CN217511549U

CN217511549U - 一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置

Info

Publication number: CN217511549U
Application number: CN202221057080.0U
Authority: CN
Inventors: 李群智; 刘曙光; 刘子轩
Original assignee: Bejing Astar Environmental Protection Technology Development Co ltd
Current assignee: Bejing Astar Environmental Protection Technology Development Co ltd
Priority date: 2022-05-06
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2032-05-06

Abstract

本实用新型公开了一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，该装置包含有主体反应塔，双氧水循环系统，臭氧发生器，超声波发生器，文丘里空化反应器，空化循环泵，喷淋循环泵。利用过氧化氢为氧化剂，通过与臭氧相互作用，并采取水力空化和超声波空化作用，通过羟基氧化原理，将有机废气在溶剂环境下氧化为二氧化碳和水。

Description

一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置

技术领域

本实用新型属于环境保护，工业机废气治理，湿式高级氧化领域。

背景技术

有机废气（VOCs），是一类工业生产中常见的污染物，对大气和人体有很大的危害，因此，对有机废气的治理越来越受到全社会的重视。市场上，对于VOCs的治理方法很多种，包括吸收法，吸附法和氧化法。

其中氧化法通常以热氧化为主，是通过氧气在一定温度下将有机废气氧化成二氧化碳和水气排放，常见的有直接燃烧（TO）、蓄热燃烧（RTO）、催化燃烧（CO）、蓄热催化燃烧（RCO）四种。

直接燃烧（TO）是将高浓废气送入燃烧室直接燃烧，废气中有机物在 750 ℃以上燃烧生成 CO2 和水，高温燃烧气通过换热器与新进废气间接换热后排掉，换热效率一般≤60%导致运行成本很高。只在少数能有效利用排放余热或有副产燃气的企业中应用。

蓄热燃烧（RTO）的燃烧方式与TO相同，只是将换热器改为蓄热陶瓷，高温燃烧气与新进废气交替进入蓄热陶瓷直接换热，热量利用率达到有效提高，理念先进，运行成本相对较低，是目前市场主推的废气治理工艺，但是该方法设备采用陶瓷蓄热体，所以装置重量大，体积大，占地面积大，投资的费用比较高，且设备重新开机需要较长的升温时间，所以工艺要求尽可能连续操作，尤其是当废气风量大、浓度低时，还需要补充额外的燃料，所以运行费用偏高。

催化燃烧（CO）是采用贵重金属催化剂降低废气中有机物与 O2 的反应活化能，使得有机物可以在 250 ～ 350 ℃较低的温度就能充分氧化生成 CO2 和 H2O，属无焰燃烧，高温氧化气通过换热器与新进废气间接换热后排掉，热量利用率一般≤75%，常用于处理吸附剂再生脱附出来的高浓废气。但是该方法使用了贵金属催化剂，成本较高。

蓄热催化燃烧（RCO）燃烧方式与 CO 相同，换热方式与ＲTO相同，由于投资比RTO高，能处理的废气种类受催化剂影响又比RTO少，所以很少用企业采用RCO工艺。

发明内容

针对以上氧化法处理VOCs的诸多缺陷，本实用新型公开了一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，利用过氧化氢为氧化剂，通过与臭氧相互作用，并采取水力空化和超声波空化作用，通过羟基氧化原理，将有机废气在溶剂环境下氧化为二氧化碳和水。

高级氧化技术（AOP)，是经典化学氧化法基础上而产生的一种新技术，以产生羟基自由基（-OH）为标志，水理高级氧化技术是利用自由基氧化降解各种污染物的化学反应。反应过程中产生的羟基自由基（-OH）具有氧化能力强，反应速率常数大，选择性小，寿命短，处理效率高，不产生二次污染等优点。

高级氧化技术有几种不同的氧化体系，其中臭氧（O₃）加双氧水H₂O₂体系，被认为是非常有效的体系之一，反应机理如下：

Figure DEST_PATH_782798DEST_PATH_IMAGE001

空化反应是液体中的一种极其复杂的物理化学现象，通过不同的物理作用，液体中的微小泡核在超声波或者喷射器作用下被激化，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。气泡快速崩溃伴随着气泡内蒸气相绝热加热，产生5000K左右的瞬时高温和几十兆帕的瞬时高压。进入空化泡中的水蒸气在高温和高压下发生分裂及链式反应，产生羟基自由基，同时，空化泡崩溃产生冲击渡和射流，羟基自由基及自由氧进入整个溶液中，分解溶液中的有机物。

