CN212383488U - 一种用于光催化有机废气的腔芯及净化装置和净化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于光催化有机废气的腔芯，包括氙灯和分别设置在其两端的固定板和固定环，固定板和固定环之间固定有多根环形围绕在氙灯四周的连接杆以及电极回路套管。多根连接杆的外周固定有纳米催化网，有机废气在氙灯发出的强紫外光作用下，穿过纳米催化网被降解成无害气体后从固定环的中间通孔排出，实现光催化有机废气的处理。还公开一种用于光催化有机废气的净化装置和净化系统。本实用新型腔芯通过脉冲氙灯与纳米催化网结合，能彻底有效的实现对有机污染物的转化处理，无二次污染，处理成本低，还能有效避免大量臭氧的产生。本实用新型净化装置和净化系统能实现对不同浓度有机废气强紫外光催化处理，转化效率高，成本低，环保可行。

Description

一种用于光催化有机废气的腔芯及净化装置和净化系统

技术领域

本实用新型涉及有机废气净化处理领域，特别是涉及一种用于光催化有机废气的腔芯及净化装置和净化系统。

背景技术

随着工业化深入推进，当前大气污染严峻，以可入肺颗粒物(PM2.5)、臭氧为特征污染物的大气环境问题日益突出,影响人民群众身体健康。挥发性有机物(VOCs)是参与大气光化学反应的有机化合物总称，通常分为非甲烷碳氢化合物(简称NMHCs)、含氧有机化合物、卤代烃、含氮有机化合物、含硫有机化合物等几大类，主要来源于煤化工、石油化工、涂料制造、制药、溶剂制造与使用等过程。VOCs不仅是生成臭氧的主要前体物,也是PM2.5重要来源之一。

伴随国家与民众对于大气环境治理的日渐重视，近两年国家出台了诸多方案、标准和方法来控制和管理挥发性有机物的排放。结合当前形势分析，对挥发性有机物的处理和监管，已成为本领域主要要解决的技术问题。目前本领域对挥发性有机物，即有机废气的处理工艺包括如下几种方法：

1)活性炭吸附法

活性炭吸附是较为成熟的方法，对苯类废气具有良好的吸附性能，但对烃类废气吸附性较差。主要缺点是运行成本较高，不适合于湿度大的环境。并且活性炭饱和后不得随意处置，也导致了活性炭使用成本上升。

2)低温等离子法

该方法的基本原理是：通过陡前沿、窄脉宽(ns级)的高压脉冲电晕放电,在常温常压下获得非平衡等离子体,即产生大量的高能电子和氧活性粒子,对VOCs分子进行氧化、降解反应,使VOCs最终转化为无害物。但该方法存在明火点燃可燃气体的风险，因此在气体成分复杂，易燃易爆的场合下被严格禁止使用。

3)低强度光催化氧化法

该方法利用高能紫外线光束与空气、TiO₂光触媒反应产生的臭氧、·OH(羟基自由基)对恶臭气体进行协同分解氧化反应，同时大分子恶臭气体在紫外线作用下使其链结构断裂，使恶臭气体物质转化为无臭味的小分子化合物或者完全矿化，生成水和CO₂。该方法能耗低、设备简单、无副产物和二次污染物，是一种新兴的先进VOCs治理技术，又称UV光解技术。但目前这种技术所使用的紫外线光源主要是中低压汞灯，其辐射强度低，紫外线功率仅能达到毫瓦量级，催化效率较低，当气体流量较大时，这种方法存在处理效率较低的问题，同时会产生大量臭氧造成二次污染。另外，由于中低压光解汞灯目前属于国家根据《关于汞的水俣公约》有关条款禁止生产销售的商品，因此目前这种低强度汞灯UV催化降解技术已经不能满足市场需求。

