CZ2014803A3 - Apparatus for purification of gases containing volatile organic compounds - Google Patents
Apparatus for purification of gases containing volatile organic compounds Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2014803A3 CZ2014803A3 CZ2014-803A CZ2014803A CZ2014803A3 CZ 2014803 A3 CZ2014803 A3 CZ 2014803A3 CZ 2014803 A CZ2014803 A CZ 2014803A CZ 2014803 A3 CZ2014803 A3 CZ 2014803A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- photocatalytic reactor
- baffles
- photocatalytic
- Prior art date
Links
Abstract
Zařízení (1) pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny využívá fotolytického a fotooxidačního jevu, při kterém se znečištěný plyn (21) prozařuje UV zářením za přítomnosti fotokatalyzátoru, nebo po obohacení příměsí, např. peroxidem vodíku. Zařízení (1) zahrnuje sytící komoru (6), ve které se znečištěný plyn (21) turbulentně mísí s aerosolem peroxidu vodíku dodávaného ze sytícího prostředku (7), načež je obohacený plyn (21) vháněn do fotokatalytického reaktoru (2), ve kterém serpentinovitě proudí mezi přepážkami (5) a zdroji (13, 14, 15) UV záření. Některé přepážky (5) mohou být opatřeny povrchovou vrstvou TiO.sub.2.n.pro vznik reaktivních volných radikálů z vodní páry.The apparatus (1) for purifying the gas containing volatile organic compounds utilizes a photolytic and photo-oxidation phenomenon in which the polluted gas (21) is transmitted through UV radiation in the presence of a photocatalyst or after enrichment with, e.g., hydrogen peroxide. The apparatus (1) comprises a saturating chamber (6) in which the contaminated gas (21) is turbulently mixed with the aerosol of hydrogen peroxide supplied from the saturator (7), whereupon the enriched gas (21) is injected into the photocatalytic reactor (2) in which serpentine flows between the bulkheads (5) and the UV light sources (13, 14, 15). Some baffles (5) may be provided with a TiO 2 coating for reactive free radicals from water vapor.
Description
Zařízení pro čištění plynů obsahujících těkavé organické sloučeniny
Oblast techniky
Zařízení je určeno pro dekontaminaci výstupních vzdušných proudů v provozních podmínkách pomocí fotooxidace.
Dosavadní stav techniky V současné době je známo, že světlo spadající do kategorie ultrafialového záření (UV záření, jehož hodnota vlnové délky je od 400 nm a nižší) dokáže vyvolat fotokatalytický jev. Fotolýza polutantu zapříčiněná UV zářením může být přímá, že UV záření rozkládá molekuly při svém dopadu, nebo nepřímá, kdy světlo aktivuje v reakčním prostoru přítomný fotokatalyzátor, který iniciuje vznik volných radikálů. Alternativou je postup, kdy UV záření rozkládá do plynu přidanou chemickou látku (ozon, peroxid vodíku) na volné radikály, které rozkládají polutanty obsažené v plynu do formy bezpečnějších sloučenin a minerálů. UV záření je možné rozdělit podle parametrů do tří skupin. UVA záření je tzv. dlouhovlnné „černé světlo11, jehož vlnová délka se nachází v rozmezí od 320^mído 400 nm. Zářená typu UVB se nazývá středovlnné a jeho vlnová délka se nachází v rozmezí od 280 ^fl^do 320 nm. Posledním typem je UVC záření, tzv. dezinfekční, které má nejmenší vlnovou délku^a to pod 280 nm.
Z americké přihlášky vynálezu US >95 (A) je znám fotokatalytický reaktor pro rozklad těkavých organických látek obsažených v plynu. Reaktor je tvořen dutým tělesem v podstatě tvaru kvádru. Uvnitř tělesa reaktoru jsou uspořádány přepážky, které vnitřní prostor dělí na více menších částí. Přepážky jsou v tělese fotokatalytického reaktoru rozmístěny střídavě tak, aby ošetřovaný plyn procházel serpentinovitě celým objemem tělesa reaktoru a urazil v reaktoru nejdelší možnou dráhu. Prodloužení dráhy znečištěného plynu poskytne dostatek času pro rozklad polutantů obsažených v plynu. Mezi jednotlivými přepážkami jsou uspořádány UV zářivky, jejichž UV záření rozkládá polutanty. Současně jsou přepážky vyrobeny ze sorbentu, který zachytává nově vznikající sloučeniny, čímž se plyn stává na konci své dráhy postupu reaktorem pročištěným. Paralelně se zářivkami jsou mezi přepážkami uspořádány chladící trubky, neboť UV zářivky jsou současně tepelnými zdroji.
