CN202823138U - 一种应用光化学技术处理有机废气的装置 - Google Patents

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罗志荣
谭志雄
邓表宽
钟惠云
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梁小雷
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Abstract

一种应用光化学技术处理有机废气的装置,包括高强度保安滤网、等离子反应器、液雾增湿器、催化反应网、吸附反应网、紫外线灯组和电气控制器,所述催化反应网和吸附反应网接受紫外线灯组的照射,有机废气依次经过高强度保安滤网过滤,等离子反应器分解,液雾增湿器增湿降温,催化反应网催化,吸附反应网吸附后净化,所述电气控制器连接等离子反应器和紫外线灯组,控制等离子反应器和紫外线灯组的启动和停止。本实用新型能高效处理工业有机废气,不产生二次污染残留物,资源消耗少,运行成本较低。

Description

一种应用光化学技术处理有机废气的装置技术领域[0001] 本实用新型涉及一种应用光化学技术处理有机废气的装置,用于净化工业生产过 程中产生的有机废气,属于大气与城乡居民居住环境保护技术领域。背景技术[0002] 大气污染是我国目前最突出的环境问题之一。其中工业废气是大气污染物的重要 来源。工业废气中最难处理的就是有机废气,主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和 胺类等。它们主要来源于石油和化工行业生产过程中排放的废气,特点是数量较大,有机 物含量波动性大、可燃、有一定毒性,有的还有恶臭,而氯氟烃的排放还会引起臭氧层的破 坏。石油和化工工厂及石化产品的存储设施,印刷及其他与石油和化工有关的行业,使用 石油、石油化工产品的场合和燃烧设备,以石油产品为燃料的各种交通工具都是有机废气 的源头。[0003] 有机废气通过呼吸道和皮肤进入人体后,能对人体呼吸、血液、肝脏等系统和器官 造成暂时性和永久性损害,尤其是多环芳烃类有机物能使人体直接致癌。这些有机废气除 了造成直接的大气污染外,还会在日照的作用下通过一些列复杂的反应生成二次污染物, 成为PM2. 5的主要来源之一。所以有机废气的处理与净化势在必行。[0004] 一直以来,国内外许多学者都致力于VOCs污染治理技术的研究,传统的技术有吸 附、冷凝、膜分离等,新技术有低温等离子体、光催化氧化、生物处理等。[0005] 吸附法是目前应用最广、技术最成熟的方法,一般首选活性炭作为吸附剂,具有吸 附能力强、原料充足等优点。目前,采用两段循环流化床吸附VOCs废气,运行稳定,效果良 好。对活性炭进行氧化、还原和负载化合物等改性处理,可以进一步提高其吸附能力。但目 前,国内尚未形成一套成熟可靠,经济适用的活性炭再生技术,绝大部分活性炭使用后作为 固废弃置,形成二次污染,使活性炭吸附技术的应用近年来受到制约。[0006] 冷凝法的原理是利用气态污染物不同的蒸气压,通过调节温度和压力使目标污染 物过饱和而发生凝结作用,从而实现净化和回收。该技术对部分有机物具有良好的处理效 果,并且有利于回收有用原料。但是该法能耗较大,对于低浓度有机废气处理成本较高、回 收率较低,因而未能得到广泛应用。[0007] 膜分离技术的原理是利用VOCs废气各组分在压力推动下通过选择性膜的不同速 率,使目标污染物得到分离。该法适用于处理量较小、浓度较高的有机废气处理。[0008] 生物法处理VOCs废气的原理是通过控制适宜的环境条件,培养并驯化出特定的 微生物,并利用废气中的污染物作为碳源和能源,维持其生命活动,同时将污染物转化为无 机物,从而达到净化的目的。生物法处理废气,具有处理效果好、运行费用低、无二次污染等 优点。但该法运营管理较复杂,停机后系统须较长时间才能恢复处理能力,占地面积大,因 而较难应用于大型有机废气处理工程。