由此可见，上述现有的挥发性有机物处理工艺仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的用于光催化有机废气的腔芯及净化装置和净化系统，使其高效率、低成本的满足挥发性有机物的降解处理，满足环保排放要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于光催化有机废气的腔芯，使其高效率、低成本的满足挥发性有机物的降解处理，满足环保排放要求。从而克服现有的挥发性有机物处理工艺的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于光催化有机废气的腔芯，包括氙灯和分别设置在其两端的固定板和固定环，所述固定板和固定环之间固定有多根环形围绕在所述氙灯四周的连接杆，多根所述连接杆的外周固定有纳米催化网，有机废气在所述氙灯发出的强紫外光作用下，穿过所述纳米催化网被降解成无害气体后从所述固定环的中间通孔排出，实现光催化有机废气的处理。

进一步改进，所述氙灯采用脉冲氙灯，其输出波长范围为200～1100nm，所述纳米催化网采用二氧化钛纳米催化网。

进一步改进，所述固定板和固定环之间还固定有电极回路套管，所述电极回路套管用于穿设所述氙灯的电极线，所述固定环外侧还设有给所述氙灯两侧提供正负电极的正负电极盒。

本实用新型还提供一种用于光催化有机废气的净化装置，包括壳体和设置在所述壳体内部的腔芯架，所述壳体两端分别设有进气端和出气端，所述腔芯架横向设置在所述进气端和出气端之间，

所述腔芯架包括分别与所述进气端和出气端相对设置的前面板和后面板，所述前面板和后面板上均设有多个两两相对设置的固定孔，每个两两相对设置的固定孔中设置上述的腔芯，所述腔芯的固定板与所述前面板中的固定孔固定连接，所述腔芯的固定环与所述后面板中相对应的固定孔连接，所述前面板上还设有进气孔，用于供从进气端进入的有机废气进入到所述腔芯周围，然后在所述腔芯作用下降解成无害气体，从所述腔芯固定环的中间通孔排出，最终从所述出气端排出。

进一步改进，所述腔芯的固定板通过螺栓与所述前面板固定连接，所述腔芯的固定环外周通过o型密封圈与所述后面板中的固定孔密封连接。

进一步改进，所述腔芯架的前面板和后面板之间还设有多根用于支撑所述腔芯的支撑杆。

进一步改进，所述腔芯架的四周与所述壳体内壁之间设有密封条；所述壳体的两侧均设有可开启的密封端盖，所述腔芯架的下端设有滚轮，所述壳体底面上设有供所述滚轮滑动的轨道，所述腔芯架在所述密封端盖开启状态下可向外拉出。

进一步改进，所述壳体中部设置成与所述腔芯架外框架一致的方形结构，所述方形结构两端与所述进气端和出气端之间均设置成缩径的圆弧形结构。

本实用新型还提供一种有机废气净化系统，包括依次连接的负压车间、气流稳态装置、喷淋塔、净化装置和离心风机，所述负压车间通过多根输气管道将不同浓度的有机废气传输至所述气流稳态装置中，所述气流稳态装置用于将不同浓度的有机废气混合均匀并平稳传输至所述喷淋塔，所述喷淋塔用于对混合均匀的有机废气进行除尘和加湿预处理，所述净化装置采用上述的用于光催化有机废气的净化装置，用于对经过所述喷淋塔处理的有机废气进行光催化有机废气处理，使有机废气降解成无害气体，所述离心风机用于为所述有机废气净化系统的气体提供传输动力，实现有机废气净化后的排放。

进一步改进，所述气流稳态装置包括中空壳体，所述中空壳体的一侧上端设有进气口，另一侧下端设有出气口，所述中空壳体内部的顶端下表面设有搅拌叶片，所述搅拌叶片通过设置在所述中空壳体外部的电机带动旋转，所述中空壳体内部的两个相对侧壁上分别设有第一导流板和第二导流板，所述第一导流板设置在进气口端的壳体内侧壁上，用于将进入气体导流至搅拌叶片区域，所述第二导流板设置在与所述第一导流板相对的壳体内侧壁上，用于将所述搅拌叶片区域的混合气体导流至所述中空壳体的下部。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