Nevýhody řešení spočívají vtom, že pro dostatečnou efektivitu rozkladu všech polutantů musí být ultrafialové záření velice intenzivní, neboť organické sloučeniny vykazují nízký absorpční koeficient UV záření, což má za následek přehřívání vnitřního prostoru reaktoru, který se musí dochlazovat. Chladící okruhy konstrukci reaktoru komplikují a prodražují, přičemž i samotné vytvoření intenzivního ultrafialového světla potřebuje dostatečně dimenzované světelné zdroje, jejich pořizovací náklady nejsou nejnižší. Přepážky ze sorbentu se musejí pravidelně vyměňovat, ať už z důvodu vyčerpaní svého sorpčního potenciálu, tak z důvodu degradace přepážek vlivem působení vysoké teploty uvnitř fotokatalytického reaktoru. V korejské přihlášce vynálezu KR 2007 0 090 855 (A) je popsáno zařízení pro zpracování znečištění obsaženého v plynném prostředí, přičemž jednou skupinou likvidovaných polutantů jsou těkavé organické látky. Součástí zařízení je fotokatalytický reaktor, za nímž je ve směru postupu čištěného plynu připojen biologický filtr. Fotokatalytický reaktor je sestaven ze dvou soustředných trubek s odlišnými průměry. Vnitřní trubka je průhledná pro průchod UV záření, jehož zdroj je obsažen uvnitř průhledné trubky. Vnější trubka je vyrobena z neprůhledného materiálu. Prostorem mezikruží mezi trubkami prochází znečištěný plyn. Současně se v prostoru mezikruží vyskytují tzv. filtry potažené vrstvou T1O2. Tento fotokatalyzátor při osvětlení UV zářením v přítomnosti vody připravuje OH radikály, které mají silné oxidační účinky. OH radikály reagují s polutanty a mění je na minerální látky, či neškodné sloučeniny.
Nevýhody řešení spočívají v tom, že plyn proudí prostorem v mezikruží trubic, kde setrvá krátkou dobu a tak nemůže dojít k účinnému odbourání polutantů a vyčištění. Plyn je proto hnán reaktorem opakovaně, čímž zařízení ztrácí provozní kapacitu. V korejském patentovém dokumentu KR 100 943 882 (B1) je popsáno zařízení pro dekontaminaci odpadního vzduchu obsahujícího těkavé organické sloučeniny, které využívá synergického efektu zapojení fotokatalytického reaktoru a biologického filtru do jednoho systému. Zařízení zahrnuje rovněž propojení kratší tzv. bypass, kdy plyn rovnou opouští fotokatalytický reaktor pro případy dostatečného vyčištění těkavých organických látek, aniž by byl odveden do biologického filtru. Fotokatalytický reaktor sestává ze zdroje UV záření uloženého v krytu, průhledné trubice pro vedení znečištěného plynu a jeho prosvětlování UV světlem a deponované vrstvy T1O2 uvnitř průhledné trubice. Nevýhody řešení spočívají v tom, že je použito průhledné trubice, která odděluje znečištěný plyn od UV zdrojů. Průhledná trubice je náchylná na mechanické poškození, dále v průběhu likvidace znečištění obsaženého v plynu dochází k degradaci jejího materiálu a mění své fyzikálně chemické vlastnosti, které se negativně projevují na účinnosti fotokatalytického reaktoru, zejména prostupnosti UV světla. Úkolem vynálezu je vytvoření takového zařízení, které by vykazovalo dostatečnou provozní odolnost a účinnost pro velké provozy, které by bylo variabilně nastavitelné pro různé druhy znečištění těkavými organickými sloučeninami, bylo by snadno udržováno, bylo by bezpečné a efektivně by likvidovalo polutanty již při prvním ošetření vháněného znečištěného vzduchu, a proto by pracovalo v kontinuálním režimu.
Podstata vynálezu
Vytčený úkol je vyřešen vytvořením zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu, kde je součástí zařízení fotokatalytický reaktor pro rozklad těkavých organických sloučenin iniciovaný fotokatalytickou reakcí. Uvnitř fotokatalytického reaktoru je uspořádán alespoň jeden zdroj UV záření a alespoň jedna přepážka pro rozdělení vnitřního prostoru fotokatalytického reaktoru pro serpentinovité proudění plynu vnitřkem fotokatalytického reaktoru od vstupu k výstupu. 3
Podstata vynálezu spočívá vtom, že na vstupu fotokatalytického reaktoru je uspořádána sytící komora, která je opatřena alespoň jedním sytícím prostředkem pro objemové sycení plynu alespoň jednou příměsí obsahující alespoň jeden prekurzor pro oxidační nebo redukční činidlo. Plyn vystupující z přívodního plynovodu do sytící komory zpomalí své proudění a změní skladbu svých proudnic, přičemž dojde k turbulencím plynu v sytící komoře. Příměs dodaná do sytící komory se v plynu rovnoměrně promísí a sytící komoru opouští promíchaná směs plynu a příměsi. Příměsí je alespoň jedna látka ze skupiny peroxid vodíku, ozon. V dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu tvoří sytící komora s fotokatalytickým reaktorem integrální těleso, ve fotokatalytickém reaktoru je soustava střídavě přesazených přepážek, přičemž otvor v krajní přepážce přiléhající k sytící komoře tvoří vstup. Uspořádání fotokatalytického reaktoru a sytící komory do jednoho celku přináší výhody v promíchání plynu hned před vstupem a v ušetření požadavku na prostor, který zařízení zabírá. V dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu je sytící prostředek tvořen rozprašovací tryskou připojenou k zásobníku příměsi. Rozprašovací tryska produkuje aerosolový oblak, který se snáze rozprostře v objemu sytící komory. Sytící komora je s výhodou opatřena třemi rozprašovacími tryskami. Tři trysky výhodně zajistí rovnoměrné zásobení sytící komory aerosolem příměsi. S výhodou jsou trysky sytícího prostředku ovládány časovacím spínačem pro dávkové sycení plynu. