CN114904386A - 有机废气处理装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机废气处理装置，其包括：套筒，其由同轴设置的内筒和外筒组成，内筒的下部与外筒相连通；进气通道，其穿过外筒的上部与内筒的顶端密封连接；出气通道，其设置在外筒的顶端；电加热管，其设置在内筒中；光热催化层，其填充在内筒与外筒之间的环形空间中；以及多个紫外灯管，其沿轴向穿设在光热催化层中。本发明还公开了有机废气处理装置的使用方法。本发明的有机废气处理装置采用光热协同催化氧化，适当提高反应温度，加速光催化氧化反应，从而有效提高气相光催化反应的转化率和矿化率，能够适用于处理大流量的工业有机废气。

Description

有机废气处理装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及有机废气处理技术领域，特别涉及一种有机废气处理装置及其使用方法。

背景技术

近年来各地化工园区建设发展迅速，然而化工园区在生产过程中(如，汽车喷涂、油墨印刷、集成电路制造、制鞋等)大量使用有机溶剂，导致包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、环己烷、丙酮等挥发性有机物被排放到大气环境中，这些有机污染物多具有有毒、有害、易燃、易爆等性质。因此，如何高效处理化工园区生产过程中排放的气态挥发性有机污染物，一直是环境保护工作的研究热点。目前在工业上应用的有机废气处理技术主要有吸附、吸收、膜分离等转移技术和直接燃烧、催化氧化等治理技术。随着大气污染物排放标准愈来愈严苛，单纯的吸附、吸收、膜分离等转移技术存在达标困难的缺陷，而燃烧法要求物料气体中的挥发性有机物浓度高，且需要助燃剂。催化燃烧法能够快速处理大流量高浓度的工业有机废气，但常规热催化剂对挥发性有机物的起燃点较高(现有工业应用的贵金属热催化剂起燃温度多为300℃以上，非贵金属热催化剂起燃温度多为400℃以上)，导致能耗较高，不符合当今节能、环保的要求。

光催化技术由于具有反应条件温和、能完全分解矿化难降解有机污染物、运行成本低等优点，受到人们的广泛关注和研究。但光催化技术由于光能利用效率、光生电子和空穴容易发生复合和量子效率低，造成光催化处理高通量VOCs时效率低下，在工业应用上受到限制。

因此，亟需一种有机废气处理装置及方法，从而能够治理大流量的工业有机废气，以满足安全环保、节能减排的要求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种有机废气处理装置及其使用方法，从而能够治理大流量的工业有机废气，以满足安全环保、节能减排的要求。

本发明的另一目的在于，提供一种有机废气处理装置及其使用方法，从而提高工业有机废气的处理效率及处理质量。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种有机废气处理装置，其包括：套筒，其由同轴设置的内筒和外筒组成，内筒的下部与外筒相连通；进气通道，其穿过外筒的上部与内筒的顶端密封连接；出气通道，其设置在外筒的顶端；电加热管，其设置在内筒中；光热催化层，其填充在内筒与外筒之间的环形空间中；以及多个紫外灯管，其沿轴向穿设在光热催化层中。

进一步，上述技术方案中，有机废气处理装置还包括：多个石英盒，其为板状空腔，多个石英盒沿光热催化层的径向分布从而将光热催化层分隔为多个扇形柱，多个紫外灯管容纳在多个石英盒内。

