CN202725026U

CN202725026U - 射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置

Info

Publication number: CN202725026U
Application number: CN 201220335890
Authority: CN
Inventors: 耿启金; 汤善芳; 耿子汶
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-30
Filing date: 2012-06-30
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-06-30

Abstract

本实用新型公开了一种射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，包括反应器外筒，反应器外筒的上端设有出气管口，反应器外筒的下端设有进气管口，反应器外筒内靠近进气管口一端安装有气体分布板，反应器外筒内靠近出气管口的一端安装有气体出口挡板，气体分布板与气体出口挡板之间安装有沿反应器外筒轴向布置的至少两个石英玻璃管，所石英玻璃管内分别安装有紫外光灯管，石英玻璃管与反应器外筒之间填充有催化剂颗粒，气体分布板上方设有颗粒阻挡网，反应器外筒上周向均匀设有对应于催化剂颗粒的至少两个射流喷嘴；本实用新型具有操作区域宽，操作可靠简便，催化剂颗粒再生简单，对气态污染物氧化选择性小，处理效果好等突出优点。

Description

射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置

技术领域

本实用新型涉及一种流化床反应器，尤其涉及一种利用射流强化列管式流化床光催化处理工业废气的装置。

背景技术

在化工、制药等企业，由于生产过程、原材料或产品的转移过程中等会导致可挥发性有机物无组织的排放或挥发，给环境造成了严重的污染或异味，已引起政府和人们的广泛关注。

面对这些问题，传统的处理技术包括吸附、通风、过滤、等离子技术、燃烧等，上述方法对应用于低浓度污染物处理时存在费用颇高或效果欠佳等问题。尽管环境治理的措施很多，但都不同程度的存在成本费用高、安全性差、可行性差、技术不成熟等现象，以及带来二次污染等诸多问题。近年来，国内外开发了一些绿色环保治理技术，如纳米光催化剂，在环保中起到很突出作用，且不会带来二次污染，被誉为“绿色环保型催化剂”。光催化技术是一种利用光生强氧化剂将有机污染物彻底氧化成H₂O、CO₂等小分子的高级氧化技术，该技术具有反应条件温和、设备简单、易于操作，且对低浓度污染物或气相污染物有很好的去除效果等优点；另外，具有催化剂材料易得，运行成本低，可利用太阳光作为催化光源等优点，是一种非常有前景的污染治理技术，特别是该技术不存在造成明火、爆炸等安全隐患，因此成为企业最为关注的技术之一。

光催化流化床反应器是将光催化技术嫁接在流化床反应器上而设计的一种新型反应器，与传统的光催化板式结构或整体式结构反应器相比，它具有光照面积大，反应物与催化剂颗粒表面接触效果好，传质效率高，催化剂可循环利用等优点，因此具有较高的气体污染物去除率。催化剂颗粒的可再生性，提高了反应器的使用价值。但由于工业过程实际气体通量较大，对于普通流化床光催化反应器在处理过程中受到操作气速和光传递等因素的严重制约，而未能得到产业化发展利用。另外，需使用上述技术的企业多为有机物气体弥漫环境或无组织排放环境，明火或放电都会给企业带来潜在的安全隐患，因此处理效果较好的等离子技术和燃烧技术在这类企业中的广泛应用受到了严重制约，因此化工、制药等企业中的空气处理技术成为企业迫切需要改进的问题之一。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，以实现对气态污染物分子好的降解效果，同时解决催化剂颗粒流化过程中存在的聚团沉积严重、沟流和扬析等技术难题，并且解决废气处理过程中的振动噪音、高频辐射、火灾隐患及设备爆炸等安全环保问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，包括反应器外筒，所述反应器外筒的上端设有出气管口，所述反应器外筒的下端设有进气管口，所述反应器外筒内靠近所述进气管口一端安装有气体分布板，所述反应器外筒内靠近所述出气管口的一端安装有气体出口挡板，所述气体分布板与所述气体出口挡板之间安装有沿所述反应器外筒轴向布置的至少两个石英玻璃管，所述石英玻璃管内分别安装有紫外光灯管，所述石英玻璃管与所述反应器外筒之间填充有催化剂颗粒，所述气体分布板上方设有防止所述催化剂颗粒散落的颗粒阻挡网，所述反应器外筒上周向均匀设有对应于所述催化剂颗粒的至少两个射流喷嘴。

