述气-液相净化单元一包括：气相VOCs净化室一和液相碳捕集室一，所述气相VOCs净化室一置于所述液相碳捕集室一的内部；所述气-液相净化单元二包括：气相VOCs净化室二和液相碳捕集室二，所述气相VOCs净化室二置于所述液相碳捕集室二的内部，所述液相碳捕集室一与所述液相碳捕集室二内均注有吸收溶液。
优选的，所述气相VOCs净化室一与所述气相VOCs净化室二结构相同，包括：进气口、电极室及气相均压室，所述电极室上端与所述进气口相连，下端与所述气相均压室相连。
优选的，所述电极室内部设有多通道针板式放电极，下部设有逆止阀。
优选的，所述气相均压室侧壁连接有微孔扩散管。
优选的，所述气-液相净化单元一与所述气-液相净化单元二串联运行，之间由导流室一连接，所述气-液相净化单元一远离所述气-液相净化单元二的一侧设有液位计，所述气-液相净化单元二远离所述气-液相净化单元一的一侧连接有导流室二，所述导流室二出水口连接有吸收液再生装置，用于对吸收溶液加热析碳再利用；所述吸收液再生装置连接有吸收液调质箱，所述吸收液调质箱连接有补液管及水泵，再生吸收溶液由所述水泵泵压回气-液相净化单元一的进水口，达到吸收溶液的循环利用。
优选的，所述导流室一与所述导流室二结构相同，底端设有排污口。
优选的，所述液相碳捕集室一与所述液相碳捕集室二结构相同，所述液相碳捕集室一出气口设有除雾器，用于截留气体携带的液滴。
优选的，所述液相碳捕集室一底端设有排污口，所述液相碳捕集室一出水口设有溢流板。
一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化方法，VOCs废气由所述进气口进入所述气-液相净化单元一的气相VOCs净化室一，与低温等离子体放电产生的高能电子和活性基团发生反应，转化为二氧化碳和水等小分子无机物，以及少量的副产物，净化后的尾气经气相均压及微孔扩散后，以微气泡形式进入所述液相碳捕集室一中，尾气中的二氧化碳被吸收液吸收，剩余的尾气汇集至所述气-液相净化单元一的顶部出口处，经所述除雾器截留气体携带的液滴后，由增压气泵送入气-液相净化单元二中，重复前述VOCs净化和二氧化碳吸收的工作过程，以实现VOCs高效净化且尾气低碳排放的目标。
优选的，所述吸收溶液由所述进水口进入到所述液相碳捕集室一，吸收尾气中的二氧化碳后通过所述导流室一流入所述液相碳捕集室二，在所述液相碳捕集室二中对尾气进行二次吸收后流入所述导流室二，由出水口流经所述吸收液再生装置及所述吸收液调质箱，对饱和的吸收溶液进行解吸补液后由所述水泵泵压回所述进水口形成吸收溶液的循环利用。
本发明提供的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置及方法，与现有技术相比具有以下优点：
1)本发明在高效降解VOCs的同时兼顾了终产物中二氧化碳的去除，可实现VOCs降解技术的低碳排放目标；
2)本发明涉及的净化装置将低温等离子体技术与吸收技术有机结合，设备结构紧凑，缩减占地；
3)本发明将气相VOCs净化室浸入液相碳捕集室的溶液中，不断循环的溶液可对气相VOCs净化室起到冷却作用，有利于提高低温等离子体放电运行的安全性和稳定性；
4)本发明采用吸收液进行碳的捕集，饱和吸收液经再生后可循环利用；
5)本发明涉及装置为单元组件式结构，整套装置可依据污染源强度调整净化单元的数量，工况适应性较强。
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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的装置结构示意图。
图中：1-气-液相净化单元一，2-气-液相净化单元二，3-气相VOCs净化室一，4-液相碳捕集室一，5-气相VOCs净化室二，6-液相碳捕集室二，7-进气口，8-电极室，9-气相均压室，10-多通道针板式放电极，11-逆止阀，12-微孔扩散管，13-导流室一，14-液位计，15-导流室二，16-吸收液再生装置，17-吸收液调质箱，18-补液管，19-水泵，20-排污口，21-除雾器，22-溢流板，23-增压气泵，24-进水口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步说明：
实施例1