进一步，上述技术方案中，每一个石英盒内容纳一个或多个紫外灯管。

进一步，上述技术方案中，当每一个石英盒内容纳一个紫外灯管时，紫外灯管位于石英盒的中间。

进一步，上述技术方案中，多个紫外灯管的数量大于或等于12个。

进一步，上述技术方案中，光热催化层为不锈钢丝网，不锈钢丝网表面负载光热协同催化剂。

进一步，上述技术方案中，光热协同催化剂为Pt-Pd/TiO₂、Zr-Pt/TiO₂、1.6Pt-TiO₂/CeO₂-MnO₂或Pt-LaNiO₃。

进一步，上述技术方案中，外筒的底部设有温度变送器，温度变送器与电加热管通信连接。

进一步，上述技术方案中，进气通道的末端设有扩径段，扩径段的广口端与内筒的直径相同；出气通道的口径沿气流方向逐渐缩小。

进一步，上述技术方案中，内筒的下部设有多个通孔，内筒通过多个通孔与外筒相连通。

进一步，上述技术方案中，电加热管的数量为12～15根。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种如上述技术方案中任意一项的有机废气处理装置的使用方法，该使用方法至少包括如下步骤：待处理有机废气由进气通道进入内筒，由上至下流经电加热管进行加热；经加热的待处理有机废气由内筒的下部流向外筒，由下至上流经光热催化层进行催化氧化反应，生成水和二氧化碳；所生成的水继续参与催化氧化反应；所生成的二氧化碳由出气通道排入大气。

进一步，上述技术方案中，有机废气处理装置的使用方法还包括步骤：检测经加热的待处理有机废气的温度，比较检测温度值与预设温度值，根据比较结果调节电加热管的加热温度。

进一步，上述技术方案中，预设温度值为160～200℃。

进一步，上述技术方案中，有机废气处理装置的使用方法还包括对光热催化层进行除焦的步骤：停止通入待处理有机废气；空气由进气通道进入内筒，由上至下流经电加热管加热至400～420℃；经加热的空气由内筒的下部流向外筒，由下至上流经光热催化层，与光热催化层上附着的结焦物发生反应，生成气态产物；所生成的气态产物由出气通道排入大气。

与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：

1.本发明的有机废气处理装置采用光热协同催化氧化，适当提高反应温度，加速光催化氧化反应，从而有效提高气相光催化反应的转化率和矿化率，能够适用于处理大流量的工业有机废气。

2.本发明的有机废气处理装置采用内层加热、外层光催化氧化的套筒整体式设计，结构紧凑，节省空间，易于推广应用。

3.利用温度变送器，可以根据不同有机废气及实时加热情况，来调节电加热管的加热温度，以确保排放气体达标。

4.本发明的有机废气处理装置还能够在运行一段时间后，通过除焦作业来达到自清洁的目的，维护方便，使用寿命长。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的一实施方式的有机废气处理装置的纵向剖视结构示意图。

