CN206810061U - 一种VOCs处理设备 - Google Patents

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席国强
王玉
赵文峰
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Abstract

本实用新型涉及一种VOCs处理设备。包括降解反应器，所述降解反应器包括：带有进气口和出气口的箱体，位于所述箱体内的带有介质阻挡放电段的多个反应单元；其中，所述介质阻挡放电段包括绝缘陶瓷管，布于所述绝缘陶瓷管外表面并且接地的铜带电极；所述绝缘陶瓷管内填充有能增大放电反应比表面积并且与放电极共同作用能电离出羟基自由基和/或活性氧原子的陶瓷环填料。本实用新型可提高VOCs的去除率，发挥介质阻挡放电低温等离子体和真空紫外光催化在处理VOCs上的协同优势，可降低副产物O3的排放浓度；本实用新型使用0.4％Fe3+可改善催化剂的分散状态，进一步提高甲苯去除率，降低副产物O3的排放浓度。

Description

一种VOCs处理设备
技术领域
本实用新型涉及一种废气处理设备，属于废气处理领域，具体是涉及一种VOCs处理设备。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物。多数VOCs有毒、有恶臭，刺激呼吸系统及粘膜，长期接触致畸致癌；高浓度突然作用下，造成急性中毒，甚至死亡，同时，挥发性有机物(VOCs)与大气中氮氧化物、二氧化硫等发生反应，产生二次气溶胶、光化学烟雾，造成城市灰霾等复合大气污染问题。
工业排放是VOCs的主要来源，挥发性有机物类污染物主要来源于石油化工、煤化工、橡胶、制药、印刷、机械制造等行业。
主要的工业处理工艺是消除法和回收法。消除法是通过化学或生物反应，用光、热、催化剂和微生物等将挥发性有机物转化为水和二氧化碳，主要包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法、光分解法等。回收法是通过物理处理工艺，在一定温度、压力下，用选择性吸收剂、吸附剂或选择性膜等工艺来分离。
低温等离子体被称为物质的第四态，可通过电晕放电、脉冲电晕、介质阻挡放电等产生。低温离子体技术降解VOCs具有一定优势，但存在能量利用效率低、易造成O3污染等问题。光催化氧化技术利用紫外线激发氧化去除VOCs，具有能耗低，设备简单等优点，存在着处理效率低，不适用于工业浓度的缺点。
实用新型内容
本实用新型主要是解决现有技术所存在的介质阻挡放电技术能量利用效率低、易造成O3污染，光催化技术处理效率低，不适用于工业浓度等技术问题；提供了一种VOCs处理设备。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种VOCs处理设备，包括降解反应器，所述降解反应器包括：
带有进气口和出气口的箱体，位于所述箱体内的带有介质阻挡放电段的多个反应单元；
其中，所述介质阻挡放电段包括绝缘陶瓷管，布于所述绝缘陶瓷管外表面并且接地的铜带电极；所述绝缘陶瓷管内填充有能增大放电反应比表面积的陶瓷环填料，陶瓷环填料和电极共同作用能电离出羟基自由基和/或活性氧原子。
优化的，上述的一种VOCs处理设备，所述反应单元还包括一与介质阻挡放电段相连的真空紫外光催化段，所述真空紫外光催化段内设置真空紫外光源及γ-Al2O3小球填料。
优化的，上述的一种VOCs处理设备，所述箱体的进气口和出气口带有布气板，所述布气板连接各个反应单元的气体通道。
优化的，上述的一种VOCs处理设备，所述降解反应器的进气口依次连接引风机、袋式除尘器。
因此，本实用新型具有如下优点：
(1)与传统的技术相比，可提高VOCs的去除率，发挥介质阻挡放电低温等离子体和真空紫外光催化在处理VOCs上的协同优势。
(2)可降低副产物O3的排放浓度。
(3)使用0.4％Fe3+可改善催化剂的分散状态，进一步提高甲苯去除率，降低副产物O3的排放浓度。
(4)反应单元采用两段管线式结构，与反应器模块化连接，通过对应的法兰盘固定于布气板上，通过改变反应单元的数量适应不同处理气量和负荷，同时在检修时可独立拆卸，不影响反应器的运行。
附图说明
图1是本实用新型的处理工艺流程图；
图2是本实用新型的降解反应器图。
图3是图2的A-A剖面图
图4是图2的侧视图；
图5是降解反应单元图；
图6是图5的B-B剖面图；
图中附图标识：VOCs废气入口1、VOCs废气出口2、袋式除尘器3、引风机4、降解反应器5、排气道6、在线监测7、高频电源8、降解反应器进气口及箱体9、布气板10、降解反应单元11、反应单元DBD段11-1、反应单元VUV段11-2、降解反应器出气口及箱体12、降解反应单元进气口13、接地极14、铜带电极15、绝缘陶瓷管16、接地17、放电极18、反光膜19、降解反应单元进出口20、陶瓷环填料21、真空紫外光源22、γ-Al2O3小球填料23、降解反应器基座24、连接法兰25。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
参见图1至图6，本实用新型提供了一种VOCs废气处理设备。该工艺设备包括：依次连接袋式除尘器3、引风机4、降解反应器5。以及配套的高频电源8、在线监测系统7、排气道6。
其中降解反应器5由进气口及箱体9、布气板10、出气口及箱体12、多个反应单元11模块化组合而成。每个反应单元通过对应的法兰连接25固定于布气板10上。
