一種臭氧結(jié)合光解過氧化物的VOCs脫除系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及大氣污染物控制領(lǐng)域，具體涉及一種臭氧結(jié)合光解過氧化物的 VOCs脫除系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds)的英文縮寫。大量研 宄表明，VOCs通過呼吸道和皮膚進(jìn)入人體后，能給人的呼吸、血液、肝臟等器官造成暫時性 和永久性病變（例如會引發(fā)各種血液病和癌癥）。工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生各種有機(jī)物廢氣，主 要包括各種烴類、醇類、醛類、酸類、酮類和胺類等，這些有機(jī)廢氣會造成大氣污染，危害人 體健康。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識的提高，尾氣中VOCs脫除問題越來越受到人 們的關(guān)注。同時國家也制定了相應(yīng)的法律法規(guī)對VOCs的排量作了嚴(yán)格的限制。研宄開發(fā) VOCs的高效脫除技術(shù)已成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)問題。
[0003] 在過去的幾十年中，國內(nèi)外研宄人員對廢氣中VOCs脫除問題作了大量的研宄并 開發(fā)了多種VOCs脫除方法。按照脫除的基本原理，廢氣VOCs脫除方法主要包括冷凝回收 法、吸收法、直接燃燒法、催化燃燒法和吸附法等。冷凝回收法適用于有機(jī)廢氣濃度高、 溫度低、風(fēng)量小的工況，需要附屬冷凍設(shè)備，主要應(yīng)用于制藥、化工行業(yè)，而印刷企業(yè)較少采 用，應(yīng)用范圍受到局限。吸收法常用的是物理吸收，即將廢氣引入吸收液凈化，待吸收液飽 和后經(jīng)加熱、解析、冷凝回收。這種方法適用于大氣量、低溫度、低濃度的廢氣，但需配備加 熱解析回收裝置，設(shè)備體積大、投資較高。直接燃燒法是利用燃?xì)饣蛉加偷容o助燃料燃燒， 將混合氣體加熱，使有害物質(zhì)在高溫作用下分解為無害物質(zhì)。該方法工藝簡單、投資小，適 用于高濃度、小風(fēng)量的廢氣，但對安全技術(shù)、操作要求較高。催化燃燒法是把廢氣加熱經(jīng)催 化燃燒轉(zhuǎn)化成無害無臭的二氧化碳和水，這種方法起燃溫度低、節(jié)能、凈化率高、操作方便、 占地面積少、適用于高溫或高濃度的有機(jī)廢氣，但催化劑容易中毒失活，穩(wěn)定性差?；钚蕴?吸附法脫除效率可達(dá)95%，設(shè)備簡單、投資小，但活性炭更換頻繁，增加了裝卸、運(yùn)輸、更換 等工作程序，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加。因此，到目前為止，盡管有多種VOCs脫除技術(shù)被開發(fā)和利 用，但每一種技術(shù)幾乎都有應(yīng)用范圍的限制和有諸多缺點(diǎn)。因此，繼續(xù)開發(fā)更加經(jīng)濟(jì)有效的 VOCs脫除技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型涉及一種臭氧結(jié)合光解過氧化物的VOCs脫除系統(tǒng)，主要設(shè)有排放源、 風(fēng)機(jī)、除塵器、煙氣冷卻器、臭氧發(fā)生器、上下對噴霧化床、循環(huán)泵一和二、填料層、紫外燈 管、霧化噴嘴、除霧器、儲液箱以及產(chǎn)物后處理系統(tǒng)。
[0005] 本實用新型系統(tǒng)的反應(yīng)過程及原理如下：