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu je na výstupu fotokatalytického reaktoru ve směru proudění plynu uspořádána homogenizační komora, která je opatřena alespoň jedním čidlem pro měření fyzikálních a chemických parametrů plynu. Homogenizační komora je s výhodou tvořena společně s fotokatalytickým reaktorem jedním tělesem. Ošetřený plyn vystupující z reaktoru se turbulentně rozpíná po celém objemu homogenizační komory, čímž dojde opět k jeho promíchání a rovnoměrnému zastoupení produktů nově vzniklých z likvidace znečišťujících látek v rámci celého 4. objemu homogenizační komory. Čidlo vložené do homogenizační komory nasnímá aktuální hodnoty zastoupení výstupních látek v plynu a podá o tom zprávu. Zejména může býti čidlo uskutečněno jako analyzátor těkavých organických sloučenin, nebo analyzátor koncentrace příměsi, např. peroxidu vodíku. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu je homogenizační komora opatřena alespoň jedním katalyzačním prostředkem pro odloučení příměsi z plynu. Katalyzační prostředek je tvořen drátěnou spirálou z kovového katalyzátoru, nebo mřížkou z kovového katalyzátoru. Katalyzační prostředek eliminuje sekundární znečištění výstupního plynu, které může být zapříčiněno přítomností nadlimitního množství příměsi, nebo přítomností výstupních sloučenin vzniklých z chemického rozkladu polutantů. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu jsou přepážky ve fotokatalytickém reaktoru uspořádány vyjímatelně a zároveň posuvně pro nastavení vzájemné rozteče. Díky variabilitě přepážek je možné ovlivňovat celkovou délku dráhy plynu, který serpentinovitě proudí reaktorem. Rovněž je možné měnit teplotní podmínky uvnitř reaktoru změnou roztečí. Přepážky se dají rovněž snadno vyjmout a měnit, nebo vyjmutím pouze kontrolovat jejich technický stav. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu je vlnová délka světla emitovaného ze zdroje UV záření v rozmezí od žOOJnffUdo 400 nm. Jedná se o tzv. blízké UV záření, které zapříčiňuje fotolýzu chemických látek obsažených v znečištěném plynu, ať už se jedná o škodlivé látky, nebo látky do znečištěného plynu dotované a určené pro tvorbu volných radikálů. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu jsou přepážky vyrobeny z chemicky stabilního materiálu. Zdroj UV záření je zdroj UVC záření. Chemicky stabilní přepážky jsou pro zařízení nezbytné z důvodu, že UVC záření způsobuje při dopadu 5-. změny v materiálech a chemických sloučeninách na atomární úrovni, přičemž materiály mění své vlastnosti a degradují. UVC záření rovněž rozkládá přítomné příměsi na radikály, které mohou také degradovat materiály použité k výrobě přepážek. Použité materiály musejí být chemicky stabilní, aby nedošlo ohrožení zdraví a majetku, neboť UVC záření je zdraví ohrožující. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu jsou přepážky vyrobeny z chemicky stabilního materiálu, na povrchu přepážek je vytvořena tenká vrstva z Ti02 a zdroje UV záření jsou UVA zdroje a/nebo UVB zdroje. Na fotokatalyzátoru osvětlovaném UVA nebo UVB zářením dochází ke vzniku OH radikálů z vlhkosti přítomné v plynu, které následně degradují kontaminanty obsažené v plynu. Vzhledem k vysoké reaktivitě OH radikálů je potřeba zamezit degradaci samotných přepážek použitím vhodného stabilního materiálu. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu je vnitřní prostor reaktoru rozdělen na dvě části, přičemž v prvním části reaktoru ve směru proudění plynu jsou uspořádány přepážky a zdroje UVC záření a v druhé části reaktoru jsou uspořádány přepážky s vrstvou Ti02 a zdroje UVA záření a/nebo zdroje UVB záření, přičemž obě části jsou na sebe plynule navazující ve směru serpentinovitého postupu plynu reaktorem. Peroxid vodíku použitý jako příměs dodaná do čištěného plynu v první části reaktoru reaguje s kontaminanty a rovněž se částečně přeměňuje na vodní páru, která je využita v druhé části reaktoru, kde je vodní pára rozkládána fotokatalyzátorem na další volné radikály, které opět reagují s polutanty v plynu. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu je reaktor u dna opatřen ventilem pro odvod vodního kondenzátu. V reaktoru se v průběhu čištění plynů vysráží voda, která se musí odvést z reaktoru pryč, aby neohrozila UV zdroje záření. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu zahrnuje zařízení alespoň dva
• > # * fotokatalytické reaktory zapojené do série ve směru postupu plynu. Je možné zapojit stejné reaktory do série, nebo je možné kombinovat reaktory, které mají odlišné zdroje UV záření, či jinak nastavené přepážky. V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro čištění plynu obsahujícího těkavé organické sloučeniny podle tohoto vynálezu zařízení zahrnuje alespoň jeden biologický filtr pro čištění plynu zařazený za fotokatalytickým reaktorem. Ačkoliv dojde ve fotokatalytickém reaktoru k degradaci nebezpečných a toxických těkavých organických látek, stále je potřeba nově vzniklé jednodušší sloučeniny z plynu odloučit. Lze k tomuto úkolu využít známý biologický filtr, který by jinak byl v přímém zapojení v provozu bez degradace těkavých organických látek brzy zničen, nebo neúčinný.