图2是根据本发明的一实施方式的有机废气处理装置的横向剖视结构示意图。

图3是根据本发明的一实施方式的有机废气处理装置的局部立体结构示意图，其示出了石英盒、紫外灯管及相邻的光热催化层。

主要附图标记说明：

11-外筒，12-内筒，121-通孔，13-进气通道，131-扩径段，14-出气通道，20-电加热管，21-电源，30-光热催化层，31-紫外灯管，32-石英盒，40-温度变送器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1至图3所示，根据本发明具体实施方式的有机废气处理装置，其为整体的套筒结构，套筒由同轴设置的内筒12和外筒11组成，内筒12与外筒11仅通过下部相连通。进气通道13穿过外筒11的上部侧壁与内筒12的顶端密封连接，出气通道14设置在外筒11的顶端，气体由进气通道13由上至下经过内筒12，再由下至上经过外筒11与内筒12之间的环形空间，由出气通道14排出。内筒12中设有多个电加热管20；内筒12与外筒11之间的环形空间中填充光热催化层30。光热催化层30中沿轴向穿设有多个紫外灯管31。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，有机废气处理装置还包括多个板状的石英盒32，多个石英盒32沿光热催化层30的径向分布从而将光热催化层30分隔为多个扇形柱，紫外灯管31容纳在石英盒32内。示例性地，如图2所示，光热催化层30被12个石英盒32分隔为12个扇形柱，每个石英盒32中容纳一个紫外灯管31。优选而非限制性地，紫外灯管31设置在石英盒32的中间位置。应了解的是，图中所示的石英盒、紫外灯管的数量和位置均为示意性的，本领域技术人员可以根据实际需要设置，从而使得光热催化层的每个扇形柱都能受到两侧紫外灯管的辐照，例如，紫外灯管的数量可以大于12个，每个石英盒中可以容纳不止一个紫外灯管，本发明并不以此为限。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，光热催化层30为不锈钢金属丝立体结网构成，不锈钢丝网表面负载光热协同催化剂。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，光热协同催化剂可以为Pt-Pd/TiO₂、Zr-Pt/TiO₂、1.6Pt-TiO₂/CeO₂-MnO₂、Pt-LaNiO₃等。有机废气能够穿过不锈钢丝网，在不锈钢丝网表面的光热协同催化剂的作用下，有机废气与氧气和水汽发生催化氧化反应，产生无害的二氧化碳和水，其中产生的水又能参与催化氧化反应，且整个催化氧化反应属于放热反应，光热催化层30内温度会相应升高，促进催化氧化反应。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，外筒11的底部设有温度变送器40，温度变送器40与电加热管20通信连接。温度变送器40安装在外筒11的侧面，温度变送器40用于测量加热后的待处理有机废气的温度，根据有机废气反应温度目标值和温度变送器40测量值调节电加热管20的电源21的功率，从而改变电加热管20的加热能力，温度变送器40测量值将越来越接近有机废气反应温度目标值，直到温度变送器40测量值等于有机废气反应温度目标值，电加热系统进入稳态。示例性地，电加热管20的数量可以为12～15根，图中所示的电加热管20为14根，本发明并不以此为限。优选而非限制性地，电加热管20均匀分布在内筒12中。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，进气通道13的末端设有扩径段131，扩径段131的广口端与内筒12的直径相同；出气通道14的口径沿气流方向逐渐缩小。示例性地，进气通道13可以为不锈钢材质，扩径段131的广口端与内筒12的顶端可以焊接连接。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，内筒12的下部设有多个通孔121，内筒12通过多个通孔121与外筒11相连通。示例性地，通孔可以为圆孔，多个通孔121均匀地分布在内筒12的底端，以供有机废气从内筒12进入外筒11。

结合图1所示，根据本发明具体实施方式的有机废气处理装置的使用方法，至少包括如下步骤：待处理有机废气由进气通道13进入内筒12，由上至下流经电加热管20进行加热；经加热的待处理有机废气由内筒12的下部流向外筒11，由下至上流经光热催化层30进行催化氧化反应，生成水和二氧化碳；所生成的水继续参与催化氧化反应；所生成的二氧化碳由出气通道14排入大气。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，有机废气处理装置的使用方法还包括步骤：检测经加热的待处理有机废气的温度，比较检测温度值与预设温度值，根据比较结果调节电加热管的加热温度。示例性地，可以通过温度变送器40来检测经加热的待处理有机废气的温度，通过调节电源21的功率来调节电加热管20的加热能力。示例性地，预设温度值为160℃～200℃。预设温度值即有机废气反应温度目标值。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，有机废气处理装置的使用方法还包括对光热催化层30进行除焦的步骤。有机废气处理装置在低氧条件下或者入口有机废气成分变化，光热催化层30内会不断积累结焦物，因此，有机废气处理装置在连续运行一个月左右，需进行除焦作业。除焦步骤包括：停止通入待处理有机废气；空气由进气通道13进入内筒12，由上至下流经电加热管20加热至400℃～420℃；经加热的空气由内筒12的下部流向外筒11，由下至上流经光热催化层30，与光热催化层30上附着的结焦物发生反应，生成气态产物；所生成的气态产物由出气通道14排入大气。

下面参考图1～图3所示的有机废气处理装置，以实施例更具体地说明本发明的内容，应了解的是，本发明并不以此为限。

实施例1

以催化氧化处理苯废气为例，苯废气从进气通道13进入本实施例的有机废气处理装置。苯废气首先进入内筒12由上至下流动，与均匀分布的14根电加热管20接触，苯废气迅速升温。苯废气反应温度目标值(预设温度值)为180℃，根据180℃温度目标值和温度变送器40检测温度值调节电源21的功率，从而改变电加热管20的加热能力，温度变送器40检测的温度值迅速接近苯废气反应温度目标值，直到温度变送器40检测的温度值等于苯废气反应温度目标值，电加热系统进入稳态。180℃的苯废气从内筒12的底部通孔121流入外筒11内由下至上流动。苯废气进入光热催化层30与不锈钢丝网表面负载的光热协同催化剂充分接触，180℃的苯废气通过热传导加热催化剂，将催化剂加热至180℃。在石英盒32中间部位的紫外灯管31的照射下，苯废气与氧气和水汽在催化剂表面发生光热协同催化氧化反应，产生无害的二氧化碳和水，这些物质与剩余空气一起从下往上运移，最终从出气通道以苯≤4mg/m³排放值达标排出有机废气处理装置。