[0006] 1、由圖1所示，采用電子自旋共振（ESR)儀可測定到系統(tǒng)中產(chǎn)生了硫酸根自由基 和羥基自由基。因此，臭氧結(jié)合光輻射過氧化物首先是釋放了具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由 基和羥基自由基，具體過程可用如下的化學(xué)反應(yīng)（1)_(6)表示：
[0007] H202+UV - 2 ? OH (1)
[0012] ? 0+H202- ? OH+HO 2 ? (6)
[0013] 2、產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基和羥基自由基可將煙氣中的VOCs深度氧化為 潔凈的〇)2和H 20,無二次污染：
[0014] a ? 0H+bV0Cs - cC02+dH20+Carbon residues
[0015] (7)
[0017] 3、該系統(tǒng)能夠高效脫除煙氣中的VOCs，且脫除過程無二次污染，是一種具有廣闊 應(yīng)用前景的新型煙氣凈化系統(tǒng)。
[0018] 為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：
[0019] 本實用新型所述的一種臭氧結(jié)合光解過氧化物的VOCs脫除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)設(shè)有 排放源、風(fēng)機(jī)、除塵器、煙氣冷卻器、臭氧發(fā)生器、上下對噴霧化床、循環(huán)泵一和循環(huán)泵二、儲 液箱以及產(chǎn)物后處理系統(tǒng)；所述上下對噴霧化床自上而下依次設(shè)有煙氣出口、除霧器、霧化 噴嘴、紫外燈管、填料層以及底部出口；排放源通過煙道連接除塵器入口，除塵器的出口連 接煙氣冷卻器的入口，所述煙氣冷卻器的出口連接上下對噴霧化床的底部，臭氧發(fā)生器通 過管道連接于煙氣冷卻器與上下對噴霧化床的連接管道上，所述儲液箱通過管道進(jìn)入上下 對噴霧化床內(nèi)，所述管道上設(shè)有至少一組上下對稱的霧化噴嘴；所述上下對噴霧化床內(nèi)上 下對稱的霧化噴嘴之間設(shè)有紫外燈管排。
[0020] 所述儲液箱進(jìn)入上下對噴霧化床的管道上設(shè)有將過氧化物溶液引入的噴霧化床 的循環(huán)泵一；所述上下對噴霧化床的溶液出口設(shè)有將過氧化物溶液引入儲液箱的循環(huán)泵 --〇
[0021] 上下對噴霧化床的截面為正方形或矩形，內(nèi)部設(shè)有一組以上的紫外燈管排，每組 紫外燈管排上下均設(shè)有霧化噴嘴。紫外燈管排上部的霧化噴嘴向下噴溶液，紫外燈管排下 部的霧化噴嘴向上噴溶液。相鄰兩組紫外燈管排之間的距離A位于l〇 Cm-5〇Cm之間。紫外 燈管排中相鄰兩根紫外燈管的間距B位于3cm-30cm之間。紫外燈管一端（右端）插入后 固定在上下對噴霧化床壁中，且應(yīng)當(dāng)密封，防止煙氣從間隙中流過造成管排其它地方煙氣 分布不均勻。另一端（左端）穿過上下對噴霧化床壁面后預(yù)留長度C應(yīng)在lcm以上，以便 于紫外燈管后期更換和維修。每組紫外燈管排垂直方向（上下方向）上布置的最佳紫外燈 管數(shù)目是5-10跟，水平方向布置的最佳紫外燈管數(shù)目可由上下對噴霧化床的截面積和選 擇的紫外燈管間距計算確定。
[0022] 該系統(tǒng)的工作過程如下：來自排放源的煙氣由風(fēng)機(jī)牽引，經(jīng)除塵器除塵和煙氣冷 卻器降溫后，再由填料層布風(fēng)后進(jìn)入上下對噴霧化床。臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧由入口 e匯 入煙氣中，并且在煙道中先對煙氣中的VOCs進(jìn)行預(yù)氧化。來自儲液箱的過氧化物溶液由循 環(huán)泵1抽吸，并由霧化噴嘴霧化后噴入上下對噴霧化床。紫外燈輻射紫外光激發(fā)過氧化物 產(chǎn)生硫酸根和羥基自由基進(jìn)一步氧化VOCs以及被臭氧氧化產(chǎn)生的有機(jī)中間體。從上下對 噴霧化床上部回落的溶液由出口 b，經(jīng)循環(huán)泵2重新吸入儲液箱循環(huán)噴淋霧化。VOCs的最 終分解產(chǎn)物是無害的〇)2和H 20。
