CN105289291A - 一种VOCs的光电一体化处理装置 - Google Patents

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梁青宝
齐丛亮
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Abstract

本发明公开了一种VOCs的光电一体化处理装置，本装置安装在气体预处理装置和气体放空装置之间，所述的光电一体化处理装置为密闭的壳体，壳体的两端分别设有进气口和出气口，进气口与出气口之间的壳体内依次设有过滤区，光催化Ⅰ区，电晕区，光催化Ⅱ区和吸附区，光催化Ⅰ区和光催化Ⅱ区的进气端设有气流分布器；本发明的装置结构简单，通过多组光电处理装置对VOCs有机废气进行综合处理，去除有机废气中的多种污染物，同时根据污染物的种类选择不同的操作模式，操作灵活，实用范围广；装置对有机废气的综合处理效率高，实用效果好。

Description

一种VOCs的光电一体化处理装置
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种针对VOCs的光电一体化处理装置。
背景技术
VOCs是大气中非甲烷烃类的总称，是有强挥发、有特殊气味、有刺激性、有毒的有机气体，全世界在空气中检出的VOCs已经有约150余种，其中有毒的约80余种，部分己被列为致癌物，如氯乙烯、苯、多环芳烃等。来自人为污染源，如涂料生产、涂装、印刷、制药、皮革加工、树脂加工等生产工艺过程排放的VOCs正受到日益广泛的关注。国家“十二五”规划要求VOCs废气减排量为152.5万吨/年，天津市地方标准要求自2016年1月1日起企业废气排放执行第Ⅱ时段限制，即苯系物合计、非甲烷总烃允许的最高排放浓度由此前第Ⅰ时段的20mg/m3、50mg/m3分别降低为10mg/m3、20mg/m3。
目前常见的VOCs废气处理技术分为回收技术和销毁技术。其中，回收技术针对高浓度特别是＞5000mg/m3或比较昂贵的VOCs，常用的回收技术主要有吸附、吸收、冷凝、膜技术等；而针对大部分企业废气的达标排放，采用的多为销毁技术，主要包括燃烧、光催化、生物降解、等离子体技术等。
1）目前燃烧技术应用较为广泛，但只适用于可燃或高温可分解的有机废气，且易产生二次污染。
2）光催化技术作为一种新型的废气处理技术，其利用紫外光照射催化剂，使其的电子充满的价带跃迁到空的导带，而在价带留下带正电的空穴(h+)，形成电子－空穴对。光致空穴具有很强的氧化性，可夺取半导体颗粒表面吸附的有机物中的电子，光致电子还具有很强的还原性，使得半导体表面的电子受体被还原，产生氧化力极强的羟基自由基等最终将大部分有机物质分解成水和二氧化碳，但光催化氧化法存在着催化剂的失活、催化剂难以固定，且催化剂固定后催化效率降低的缺点。
3）生物降解技术最早应用于脱臭，其在VOCs处理方面的应用存在体积大、停留时间长以及对成分复杂的废气或难以降解的VOCs去除效果较差等不足。
4）等离子体被称为物质的第四种形态，由电子、离子、自由基和中性粒子组成，是导电性流体，发展前景比较广阔的等离子体技术是电晕放电技术，是指在非均匀电场中，用较高的电场强度使气体产生“电子雪崩”，出现大量的自由电子，这些电子在电场力的作用下做加速运动并获得能量，可以打破有机物的化学键，破坏有机物的结构，同时，电晕放电可以产生以臭氧为代表的具有强氧化能力的物质，氧化有机物，用其处理VOCs具有效率高、能量利用率高、设备维护简单、费用低等优点，但该技术对电源的要求很高，在分解VOCs分子的同时，还有一些有害副产物产生，如NOx、CO、臭氧等。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种控制精准，操作简单，方便对有机废气进行综合处理的光电一体化处理装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种VOCs的光电一体化处理装置，所述的光电一体化处理装置安装在气体预处理装置和气体放空装置之间，所述的光电一体化处理装置为密闭的壳体，壳体的两端分别设有进气口和出气口，所述的进气口与出气口之间的壳体内依次设有过滤区，光催化Ⅰ区，电晕区，光催化Ⅱ区和吸附区，所述的光催化Ⅰ区和光催化Ⅱ区的进气端设有气流分布器。
本发明所述的过滤区内设有布袋除尘器和静电除尘装置。通过布袋除尘器和静电除尘装置对VOCs中粉尘颗粒进行处理，进而对后续光电处理模块起到有效保护，避免粉尘颗粒影响催化剂的活性，同时装置本身安装和拆卸方便，能够方便进行集尘、清灰和更换。
本发明所述的光催化Ⅰ区的金属氧化催化剂为TiO2、ZnO、Al2臭氧、SnO2、ZrO2中的一种或两种以上的组合。