1.本实用新型用于光催化有机废气的腔芯通过使用能量输出强度超过普通低压汞灯千倍以上的脉冲氙灯，以及与纳米催化网结合，能更彻底的针对甲醛、二甲苯、甲硫醚等各类有机污染物进行分解催化处理，分解率可达到95％以上，使其生成CO₂、水及小分子无害化有机物，无二次污染，满足气体安全达标的排放要求。并且该氙灯光源中不含有毒有害物质，报废后不产生危废，处理成本低，无环保负担。

2.还通过对脉冲氙灯的波长范围限定，滤除100～200nm范围内的紫外线波长，避免该波长范围的紫外线作用于空气中的氧气产生臭氧，则能达到有效避免大量臭氧产生的效果。

3.本实用新型用于光催化有机废气的净化装置通过设置腔芯架，在净化装置中可布置多个腔芯，并且有机废气只能通过腔芯的光催化作用后才能从腔芯架后面板排出，提高气体净化效率，提升气体处理量，满足工业化污染气体的处理需求。

4.还通过在腔芯架中设置支撑杆，一是能防止腔芯因重力作用产生变形，二是能加固腔芯架的稳固度。还通过在腔芯架底部设置滚轮，以及在净化装置壳体两侧设置密封端盖，能利于腔芯架从壳体侧部拉出，方便腔芯的拆装与维护。

5.本实用新型有机废气净化系统能实现对负压车间不同浓度有机废气的收集，并使其气流平稳，转化为静态气流，然后经过加湿预处理后，再通过强紫外光催化处理，能实现有机废气的降解处理，使其转化成无害化气体，再在离心风机的作用下排出至大气中，完成对VOCs的处理，转化效率高，成本低，环保可行。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型用于光催化有机废气的腔芯(未显示催化网)的结构示意图。

图2是本实用新型用于光催化有机废气的腔芯的结构示意图。

图3是本实用新型用于光催化有机废气的净化装置中腔芯架(前面板方向)的结构示意图。

图4是本实用新型用于光催化有机废气的净化装置中腔芯架(后面板方向)的结构示意图。

图5是图4中Ⅰ部分的局部放大图。

图6是图4中Ⅱ部分的局部放大图。

图7是图4中Ⅲ部分的局部放大图。

图8是本实用新型用于光催化有机废气的净化装置(进气端方向)的结构示意图。

图9是本实用新型用于光催化有机废气的净化装置(出气端方向)的结构示意图。

图10是本实用新型有机废气净化系统的结构示意图。

图11是本实用新型有机废气净化系统中气流稳态装置的结构示意图。

具体实施方式

参照附图1和2所示，本实施例用于光催化有机废气的腔芯1，包括氙灯11和分别设置在其两端的固定板12和固定环13，该固定板12和固定环13之间固定有多根环形围绕在该氙灯11四周的连接杆14。

并且，该多根连接杆14的外周固定有纳米催化网17。有机废气在该氙灯11发出的强紫外光作用下，穿过该纳米催化网17被降解成无害气体，如CO₂和水，然后从该固定环13的中间通孔18排出，实现光催化有机废气的处理。

其中，该氙灯11采用脉冲氙灯，其通过石英灯管镀膜实现对100～200nm范围内紫外线的滤除，即能实现输出200～1100nm波长范围的光谱。这样该氙灯能阻止臭氧产生的波段发光，有效避免大量臭氧的发生。

本实施例中该固定板12和固定环13之间还固定有电极回路套管15。该电极回路套管15用于穿设该氙灯11的电极线，该固定环13外侧还设有给该氙灯11两侧提供正负电极161、162的正负电极盒16。