作为优选的技术方案，所述射流喷嘴的射流方向与所述射流喷嘴插入点切线形成有射流角，且所述射流角的角度为30°-45°。

作为优选的技术方案，所述射流喷嘴的数量为两个，且两所述射流喷嘴反对称顺次设置。

作为优选的技术方案，所述石英玻璃管均匀分布在所述反应器外筒内。

作为优选的技术方案，所述紫外光灯管与所述石英玻璃管同轴设置。

作为优选的技术方案，所述紫外光灯管的电源上端座固定安装在所述气体出口挡板上，所述紫外光灯管的电源下端座固定安装在所述气体分布板上。

作为优选的技术方案，所述反应器外筒为不锈钢管，且所述不锈钢管内表面涂覆有反光惰性层。

作为优选的技术方案，所述反应器外筒与所述进气管口之间形成有气体预分布室；所述反应器外筒与所述出气管口之间形成有气体出口收集室。

作为优选的技术方案，所述气体预分布室内安装有除尘装置。

作为对上述技术方案的改进，所述反应器外筒上设有连通所述反应器外筒内腔的测试端口。

由于采用了上述技术方案，射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，包括反应器外筒，所述反应器外筒的上端设有出气管口，所述反应器外筒的下端设有进气管口，所述反应器外筒内靠近所述进气管口一端安装有气体分布板，所述反应器外筒内靠近所述出气管口的一端安装有气体出口挡板，所述气体分布板与所述气体出口挡板之间安装有沿所述反应器外筒轴向布置的至少两个石英玻璃管，所述石英玻璃管内分别安装有紫外光灯管，所述石英玻璃管与所述反应器外筒之间填充有催化剂颗粒，所述气体分布板上方设有防止所述催化剂颗粒散落的颗粒阻挡网，所述反应器外筒上周向均匀设有对应于所述催化剂颗粒的至少两个射流喷嘴；本实用新型的有益效果是：在反应器外筒内分布有多个石英玻璃管，利用安装在石英玻璃管内的紫外光灯管对催化剂颗粒进行照射，从而起到将污染气体进行净化的目的，为了加强催化剂颗粒的流态化效果，沿反应器外筒轴向设有射流喷嘴。该装置可以强化工业废气处理效果，且不会因操作气速过大而引起催化剂颗粒的夹带损失和难以流化、光传递效率低等问题。本实用新型不但解决了传统光催化板式结构和整体式结构反应器的光照面积小，传质效率低等技术问题，而且通过列管式结构适应了工业废气的高通量条件，有效地解决了流化床光催化装置因操作气速过大和光传递效率低难以实现产业化应用的问题。本实用新型与现有技术相比具有操作区域宽，操作可靠简便，催化剂颗粒再生简单，对气态污染物氧化选择性小，处理效果好等突出优点，同时，反应器可串联或并联使用，特别适合于化工、制药企业产生的高通量气流携带的有机废气处理使用。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例射流喷嘴连接处的俯视图；

图中：1-反应器外筒；2-气体分布板；3-气体出口挡板；4-石英玻璃管；5-紫外光灯管；6-催化剂颗粒；7-气体预分布室；8-进气管口；9-气体出口收集室；10-出气管口；11-射流喷嘴；12-射流驱动风机；13-测试端口；14-颗粒阻挡网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1和图2所示，射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，包括反应器外筒1，所述反应器外筒1的上端设有出气管口10，所述反应器外筒1的下端设有进气管口8，所述反应器外筒1内靠近所述进气管口8一端安装有气体分布板2，所述反应器外筒1内靠近所述出气管口10的一端安装有气体出口挡板3，所述气体分布板2与所述气体出口挡板3之间安装有沿所述反应器外筒1轴向布置的至少两个石英玻璃管4，所述石英玻璃管4内分别安装有紫外光灯管5，所述石英玻璃管4与所述反应器外筒1之间填充有催化剂颗粒6，可以选择纳米二氧化钛光催化剂，反应器外筒1内填充有催化剂颗粒6的范围形成本装置的反应区，气体分布板2和气体出口挡板3实现将催化剂颗粒6封装在反应器外筒1内，以及将石英玻璃管4和紫外光灯管5固定安装在反应器外筒1内，由于石英玻璃管4和紫外光灯管5的设置，使反应区呈花样状环形反应区，所述反应器外筒1为不锈钢管，且在实际使用时可以在不锈钢管结构的反应器外筒1内表面涂覆反光惰性层，以提高紫外光的利用率，反光惰性层可以选择三氧化铝等原料。