本发明所述的光催化Ⅱ区的金属氧化催化剂为带有MnO2成分的TiO2、ZnO、Al2臭氧、SnO2、ZrO2中的一种或两种以上的组合。
本发明所述的光催化Ⅱ区的金属氧化催化剂的表面掺杂有贵金属或过渡金属元素，所述的贵金属元素为Au、Ag、Pt、Rh、Pd中的一种或几种，所述的过渡稀有金属元素为Sc、Co、Ru、Re、La中的一种或几种。
本发明所述的电晕区内设有固定支架，所述的固定支架上均匀分布有多根电晕棒。
本发明所述的电晕棒通过高频脉冲电源供电，电晕棒的放电极负载有高效协同光催化的Ag/TiO2或V2O5/TiO2特殊催化剂。
本发明所述的吸附区内设有一组活性炭筛网，所述的活性炭筛网的表面涂覆有三苯胺类、卟啉类敏化剂。
本发明所述的过滤区，光催化Ⅰ区，电晕区，光催化Ⅱ区和吸附区内的电源线路由多组线路分别控制，本发明装置的各区域为独立控制，当装置对一些易燃、爆等特殊成分的VOCs废气进行处理时，可以关闭电晕区，防止出现电弧放电或是燃爆，保证装置的安全工作。
本发明装置的工作原理为：当VOCs有机废气由进气口经过滤区后，通过过滤区的布袋除尘器和静电除尘装置预处理后，经过气流分布器均匀的传输到光催化Ⅰ区，其中大部分有机物分子被电子－空穴对激发的自由基氧化分解；残余的复杂有机物分子和部分中间产物经过电晕区的高能粒子流冲击下形成“电子雪崩”，有效破坏复杂有机物分子结构，同时该区域会产生高浓度臭氧，对废气中细菌、微生物有较好的杀菌作用；经电晕区截断的有机物分子、失活细菌以及形成的臭氧在光催化Ⅱ区有效分解为CO2和H2O，并且在MnO2催化下促进了臭氧彻底氧化消除，防止二次污染；光电模块处理后的废气再经过吸附区的活性炭吸附，去除微量残余废气分子和CO、NOX等过程产物，达到无害排放，并且添加的敏化剂在光电作用下可自行再生，有效延长了光电一体化处理装置的使用周期。
本发明的优点在于：本发明的装置结构简单，通过多组光电处理装置多VOCs有机废气进行综合处理，去除有机废气中的多种污染物，同时根据污染物的种类选择不同的操作模式，操作灵活，实用范围广，方便安全生产；装置对有机废气的综合处理效率高，处理后的有机废气中污染物大大降低，可以进行安全排放，实用效果好。
附图说明
图1为本发明装置的安装结构简图；
图2为本发明装置的内部结构简图；
图3为本发明电晕区的侧方结构简图；
图4为本发明光催化区侧方结构简图；
图5为本发明吸附区的结构简图；
其中，1气体预处理装置，2光电一体化处理装置壳体，3气体放空装置，4-1进气口，4-2出气口，5过滤区，6光催化Ⅰ区，7电晕区，8光催化Ⅱ区，9吸附区，10气流分布器，11中压汞灯，12栅格框架，13固定支架，14电晕棒，15活性炭筛网。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例1：如图1和2所示的一种VOCs的光电一体化处理装置，所述的光电一体化处理装置2安装在气体预处理装置1和气体放空装置3之间，所述的光电一体化处理装置为密闭的壳体2，壳体的2两端分别设有进气口4-1和出气口4-2，所述的进气口4-1与出气口4-2之间的壳体2内依次设有过滤区5，光催化Ⅰ区6，电晕区7，光催化Ⅱ区8和吸附区9，所述的光催化Ⅰ区6和光催化Ⅱ区6的进气端设有气流分布器10；通过气流分布器将经过过滤区去除固体颗粒杂质的有机废气均匀分布到光催化Ⅰ区，由于光催化Ⅰ区的体积较大，为了保证光和催化剂对气体的均匀处理，避免因为局部气流过大而影响整体装置的处理效果。
实施例2：如图2所示，过滤区5内设有布袋除尘器和静电除尘装置。本发明的装置内部的布袋除尘器和静电除尘装置均为现有技术领域内的常规装置，布袋除尘器和静电除尘装置均匀分布在壳体内的过滤区5，VOCs气体在过滤区5内依次通过布袋除尘器和静电除尘器，经过静电除尘器处理后进入光催化Ⅰ区6。
通过布袋除尘器和静电除尘装置对VOCs中粉尘颗粒进行处理，进而对后续光电处理模块起到有效保护，避免粉尘颗粒影响催化剂的活性，同时装置本身安装和拆卸方便，能够方便进行集尘、清灰和更换。
实施例3：如图2和4所示，光催化Ⅰ区6和光催化Ⅱ区8均由中压汞灯11和栅格框架12所组成，所述栅格框架12设置在中压汞灯11的两侧，所述的栅格框架12上设有金属氧化催化剂；光催化Ⅰ区6的金属氧化催化剂为TiO2、ZnO、Al2臭氧、SnO2、ZrO2中的一种或两种以上的组合。
本发明所述的光催化Ⅱ区8的金属氧化催化剂为带有MnO2成分的TiO2、ZnO、Al2臭氧、SnO2、ZrO2中的一种或两种以上的组合。光催化Ⅱ区8的金属氧化催化剂的表面掺杂有贵金属或过渡金属元素，所述的贵金属元素为Au、Ag、Pt、Rh、Pd中的一种或几种，所述的过渡稀有金属元素为Sc、Co、Ru、Re、La中的一种或几种。