该脉冲氙灯的脉冲宽度一般为10^-9～10^-2s,瞬时亮度可达10¹⁰cd/m²，是除激光外亮度最高的人造光源，它的瞬时光通量可达10^9lm，闪光重复频率为1～10⁶次/分,工作寿命达10⁶次以上，发光效率为40lm/W。且耐高温，寿命长。脉冲能量输出的能量强度是同等条件下的汞灯的1000倍以上，具有最高光能量的深紫外线，该光线可以有效的分解有机物，达到处理VOCs的目的。其紫外转化效率高，同等处理效果下能耗远低于汞灯。更重要的是该氙灯光源中不含有毒有害物质，报废后不产生危废，安全环保。

该纳米催化网17采用高效宽带含二氧化钛的催化网，利于在强紫外光的作用下高效分解VOCs的技术效果。

将上述腔芯用于光催化有机废气的净化装置中，能实现对有机废气VOCs的降解处理。参照附图3至9所示，该净化装置2包括壳体21和设置在该壳体21内部的腔芯架22，该壳体21两端分别设有进气端23和出气端24，该腔芯架22横向设置在该进气端23和出气端24之间，且该腔芯架22的四周与该壳体21内壁之间设有密封条，防止有机废气从腔芯架22与壳体21之间的缝隙直接逸出至出气端24，降低降解效率。

该腔芯架22包括分别与该进气端23和出气端24相对设置的前面板221和后面板222，该前面板221和后面板222上均设有多个两两相对设置的固定孔，每个两两相对设置的固定孔中设置上述的腔芯1。该腔芯1的固定板12与该前面板221中的固定孔通过螺栓固定连接，该腔芯1的固定环13与该后面板222中相对应的固定孔通过o型密封圈密封连接，有效防止有机废气从固定环13与腔芯架后面板固定孔之间的缝隙逸出，直接排出至出气端24，降低降解效率。

该前面板221上还设有进气孔223，用于供从进气端23进入的有机废气进入到该腔芯1周围，然后在该腔芯1作用下降解成无害气体，从该腔芯1固定环的中间通孔18排出，最终从该出气端24排出。

该后面板222上设有灯线保护壳227，用于保护为各个腔芯1的正负电极盒16提供电源的电源连接线。

因为腔芯1只通过固定板与腔芯架前面板通过螺栓把和，这样腔芯1在腔芯架中形成悬臂梁结构，容易因腔芯自重而引起变形，所以在该腔芯架22的前面板221和后面板222之间还设有多根用于支撑该腔芯1的支撑杆224，同时也起到加固腔芯架本身结构的作用。

该壳体21的侧部设有可开启的密封端盖211，该腔芯架22的下端设有滚轮225，该壳体21底面上设有供该滚轮225滑动的轨道，该腔芯架22的侧部均设有拉手226，该腔芯架22在该密封端盖211开启状态下可向外拉出。较优实施例为，该壳体21的两侧均设有密封端盖211，则该腔芯架22可从壳体的两侧均向外拉出，方便对腔芯的安装与维持。并且可根据腔芯在腔芯架上的位置，选择开启就近侧密封端盖，便于维护。

该壳体21中部设置成与该腔芯架22外框架一致的方形结构，该方形结构两端与该进气端23和出气端24之间均设置成缩径的圆弧形结构。这样待处理气体从进气端23进入壳体21后通过圆弧形结构变径，均匀降速后通过腔芯架上的进气孔223进入腔芯1周围，再从腔芯1周面的纳米催化网进入腔芯1内部，经氙灯处理后，从腔芯1固定环的中间通孔18排出，最后通过圆弧形结构的变径收集，统一从出气端24排出壳体。