实施例2

以催化氧化处理甲苯废气为例，甲苯废气从进气通道13进入本实施例的有机废气处理装置。甲苯废气首先进入内筒12由上至下流动，与均匀分布的14根电加热管20接触，甲苯废气迅速升温。甲苯废气反应温度目标值(预设温度值)为175℃，根据175℃温度目标值和温度变送器40检测温度值调节电源21的功率，从而改变电加热管20的加热能力，温度变送器40检测的温度值迅速接近甲苯废气反应温度目标值，直到温度变送器40检测的温度值等于甲苯废气反应温度目标值，电加热系统进入稳态。175℃的甲苯废气从内筒12的底部通孔121流入外筒11内由下至上流动。甲苯废气进入光热催化层30与不锈钢丝网表面负载的光热协同催化剂充分接触，175℃的甲苯废气通过热传导加热催化剂，将催化剂加热至175℃。在石英盒32中间部位的紫外灯管31的照射下，甲苯废气与氧气和水汽在催化剂表面发生光热协同催化氧化反应，产生无害的二氧化碳和水，这些物质与剩余空气一起从下往上运移，最终从出气通道以甲苯≤15mg/m³排放值达标排出有机废气处理装置。

实施例3

以催化氧化处理二甲苯废气为例，二甲苯废气从进气通道13进入本实施例的有机废气处理装置。二甲苯废气首先进入内筒12由上至下流动，与均匀分布的14根电加热管20接触，二甲苯废气迅速升温。二甲苯废气反应温度目标值(预设温度值)为170℃，根据170℃温度目标值和温度变送器40检测温度值调节电源21的功率，从而改变电加热管20的加热能力，温度变送器40检测的温度值迅速接近二甲苯废气反应温度目标值，直到温度变送器40检测的温度值等于二甲苯废气反应温度目标值，电加热系统进入稳态。170℃的二甲苯废气从内筒12的底部通孔121流入外筒11内由下至上流动。二甲苯废气进入光热催化层30与不锈钢丝网表面负载的光热协同催化剂充分接触，170℃的二甲苯废气通过热传导加热催化剂，将催化剂加热至170℃。在石英盒32中间部位的紫外灯管31的照射下，二甲苯废气与氧气和水汽在催化剂表面发生光热协同催化氧化反应，产生无害的二氧化碳和水，这些物质与剩余空气一起从下往上运移，最终从出气通道以二甲苯≤20mg/m³排放值达标排出有机废气处理装置。

实施例4

以催化氧化处理汽油废气为例，汽油废气从进气通道13进入本实施例的有机废气处理装置。汽油废气首先进入内筒12由上至下流动，与均匀分布的14根电加热管20接触，汽油废气迅速升温。汽油废气反应温度目标值(预设温度值)为200℃，根据200℃温度目标值和温度变送器40检测温度值调节电源21的功率，从而改变电加热管20的加热能力，温度变送器40检测的温度值迅速接近汽油废气反应温度目标值，直到温度变送器40检测的温度值等于汽油废气反应温度目标值，电加热系统进入稳态。200℃的汽油废气从内筒12的底部通孔121流入外筒11内由下至上流动。汽油废气进入光热催化层30与不锈钢丝网表面负载的光热协同催化剂充分接触，200℃的汽油废气通过热传导加热催化剂，将催化剂加热至200℃。在石英盒32中间部位的紫外灯管31的照射下，汽油废气与氧气和水汽在催化剂表面发生光热协同催化氧化反应，产生无害的二氧化碳和水，这些物质与剩余空气一起从下往上运移，最终从出气通道以非甲烷总烃≤120mg/m³排放值达标排出有机废气处理装置。

