專利名稱：工業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成凈化裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于工業(yè)低濃度復(fù)合有機廢氣治理的凈化裝置與方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)有機廢氣主要來源于石油化工、污水處理、垃圾處理、化學(xué)制藥、航天、電子工業(yè)、皮革加工等生產(chǎn)過程中，不僅污染車間環(huán)境，危害崗位工作人員身體健康，而且是誘發(fā)光化學(xué)煙霧的主要前體污染物，對城市空氣質(zhì)量構(gòu)成了嚴重的威脅。由于工業(yè)有機廢氣具有風(fēng)量大、濃度低、多組分復(fù)合污染的特點，且氣體風(fēng)量與有機廢氣濃度波動較大，其治理難度相對較大。目前，國內(nèi)外用于工業(yè)有機廢氣的處理方法主要有催化燃燒法、吸附法、吸收法、 冷凝法、生物法及等離子體氧化法等。催化燃燒法凈化效率高，但缺點是設(shè)備體積較大，一次性投資及設(shè)備運行能耗較大，且存在安全隱患。吸附法主要用活性炭吸附，凈化效果理想，但活性炭吸附飽和后需要再生，再生后的有機廢氣仍需處理。吸收法、冷凝法應(yīng)用范圍受限。生物法投資和運行費用較低，但運行操作復(fù)雜、占地面積較大，存在二次污染的可能性。等離子體氧化法對有機廢氣的去除效率雖然高，但缺點是等離子體自由基反應(yīng)過程中同時產(chǎn)生o3、nox、及納米尺度氣溶膠粒子等有害副產(chǎn)物。因此，申請人提出一種低溫等離子體與分子篩吸附、催化相結(jié)合凈化裝置與方法，在達到較高去除效果的同時抑制二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于低溫等離子體與分子篩吸附、催化協(xié)同作用的工業(yè)有機廢氣凈化裝置與方法，不僅可以提高等離子體去除有機氣體的能量利用率，而且能有效地控制二次污染問題。為實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種工業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成凈化裝置，其特征在于，在裝置殼體內(nèi)依次串聯(lián)低溫等離子體單元與分子篩吸附/催化單元，裝置殼體外配有產(chǎn)生等離子體的高頻脈沖電源、循環(huán)風(fēng)機及引風(fēng)機；其中所述的等離子體單元采用流光電暈放電反應(yīng)器，反應(yīng)器放電極為線狀或鋸齒狀金屬電極，接地極為金屬板狀電極，等離子體由高頻脈沖電源產(chǎn)生；所述的分子篩吸附/催化單元由2個分子篩吸附/催化模塊構(gòu)成的獨立倉室并聯(lián)組成，獨立倉室內(nèi)分子篩吸附/催化模塊由蜂窩狀分子篩、線型電極及金屬網(wǎng)狀電極構(gòu)成，并連接高頻脈沖電源，與外接氣體管道、管道進出口閥門、循環(huán)風(fēng)機相連接。所述的蜂窩狀分子篩、線型電極及金屬網(wǎng)狀電極組裝成一體式結(jié)構(gòu)。所述分子篩吸附/催化單元由多級分子篩吸附/催化模塊組成。所述的分子篩吸附/催化模塊中的金屬網(wǎng)狀電極為接地極，中間的線型電極為高壓放電極。
所述的分子篩吸附/催化模塊中蜂窩狀分子篩具有較強的憎水性，它由等體積浸潰法或陽離子交換法負載含有活性組分Mn、Ag、Cu、Ti、Co、Ni、Ce中任意兩種或兩種以上的復(fù)合金屬氧化物催化劑。上述工業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成凈化裝置的凈化方法，其特征在于，包括以下步驟有機廢氣依次經(jīng)過等離子體單元氧化及分子篩吸附/催化單元吸附處理，分子篩吸附/催化單元中一個分子篩吸附/催化倉室吸附飽和后，該倉室門關(guān)閉，有機廢氣進入另外一個分子篩吸附/催化倉室內(nèi)吸附凈化后排放吸附飽和后的分子篩吸附/催化倉室通過閥門切換與外接管路、等離子體、循環(huán)風(fēng)機構(gòu)成循環(huán)再生系統(tǒng)，等離子體放電同時激活分子篩表面催化劑活性，在等離子體與催 化的協(xié)同作用下，分子篩中吸附態(tài)的的中間產(chǎn)物及未降解的部分有害氣體分子進一步氧化降解為二氧化碳和水，分子篩實現(xiàn)原位再生。本發(fā)明的技術(shù)效果表現(xiàn)在I)本發(fā)明將低溫等離子體與分子篩吸附、催化相結(jié)合，避免了低溫等離子體要完全氧化降解有機氣體，需要注入更高的能量，造成能耗高，能量利用率低的缺點，同時有效地控制了等離子體放電過程中產(chǎn)生的03、NOx、納米尺度氣溶膠粒子等有害副產(chǎn)物造成的二次污染。