Mezi výhody zařízení podle výše uvedeného vynálezu řadíme vysokou efektivitu čištění plynů při kontinuálním proudění znečištěného plynu, které je dosaženo kombinací fotooxidačních jevů na bázi fotokatalýzy a na bázi oxidace pomocí volných radikálů, jednoduchou konstrukci zařízení, která je dostatečně odolná do provozních podmínek, snadnou údržbu zařízení, vysokou bezpečnost zařízení, variabilnost a ekonomičnost provozu zařízení.
Objasnění výkresů
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde: obr. 1 ve zjednodušeném řezu zařízení vyobrazuje serpentinovité proudění plynu reaktorem, obr. 2 vyobrazuje axonometrický pohled na řez zařízením, obr. 3 vyobrazuje axonometrický pohled na částečný řez zařízením, obr. 4 vyobrazuje axonometrický pohled na zařízení zbavené části pláště, obr. 5 vyobrazuje axonometrický pohled na zařízení opatřené dvěma fotokatalytickými reaktory. 7; Příklad Uskutečnění vynálezu
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení příkladů vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.
Na obr. 1 je vyobrazen řez zařízením 1 pro čištění plynu 21. Čištěný plyn 21 obsahující těkavé organické sloučeniny je přiveden plynovodem, který jej zavede přes vstupní přírubu 18 do sytící komory 6. Do sytící komory 6 je rovněž zaveden sytící prostředek 7 zakončený tryskou 8 pro dávkování aerosolu peroxidu vodíku. Plyn 21 proudí sytící komorou 6 ke vstupu 3, kudy pronikne do vnitřního prostoru reaktoru 2. V reaktoru 2 se střídají přepážky 5, které jsou střídavě průchozí a rozdělují vnitřní prostor reaktoru 2. Mezi přepážkami 5 jsou UVC zdroje 13, které mohou být rovněž doplněny UVA zdroji 14 a UVB zdroji 15. Plyn 21 hadovitěj/proudí mezi přepážkami 5. Po průchodu reaktorem 2 plyn 21 proudí přes výstup 4 do homogenizační komory 10. V homogenizační komoře 10 je uspořádáno čidlo H pro detekci zbylého peroxidu vodíku v plynu 21. Před připojením odvodního plynovodu na výstupní přírubu 19 je v homogenizační komoře 10 upevněn katalyzační prostředek 12 v podobě měděné mřížky.
Na obr. 2 je zařízení 1 pro čištění plynu 21 opět vyobrazeno v řezu. Konstrukce zařízení 1 zahrnující fotokatalytický reaktor 2, sytící komoru 6 a homogenizační komoru 10, je vyrobena z nerezové oceli s vyšší chemickou odolností. Plynovod je vyroben z nerezového potrubí. Sytící prostředek 7 je vyroben z umělé hmoty a je zakončen rozprašovací tryskou 8. UVC zdroje 13 jsou zářivky a jsou uloženy mezi přepážkami 5 v řadách po pěti zářivkách. Samotné přepážky 5 jsou vyrobeny rovněž z nerezové oceli, nebo v levnější variantě ze skelné tkaniny napnuté v rámkách. Čidlo H je chemický analyzátor nastavený pro detekci koncentrace peroxidu vodíku, který je připojen k nevyobrazené jednotce řízení zařízení 1.
Obr. 3 vyobrazuje zařízení λ opatřené pláštěm 20 z obyčejného plechu, napájecí a ovládací elektroinstalací 17. Na obr. 4 je dále viditelný zásobník 9 peroxidu vodíku připojený k sytícímu prostředku 7. Součástí elektroinstalace 17 je nevyobrazený časový spínač, který ovládá sytící prostředky 7 a je propojen s nevyobrazenou jednotkou řízení.
Na obr. 5 je vyobrazeno zařízení 1 pro čištění plynu 21, které má dva reaktory 2 zapojené do série ve směru postupu proudění plynu 21. V prvním reaktoru 2 ve směru postupu plynu 21 jsou UVC zdroje 13 záření, které nejsou přes plášť 20 viditelné a nerezové přepážky 5. Ve druhém reaktoru 2 ve směru postupu plynu 21 jsou do poloviny reaktoru 2 opět použity UVC zdroje 13 záření a přepážky 5 z nerezové oceli a ve druhé polovině druhého reaktoru 2 jsou UVA zdroje 14 a UVB zdroje 15 s nerezovými přepážkami 5 potaženými vrstvou T1O2. V nevyobrazeném uskutečnění vynálezu je za reaktor 2 připojen biologický filtr.