所述石英玻璃管4的管径为140-200mm，高为680-2600mm，所述紫外光灯管5与所述石英玻璃管4同轴设置，且所述石英玻璃管4均匀分布在所述反应器外筒1内。为提高紫外光的穿透率，避免光照不匀而造成催化剂颗粒6利用率低下的现象，在反应区内将石英玻璃管4设计为环绕式列管结构，且相邻两石英玻璃管4的间距在30-50mm之间，本实施例以紫外光灯管5的轴线为中心线与石英玻璃管4形成嵌套管结构，且多组嵌套管在反应器外筒1内与反应器外筒1同轴分布设置，从而使嵌套管形成环隙列管。选择的紫外光灯管5功率为25-40W，辐射最大波长254-365nm，用来激发催化剂颗粒6，使催化剂颗粒6产生具有强氧化性能的羟基自由基或超氧负离子等，这些活性物质对吸附在催化剂颗粒6表面的气态污染物分子进行光催化氧化，使其最终完全降解为没有污染的小分子物质，如CO₂和H₂O等，从而实现气体的净化。根据反应器外筒1的长度，可以将多个紫外光灯管5串联固定在石英玻璃管4内，以满足催化剂颗粒6的照射使用。所述紫外光灯管5的电源上端座固定安装在所述气体出口挡板3上，所述紫外光灯管5的电源下端座固定安装在所述气体分布板2上，且石英玻璃管4与气体出口挡板3的接触面上分布有多个孔，以便于紫外光灯管5散热使用。

所述反应器外筒1与所述进气管口8之间形成有气体预分布室7，所述气体预分布室7的底部的进气管口8可以通过法兰连接进气管路，工业废气穿过气体预分布室7和气体分布板2进入反应器外筒1内与催化剂颗粒6接触，在气体分布板2上设有进气孔，以便于气体能够进入到反应器外筒1内，且气体分布板2的直径为460-1060mm，而板面上的开孔直径为2-8mm，开孔率5-15％，气体分布板2的这种设计可确保气体均匀进入反应器外筒1内，因催化剂颗粒6很小，容易从底部气体分布板2的进气孔内散落下来，可以在所述气体分布板2上方设置一到两层的颗粒阻挡网14。为了提高气流的流速，可以在进气管路上连接一进气风机，气体预分布室7可以使气体分布均匀，有助于保障反应器进气的均匀性，从而实现催化剂颗粒6稳定的流态化，在实际应用时，有部分企业产生的废气中会夹带很多颗粒状杂质，因此可以在所述气体预分布室7内安装除尘装置，防止杂质进入反应区内，影响紫外光照射率，从而降低空气净化效果，本实施例中所述除尘装置可以设置为布袋除尘装置或旋风除尘装置等，该除尘装置为本技术领域普通技术人员所熟知的技术内容，在这里不再赘述。所述反应器外筒1与所述出气管口10之间形成有气体出口收集室9，出气管口10位于所述气体出口收集室9顶部的中心位置，且通过法兰连接有排气管路，而气体出口挡板3上的开孔率为15-25％，孔径为6-15mm，确保净化后气体能够迅速进入气体出口收集室9内。

所述反应器外筒1上周向均匀设有对应于所述催化剂颗粒6的至少两个射流喷嘴11，所述射流喷嘴11通过射流管路连接有射流驱动风机12，所述射流喷嘴11的射流方向与所述射流喷嘴11插入点切线形成有射流角α，且所述射流角α的角度为30°-45°，本实施例所述射流喷嘴11的数量为两个，且两所述射流喷嘴11反对称顺次设置。射流喷嘴11的设置可以进一步强化催化剂颗粒6的流态化效果，一般选择将射流喷嘴11安装于距离气体分布板2上表面15-28mm处，射流喷嘴11的内径为50-105mm，插入反应器外筒1的深度为10-30mm，射流气速可以根据流化速度和流化状况利用射流驱动风机12进行调整，且射流管路与射流驱动风机12都置于流化床体系之外。

所述反应器外筒1上设有连通所述反应器外筒1内腔的测试端口13，用于测定反应器外筒1内的压力和催化剂颗粒6的流速。

本实用新型的工作过程如下所述：

待处理的气体由进气风机驱动，从进气管口8进入气体预分布室7，穿过气体分布板2依次进入石英玻璃管4与反应器外筒1围成的反应区内，在紫外光灯管5的辐照下，激发填充于反应区内的催化剂颗粒6，使催化剂颗粒6产生具有强氧化性能的羟基自由基或超氧负离子等，将吸附在催化剂颗粒6表面的工业废气中的有机污染物分子进行光催化氧化，最终完全降解为没有污染的小分子物质，如CO₂和H₂O等，处理后的气体穿过气体出口挡板3进入气体出口收集室9，经出气管口10排出。

本实用新型实施时，应该注意以下关键技术特征：

一、石英玻璃管应对254-365nm之间的紫外光吸收越少越好，其厚度越小越好，一般为5-12mm。

二、在反应器外筒的内壁上涂覆反光惰性材料(如三氧化铝等)，有利于提高光的利用率。

三、光传递与气体流速、射流速度、催化剂的装载量等有密切关系，根据具体情况设定射流气速，以确保反应区内具有较高的空隙率和光传递效率。

四、气体分布板开孔率的设计，便于使流化气体均匀有效地进入反应区内，为防止催化剂颗粒的泄露，在实际操作中可在气体分布板上层附加1-2层丝网。

五、射流角度、速度、深度的控制可以根据具体的催化剂颗粒和催化剂的填料量决定，以确保聚团颗粒尺寸的有效分布，消除流化过程中产生的沟流和流化死区等不良现象。

六、为减少催化剂颗粒的用量，以纳米二氧化钛为光催化剂颗粒(颗粒粒径为10-20nm)，同时配以普通钛白粉颗粒(颗粒平均粒径为600-1250目)作为催化剂填料，且按照一定比例混合(两者比例1∶4为佳)。