基于以上原理，本实用新型采用双氧水和臭氧高级氧化体系，外加文丘里管路和超声波空化作用，集成了一种对于有机废气的综合处理装置。

一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，包含有主体反应塔，双氧水循环系统，臭氧发生器，超声波发生器，文丘里空化反应器，空化循环泵，喷淋循环泵；所述主体反应塔，包含有上下两个圆柱形的塔结构，主体反应塔上部分为喷淋段，主体反应塔下部分为空化反应段；在上端喷淋段的塔顶设置有排气管口，喷淋段内中部和顶部位置分别设有三个喷淋装置，喷淋装置下部装有金属填料；所述空化反应段，上端设有溢流口，通过管道与双氧水循环罐相连，底部设有文丘利空化反应器，文丘里空化反应器有两个入口，在塔外分别通过管线与双氧水循环系统的空化循环泵和待处理的废气管线相连，文丘里空化反应器出口从主体反应塔空化反应段底部横向插入到塔内；在文丘里空化反应器出口上部沿塔径方向水平设置有超声波空化器，在所述超声波空化器的下部有臭氧发生器微喷头，臭氧发生器微喷头通过管道连接到塔外侧的臭氧发生装置。

所述双氧水循环系统，主体为双氧水循环罐，所述双氧水循环罐设有双氧水补充管口，废水排出管口，此外，从双氧水循环罐出来的双氧水有两个出水管口和一个入水管口，两个出水管口分别连接空化循环泵和喷淋循环泵，入水管口连接主体反应塔空化段上部溢流口，循环罐顶部设有分离废气出口，连接主体喷淋塔下端和空化反应塔上端连接位置。

在对双氧水循环罐补充双氧水，双氧水的浓度控制在25%-45%，并且加入75-150MG/L的FeSO4。

从双氧水循环罐，随时检测双氧水的浓度，及时补充和排出等量的液体，排出的处理废液没有二次污染物，可以直接排放到污水处理系统。

所述文丘里空化反应器，氧化剂从循环罐通过循环泵轴向打入，由此产生的负压，将待处理的有机废气从文丘里空化反应器侧面径向吸入到接收室，气液混合物在压力下依次经过文丘里空化反应器的喉管和扩散管后，进入到空化反应塔底部。

一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，氧化剂来源还有臭氧发生系统，包括臭氧发生器、控制器、臭氧微喷头和连接连接管线。

臭氧发生器所产生的臭氧的发生量，需要根据废气流量和双氧水浓度而定，基本按照臭氧和双氧水的摩尔比为0.4-1.4。

一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，空化反应装置是文丘里水力空化反应器和超声波发生器，双氧水被高压打入到文丘力空化反应器后，产生大量微气泡而发生空化反应，同时产生负压，将有机废气吸入到文丘里反应器的混合室，而与双氧水充分混合。

第二次空化反应，发生在反应塔底部空化反应段，来自与超声波发生器，所述超声波发生器，通过线路与塔外部的控制器相连，超声波使用28KHz、35KHz、40KHz、60的频率。

有机废气在空化反应段发生氧化反应后，部分剩余有机废气继续通过反应塔向上流动，在喷淋段与循环的双氧水再次发生氧化反应，尾气最终从反应塔顶部排出，实现达标排放的目的。

一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，与其它氧化装置相比具有以下优点：结构紧凑，占地面积小，没有高温高压设备，投资小，运行方便，处理效率高，对多种有机气体，尤其是恶臭气体具有很高的处理效率，高级氧化法没有二次污染，氧化反应过后的溶液可以直接排放到污水处理系统不会造成污水处理负担。当处理高浓度，流量大的有机废气时候，为了回收有用的有机溶剂，本装置可以放在其它可以回收有机溶剂的处理设备后面，作为达标排放的补充设施。

附图说明：

图1是装置流程图

1 --有机废气，2 -- 文丘里空化反应器废气吸入口，3 -- 文丘里空化反应器，4-- 文丘里空化反应器双氧水入口，5 -- 超声波发生器，6 -- 填料，7 -- 喷淋头，8 -- 双氧水循环罐，9 -- 喷淋循环泵，10 -- 空化循环泵，11 -- 分离气体入口，12，双氧水溢流口，13 -- 臭氧微喷头，14 -- 臭氧发生器，15 -- 排出废液，16 -- 补充双氧水，17 -- 反应后的双氧水，18 -- 循环双氧水，19 -- 溢流的双氧水，20 -- 分离气体出口，21 -- 达标尾气排放，22-- 主体反应塔，

具体实施方式：

下面结合装置流程图，具体说明本发明的实施方法：

如果图所示，一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，由以下设备组成：主体反应塔（22），双氧水循环罐（8），超声发生系统（5），文丘里空化反应器（3）组成。主体塔分上下两段，上端为喷淋塔，下端为空化反应塔。文丘里空化反应器横向安置在空化反应段底部，与文丘里空化反应器（3）向对位置安置有臭氧微喷头（13），臭氧微喷头通过臭氧管线与空化反应塔外侧的臭氧发生器（14）相连。在臭氧微喷头（13）和文丘里空化反应器（3）上面，水平安置有超声波空化反应器（5）。

双氧水循环罐（8）安置在主体反应塔另一侧，底部出口分别连接空化循环泵和喷淋循环泵；空化循环泵出口连接文丘里空化反应器轴入口（4），喷淋循环泵出口连接反应塔上端的三个喷头（18）。

