CN105749743A - 一种多相混合催化氧化VOCs处理方法及处理*** - Google Patents

一种多相混合催化氧化VOCs处理方法及处理*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多相混合催化氧化VOCs处理方法，通过集气罩和集气管道动力输送VOCs气体到预处理装置，VOCs气体预处理后依次进入多相混合催化氧化装置、进入光催化氧化装置后排放；进入到所述的多相混合催化氧化装置中的气体，进行第一级催化氧化反应和第二级催化氧化反应；在第一级催化氧化反应中，气体通过由微电解合金矿催化剂颗粒和紫外光为催化介质组成的不少于一层的反应隔层，同时对气体喷淋氧化剂溶液；在第二级催化氧化反应中，气体在紫外光照射下通过由光催化氧化纳米复合材料构成的不少于一层的反应隔层。

Description

一种多相混合催化氧化VOCs处理方法及处理***
技术领域
本发明涉及大气环境污染治理领域，具体涉及一种多相混合催化氧化VOCs处理方法及处理***。
背景技术
我国工业的迅速发展，使我国成为了世界第二大经济体，特别是近几年石油化工、纺织印染、五金、塑料、印刷、装饰、食品、制药等行业的飞速发展，使得VOCs（挥发性有机气体）的排放量及浓度越来越高，导致了区域性的灰霾天气每年维持在高位水平，并呈现出酸雨频率高、臭氧浓度高、细颗粒物浓度高和灰霾天气严重的“三高一严重”的大气污染特征，因此大气污染问题是困扰我国发展及人民生活水平提高的难题。目前的VOCs气体的处理技术并不理想，要么是处理效果差，要么是企业的废气处理建设和运行成本居高不下。
现有蓄热式燃烧催化氧化法VOCs处理技术，如图1，其基本原理是将有机废气通过集气管道进入燃烧氧化装置并加热到800~900℃，废气的有机物在高温、催化剂作用下发生氧化反应，使废气中的有机化合物变成CO2和H2O等无机化合物，剩余酸性废气通过喷淋洗涤塔处理，直接排放到大气。
蓄热式燃烧催化氧化法VOCs处理技术主要存在以下缺点：（1）设备成套投资较大、占地面积大，重量较大（一般超过10吨），承载要求高；（2）气体高温燃烧操作要求高，安全性问题突出，行业适应性受到限制；（4）需要预热，能耗较高，运行成本高；（5）高温燃烧的同时，产生大量氮氧化物及其衍生物等二次污染问题；（5）反应室中催化剂受燃烧氧化后产生的灰尘颗粒表面覆盖，极易失效。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多相混合催化氧化VOCs处理方法及处理***，以解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种多相混合催化氧化VOCs处理方法，通过集气罩和集气管道动力输送VOCs气体到预处理装置，VOCs气体预处理后依次进入多相混合催化氧化装置、进入光催化氧化装置后排放。
进入到所述的多相混合催化氧化装置中的气体，进行第一级催化氧化反应和第二级催化氧化反应；在第一级催化氧化反应中，气体通过由微电解合金矿催化剂颗粒和紫外光为催化介质组成的不少于一层的反应隔层，同时对气体喷淋氧化剂溶液；在第二级催化氧化反应中，气体在紫外光照射下通过由光催化氧化纳米复合材料构成的不少于一层的反应隔层。
在上述技术方案中，优选地，所述的微电解合金矿催化剂颗粒为掺杂稀土/贵金属的催化剂。
在上述技术方案中，优选地，所述的光催化氧化纳米复合材料由光催化活性纳米材料与活性碳纤维复合而成，所述的光催化活性纳米材料为TiO2。
在上述技术方案中，优选地，在所述的预处理装置中，采用氧化除臭溶液循环对VOCs气体垂直喷淋，以除去这些废气携带的粉尘颗粒、胶状杂质,并初步催化氧化VOCs气体；所述氧化除臭溶液喷淋后循环利用。
在上述技术方案中，优选地，所述光催化氧化装置中，气体再次通过由光催化氧化纳米复合材料构成的不少于一层的反应隔层。
本发明还涉及一种实施所述多相混合催化氧化VOCs处理方法的处理***，其特征在于，包括顺次连接的集气装置、引风装置、预处理装置、多相混合催化氧化装置、光催化氧化装置以及用于各装置联动控制的电气控制单元。
在上述技术方案中，优选地，所述的多相混合催化氧化装置包括第一级催化氧化反应室和第二级催化氧化反应室。
在上述技术方案中，优选地，所述的第一级催化氧化反应室所述的第一级催化氧化反应室设有设于两隔板一之间的微电解反应隔层和UV灯组件一，所述的微电解反应隔层设有微电解合金矿催化剂颗粒，在此，所述的微电解合金矿催化剂颗粒为掺杂稀土或贵金属的催化剂。