[0009] 低温等离子体技术的原理是采用电晕放电、射频放电等方式,在常温常压下获得 大量的高能电子和· O、· OH等活性粒子,利用这些活性粒子将VOCs废气转化为C02、H20等无害或低害物质。低温等离子体技术具有工艺简单、适用性强、易于操作、能耗低等优点,已 成为处理VOCs废气的前沿技术。[0010] 光催化氧化技术对废水具有很好的处理能力,已被广泛应用,而利用光催化氧化 技术处理VOCs废气则属于新型技术。大量的研究表明,光催化氧化技术在常温、常压下就 能将废气中的有机物降解为无机物,因而具有较大的应用价值。发明内容[0011] 本实用新型的目的旨在提供一种应用光化学技术处理有机废气的装置,能高效处 理工业有机废气,不产生二次污染残留物,资源消耗少,运行成本较低。[0012] 为实现上述目的,本实用新型一种应用光化学技术处理有机废气的装置,包括高 强度保安滤网、等离子反应器、液雾增湿器、催化反应网、吸附反应网、紫外线灯组和电气控 制器,所述催化反应网和吸附反应网接受紫外线灯组的照射,有机废气依次经过高强度保 安滤网过滤,等离子反应器分解,液雾增湿器增湿降温,催化反应网催化,吸附反应网吸附 后净化,所述电气控制器连接等离子反应器和紫外线灯组,控制等离子反应器和紫外线灯 组的启动和停止。[0013] 本实用新型还包括进风法兰和出风法兰,所述高强度保安滤网、等离子反应器、液 雾增湿器、催化反应网、吸附反应网和紫外线灯组均布置于设备结构主体中,所述进风法兰 和出风法兰分别设于设备结构主体的两端。所述设备结构主体最佳采用设备钢结构主体。[0014] 所述高强度保安滤网可由复合材料纤维制成,厚度为5〜10cm。主要用于截留烟 气中的无机物以及大颗粒油滴,保护后续元器件的正常运行。[0015] 所述等离子反应器可采用脉冲电晕放电或线-筒式电晕放电,布置于高强度保安 滤网之后,垂直于进风方向。烟气经过等离子反应器时,由于强电晕放电的作用,形成大量 的电子、带电粒子等活性高能粒子,通过这些高能粒子与有机物之间发生碰撞以及系列的 化学反应,最终将有机物分解为相对稳定的无害或低害物质。[0016] 所述液雾增湿器设置于高强度保安滤网之后的设备结构主体顶部,通过连接自来 水压力管道或通过泵浦泵送获得自来水或纯水,通过雾化喷头形成水雾,对烟气进行降温 和增湿,增湿后的烟气通过后续的催化反应网时,烟气中的水分子不断为催化反应网表面 的触媒补充羟基自由基,形成持续的催化活性。[0017] 所述催化反应网可采用镍制成,其上固载有纳米级二氧化钛光触媒。[0018] 所述吸附反应网可由含活性炭的复合材料制成。[0019] 所述催化反应网和吸附反应网最佳为筒状,其中心轴线重合,平行于进风方向。根 据处理量的不同,所述筒状催化反应网设有一层或多层,所述筒状吸附反应网设有一层,相 邻筒状催化反应网间距和或相邻筒状催化反应网与筒状吸附反应网间距为10〜20cm。所 述紫外线灯组最佳设置在相邻的筒状催化反应网之间和或相邻的筒状催化反应网与筒状 吸附反应网之间,紫外线灯组的轴线平行于进风方向。有机废气流经筒状催化反应网时,与 催化反应网表面的光触媒接触,光触媒在紫外线灯组发出的紫外线照射下,表面形成电子 空穴对以及羟基自由基,将烟气中的有机物迅速氧化分解,形成二氧化碳、水等稳定无害物 质。经过催化和光解净化之后,烟气中的剩余有机污染物最终被筒状吸附反应网上的多孔 活性炭介质截留,而吸附后的活性炭在紫外线灯组发出的紫外线照射下,有机物将被逐步分解,最终转化为水、二氧化碳等稳定无机物,多孔活性炭介质得到再生。[0020] 本实用新型主要运用物理截留与吸附、低温等离子、光致电离、臭氧氧化、自由基 氧化、空穴氧化等多种效应。首先通过高强度保安滤网对有机废气中可能夹带的无机颗粒 或粒径较大的油滴截留,保护后续元器件的正常工作;预处理后的有机废气先经过等离子 反应器,在常温常压下获得大量的电子和活性带电粒子,通过活性带电粒子间的相互作用 反应,使烟气中的有机污染物转化为无害或低害物质;之后烟气经液雾增湿器喷雾增湿; 然后从筒状催化反应网外侧进入到光化学反应区域内。