臭氧发生器设置在空化反应塔外侧，所产生的臭氧通过管线和臭氧微喷头（13）通入到空化反应塔底部，臭氧发生器所产生的臭氧的发生量，根据废气流量和双氧水浓度而定，基本按照臭氧比双氧水0.4-1.4的摩尔比控制。

超声波发生器（5）作为空化反应器的主体，水平设置在臭氧微喷头（13）上面，控制器通过线路连接设置在空化塔外部，超声波发生器所用频率为28KHz、35KHz、40KHz、60。

按照每毫升双氧水加入75-150mg的FeSO4的浓度，配置足量的双氧水溶液，双氧水的浓度控制在25%-45%。

将配置好的双氧水溶液加入到双氧水循环罐（8）中，通过喷淋罐循环泵打入到喷淋塔上中下三个位置的喷头（7），经过金属填料（6）与从下上向上流动的有机气体接触。

在双氧水循环罐内的双氧水浓度连续得到监控，根据需要随时加入新鲜配置好的双氧水（16），反应后的双氧水（16），通过双氧水储罐（8）底部的排放口排出到界区外污水处理池中。

通过空化循环泵（10）喷入到文丘里空化反应器（3）内接收室的双氧水（4）产生的负压，将有机废气（1）按照比例吸入到文丘里空化反应器的接收室，经过喉管和扩散管进入到空化反应塔底部，在塔底与从臭氧微喷头（13）出来的臭氧充分混合，气液混合物通过超声波发生器区域，液体从双氧水溢流口（12）回流到双氧水循环罐（8）中，未反应彻底的气体继续通过空化反应塔上升到喷淋塔，依次通过三个喷淋头。

随同双氧水气液混合物（19）溢流到双氧循环罐的部分气体，在罐内气液分离后，从双氧水循环罐（8）顶部回流到喷淋塔底部入口（11），与从空化塔上升的气体一起通过喷淋塔与双氧水再次充分接触后，干净的尾气（12）从塔顶排出。

Claims

1.一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，其特征是：包含有主体反应塔，双氧水循环罐，臭氧发生器，超声波发生器，文丘里空化反应器，空化循环泵，喷淋循环泵，主体反应塔与双氧水循环罐通过双氧水循环泵和喷淋循环泵连接，文丘里空化化反应器设置在主体反应塔底部与空化循环泵连接，超声波发生器设置在主体反应塔内底部，臭氧发生器设置在超声波空化反应器下面。

2.根据权利要求1所述一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，其特征是：所述主体反应塔有上下两个圆柱形的塔结构，主体反应塔上部分为喷淋段，主体反应塔下部分为空化反应段；在上端喷淋段的塔顶设置有排气管口，喷淋段内中部和顶部位置分别设有三个喷淋装置，喷淋装置下部装有填料；下端是空化反应段，在空化反应段上端位置设有溢流口，溢流口通过管道与双氧水循环罐相连；上端喷淋段塔体直径为下端空化反应段塔体直径的三分之一到二分之一，上端喷淋段塔体高度为下端空化反应段塔体高度3-6倍。

3.根据权利要求1所述一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，其特征是：所述文丘里空化反应器横向安置在主体反应器空化段底部，文丘里空化反应器在塔外部分设置有两个入口，分别通过管线与双氧水循环系统的空化循环泵和待处理的废气管线相连，文丘里空化反应器出口从主体反应塔空化反应段底部横向插入到塔内。

4.根据权利要求1所述一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，其特征是：所述包超声波发生器设置在主体反应塔内部，水平安置在臭氧微喷头和文丘里空化反应器出口上部，控制器在塔外。

5.根据权利要求1所述一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，其特征是：所述臭氧发生器设置在空化反应塔外侧，通过臭氧管道与设置在塔内与文丘里空化反应器出口同一高度的相对位置，并且水平安装的臭氧微喷头连接。

6.根据权利要求1所述一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，其特征是：所述双氧水循环罐设有双氧水补充管口和废水排出管口，此外，双氧水循环罐还设有两个循环双氧水出水管口和一个循环双氧水入水管口，两个出水管口分别连接空化循环泵和喷淋循环泵，入水管口连接主体反应塔空化段上部溢流口，循环罐顶部设有分离废气出口，连接主体喷淋塔下端和空化反应塔上端连接位置。

7.根据权利要求1所述一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，其特征是：所述空化循环泵将双氧水液体加压通过文丘里喷嘴，由此在文丘里反应器吸入室产生的负压，将需要处理的废气从文丘里空化反应器侧面连接的废气管线吸入，废气与双氧水混合一起喷向文丘里喉管进行空化反应后，气液混合物通过扩散段进入到主体反应塔空化段底部。

8.根据权利要求1所述一种利用湿式高级氧化和空化技术处理有机废气的装置，其特征是：所述双氧水循环罐，在入口添加的氧化剂为25%-45%过氧化氢水溶液，同时在水溶液中加入70-150mg/L的FeSO4。