将上述净化装置用于有机废气净化系统中，可实现工业化VOCs的净化处理，满足气体净化环保要求。参照附图10所示，该有机废气净化系统包括依次连接的负压车间3、气流稳态装置4、喷淋塔5、净化装置2和离心风机6。该负压车间3通过多根输气管道31将不同浓度的有机废气传输至该气流稳态装置4中，该气流稳态装置4用于将不同浓度的有机废气混合均匀并平稳传输至该喷淋塔5中。该喷淋塔5用于对混合均匀的有机废气进行除尘和加湿预处理，该净化装置2采用上述的用于光催化有机废气的净化装置，用于对经过该喷淋塔处理的有机废气进行光催化有机废气处理，使有机废气降解成无害气体，该离心风机6用于为该有机废气净化系统的气体提供传动动力，实现有机废气净化后的排放。本实施例中离心风机6的电机可选用变频电机或变频防爆电机。

参照附图11所示，本实施例中该气流稳态装置4包括中空壳体41，该中空壳体41的一侧上端设有进气口42，另一侧下端设有出气口43，该中空壳体41内部的顶端下表面设有搅拌叶片44，该搅拌叶片44通过设置在该中空壳体外部的电机45带动旋转，该中空壳体41内部的两个相对侧壁上分别设有第一导流板46和第二导流板47，该第一导流板46设置在该进气口端的壳体内侧壁上，用于将进入气体导流至该搅拌叶片区域，该第二导流板47设置在与该第一导流板46相对的该壳体内侧壁上，用于将该搅拌叶片区域的混合气体导流至该中空壳体41的下部。这样该气流稳态装置4把部分动压变为静压，使气体充分混合增加反应时间，促进充分活化；还可用来减少噪音，获得均匀的静压出风，减少动压损失，使风量更加均匀。

该气流稳态装置4的运行原理为：不同浓度VOCs的预混气体，从气流稳态设备的上部进气口42进入，气体从一个小截面积的管道进入到气流稳态设备后，相当于进入了一个静压箱中，其中气体的动压减少至可忽略，静压增大至接近引风机的全压，第一导流板46阻挡气体下沉，经过搅拌叶片时，均匀搅拌预混气体，在搅拌叶片的搅动下充分混合，使气体浓度均衡，VOCs浓度均匀的气体遭到第二导流板47的阻挡不能直接从下部出气口43排出，而是从第一导流板46与第二导流板47之间的空隙进入到气流稳态设备的下部，气体再从下部出气口43排出，这样就增大了气体在设备内的停留过程，使气体在设备内流动的过程中进一步均匀，最终在设备出气口43处得到混合均匀的气体。

该喷淋室5为塔状结构，内装有多层膨化纤维材料，加有辅助催化液和活化剂的液体从上方以雾状喷出，与有机废气充分混合，起到降尘和加湿预处理的作用，同时还可以针对性选择添加催化液和活化液对于废气中的有机气体分子进行催化活化。

该有机废气净化系统的工艺流程如下：有机废气在负压车间3中经集气罩收集后，高低不同浓度的VOCs统一汇入气流稳态装置4中，该气流稳态装置4通过其内部的两个导流板和搅拌叶片，可使气流在静压下充分混合，使各个浓度的VOCs充分混合，稳定VOCs浓度。稳定后的有机废气从出气口43排出后进入喷淋室5。有机废气经过喷淋室5进行加湿预处理后进入净化装置2中，在强光和催化剂作用下高效转换成为二氧化碳、水和少量的小分子有机物。处理后的气体满足达标排放气体的要求，再通过离心风机6排出到外界环境中。

该强紫外有机废气净化系统能实现各种有机废气的处理，使其达标排放标准，并且该设备的处理效率大于95％。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于光催化有机废气的腔芯，其特征在于，包括氙灯和分别设置在其两端的固定板和固定环，所述固定板和固定环之间固定有多根环形围绕在所述氙灯四周的连接杆；多根所述连接杆的外周固定有纳米催化网，有机废气在所述氙灯发出的强紫外光作用下，穿过所述纳米催化网被降解成无害气体后从所述固定环的中间通孔排出，实现光催化有机废气的处理。