七、如果待处理工业气体含有颗粒物杂质，须在进气预分布室内设置除尘装置，防止颗粒物杂质堵塞气体分布板上的进气孔。

现在举两例具体应用实例说明使用本实用新型的效果：

具体应用实例一：

以纳米二氧化钛为催化剂2kg和普通钛白粉颗粒8kg混合，纳米二氧化钛颗粒平均粒径20nm，普通钛白粉颗粒平均粒径1200目，处理某公司实际存在的丙烯酸酯混合气态污染物(工况条件：相对湿度41％，室温22.5℃)，废气初始浓度为0.25mmol L^-1，进气管口处流量为15000m³h^-1，所述射流喷嘴的射流速度为2000mms^-1，所述射流角α的角度为38度，所述射流喷嘴的喷口内径为65mm，所述射流喷嘴插入到反应区内，对应插入到所述催化剂颗粒区域的深度为25mm。实验结果表明，该装置不仅气体流化效果佳，减少了催化剂颗粒的使用量，出气管口处丙烯酸酯的浓度下降了95.15％。另外，循环试验结果表明，催化剂的循环使用效果较好，可连续使用2400小时，对丙烯酸酯的降解效率仍可达到86.9％。

具体应用实例二：

以纳米二氧化钛为催化剂2kg和普通钛白粉颗粒8kg混合，纳米二氧化钛颗粒平均粒径20nm，普通钛白粉颗粒平均粒径1200目，处理某公司实际存在的对甲苯酚气态污染物(工况条件：相对湿度32％，室温23.5℃)，初始浓度为0.15mmol L^-1，进气管口处流量为5000m³h^-1，所述射流喷嘴的射流速度为1000mms^-1，所述射流角α的角度为38度，所述射流喷嘴的喷口内径为65mm，所述射流喷嘴插入到反应区内，对应插入到所述催化剂颗粒区域的深度为25mm。实验结果表明，该装置不仅颗粒流化效果佳，减少了催化剂的使用量，出气管口处甲苯酚的浓度下降了91.04％。另外，循环试验结果表明，催化剂的循环使用效果较好，可连续使用2400小时，对甲苯酚的降解效率仍可达到83.02％。

本实施例可串联或并联使用，也可根据车间环境空间大小，设计不同空间结构的反应器外筒，广泛适宜于化工场所、高浓度工业废气场所以及存在VOCs的大型公共场所等。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，包括反应器外筒，所述反应器外筒的上端设有出气管口，所述反应器外筒的下端设有进气管口，所述反应器外筒内靠近所述进气管口一端安装有气体分布板，所述反应器外筒内靠近所述出气管口的一端安装有气体出口挡板，其特征在于：所述气体分布板与所述气体出口挡板之间安装有沿所述反应器外筒轴向布置的至少两个石英玻璃管，所述石英玻璃管内分别安装有紫外光灯管，所述石英玻璃管与所述反应器外筒之间填充有催化剂颗粒，所述气体分布板上方设有防止所述催化剂颗粒散落的颗粒阻挡网，所述反应器外筒上周向均匀设有对应于所述催化剂颗粒的至少两个射流喷嘴。

2.如权利要求1所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述射流喷嘴的射流方向与所述射流喷嘴插入点切线形成有射流角，且所述射流角的角度为30°-45°。

3.如权利要求2所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述射流喷嘴的数量为两个，且两所述射流喷嘴反对称顺次设置。

4.如权利要求3所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述石英玻璃管均匀分布在所述反应器外筒内。

5.如权利要求1、2、3或4所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述紫外光灯管与所述石英玻璃管同轴设置。

6.如权利要求5所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述紫外光灯管的电源上端座固定安装在所述气体出口挡板上，所述紫外光灯管的电源下端座固定安装在所述气体分布板上。

7.如权利要求6所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述反应器外筒为不锈钢管，且所述不锈钢管内表面涂覆有反光惰性层。

8.如权利要求7所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述反应器外筒与所述进气管口之间形成有气体预分布室；所述反应器外筒与所述出气管口之间形成有气体出口收集室。

9.如权利要求8所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述气体预分布室内安装有除尘装置。

10.如权利要求9所述的射流强化列管式流化床光催化处理工业废气装置，其特征在于：所述反应器外筒上设有连通所述反应器外筒内腔的测试端口。