2)有機氣體先經(jīng)過等離子體氧化預(yù)處理后，一方面可以起到預(yù)除塵效果，減少氣體中顆粒物對分子篩吸附性能的影響，避免了采用先吸附濃縮后等離子體降解方法因吸附劑受粉塵堵塞造成吸附能力下降問題；另一方面分子篩吸附了等離子體放電產(chǎn)生的活性組 分(如O3等)，能夠充分利用這類物質(zhì)進一步參與催化氧化降解分子篩中吸附的未完全降解的中間產(chǎn)物，提高去除率；此外，在等離子體再生分子篩時，也有利于解吸更多的活性物質(zhì)參與氧化降解過程，縮短再生時間。3)分子篩吸附/催化單元采用由蜂窩狀分子篩、金屬網(wǎng)狀及線型電極組裝為一體式的緊湊模塊結(jié)構(gòu)，一方面使分子篩直接置于等離子體放電區(qū)域，分子篩的再生效果更好，催化劑的使用壽命更長；另一方面，系統(tǒng)更加緊湊，氣體流通阻力也大大減小。4)分子篩吸附/催化單元采用內(nèi)部氣體循環(huán)，提高了等離子體放電過程產(chǎn)生的強氧化性自由基(如O3等)的循環(huán)利用率，同時提高了分子篩中吸附態(tài)污染物的脫附速率，大大縮短分子篩原位再生時間。5)低溫等離子體與分子篩吸附、催化三者相結(jié)合，可以顯著提高能量利用率，減少二次污染，系統(tǒng)緊湊，操作簡單，一次投資和運行費用低。


圖I為工業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為分子篩吸附/催化單元一體式結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為分子篩吸附/催化單元一體式結(jié)構(gòu)內(nèi)部組合示意圖。圖中的標(biāo)記分別表示I、低溫等離子體單元，II、分子篩吸附/催化單元；1、等離子體單元接地極，2、等離子體單元放電極，3、高頻脈沖電源，4、蜂窩狀分子篩，5、線型放電極，6、網(wǎng)狀接地極，7、分子篩吸附/催化單元倉室，8、管道閥門，9、氣體管道，10、循環(huán)風(fēng)機。
下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述。
具體實施例方式如圖I所示，本實施例給出一種工業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成凈化裝置，在裝置殼體內(nèi)依次連接有等離子 體單元I和分子篩吸附/催化單元II，裝置殼體外配有產(chǎn)生等離子體的高頻脈沖電源3、循環(huán)風(fēng)機10，其中等離子體單元I采用流光電暈放電反應(yīng)器，接地極為金屬板狀電極1，放電極為線狀或鋸齒狀金屬電極2，等離子體由高頻脈沖電源3產(chǎn)生。分子篩吸附/催化單元II由2個分子篩吸附模塊構(gòu)成的獨立倉室7并聯(lián)組成，倉室內(nèi)每個分子篩吸附/催化模塊由蜂窩狀分子篩4、線型電極5及金屬網(wǎng)狀電極6構(gòu)成，并連接高頻脈沖電源3，與各獨立倉室7的外接氣體管道9、管道進出口閥門8、循環(huán)風(fēng)機10相連接。本實施例中，蜂窩狀分子篩4、線型電極5及金屬網(wǎng)狀電極6組裝成一體式緊湊結(jié)構(gòu)。所述分子篩吸附/催化單元II由多級分子篩吸附/催化模塊組成。分子篩吸附/催化模塊II中的金屬網(wǎng)狀電極6為接地極，中間的線型電極5為高壓放電極。所述的分子篩吸附/催化模塊II中蜂窩狀分子篩4由等體積浸潰法或陽離子交換法負載含有活性組分Mn、Ag、Cu、Ti、Co、Ni、Ce中任意兩種或兩種以上的復(fù)合金屬氧化物催化劑。應(yīng)用實施例I :有機廢氣在引風(fēng)機作用下，首先進入等離子體單元I流光電暈放電等離子體氧化降解，降解后的低濃度復(fù)合有機廢氣進入分子篩吸附/催化單元II內(nèi)并聯(lián)倉室7中的其中一個倉室內(nèi)，經(jīng)多級分子篩吸附/催化模塊降解處理后排放。分子篩吸附/催化單元吸附飽和后，該倉室門關(guān)閉，經(jīng)等離子體單元I氧化降解后的低濃度復(fù)合有機廢氣進入分子篩吸附/催化單元II內(nèi)的另外一個倉室內(nèi)，經(jīng)多級分子篩吸附/催化模塊處理后排放。吸附飽和后的分子篩所在倉室通過閥門8切換，進出口外接管路閥門8開啟，與外接管路9、等離子體、循環(huán)風(fēng)機10構(gòu)成循環(huán)再生系統(tǒng)。其中，未吸附飽和時，該倉室外接管路進出口閥門8處于關(guān)閉狀態(tài)。兩個分子篩吸附/催化倉室循環(huán)交替運行。通過一方面高壓放電產(chǎn)生的低溫等離子體直接作用于等離子體區(qū)域內(nèi)的分子篩；另一方面等離子體放電同時激活分子篩表面催化劑活性，在等離子體與催化的協(xié)同作用下，分子篩中吸附態(tài)的的中間產(chǎn)物及未降解的部分有害氣體分子進一步氧化降解為二氧化碳和水，分子篩在較短時間內(nèi)實現(xiàn)原位再生。同時在循環(huán)風(fēng)機的作用下，使內(nèi)部氣體循環(huán)，等離子體放電產(chǎn)生的強氧化性自由基(如O3等)的循環(huán)利用率提高，分子篩中吸附態(tài)污染物的脫附速率提高，分子篩原位再生時間大大縮短。