一種臭氧預(yù)氧化聯(lián)合光激發(fā)過氧化物的VOCs凈化系統(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，具體涉及一種臭氧預(yù)氧化聯(lián)合光激發(fā)過氧 化物的VOCs凈化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物的英文縮寫，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。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。
[0003] 研宄開發(fā)VOCs的高效脫除技術(shù)已成為世界各國關(guān)注的熱點問題。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。活性炭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)行費用增加。
[0004] 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。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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型涉及一種臭氧預(yù)氧化聯(lián)合光激發(fā)過氧化物的VOCs凈化系統(tǒng)，主要設(shè) 有除塵器、冷卻器、光化學(xué)霧化床反應(yīng)器、氣體分布噴嘴、紫外燈管、霧化噴嘴、循環(huán)泵、顆粒 物過濾裝置、加料塔、噴淋管道、分煙道、總煙道、除霧器以及產(chǎn)物后處理系統(tǒng)。
[0006] 本實用新型的系統(tǒng)的原理及反應(yīng)過程如下：
[0007] 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：
[0008] H202+UV 2X0H (1)
[0013] X0+H202 X0H+H02X (6)
[0014] 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：
[0015] aXOH+bVOCs cC02+dH20+Carbon residues (7)
[0017] 3、該系統(tǒng)能夠高效脫除煙氣中的VOCs，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)脫除VOCs的目的，基于上述原理，本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0019] 一種臭氧預(yù)氧化聯(lián)合光激發(fā)過氧化物的VOCs凈化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)設(shè)有除塵器、冷 卻器、臭氧發(fā)生器、光化學(xué)霧化床反應(yīng)器、循環(huán)泵、加料塔、噴淋管道、總煙道、以及產(chǎn)物后處 理系統(tǒng)；所述光化學(xué)霧化床反應(yīng)器由上自下分別設(shè)有煙氣出口、除霧器、分煙道、霧化噴嘴、 紫外燈管、氣體分布噴嘴以及產(chǎn)物出口；排放源的煙氣出口依次連接除塵器、冷卻器、臭氧 發(fā)生器，冷卻器出口連接光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的底部煙氣管道，所述臭氧發(fā)生器連接于冷 卻器與光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的煙道上。煙氣進(jìn)入光化學(xué)霧化床反應(yīng)器之前，先在煙道中對 煙氣中的VOCs進(jìn)行預(yù)氧化，預(yù)氧化之后煙氣進(jìn)入光化學(xué)霧化床反應(yīng)器內(nèi)。
[0020] 所述光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的底部管道上設(shè)有氣體分布噴嘴，內(nèi)部設(shè)有過氧化物溶 液的加料塔出口通過噴淋管道與光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的頂部連接，霧化噴嘴設(shè)于噴淋管道 上；所述紫外燈管垂直布設(shè)于光化學(xué)霧化床反應(yīng)器內(nèi)，所述光化學(xué)霧化床反應(yīng)器頂部設(shè)有 至少一組分煙道，分煙道在光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的頂部的煙氣出口與總煙道連接。
[0021] 光化學(xué)霧化床反應(yīng)器回落的溶液再次進(jìn)入加料塔循環(huán)使用，所述加料塔的回流入 口通過管道與光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的底部連接，加料塔的出口與光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的噴 淋管道之間設(shè)有顆粒物過濾裝置。