2.根据权利要求1所述的用于光催化有机废气的腔芯，其特征在于，所述氙灯采用脉冲氙灯，其输出波长范围为200～1100nm，所述纳米催化网采用二氧化钛纳米催化网。

3.根据权利要求2所述的用于光催化有机废气的腔芯，其特征在于，所述固定板和固定环之间还固定有电极回路套管，所述电极回路套管用于穿设所述氙灯的电极线，所述固定环外侧还设有给所述氙灯两侧提供正负电极的正负电极盒。

4.一种用于光催化有机废气的净化装置，其特征在于，包括壳体和设置在所述壳体内部的腔芯架，所述壳体两端分别设有进气端和出气端，所述腔芯架横向设置在所述进气端和出气端之间，

所述腔芯架包括分别与所述进气端和出气端相对设置的前面板和后面板，所述前面板和后面板上均设有多个两两相对设置的固定孔，每个两两相对设置的固定孔中设置权利要求1至3任一项所述的腔芯，所述腔芯的固定板与所述前面板中的固定孔固定连接，所述腔芯的固定环与所述后面板中相对应的固定孔连接，所述前面板上还设有进气孔，用于供从进气端进入的有机废气进入到所述腔芯周围，然后在所述腔芯作用下降解成无害气体，从所述腔芯固定环的中间通孔排出，最终从所述出气端排出。

5.根据权利要求4所述的用于光催化有机废气的净化装置，其特征在于，所述腔芯的固定板通过螺栓与所述前面板固定连接，所述腔芯的固定环外周通过o型密封圈与所述后面板中的固定孔密封连接。

6.根据权利要求5所述的用于光催化有机废气的净化装置，其特征在于，所述腔芯架的前面板和后面板之间还设有多根用于支撑所述腔芯的支撑杆。

7.根据权利要求6所述的用于光催化有机废气的净化装置，其特征在于，所述腔芯架的四周与所述壳体内壁之间设有密封条；所述壳体的两侧均设有可开启的密封端盖，所述腔芯架的下端设有滚轮，所述壳体底面上设有供所述滚轮滑动的轨道，所述腔芯架在所述密封端盖开启状态下可向外拉出。

8.根据权利要求7所述的用于光催化有机废气的净化装置，其特征在于，所述壳体中部设置成与所述腔芯架外框架一致的方形结构，所述方形结构两端与所述进气端和出气端之间均设置成缩径的圆弧形结构。

9.一种有机废气净化系统，其特征在于，包括依次连接的负压车间、气流稳态装置、喷淋塔、净化装置和离心风机，所述负压车间通过多根输气管道将不同浓度的有机废气传输至所述气流稳态装置中，所述气流稳态装置用于将不同浓度的有机废气混合均匀并平稳传输至所述喷淋塔，所述喷淋塔用于对混合均匀的有机废气进行除尘和加湿预处理，所述净化装置采用权利要求4至8任一项所述的用于光催化有机废气的净化装置，用于对经过所述喷淋塔处理的有机废气进行光催化有机废气处理，使有机废气降解成无害气体，所述离心风机用于为所述有机废气净化系统的气体提供传输动力，实现有机废气净化后的排放。

10.根据权利要求9所述的有机废气净化系统，其特征在于，所述气流稳态装置包括中空壳体，所述中空壳体的一侧上端设有进气口，另一侧下端设有出气口，所述中空壳体内部的顶端下表面设有搅拌叶片，所述搅拌叶片通过设置在所述中空壳体外部的电机带动旋转，所述中空壳体内部的两个相对侧壁上分别设有第一导流板和第二导流板，所述第一导流板设置在进气口端的壳体内侧壁上，用于将进入气体导流至搅拌叶片区域，所述第二导流板设置在与所述第一导流板相对的壳体内侧壁上，用于将所述搅拌叶片区域的混合气体导流至所述中空壳体的下部。

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