Zařízení 1 dekontaminuje znečištěný proud vzduchu, jak je uvedeno v následujícím příkladu: Příklad 1
Na vstup 3 zařízení 1 je přiveden odpadní vzduch z farmaceutické výroby. V odpadním vzduchu se nachází metanol (zástupce organických těkavých uhlovodíků), jehož koncentrace je 500 ppm (objemových) a aceton (zástupce organických tekavých uhlovodíků), jehož koncentrace je 275 ppm (objemových). Plyn 21 proudí zařízením 1 rychlostí 30 Nm3 za hodinu. Do proudícího plynu 2Λ je kontinuálně dávkován peroxid vodíku o koncentraci 40 %. Na výstupu 4 ze zařízení 1 je maximální obsah metanolu ve vzduchu 100 ppm a maximální obsah acetonu ve vzduchu je 110 ppm. Zářivky tvořící zdroj 13 byly UVC zářivky vyzařující o vlnové délce 254 nm. Celková ozařovaná plocha přepážek 5 byla 8 m2. 9
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro čištění plynů obsahující těkavé organické sloučeniny podle vynálezu najde uplatnění v polygrafickém průmyslu, v lakovnách, provozech zabývajících se výrobou lepidel a nátěrových hmot, v koželužnách a v neposlední řadě v potravinářském průmyslu, kde je potřeba kontinuálně odbourávat polutanty z těkavých organických sloučenin v odpadních plynech. 10 Přehled vztahových značek 1 zařízení pro čištění plynů 2 fotokatalytický reaktor 3 vstup 4 výstup 5 přepážka 6 sytící komora 7 sytící prostředek 8 rozprašovací tryska 9 zásobník příměsi 10 homogenizační komora 11 čidlo 12 katalyzační prostředek 13 zdroj UVC záření 14 zdroj UVA záření 15 zdroj UVB záření 16 odvodňovací ventil 17 elektroinstalace 18 vstupní příruba 19 výstupní příruba 20 plášť 21 plyn 1.1-
Equipment for purifying gases containing volatile organic compounds
Technical field
The device is designed for decontamination of output air streams under operating conditions by means of photooxidation.
BACKGROUND OF THE INVENTION It is now known that light falling into the category of ultraviolet radiation (UV radiation whose wavelength is from 400 nm and below) can cause a photocatalytic effect. The photolysis of the pollutant caused by UV radiation can be direct, that UV radiation breaks down the molecules in its impact, or indirect, where the light activates the photocatalyst present in the reaction space, which initiates the formation of free radicals. An alternative is the process whereby UV radiation breaks down the added chemical (ozone, hydrogen peroxide) into free radicals that break down the pollutants contained in the gas into safer compounds and minerals. UV radiation can be divided into three groups according to parameters. UVA radiation is the so-called "longwave" black light 11, whose wavelength ranges from 320 µm to 400 nm. The UVB type is called medium wave and its wavelength ranges from 280 µl to 320 nm. The last type is UVC radiation, so-called disinfection, which has the smallest wavelength ^ below 280 nm.
U.S. Pat. No. 95 (A) discloses a photocatalytic reactor for the decomposition of volatile organic compounds contained in a gas. The reactor consists of a hollow body of substantially cuboid shape. Partitions are arranged inside the reactor body, dividing the inner space into several smaller portions. The baffles are disposed alternately in the photocatalytic reactor body so that the treated gas passes serpentinously through the entire volume of the reactor body and travels the longest possible path in the reactor. Extending the contaminated gas path will provide enough time to decompose the pollutants contained in the gas. UV fluorescent lamps are arranged between the individual partitions, the UV radiation of which decomposes the pollutants. At the same time, the baffles are made of a sorbent that captures the newly formed compounds, whereby the gas becomes purified at the end of its process path by the reactor. Cooling tubes are arranged between the baffles in parallel with the fluorescent tubes, as the UV lamps are simultaneously heat sources.
The disadvantages of the solution are that for sufficient pollutant decomposition efficiency, ultraviolet radiation must be very intense, since the organic compounds exhibit a low UV absorption coefficient, resulting in overheating of the reactor interior, which has to be cooled down. Cooling circuits complicate and make the construction of the reactor more expensive, while the creation of intense ultraviolet light itself requires sufficiently sized light sources, their acquisition costs are not the lowest. The sorbent partitions must be replaced regularly, either due to the exhaustion of their sorption potential and due to the degradation of the partitions due to the high temperature inside the photocatalytic reactor. In Korean Application KR 2007 0 090 855 (A), an apparatus for treating pollutants contained in a gaseous environment is described, with one group of pollutants being disposed of being volatile organic compounds. The device includes a photocatalytic reactor, behind which a biological filter is connected in the direction of the purified gas. The photocatalytic reactor is composed of two concentric tubes with different diameters. The inner tube is transparent for the passage of UV radiation, the source of which is contained within the transparent tube. The outer tube is made of opaque material. The contaminated gas passes through the annulus between the tubes. At the same time, so-called T1O2-coated filters occur in the annulus area. This photocatalyst produces UV radicals that have strong oxidizing effects under UV light in the presence of water. OH radicals react with pollutants and turn them into minerals or harmless compounds.
The drawbacks of the solution are that the gas flows through the space in the annulus of the tubes, where it remains for a short time and thus no effective degradation of the pollutants and purification can occur. The gas is therefore repeatedly driven by the reactor, thereby losing its operating capacity. Korean Patent Document KR 100 943 882 (B1) discloses an apparatus for decontaminating volatile organic compound waste air, which utilizes the synergistic effect of engaging the photocatalytic reactor and the biological filter in one system. The device also includes a shorter bypass connection where the gas leaves the photocatalytic reactor directly for cases of sufficient purification of volatile organic compounds without being discharged into the biological filter. The photocatalytic reactor consists of a source of UV radiation embedded in the housing, a transparent tube for conducting the polluted gas and illuminating it with UV light, and a deposited T1O2 layer inside the transparent tube. The disadvantages of the solution are that a transparent tube is used which separates the polluted gas from the UV sources. The transparent tube is susceptible to mechanical damage, further degradation of the material during the liquidation of the contaminants contained in the gas and changes in its physicochemical properties, which negatively affect the efficiency of the photocatalytic reactor, in particular the UV light transmittance. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide such a device that exhibits sufficient operational resistance and efficiency for large plants that can be variably adjusted for various types of volatile organic compound contamination, is easy to maintain, safe and efficiently disposes of pollutants upon first injection. contaminated air and therefore would operate in continuous mode.