其中反应单元11为管线式结构，分成介质阻挡放电段(DBD段)11-1真空紫外光催化段(VUV段)11-2，两段通过法兰盘连接25。DBD段由反应单元进气口13、放电极18、铜带电极15、接地极14、接地17、绝缘陶瓷管16与陶瓷环填料21构成。VUV段由真空紫外光源22、反光膜19、γ-Al2O3小球填料23及反应单元出气口20构成。
陶瓷环21、γ-Al2O3小球填料23均负载催化剂，优选的质量分数0.4％Fe3+改性的TiO2催化剂。
该VOCs废气处理设备的工作流程如下：
(1)制备与负载催化剂，采用溶胶凝胶法制备，取Ti(OC4H9)4溶于无水醇中，缓慢加人水使其水解，形成稳定的溶胶；将硝酸铁用二次蒸馏水配成含Fe3+质量分数为50％的水溶液，在室温下搅拌1～2h，将硝酸铁水溶液加入到溶胶中。采用陶瓷环填料21和γ-Al2O3小球填料23，将其放人溶胶中浸渍4～6h后取出，得到有TiO2涂层，再于110℃恒温干燥1～2h，然后在500℃煅烧2h。将负载催化剂的陶瓷环填料21和γ-Al2O3小球填料23装填入反应单元11。
(2)含VOCs的废气由废气入口1进入袋式除尘器3进行除尘预处理。
(3)将步骤(2)处理后的废气通过引风机4送至降解反应器5，通过反应器布气,10将废气分配至每个反应单元11。高配电源8向反应单元11的放电极18施加高压电，绝缘陶瓷管16阻挡放电极18和铜带电极15的导通，在高压电的作用下气体被电离产生低温等离子体，高能的等离子体、体系中的羟基自由基和活性氧原子与VOCs相互作用，使其由大分子分解为无害的小分子最终生成H2O和CO2，同时在高能粒子作用下产生O3；真空紫外线波长≤185nm的，能量≥6.7eV，可断裂一些化学键；真空紫外线照射催化剂使其电子由基态迁移至激发态，产生电子空穴对，具备强氧化性，同时光催化产生更多羟基自由基和活性氧原子，这些活性物质分解DBD段11-1逃逸的VOCs，或者DBD段11-1分解不完全的小分子基团。于此同时DBD段11-1产生的O3在VUV段11-2作为电子捕获剂，降低空穴与电子的复合率，从而产生了更多的羟基自由基，光催化又可强化O3对VOCs的氧化降解反应，提高O3分子的利用效率，进一步提高VOCs的去除率，也降低了反应器出口的O3浓度。
(4)经过步骤(3)处理后的VOCs经过排气管排放。
介质阻挡放电联合真空紫外光催化(DBD/VUV/TiO2)对甲苯的去除率相较传统介质阻挡放电(DBD)技术高；甲苯的去除率随着输入电压的升高而提高；反应器出口的O3浓度随输入电压的升高而增加。在12～16kV时DBD产生的O3浓度较DBD/VUV/TiO2低，但随着电压的升高，DBD产生的O3浓度上升速率较大，在16至22kV时，DBD/VUV/TiO2条件下反应器出口的O3浓度比传统DBD反应器下降。
在相同条件下使用0.4％Fe3+改性的TiO2较普通TiO2光催化效果更好，过渡金属Fe3 +的掺入抑制了TiO2纳米颗粒尺寸的生长，改善了TiO2纳米粉体的分散状态。
实施例一
以甲苯为目标气体，质量分数0.4％Fe3+改性的TiO2催化剂，电压22kv、入口浓度700mg/m3、相对湿度40％、气体停留时间40s，甲苯去除率为87.2％。O3浓度6.2mg/m3；较相同条件下DBD反应器处理效率提高9％，臭氧O3浓度下降27％，能力利用率提高29％。
实施例二
以甲苯为目标气体，质量分数0.4％Fe3+改性的TiO2催化剂，电压20kv、入口浓度700mg/m3、相对湿度40％、气体停留时间60s，甲苯去除率为91.9％。
实施例三
以甲苯为目标气体，质量分数0.4％Fe3+改性的TiO2催化剂，电压20kv、入口浓度1400mg/m3、相对湿度40％、气体停留时间80s，甲苯去除率为96.8％。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种VOCs处理设备，包括降解反应器，其特征在于，所述降解反应器包括：
带有进气口和出气口的箱体，位于所述箱体内的带有介质阻挡放电段的多个反应单元(11)；
其中，所述介质阻挡放电段包括绝缘陶瓷管(16)，布于所述绝缘陶瓷管(16)外表面并且接地的铜带电极(15)；所述绝缘陶瓷管(16)内填充有能增大放电反应比表面积并且与放电极共同作用能电离出羟基自由基和/或活性氧原子的陶瓷环填料(21)。
2.根据权利要求1所述的一种VOCs处理设备，其特征在于，所述反应单元(11)还包括一与介质阻挡放电段相连的真空紫外光催化段，所述真空紫外光催化段内设置真空紫外光源(22)及γ-Al2O3小球填料(23)。
3.根据权利要求1所述的一种VOCs处理设备，其特征在于，所述箱体的进气口和出气口带有布气板(10)，所述布气板(10)连接各个反应单元(11)的气体通道。
4.根据权利要求1所述的一种VOCs处理设备，其特征在于，所述降解反应器的进气口依次连接引风机(4)、袋式除尘器(3)。
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CN107252627A (zh) * 2017-06-27 2017-10-17 中煤科工集团西安研究院有限公司 一种VOCs处理工艺及设备
CN108260271A (zh) * 2018-03-21 2018-07-06 大连民族大学 一种多功能等离子体协同催化放电装置

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