有机废气依次经过筒状催化反应 网、紫外线灯组、筒状吸附反应网,最后经出风管道由出风法兰排出。其中,有机废气在穿越 筒状催化反应网表面时,与催化反应网上光触媒表面的强氧化自由基接触,通过光致电离、 臭氧氧化、自由基氧化、空穴氧化效应使废气中的有机污染物降解净化,有效消除烟气中可 能造成大气PM2. 5污染的有机污染物。本实用新型应用了低温等离子净化技术、光催化技 术,使多种活性自由基及强氧化剂联合同时并用,它们之间的交互协同作用起到了相乘的 综合催化效果,大大加快光解、氧化反应速率,光解、氧化的净化工作历程不到O.1秒钟时 间,大幅度提高了有机污染物净化处理的效率。[0021] 综上所述,本实用新型具有以下技术效果:[0022]1、采用了等离子反应器,运用低温等离子技术对有机废气进行预处理,通过电晕 极化形成大量的电子及高能活性粒子,有效将废气中的大分子有机物分解,有利于后续系 列降解反应的进行。[0023] 2、采用了液雾增湿装置,在对有机废气进行增湿降温的同时也为后续的光催化反 应提供持续有效的自由基来源,保证催化反应的持续高效进行。[0024] 3、采用了催化反应网,催化反应网接受紫外线灯组的照射,应用光化学及触媒催 化技术,通过紫外线以及触媒固载体的综合作用,运用光致电离、臭氧氧化、自由基氧化、空 穴氧化等多种效应将有机废气进行快速、彻底的净化。[0025] 4、采用了吸附反应网,吸附反应网接受紫外线灯组的照射,运用紫外光光解效应 对吸附反应网表面活性炭吸附的有机污染物进行彻底的分解,实现活性炭的再生,使吸附 反应网持续高效起作用。[0026] 5、采用了筒状多层结构,巧妙的将催化-光解-吸附作用整合,同时运用液雾和紫 外线的作用,实现触媒催化活性的可持续性和活性炭的循环再生。附图说明[0027] 图1为本实用新型实施例的结构示意图;[0028] 图2为图1的一层筒状催化反应网、一层紫外线灯组、一层筒状吸附反应网的截面 图;[0029] 图3为二层筒状催化反应网、二层紫外线灯组、一层筒状吸附反应网的截面图;[0030] 图4为图1的气流流向图。具体实施方式[0031] 下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。[0032] 如图1至图4所示,本实施例一种应用光化学技术处理有机废气的装置,包括进风口法兰1、设备钢结构主体2、出风口法兰3、高强度保安滤网4、等离子反应器5、液雾增湿 器6、筒状催化反应网7、紫外线灯组8、筒状吸附反应网9和电气控制器10 ;进风法兰I和 出风法兰2分别设于设备钢结构主体2的两端,高强度保安滤网4、等离子反应器5、液雾增 湿器6、筒状催化反应网7、紫外线灯组8和筒状吸附反应网9均布置于设备钢结构主体2 中,其中,高强度保安滤网4由不锈钢及复合材料纤维制成,设置在进风法兰I之后,厚度为 5〜IOcm ;等离子反应器5采用脉冲电晕放电或线-筒式电晕放电,布置于高强度保安滤网 4之后,垂直于进风方向11 ;液雾增湿器6设置于高强度保安滤网之后的设备钢结构主体2 顶部,通过连接自来水压力管道或通过泵浦泵送获得自来水或纯水;筒状催化反应网7及 筒状吸附反应网9,其中心轴线重合,平行于进风方向11,固定在设备钢结构主体2内。如 图2、图3所示,根据处理量的不同,本实用新型设有一层或多层筒状催化反应网7及一层筒 状吸附反应网9,各层催化/吸附反应网中心轴线重合,相邻筒状催化反应网间距、相邻筒 状催化反应网与筒状吸附反应网间距为10〜20cm ;筒状催化反应网7采用镍制作,其上固 载有纳米级二氧化钛光触媒;筒状吸附反应网9由含活性炭的复合材料制成;紫外线灯组8 设置在相邻的筒状催化反应网7之间、相邻的筒状催化反应网7与筒状吸附反应网8之间, 紫外线灯组8的轴线平行于进风方向11 ;等离子反应器5、紫外线灯组8通过导线与电气控 制器10连接。