SUMMARY OF THE INVENTION
This object is achieved by providing a gas purification apparatus comprising volatile organic compounds of the present invention, wherein a photocatalytic reactor for decomposing volatile organic compounds initiated by a photocatalytic reaction is part of the apparatus. Inside the photocatalytic reactor there is at least one UV source and at least one partition for dividing the interior of the photocatalytic reactor for serpentine gas flow through the interior of the photocatalytic reactor from the inlet to the outlet. 3
The present invention is based on the fact that a saturation chamber is provided at the inlet of the photocatalytic reactor, which is provided with at least one saturating means for saturating the gas with at least one impurity containing at least one precursor for the oxidizing or reducing agent. The gas emerging from the feed gas pipeline into the carbonation chamber slows down its flow and changes the composition of its streamlines, causing turbulence of the gas in the carbonation chamber. The admixture supplied to the carbonation chamber is mixed in the gas evenly and the carbonation chamber leaves the mixed gas / admixture mixture. The admixture is at least one of hydrogen peroxide, ozone. In a further preferred embodiment of the apparatus for purifying gas containing volatile organic compounds of the present invention, the photocatalytic reactor saturation chamber is an integral body, in the photocatalytic reactor there is an array of alternately offset baffles, wherein the opening in the bulkhead adjacent the saturation chamber forms an inlet. The arrangement of the photocatalytic reactor and the carbonation chamber into one unit brings advantages in mixing the gas just before entering and saving the space requirement. In another preferred embodiment of the apparatus for purifying gas containing volatile organic compounds of the present invention, the carbonating agent is a spray nozzle attached to the dopant reservoir. The spray nozzle produces an aerosol cloud that spreads more easily in the volume of the carbonation chamber. The saturation chamber is preferably provided with three spray nozzles. The three nozzles preferably provide an even supply of the saturation chamber with the aerosol of the dopant. Preferably, the saturating means nozzles are controlled by a timing switch for gas saturation. In another preferred embodiment of the apparatus for purifying gas containing volatile organic compounds of the present invention, a homogenization chamber is provided at the outlet of the photocatalytic reactor in the gas flow direction and is provided with at least one sensor for measuring the physical and chemical parameters of the gas. The homogenization chamber is preferably formed together with the photocatalytic reactor by one body. The treated gas emerging from the reactor expands turbulently over the entire volume of the homogenization chamber, again mixing it and evenly distributing the products from the disposal of pollutants within the entire volume of the homogenization chamber. The sensor inserted in the homogenization chamber scans the actual value of the output of the substance in the gas and reports it. In particular, the sensor may be implemented as a volatile organic compound analyzer, or an impurity concentration analyzer, e.g., hydrogen peroxide. In another preferred embodiment of the apparatus for purifying gas containing volatile organic compounds of the present invention, the homogenization chamber is provided with at least one catalyst composition for separating the admixture from the gas. The catalyst composition comprises a metal catalyst wire spiral or a metal catalyst grid. The catalyst eliminates the secondary contamination of the exhaust gas, which may be caused by the presence of an excess amount of impurities, or by the presence of exhaust compounds resulting from chemical degradation of the pollutants. In another preferred embodiment of the gas purification apparatus comprising volatile organic compounds of the present invention, the baffles in the photocatalytic reactor are removably and simultaneously displaceable to adjust the spacing. Due to the variability of the baffles, it is possible to influence the overall length of the gas path that flows through the reactor. It is also possible to vary the temperature conditions inside the reactor by varying the pitch. The partitions can also be easily removed and changed, or by removing them only to check their technical condition. In another further preferred embodiment of the apparatus for purifying gas containing volatile organic compounds of the present invention, the wavelength of light emitted from the UV source is in the range of 100 µF to 400 nm. It is the so-called near UV radiation, which causes photolysis of chemical substances contained in polluted gas, whether they are harmful substances or substances into polluted gas subsidized and intended for the formation of free radicals. In another preferred embodiment of the gas purification apparatus comprising volatile organic compounds of the present invention, the baffles are made of chemically stable material. The UV source is a source of UVC radiation. Chemically stable bulkheads are necessary for the device because the UVC radiation causes 5-. changes in materials and chemical compounds at atomic level, with materials changing their properties and degrading. UVC radiation also breaks down the present admixtures to radicals, which can also degrade the materials used to make the baffles. Materials used must be chemically stable to avoid health and property hazards as UVC radiation is a health hazard. In another further preferred embodiment of the gas purification apparatus comprising volatile organic compounds of the present invention, the baffles are made of chemically stable material, a thin TiO 2 layer is formed on the baffle surface and the UV source is UVA sources and / or UVB sources. UVA- or UVB-illuminated photocatalysts produce OH radicals from the moisture present in the gas, which in turn degrade the contaminants contained in the gas. Due to the high reactivity of OH radicals, it is necessary to avoid degradation of the bulkheads themselves using a suitable stable material. In another preferred embodiment of the apparatus for purifying gas containing volatile organic compounds of the present invention, the internal space of the reactor is divided into two portions, with septum and UVC radiation sources arranged in the first direction of the gas flow direction and baffles in the second portion of the reactor. a TiO 2 layer and a UVA radiation source and / or a UVB radiation source, the two parts continuously continuing in the direction of the serpentine gas flow through the reactor. The hydrogen peroxide used as impurity in the purified gas in the first part of the reactor reacts with the contaminants and is also partially converted to water vapor, which is used in the second part of the reactor where the water vapor is decomposed by the photocatalyst to other free radicals which react with the pollutants in gas. In another preferred embodiment of the apparatus for purifying gas containing volatile organic compounds of the present invention, the bottom of the reactor is provided with a water condensate drain valve. In the reactor, during the purification of the gas, water is precipitated which must be removed from the reactor to avoid UV radiation sources. In another further preferred embodiment, the apparatus for purifying gas containing volatile organic compounds of the present invention comprises at least two
• ># * photocatalytic reactors connected in series in the direction of gas flow. It is possible to connect the same reactors in series, or it is possible to combine reactors that have different sources of UV radiation or otherwise set baffles. In another preferred embodiment, the apparatus for purifying the gas containing volatile organic compounds of the present invention comprises at least one biological gas purification filter downstream of the photocatalytic reactor. Although hazardous and toxic volatile organic compounds will degrade in the photocatalytic reactor, there is still a need to separate the newly formed simpler compound from the gas. It is possible to use a known biological filter for this purpose, which would otherwise be destroyed or ineffective in direct connection in operation without degradation of volatile organic compounds.