实施例5

本实施例为实施例4中的有机废气处理装置连续工作一个月后，进行除焦作业。停止通入汽油废气；空气由进气通道13进入内筒12，由上至下流经电加热管20加热至400℃；经加热的空气由内筒12的下部流向外筒11，由下至上流经光热催化层，与光热催化层30上附着的结焦物发生反应，生成气态产物；所生成的气态产物由出气通道14排入大气。除焦作业持续1小时之后，恢复有机废气处理程序。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种有机废气处理装置，其特征在于，包括：

套筒，其由同轴设置的内筒和外筒组成，所述内筒的下部与所述外筒相连通；

进气通道，其穿过所述外筒的上部与所述内筒的顶端密封连接；

出气通道，其设置在所述外筒的顶端；

电加热管，其设置在所述内筒中；

光热催化层，其填充在所述内筒与所述外筒之间的环形空间中；以及

多个紫外灯管，其沿轴向穿设在所述光热催化层中。

2.根据权利要求1所述的有机废气处理装置，其特征在于，还包括：

多个石英盒，其为板状空腔，所述多个石英盒沿所述光热催化层的径向分布从而将所述光热催化层分隔为多个扇形柱，所述多个紫外灯管容纳在所述多个石英盒内。

3.根据权利要求2所述的有机废气处理装置，其特征在于，每一个所述石英盒内容纳一个或多个所述紫外灯管。

4.根据权利要求3所述的有机废气处理装置，其特征在于，当每一个所述石英盒内容纳一个所述紫外灯管时，所述紫外灯管位于所述石英盒的中间。

5.根据权利要求2所述的有机废气处理装置，其特征在于，所述多个紫外灯管的数量大于或等于12个。

6.根据权利要求1所述的有机废气处理装置，其特征在于，所述光热催化层为不锈钢丝网，所述不锈钢丝网表面负载光热协同催化剂。

7.根据权利要求6所述的有机废气处理装置，其特征在于，所述光热协同催化剂为Pt-Pd/TiO₂、Zr-Pt/TiO₂、1.6Pt-TiO₂/CeO₂-MnO₂或Pt-LaNiO₃。

8.根据权利要求1所述的有机废气处理装置，其特征在于，所述外筒的底部设有温度变送器，所述温度变送器与所述电加热管通信连接。

9.根据权利要求1所述的有机废气处理装置，其特征在于，所述进气通道的末端设有扩径段，所述扩径段的广口端与所述内筒的直径相同；所述出气通道的口径沿气流方向逐渐缩小。

10.根据权利要求1所述的有机废气处理装置，其特征在于，所述内筒的下部设有多个通孔，所述内筒通过所述多个通孔与所述外筒相连通。

11.根据权利要求1所述的有机废气处理装置，其特征在于，所述电加热管的数量为12～15根。

12.一种如权利要求1～11中任意一项所述的有机废气处理装置的使用方法，其特征在于，该使用方法至少包括如下步骤：

待处理有机废气由所述进气通道进入所述内筒，由上至下流经所述电加热管进行加热；

经加热的待处理有机废气由所述内筒的下部流向所述外筒，由下至上流经所述光热催化层进行催化氧化反应，生成水和二氧化碳；

所生成的水继续参与所述催化氧化反应；

所生成的二氧化碳由所述出气通道排入大气。

13.根据权利要求12所述的使用方法，其特征在于，还包括步骤：

检测经加热的待处理有机废气的温度，比较检测温度值与预设温度值，根据比较结果调节所述电加热管的加热温度。

14.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，所述预设温度值为160～200℃。

15.根据权利要求12所述的使用方法，其特征在于，还包括对所述光热催化层进行除焦的步骤：

停止通入待处理有机废气；

空气由所述进气通道进入所述内筒，由上至下流经所述电加热管加热至400～420℃；

经加热的空气由所述内筒的下部流向所述外筒，由下至上流经所述光热催化层，与所述光热催化层上附着的结焦物发生反应，生成气态产物；

所生成的气态产物由所述出气通道排入大气。

Images