[0022] 光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的截面為圓形或矩形，圓形截面直徑A或矩形截面邊長可根 據(jù)空塔氣速和總煙氣流量來計算，光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的最佳空塔氣速是〇. 3m/s-6. 0m/s。 光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的最佳高度B位于2m-6m之間，紫外燈管的最佳長度D通常比光化學(xué) 霧化床反應(yīng)器的最佳高度B短0. 2m-0. 9m。為了便于從反應(yīng)器頂部抽出紫外燈管維修或更 換，分煙道垂直高度C至少應(yīng)當(dāng)比紫外燈管最佳長度D高0. 3m。紫外燈管的布置間距H(圓 形截面）和I (矩形截面）的最佳間距為3cm-25cm之間。
[0023] 紫外燈管之間設(shè)有霧化噴嘴，霧化噴嘴根據(jù)光化學(xué)霧化床反應(yīng)器最佳高度B通常 需要設(shè)置多級噴霧，設(shè)置級數(shù)根據(jù)現(xiàn)場情況確定，但要保證霧化覆蓋無死角，且設(shè)置的霧化 噴嘴在垂直方向采用等間距布置。霧化噴嘴噴出的霧化溶液粒徑不大于20微米。光化學(xué) 霧化床反應(yīng)器的煙道采用先分煙道再總煙道的兩段布置形式，目的是防止氣流發(fā)生偏斜， 影響脫除效果。
[0024] 該系統(tǒng)的反應(yīng)過程如下：來自排放源（從煙氣入口 b接入）的煙氣經(jīng)除塵器除塵 和冷卻器降溫后，再由氣體分布噴嘴布風(fēng)后進(jìn)入光化學(xué)霧化床反應(yīng)器。來自加料塔的過氧 化物溶液由循環(huán)泵抽吸，并由霧化噴嘴霧化后噴入光化學(xué)霧化床反應(yīng)器。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。紫外燈管11輻 射紫外光激發(fā)過氧化物產(chǎn)生硫酸根和羥基自由基氧化VOCs，最終分解產(chǎn)物是無害的0) 2和 H20。光化學(xué)霧化床反應(yīng)器上部回落的溶液再次進(jìn)入加料塔循環(huán)使用，消耗的試劑由試劑添 加口 a補(bǔ)充。
[0025] 光化學(xué)霧化床反應(yīng)器3的最佳煙氣入口溫度為20-75°C，有效液氣比為0. 4-5. 0L/ m3,過氧化物的最佳濃度為0? lmol/L-2. 5mol/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/cm2-300 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。
[0026] 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、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。
[0027] 本實用新型的優(yōu)點及顯著效果：
[0028] 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聯(lián)合光激發(fā)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。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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】
[0033] 圖1 一種臭氧結(jié)合光輻射過氧化物的電子自旋共振光普圖。
[0034] 圖2是本實用新型所述系統(tǒng)的工藝流程圖。
[0035]圖3是光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的圓形截面及燈管、噴嘴和噴淋管道布置圖。
[0036]圖4是光化學(xué)霧化床反應(yīng)器的矩形截面及燈管、噴嘴和噴淋管道布置圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0038] 如圖2所示，一種臭氧預(yù)氧化聯(lián)合光激發(fā)過氧化物的VOCs凈化系統(tǒng)，主要設(shè)有除 塵器1、冷卻器2、光化學(xué)霧化床反應(yīng)器3、氣體分布噴嘴12、紫外燈管11、霧化噴嘴10、循環(huán) 泵4、顆粒物過濾裝置5-1、加料塔5、噴淋管道6、分煙道9、總煙道7、除霧器8、臭氧發(fā)生器 13以及產(chǎn)物后處理系統(tǒng)14。
[0039] 所述光化學(xué)霧化床反應(yīng)器3由上自下分別設(shè)有煙氣出口 c、除霧器8、分煙道9、霧 化噴嘴10、紫外燈管11、氣體分布噴嘴12以及產(chǎn)物出口 d ;排放源的煙氣出口依次連接除 塵器1、冷卻器2以及臭氧發(fā)生器13上，冷卻器2的出口連接光化學(xué)霧化床反應(yīng)器3的底 部煙氣管道，所述臭氧發(fā)生器13連接于冷卻器2與光化學(xué)霧化床反應(yīng)器3的煙道上；所述 光化學(xué)霧化床反應(yīng)器3的底部管道上設(shè)有氣體分布噴嘴12,內(nèi)部設(shè)有過氧化物溶液的加料 塔5的出口通過噴淋管道6與光化學(xué)霧化床