Advantages of the device according to the invention include high gas purification efficiency in continuous flow of polluted gas, which is achieved by a combination of photo-oxidation phenomena based on photocatalysis and free radical-based oxidation, a simple device design that is sufficiently resistant to operating conditions, easy equipment maintenance , high equipment safety, variability and economics of plant operation.
Clarifying drawings
FIG. 1 is a simplified sectional view of a serpentine gas flow through the reactor; FIG. 2 is an axonometric cross-sectional view of the apparatus; FIG. 3 is an axonometric view of the apparatus; FIG. Figure 5 shows a perspective view of a device provided with two photocatalytic reactors. 7; Example Carrying Out the Invention
It will be understood that the specific embodiments of the invention described and illustrated below are presented to illustrate but not to limit the examples of the invention to the examples. Those skilled in the art will find or will be able to provide, using routine experimentation, a greater or lesser number of equivalents to the specific embodiments of the invention described herein. These equivalents will also be included within the scope of the following claims.
Figure 1 is a cross-sectional view of the gas purification apparatus 1. The purge gas 21 containing the volatile organic compounds is fed through a gas pipeline which passes it through the inlet flange 18 into the saturation chamber 6. A saturation means 7 terminated by a nozzle 8 is also introduced into the saturation chamber 6. for dispensing hydrogen peroxide aerosol. The gas 21 flows through the saturation chamber 6 to the inlet 3 where it enters the interior of the reactor 2. In the reactor 2, the baffles 5 alternate through and divide the interior of the reactor 2. Between the baffles 5 there are UVC sources 13 which can also be supplemented UVA source 14 and UVB source 15. Gas 21 flows between the baffles 5. After passage through the reactor 2, the gas 21 flows through the outlet 4 into the homogenization chamber 10. In the homogenization chamber 10 a sensor H is arranged to detect residual hydrogen peroxide in the gas 21. Before by connecting the exhaust gas line to the outlet flange 19, a catalyst means 12 in the form of a copper grid is fixed in the homogenization chamber 10.
In FIG. 2, the gas cleaning device 1 is again shown in section. The construction of the apparatus 1 comprising the photocatalytic reactor 2, the saturating chamber 6 and the homogenization chamber 10 is made of stainless steel with higher chemical resistance. The gas pipeline is made of stainless steel piping. The saturation means 7 is made of plastic and terminates in a spray nozzle 8. The UVC sources 13 are fluorescent tubes and are positioned between the baffles 5 in rows of five fluorescent tubes. The partitions 5 themselves are also made of stainless steel, or in a cheaper variant of glass fabric stretched in frames. Sensor H is a chemical analyzer configured to detect a concentration of hydrogen peroxide that is coupled to a non-illustrated device control unit 1.
FIG. Fig. 3 shows a device λ provided with a sheet metal housing 20, a power supply and a control wiring 17. Fig. 4 further shows a hydrogen peroxide container 9 connected to the saturating means 7. The wiring system 17 includes a time switch which controls the saturation means 7 and is connected control unit not shown.
Fig. 5 shows a gas cleaning device 1 having two reactors 2 connected in series in the direction of the flow of gas 21. In the first reactor 2 in the direction of the gas flow 21, the UVC sources 13 are not visible through the jacket 20 and in the second reactor 2 in the direction of the gas flow 21, UVC radiation sources 13 and stainless steel baffles 5 are again used in the middle of the reactor 2 and in the second half of the second reactor 2 there are UVA sources 14 and UVB sources 15 with stainless steel baffles 5 coated with layer T1O2. In a non-illustrated embodiment of the invention, a biological filter is connected downstream of the reactor 2.