如图1所示为本发明的装置结构示意图，一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，包括：气-液相净化单元一1、气-液相净化单元二2，所述气-液相净化单元一1的出气口与所述气-液相净化单元二2的进气口相连接；所述气-液相净化单元一1包括：气相VOCs净化室一3和液相碳捕集室一4，所述气相VOCs净化室一3置于所述液相碳捕集室一4的内部；所述气-液相净化单元二2包括：气相VOCs净化室二5和液相碳捕集室二6，所述气相VOCs净化室二5置于所述液相碳捕集室二6的内部，所述液相碳捕集室一4与所述液相碳捕集室二6内均注有吸收溶液。所述气-液相净化单元为模块化组件，可设置多级，每两级之间由所述导流室连接。
所述气相VOCs净化室一3与所述气相VOCs净化室二5结构相同，包括：进气口7、电极室8及气相均压室9，所述电极室8上端与所述进气口7相连，下端与所述气相均压室9相连。所述气相VOCs净化室外壁由绝缘介质材料制作。
所述电极室8内部设有多通道针板式放电极10，下部设有逆止阀11。所述多通道针板式放电极10，由高压电源激发气体放电，放电电压5-20kV，放电频率5-10kHz。接地极与所述气-液相净化单元一1壳体相连，所述气相VOCs净化室一3通过所述逆止阀11与设置在其底部的所述气相均压室9相连接。
所述气相均压室9侧壁连接有微孔扩散管12，该设置有利于处理后的尾气形成微小气泡，确保碳氧化物在液相中被充分吸收。
所述气-液相净化单元一1与所述气-液相净化单元二2串联运行，之间由导流室一13连接，所述气-液相净化单元一1远离所述气-液相净化单元二2的一侧设有液位计14，所述气-液相净化单元二2远离所述气-液相净化单元一1的一侧连接有导流室二15，所述导流室二15出水口连接有吸收液再生装置16，用于对吸收溶液加热析碳再利用；所述吸收液再生装置16连接有吸收液调质箱17，所述吸收液调质箱17连接有补液管18及水泵19，再生吸收溶液由所述水泵19泵压回气-液相净化单元一的进水口24，达到吸收溶液的循环利用。
所述导流室一13与所述导流室二15结构相同，底端设有排污口20。
所述液相碳捕集室一4与所述液相碳捕集室二6结构相同，所述液相碳捕集室一4出气口设有除雾器21，用于去除气体携带的液滴。
所述液相碳捕集室一4底端设有排污口20，所述液相碳捕集室一4出水口设有溢流板22，阻碍所述出水口的水流速度。
实施例2
本实施例提供了一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化方法，VOCs废气由所述进气口7进入所述气-液相净化单元一1的气相VOCs净化室一3，与低温等离子体放电产生的高能电子和活性基团发生反应，转化为二氧化碳和水等小分子无机物，以及少量的副产物，净化后的尾气经气相均压及微孔扩散后，以微气泡形式进入所述液相碳捕集室一4中，尾气中的二氧化碳被吸收溶液吸收，剩余的尾气汇集至所述气-液相净化单元一1的顶部出口处，经所述除雾器21截留气体携带的液滴后，由增压气泵23送入气-液相净化单元二2中，重复前述VOCs净化和二氧化碳吸收的工作过程，以实现VOCs高效净化且尾气低碳排放的目标。
优选的，所述吸收溶液为碳酸钾溶液，所述碳酸钾溶液由所述进水口24进入到所述液相碳捕集室一4，吸收尾气中的二氧化碳后通过所述导流室一13流入所述液相碳捕集室二6，在所述液相碳捕集室二6中对尾气进行二次吸收后流入所述导流室二15，由出水口流经所述吸收液再生装置16及所述吸收液调质箱17，对饱和的碳酸钾溶液进行解吸补液后由所述水泵19泵压回所述进水口24形成吸收溶液的循环利用。
在本实施例中，选取甲苯为目标污染物，选取碳酸钾作为吸收溶液。具体步骤如下：在吸收液调质箱17中加入碳酸钾，通过补液管18配制吸收液，溶液经水泵19送入净化装置，依次流经液相碳捕集室一4、导流室一13、液相碳捕集室二6、导流室二15和吸收液再生装置16。当溶液流回吸收液调质箱17后，可认为此时净化系统建立了平衡稳定的循环液相吸收机制。
开启高压电源，控制输入电压为12kV，电源频率为8kHz，多通道针板式放电极10开始进行气体放电，将一定浓度的甲苯气体由进气口7送入气相VOCs净化室一3，净化后的尾气进入气相VOCs净化室一3底部的气相均压室9，经微孔扩散板12以微气泡的形式进入液相碳捕集室一4。尾气中的二氧化碳被碳酸钾吸收液吸收，形成碳酸氢钾。剩余尾气由增压气泵23送入气相VOCs净化室二5，进一步净化残余的甲苯及未完全降解的副产物。饱和吸收液经吸收液再生装置16加热析碳后再次投入使用。
实验结果证明，本发明提供的方法对甲苯的去除效率可达到98％，二氧化碳去除率在95-100％范围内，达到了VOCs高效净化和低碳排放的目标。