在上述技术方案中，优选地，所述的第二级催化氧化反应室设有设于两隔板二之间的UV灯组件二和光催化反应隔层，所述的光催化反应隔层内含有光催化氧化纳米复合材料，所述的光催化氧化纳米复合材料由光催化活性纳米材料与活性碳纤维复合而成，所述的光催化活性纳米材料为TiO2。
在上述技术方案中，优选地，所述的光催化氧化装置与所述第二级反应处理室的内部结构相同。
在上述技术方案中，优选地，所述的电气控制单元具有对输入和输出气体的流速、流量、温度、压力、浓度参数的处理功能，过程控制功能以及远程通信、传输功能。
实施本发明具有以下有益效果：
（1）高效催化剂-光量子能催化氧化技术和吸附材料相结合，提高了氧化效率和使用寿命，处理率90%以上；
（2）***模块化设计，便于组合配置和扩展，便于方案设计、安装、调试、维护；
（3）常温、常压下长期稳定运行，反应条件温和，安全性能高，应用领域广；
（4）对有机物的降解以生成含氧基团的小分子化合物为主，不产生二次污染物；
（5）可以多***并行，适应各种的处理风量，易于设计、投资成本低，占用面积小；
（6）***相比其它处理技术能耗较低、氧化剂耗材少，运行成本低廉。
附图说明
图1为背景技术中的处理方法原理图；
图2为处理***结构示意图；
图3为多相混合催化氧化装置中第一级催化氧化反应室结构示意图；
图4为多相混合催化氧化装置中第二级催化氧化反应室结构示意图；
图5为光催化氧化原理图。
图中：集气装置100；集气罩110；输气管120；预处理装置200；喷淋循环装置210；多相混合催化氧化装置300；第一级催化氧化反应室310；氧化剂喷淋器311；隔板一312；微电解反应隔层313；UV灯组件一314；第二级催化氧化反应室320；UV灯组件二321；光催化反应隔层322；隔板二323；光催化氧化装置400；控制柜500；烟囱600；引风装置700。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图2所示，实施本发明创造优选方法的多相混合催化氧化VOCs处理***的优选方案，包括顺次连接的集气装置、引风装置、预处理装置、多相混合催化氧化装置和光催化氧化装置。
所述的集气装置包括集气罩和输气管，所述输气管道通过法兰连接，在引风装置的动力下，VOCs气体被输送到预处理装置，所述的引风装置具体采用涡轮式玻璃钢防腐蚀户外型节能风机。
所述的预处理装置中，带粉尘颗粒、胶状物质及其它杂质的VOCs气体在此先进行预处理；预处理装置设有喷淋循环装置，在此采用氧化除臭溶液循环对有机废气垂直喷淋，一方面除去这些废气携带的粉尘颗粒、胶状杂质及其他杂质，废气携带的物质部分溶解到溶液中，溶液循环使用；另一方面，能初步催化氧化有机废气。所述氧化除臭溶液由自来水和氧化除臭物质的混合液制成，氧化除臭溶液循环使用一段时间后，做为废水另作净化处理。
如图3、图4所示，所述的多相混合催化氧化装置包括第一级催化氧化反应室和第二级催化氧化反应室；
所述的第一级催化氧化反应室设有设于两隔板一之间的微电解反应隔层和UV灯组件一；
所述的微电解反应隔层设有微电解合金矿催化剂颗粒,在此，所述的微电解合金矿催化剂颗粒优选为掺杂稀土或贵金属的催化剂；
微电解反应隔层和UV灯组件一间隔分布，两者均不少于一层。
所述的第一级催化氧化反应室顶部设有氧化剂喷淋器，优选地，此处所述氧化剂喷淋器内的氧化剂可以是双氧水。
所述的第二级催化氧化反应室设有设于两隔板二之间的UV灯组件二和光催化反应隔层；所述UV灯组件二和光催化反应隔层均不少于一层；
所述的光催化反应隔层内含有光催化氧化纳米复合材料；
进一步地，所述的光催化氧化纳米复合材料由光催化活性纳米材料与活性碳纤维复合而成；活性碳纤维（activecarbonfiber,ACF）具有比表面积大、吸附容量高、吸脱附速度快、纤维直径小、吸附质扩散路径短、吸附质在内扩散阻力小净化效率高、再生容易等优良性能。将光催化活性纳米材料与活性碳纤维的吸附性能相结合，通过光催化作用降解吸附在活性碳纤维上的有机物，增强吸附剂的净化能力，延长吸附剂的使用寿命；吸附剂载体的吸附能力为光催化反应提供高浓度环境，提高了光催化反应的效率，使光催化技术能更好地发挥其优越的去除VOCs等有害气体和异味的性能。
进一步地，所述的光催化活性纳米材料为锐钛型氧化钛（TiO2）；