The device 1 decontaminates the contaminated air stream as shown in the following example: Example 1
At the inlet 3 of the plant 1, exhaust air from the pharmaceutical production plant is introduced. The exhaust air contains methanol (representative of volatile hydrocarbons), with a concentration of 500 ppm (v / v) and acetone (a representative of organic volatile hydrocarbons) with a concentration of 275 ppm (v / v). Gas 21 flows through the plant 1 at a rate of 30 Nm @ 3 per hour. Hydrogen peroxide at a concentration of 40% is continuously fed into the flowing gas 2Λ. At outlet 4 of device 1, the maximum methanol content in air is 100 ppm and the maximum acetone content in air is 110 ppm. Fluorescent lamps constituting source 13 were UVC lamps emitting a wavelength of 254 nm. The total irradiated area of the baffles 5 was 8 m2. 9
Industrial usability
The inventive gas purification apparatus containing volatile organic compounds will find use in the printing industry, in paint shops, in adhesives and paint manufacturing plants, in tanneries and, last but not least, in the food industry where pollutants from volatile organic compounds in waste are to be continuously degraded. gases. 10 Overview of reference numerals 1 Gas purification equipment 2 Photocatalytic reactor 3 Inlet 4 Outlet 5 Partition 6 Saturation chamber 7 Saturation means 8 Spray nozzle 9 Admixture reservoir 10 Homogenisation chamber 11 Sensor 12 Catalyst agent 13 UVC radiation source 14 UVA source 15 UVB source 16 drainage valve 17 wiring 18 inlet flange 19 outlet flange 20 sheath 21 gas 1.1-
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-803A CZ2014803A3 (en) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | Apparatus for purification of gases containing volatile organic compounds |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-803A CZ2014803A3 (en) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | Apparatus for purification of gases containing volatile organic compounds |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ305690B6 CZ305690B6 (en) | 2016-02-03 |
| CZ2014803A3 true CZ2014803A3 (en) | 2016-02-03 |
Family
ID=55311004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-803A CZ2014803A3 (en) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | Apparatus for purification of gases containing volatile organic compounds |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2014803A3 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4941957A (en) * | 1986-10-22 | 1990-07-17 | Ultrox International | Decomposition of volatile ogranic halogenated compounds contained in gases and aqueous solutions |
| US5601184A (en) * | 1995-09-29 | 1997-02-11 | Process Technologies, Inc. | Method and apparatus for use in photochemically oxidizing gaseous volatile or semi-volatile organic compounds |
| CA2202716A1 (en) * | 1997-04-15 | 1998-10-15 | The University Of Western Ontario | Photocatalytic reactor and method for destruction of organic air-borne pollutants |
| CZ27854U1 (en) * | 2014-11-26 | 2015-02-23 | Vysoká škola chemicko- technologická v Praze | Apparatus for purification of gases containing volatile organic compounds |
-
2014
- 2014-11-19 CZ CZ2014-803A patent/CZ2014803A3/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ305690B6 (en) | 2016-02-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5494576A (en) | System and method for treating water | |
| KR101946320B1 (en) | Purification apparatus for VOC using photo catalysis | |
| EP1986703B1 (en) | System for removal of airborne contaminants | |
| KR101044810B1 (en) | Volatile organic compounds treatment apparatus and odor treatment apparatus using the same | |
| ITSA20070020A1 (en) | HIGH EFFICIENCY PHOTO-FENTON HETEROGENEOUS PROCESS FOR DEGRADATION OF ORGANIC POLLUTANTS. | |
| SE504204C2 (en) | Method and apparatus for treating fluids and using this fluid | |
| KR20070004479A (en) | The process of recirculated hybrid system composed of novel photo-catalytic reactor and biofilter to treat process-waste-air containing vocs and malodor safely and efficiently | |
| CN106914113A (en) | A kind of chlorobenzene exhaust-gas treatment tank | |
| CN104437077A (en) | Device for researching photocatalytic treatment on volatile organic compounds | |
| CZ2014803A3 (en) | Apparatus for purification of gases containing volatile organic compounds | |
| CZ27854U1 (en) | Apparatus for purification of gases containing volatile organic compounds | |
| KR100465923B1 (en) | Apparatus and method for environmental purification by using TiO2 photocatalyst coated non-porous carriers | |
| KR20200080938A (en) | Ultraviolet purifying device using ozone gas | |
| CN203750392U (en) | Photolysis catalysis purification device for processing pharmaceutical waste gas | |
| CN107854984B (en) | Ozone catalytic deodorization device and deodorization method | |
| KR100606503B1 (en) | Photocatalytic Aeration Apparatus | |
| KR20110050127A (en) | Purifying apparatus using cylindrical net | |
| KR100766272B1 (en) | hybrid system composed of UVor VIS-/photo-catalytic reactor, mixing chamber and biofilter | |
| JPH09155160A (en) | Apparatus for decomposing and removing volatile organic compound and method therefor | |
| RU2742273C1 (en) | Method and device for cleaning air of harmful and odorous substances, uv-lamp and unit of sorption-catalytic backfill for implementation thereof | |
| KR101450061B1 (en) | Voc oxidation treatment apparatus | |
| KR20170061928A (en) | Apparatus for eliminating the stench and volatile organic compounds in the polluted air | |
| JPH057394U (en) | Photocatalyst water purifier | |
| CZ31903U1 (en) | A device for exhaust air purification | |
| KR101398348B1 (en) | Apparatus for treating waste water enable of preventing scum |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20221119 |