[0033] 使用时,有机废气通过进风法兰I进入到设备钢结构主体2内,首先高强度保安滤 网4截留烟气中的无机物以及大颗粒油滴,保护后续元器件的正常运行;接着烟气进入等 离子反应器5,在等离子反应器5内的强电晕放电作用下,烟气中产生大量的电子、带电粒 子等活性高能粒子,通过这些高能粒子与有机物之间发生碰撞以及系列的化学反应,最终 将有机物分解物相对稳定的无害或低害物质;经过等离子反应器5后,有机废气由液雾增 湿器6通过喷雾降温增湿;降温增湿后的烟气由筒状催化反应网7外侧进入到光化学反应 区域内。有机废气依次经过筒状催化反应网7、紫外线灯组8、筒状吸附反应网9,最后经出 风管道由出风法兰3排出。其中,有机废气流经筒状催化反应网7时,与筒状催化网表面7 的触媒接触,触媒在紫外线灯组8发出的紫外线照射下,表面形成电子空穴对以及羟基自 由基,将烟气中的有机物迅速氧化分解,形成二氧化碳、水等稳定无害物质;同时紫外线灯 组8发出的紫外线对烟气中的有机污染物有催化分解的作用,在紫外线的照射下,部分有 机物光解成小分子物质;经过催化和光解净化之后,烟气中的剩余有机污染物最终被筒状 吸附反应网9上的多孔活性炭介质截留,而吸附后的活性炭在紫外线灯组8发出的紫外线 照射下,有机物将被逐步分解,最终转化为水、二氧化碳等稳定无机物,多孔活性炭介质得 到再生。经过上述系列的光致电离、臭氧氧化、自由基氧化、空穴氧化效应,有机废气中的有 机污染物彻底地降解净化。

Claims (10)

1. 一种应用光化学技术处理有机废气的装置,其特征在于:包括高强度保安滤网(4)、 等离子反应器(5)、液雾增湿器(6)、催化反应网(7)、吸附反应网(9)、紫外线灯组(8)和电气控制器(10),所述催化反应网(7)和吸附反应网(9)接受紫外线灯组(8)的照射,有机废气依次经过高强度保安滤网(4)过滤,等离子反应器(5)分解,液雾增湿器(6)增湿降温,催化反应网(7)催化,吸附反应网(9)吸附后净化,所述电气控制器(10)连接等离子反应器(5)和紫外线灯组(8)。
2.根据权利要求1所述的处理有机废气的装置,其特征在于:包括进风法兰(I)和出风法兰(3),所述高强度保安滤网(4)、等离子反应器(5)、液雾增湿器(6)、催化反应网(7)、 吸附反应网(9)和紫外线灯组(8)均布置于设备结构主体中,所述进风法兰(I)和出风法兰(3)分别设于设备结构主体的两端。
3.根据权利要求2所述的处理有机废气的装置,其特征在于:所述设备结构主体采用设备钢结构主体(2)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的处理有机废气的装置,其特征在于:所述高强度保安滤网(4)由复合材料纤维制成,厚度为5〜10cm。
5.根据权利要求1至3任一项所述的处理有机废气的装置,其特征在于:所述等离子反应器(5)米用脉冲电晕放电或线-筒式电晕放电,垂直于进风方向 11)。
6.根据权利要求1至3任一项所述的处理有机废气的装置,其特征在于:所述催化反应网(7)采用镍制成,其上固载有纳米级二氧化钛光触媒。
7.根据权利要求1至3任一项所述的处理有机废气的装置,其特征在于:所述吸附反应网(9)由含活性炭的复合材料制成。
8.根据权利要求1至3任一项所述的处理有机废气的装置,其特征在于:所述催化反应网(7)和吸附反应网(9)为筒状,其中心轴线重合,平行于进风方向(11)。
9.根据权利要求8所述的处理有机废气的装置,其特征在于:所述筒状催化反应网(7)设有一层或多层,所述筒状吸附反应网(9)设有一层,相邻筒状催化反应网(7)间距和或相邻筒状催化反应网(7)与筒状吸附反应网(9)间距为l(T20cm。
10.根据权利要求9所述的处理有机废气的装置,其特征在于:所述紫外线灯组(8) 设置在相邻的筒状催化反应网(7)之间和或相邻的筒状催化反应网(7)与筒状吸附反应网 (9)之间,紫外线灯组(8)的轴线平行于进风方向(U)。
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