應(yīng)用實施例2:具體過程與實施方案I類似，只是在分子篩吸附/催化單元處于吸附階段時，將多級吸附/催化模塊中的前2級開啟等離子體，后面的多級吸附/催化模塊保持吸附狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種エ業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成浄化裝置，其特征在于，裝置殼體內(nèi)依次串聯(lián)有低溫等離子體単元(I )與分子篩吸附/催化単元(II)，裝置殼體外配有產(chǎn)生等離子體的高頻脈沖電源(3)和循環(huán)風(fēng)機(10);其中 所述的等離子體単元(I )采用流光電暈放電反應(yīng)器，接地極為金屬板狀電極(1)，放電極為線狀或鋸齒狀金屬電極(2)，等離子體由高頻脈沖電源(3)產(chǎn)生； 所述的分子篩吸附/催化単元(II)由2個分子篩吸附模塊構(gòu)成的獨立倉室(7)并聯(lián)組成，倉室內(nèi)分子篩吸附/催化模塊由蜂窩狀分子篩(4)、線型電極(5)及金屬網(wǎng)狀電極(6)構(gòu)成，并連接高頻脈沖電源(3 )，與各獨立倉室(7 )的外接氣體管道(9 )、管道進出口閥門(8 )、循環(huán)風(fēng)機(10)相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的エ業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成浄化裝置，其特征在于所述的蜂窩狀分子篩(4)、線型電極(5)及金屬網(wǎng)狀電極(6)組裝成一體式緊湊結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述的エ業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成浄化裝置，其特征在于所述 分子篩吸附/催化単元(II)由多級分子篩吸附/催化模塊組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的エ業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成浄化裝置，其特征在于所述的分子篩吸附/催化模塊中的金屬網(wǎng)狀電極(6)為接地極，中間的線型電極(5)為高壓放電極。
5.如權(quán)利要求I所述的エ業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成浄化裝置，其特征在于所述的分子篩吸附/催化模塊(II)中蜂窩狀分子篩(4)由等體積浸潰法或陽離子交換法負載含有活性組分Mn、Ag、Cu、Ti、Co、Ni、Ce中任意兩種或兩種以上的復(fù)合金屬氧化物催化劑。
6.權(quán)利要求I所述的エ業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成浄化裝置的浄化方法，其特征在于，包括以下步驟 有機廢氣依次經(jīng)過等離子體単元(I )氧化及分子篩吸附/催化単元(II)吸附處理，分子篩吸附/催化単元(II)中ー個分子篩吸附/催化倉室吸附飽和后，該倉室門關(guān)閉，有機廢氣進入另外ー個分子篩吸附/催化倉室內(nèi)吸附凈化后排放； 吸附飽和后的分子篩吸附/催化倉室通過管道閥門(8)切換，與外接管路(9)、等離子體、循環(huán)風(fēng)機(10)構(gòu)成循環(huán)再生系統(tǒng)。等離子體放電同時激活分子篩表面催化劑活性，在等離子體與催化的協(xié)同作用下，分子篩中吸附態(tài)的的中間產(chǎn)物及未降解的部分有害氣體分子進ー步氧化降解為ニ氧化碳和水，分子篩實現(xiàn)原位再生。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)有機廢氣低溫等離子體集成凈化裝置與方法，裝置由低溫等離子體單元與分子篩吸附/催化單元依次串聯(lián)組成，并包括相應(yīng)的連接管道、閥門、引風(fēng)機及循環(huán)風(fēng)機。其處理方法是有機廢氣在引風(fēng)機的作用下，依次經(jīng)過等離子體單元氧化及分子篩吸附/催化單元吸附處理，分子篩吸附/催化單元中一個分子篩吸附/催化倉室吸附飽和后，該倉室門關(guān)閉，有機廢氣進入另外一個分子篩吸附/催化倉室內(nèi)吸附凈化后排放。吸附飽和后的分子篩催化單元通過閥門切換與外接管路、等離子體、循環(huán)風(fēng)機構(gòu)成循環(huán)再生系統(tǒng)，在較短時間內(nèi)實現(xiàn)分子篩原位再生。其運行阻力低、一次性投資及設(shè)備運行費用低，適用于大風(fēng)量、低濃度、工業(yè)復(fù)合有機廢氣的凈化。
文檔編號B01D53/04GK102728193SQ20121019913
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者黨小慶, 馮延鵬, 周宇翔, 夏夕科, 張青, 曹利, 許森榮, 黃家玉 申請人:西安建筑科技大學(xué)