实施例4：如图2和3所示，电晕区7内设有固定支架13，所述的固定支架13上均匀分布有多根电晕棒14。本发明所述的电晕棒14通过高频脉冲电源供电，所述电晕棒14的放电极负载有高效协同光催化的特殊催化剂，所述的特殊催化剂为Ag/TiO2或V2O5/TiO2。
实施例5：如图2和5所示，本发明所述的吸附区9内设有一组活性炭筛网15，所述的活性炭筛网15的表面涂覆有敏化剂，所述的敏化剂为三苯胺类或卟啉类敏化剂。
实施例6：如图2所示，本发明所述的过滤区5，光催化Ⅰ区6，电晕区7，光催化Ⅱ区8和吸附区9内的电源线路由多组线路分别控制，本发明装置的各区域为独立控制，当装置对一些易燃、爆等特殊成分的VOCs废气进行处理时，可以关闭电晕区7的电源，防止出现电弧放电或是燃爆，保证装置的安全工作。
实施例7：下面是采用本装置对含有丙酮，丁酮，甲苯，苯，甲酸甲酯，乙酸乙酯，异丙醇和二氯甲烷的VOCs进行处理的操作实例，操作过程中，分别采用电晕区打开和关闭的操作方式进行操作，其详细的结果如下表所示：
通过上表可以得出；本发明的装置对有机废气VOCs的综合处理效率高，处理效果好，处理后的有机废气中污染物的含量大大降低，同时当有机废气中含有丁酮，乙酸乙酯，异丙酮等可燃型气体，采用关闭电晕区的方式对有机废气进行处理，仅仅通过过滤区，光催化区和吸附区进行处理，同样具有较好的综合处理效果。
需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上所做出的等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种VOCs的光电一体化处理装置，所述的光电一体化处理装置安装在气体预处理装置和气体放空装置之间，其特征在于，所述的光电一体化处理装置为密闭的壳体，壳体的两端分别设有进气口和出气口，所述的进气口与出气口之间的壳体内依次设有过滤区，光催化Ⅰ区，电晕区，光催化Ⅱ区和吸附区，所述的光催化Ⅰ区和光催化Ⅱ区的进气端设有气流分布器。
2.根据权利要求1所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的过滤区内设有布袋除尘器和静电除尘装置。
3.根据权利要求1所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的光催化Ⅰ区和光催化Ⅱ区均由中压汞灯和栅格框架所组成，所述栅格框架设置在中压汞灯的两侧，所述的栅格框架上设有金属氧化催化剂。
4.根据权利要求3所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的光催化Ⅰ区的金属氧化催化剂为TiO2、ZnO、Al2臭氧、SnO2、ZrO2中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求3所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的光催化Ⅱ区的金属氧化催化剂为带有MnO2成分的TiO2、ZnO、Al2臭氧、SnO2、ZrO2中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求5所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的光催化Ⅱ区的金属氧化催化剂的表面掺杂有贵金属或过渡金属元素，所述的贵金属元素为Au、Ag、Pt、Rh、Pd中的一种或几种，所述的过渡稀有金属元素为Sc、Co、Ru、Re、La中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的电晕区内设有固定支架，所述的固定支架上均匀分布有多根电晕棒。
8.根据权利要求7所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的电晕棒通过高频脉冲电源供电，电晕棒的放电极负载有高效协同光催化的Ag/TiO2或V2O5/TiO2催化剂。
9.根据权利要求1所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的吸附区内设有一组活性炭筛网，所述的活性炭筛网的表面涂覆有三苯胺类或卟啉类敏化剂。
10.根据权利要求1或2或3或7或9所述的VOCs的光电一体化处理装置，其特征在于，所述的过滤区，光催化Ⅰ区，电晕区，光催化Ⅱ区和吸附区内的电源线路由多组线路分别控制。
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