本说明书中对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，其特征在于，包括：气-液相净化单元一(1)、气-液相净化单元二(2)，所述气-液相净化单元一(1)的出气口与所述气-液相净化单元二(2)的进气口相连接；所述气-液相净化单元一(1)包括：气相VOCs净化室一(3)和液相碳捕集室一(4)，所述气相VOCs净化室一(3)置于所述液相碳捕集室一(4)的内部；所述气-液相净化单元二(2)包括：气相VOCs净化室二(5)和液相碳捕集室二(6)，所述气相VOCs净化室二(5)置于所述液相碳捕集室二(6)的内部，所述液相碳捕集室一(4)与所述液相碳捕集室二(6)内均注有吸收溶液。
2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，其特征在于，所述气相VOCs净化室一(3)与所述气相VOCs净化室二(5)结构相同，包括：进气口(7)、电极室(8)及气相均压室(9)，所述电极室(8)上端与所述进气口(7)相连，下端与所述气相均压室(9)相连。
3.根据权利要求2所述的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，其特征在于，所述电极室(8)内部设有多通道针板式放电极(10)，下部设有逆止阀(11)。
4.根据权利要求2所述的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，其特征在于，所述气相均压室(9)侧壁连接有微孔扩散管(12)。
5.根据权利要求1所述的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，其特征在于，所述气-液相净化单元一(1)与所述气-液相净化单元二(2)串联运行，之间由导流室一(13)连接，所述气-液相净化单元一(1)远离所述气-液相净化单元二(2)的一侧设有液位计(14)，所述气-液相净化单元二(2)远离所述气-液相净化单元一(1)的一侧连接有导流室二(15)，所述导流室二(15)出水口连接有吸收液再生装置(16)，用于对吸收溶液加热析碳再利用；所述吸收液再生装置(16)连接有吸收液调质箱(17)，所述吸收液调质箱(17)连接有补液管(18)及水泵(19)，再生吸收溶液由所述水泵(19)泵压回气-液相净化单元一的进水口(24)，达到吸收溶液的循环利用。
6.根据权利要求5所述的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，其特征在于，所述导流室一(13)与所述导流室二(15)结构相同，底端设有排污口(20)。
7.根据权利要求1所述的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，其特征在于，所述液相碳捕集室一(4)与所述液相碳捕集室二(6)结构相同，所述液相碳捕集室一(4)出气口设有除雾器(21)，用于截留气体携带的液滴。
8.根据权利要求7所述的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化装置，其特征在于，所述液相碳捕集室一(4)底端设有排污口(20)，所述液相碳捕集室一(4)出水口设有溢流板(22)。
9.一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化方法，其特征在于，VOCs废气由所述进气口(7)进入所述气-液相净化单元一(1)的气相VOCs净化室一(3)，与低温等离子体放电产生的高能电子和活性基团发生反应，转化为二氧化碳和水等小分子无机物，以及少量的副产物，净化后的尾气经气相均压及微孔扩散后，以微气泡形式进入所述液相碳捕集室一(4)中，尾气中的二氧化碳被吸收液吸收，剩余的尾气汇集至所述气-液相净化单元一(1)的顶部出口处，经所述除雾器(21)截留气体携带的液滴后，由增压气泵(23)送入气-液相净化单元二(2)中，重复前述VOCs净化和二氧化碳吸收的工作过程，以实现VOCs高效净化且尾气低碳排放的目标。
10.根据权利要求9所述的一种低温等离子体技术的低碳排放型VOCs净化方法，其特征在于，所述吸收溶液由所述进水口(24)进入到所述液相碳捕集室一(4)，吸收尾气中的二氧化碳后通过所述导流室一(13)流入所述液相碳捕集室二(6)，在所述液相碳捕集室二(6)中对尾气进行二次吸收后流入所述导流室二(15)，由出水口流经所述吸收液再生装置(16)及所述吸收液调质箱(17)，对饱和的吸收溶液进行解吸补液后由所述水泵(19)泵压回所述进水口(24)形成吸收溶液的循环利用。
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