[0023] 煙道上設(shè)有臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧預(yù)氧化煙氣中的VOCs。為了避免臭氧在高溫 下自分解，臭氧發(fā)生器位于煙氣冷卻器之后和上下對噴霧化床入口之前，最佳臭氧入口濃 度為20ppm-1000ppm。上下對噴霧化床的最佳煙氣入口溫度為20-70°C，有效液氣比為 0? 5-6. OL/m3,過氧化物的最佳濃度位于0? lmol/L-3. Omol/L之間，溶液的pH位于1. 0-7. 5 之間，最佳的溶液溫度為20-70°C。紫外光有效輻射強(qiáng)度為10 y W/cm2-500 y W/cm2,紫外線 有效波長為150nm-365nm。煙氣中VOCs的含量不高于2000mg/m 3。所述的過氧化物包括雙 氧水和過硫酸銨中的一種或兩種的混合。所述的排放源包括燃煤鍋爐、內(nèi)燃機(jī)、工業(yè)窯爐 、冶煉/煉焦尾氣、垃圾焚燒爐以及石油化工設(shè)備尾氣中的一種或多種的組合。
[0024] 本實用新型的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果：
[0025] 1.中國專利（ZL201210431594. 2)提出了一種利用電解工藝脫除VOCs的方法，但 該方法系統(tǒng)和工藝復(fù)雜，電耗和應(yīng)用成本高。本實用新型采用的一種臭氧結(jié)合光解過氧化 物的VOCs脫除方法非常簡單，脫除過程穩(wěn)定可靠，應(yīng)用成本較低。
[0026] 2.中國專利（ZL 201410247572. X)提出了一種利用吸附、冷凝和膜分離相結(jié)合 的VOCs脫除方法及工藝，但該方法工藝復(fù)雜，應(yīng)用成本高，尤其是尾部的膜分離技術(shù)不穩(wěn) 定，難以工業(yè)應(yīng)用，而本實用新型提出的工藝相對簡單，設(shè)備成熟可靠，具有良好的市場開 發(fā)和應(yīng)用前景。
[0027] 3.中國專利（ZL201210263021. 3)提出了一種基于吸附、脫附、精餾和滲透汽化 分離的VOCs脫除方法和工藝，但該方法同樣具有工藝復(fù)雜和應(yīng)用成本高等不足，難以實現(xiàn) 工業(yè)應(yīng)用，而本實用新型提出的工藝相對更加簡單可靠，具有更好的開發(fā)前景。
[0028] 4.中國專利（ZL201210334393.0)提出了一種基于吸附、膜分離和冷凝技術(shù)相結(jié) 合的VOCs脫除方法及工藝。該方法具有工藝復(fù)雜和應(yīng)用成本高等不足，無法實現(xiàn)應(yīng)用。
[0029] 5.中國專利（ZL201410007192. 9)提出了一種可有效脫除VOCs的分子篩/二氧化 鈦負(fù)載銅錳鈰的催化劑制備方法及相應(yīng)的脫除工藝，但該專利申請?zhí)岢龅拇呋瘎┲苽浞椒?非常復(fù)雜，吸收劑穩(wěn)定性不高，需要定期的再生和活化，而本實用新型所述的方法不需要制 備復(fù)雜的脫除劑和再生活化工序，且運(yùn)行可靠性更高，可實現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，具有更好的 工業(yè)發(fā)展前景。
【附圖說明】
[0030] 圖1是臭氧結(jié)合光輻射過氧化物的電子自旋共振光普圖。
[0031] 圖2是本實用新型所述系統(tǒng)的工藝流程圖