所述的VOCs进入多相混合催化氧化装置后，穿过内部多层微电解合金矿催化剂颗粒和光催化氧化纳米复合材料组成的氧化载体，氧化剂溶液在催化剂、紫外光共同作用下生成氧化性极强的羟基自由基团、过氧化物自由基团、臭氧、活性氧分子，这些活性氧化性分子能在极短的时间内将VOCs气体分子氧化分解，生成无机化合物、部分小分子有机酸等物质。独特的内部结构，使有机气体在反应体内形成多级回旋，延长气体的接触反应时间，使VOCs气体得到充分氧化分解。
进一步地，所述的多相混合催化氧化装置采用模块化设计，可根据应用方案的需要增加或减少氧化处理模块，同时也便于维护。
如图5，所述的第二级催化氧化反应室中的反应机理为：
式中，X代表有机物，反应生成的R·及X·进一步再与·OH，H2O2，O2 -,HO2 -反应，使有机物分子结构发生C-C键开裂，氧化分解，最后氧化为CO2和H2O。
所述的光催化氧化装置作为本***的末端处理装置，内部结构与多相混合催化氧化装置第二级反应处理室相似，配以多层光催化氧化纳米复合材料，在特定频谱紫外光的作用下，将前级处理的残余VOCs及中间产物最终氧化分解成以无机成分为主的最终产物排放。光催化氧化装置采用模块化设计，便于增减处理模块和维护。
所述的光催化氧化装置后接用于处理后达标气体排放的烟囱。
进一步地，本***电气控制单元以PLC为控制器，配套高品质电气开关，输入输出模块、触摸屏，可实现手动、自动、远程等控制功能，同时监控风量、压力、液位、紫外灯状态、气体处理前后浓度等功能。控制柜为户外型耐腐蚀设计，适应于户外安装，内置风机变频器，输出控制风机启动和正常运行所需转速和风量。
进一步地，***末端排放根据需要，可配套安装VOCs在线监测仪，监测TVOCs或其它有机成分的数据。
整个***采用模块化设计，根据用户现场实际情况，通过处理模块串并联组合，完成一定VOCs气体容量的处理（按风量计算10000m3/h以下）；对于VOCs气体容量较大的场合（按风量计算10000m3/h以上）可以设计成多组相对独立的处理***同时运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种多相混合催化氧化VOCs处理方法，其特征在于，通过集气罩和集气管道动力输送VOCs气体到预处理装置，VOCs气体预处理后依次进入多相混合催化氧化装置、进入光催化氧化装置后排放；
进入到所述的多相混合催化氧化装置中的气体，进行第一级催化氧化反应和第二级催化氧化反应；在第一级催化氧化反应中，气体通过由微电解合金矿催化剂颗粒和紫外光为催化介质组成的不少于一层的反应隔层，同时对气体喷淋氧化剂溶液；在第二级催化氧化反应中，气体在紫外光照射下通过由光催化氧化纳米复合材料构成的不少于一层的反应隔层。
2.如权利要求1所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理方法，其特征在于，所述的微电解合金矿催化剂颗粒为掺杂稀土/贵金属的催化剂。
3.如权利要求1或2所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理方法，其特征在于，所述的光催化氧化纳米复合材料由光催化活性纳米材料与活性碳纤维复合而成，所述的光催化活性纳米材料为TiO2。
4.如权利要求3所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理方法，其特征在于，在所述的预处理装置中，采用氧化除臭溶液循环对VOCs气体垂直喷淋，以除去这些废气携带的粉尘颗粒、胶状杂质,并初步催化氧化VOCs气体；所述氧化除臭溶液喷淋后循环利用。
5.如权利要求3所述一种多相混合催化氧化VOCs处理方法，其特征在于，所述光催化氧化装置中，气体再次通过由光催化氧化纳米复合材料构成的不少于一层的反应隔层。
6.一种实施如权利要求5所述多相混合催化氧化VOCs处理方法的处理***，其特征在于，包括顺次连接的集气装置、引风装置、预处理装置、多相混合催化氧化装置、光催化氧化装置以及用于各装置联动控制的电气控制单元。
7.如权利要求6所述的处理***，其特征在于，所述的多相混合催化氧化装置包括第一级催化氧化反应室和第二级催化氧化反应室。
8.如权利要求7所述的处理***，其特征在于，所述的第一级催化氧化反应室所述的第一级催化氧化反应室设有设于两隔板一之间的微电解反应隔层和UV灯组件一，所述的微电解反应隔层设有微电解合金矿催化剂颗粒，在此，所述的微电解合金矿催化剂颗粒为掺杂稀土或贵金属的催化剂。
9.如权利要求7所述的处理***，其特征在于，所述的第二级催化氧化反应室设有设于两隔板二之间的UV灯组件二和光催化反应隔层，所述的光催化反应隔层内含有光催化氧化纳米复合材料，所述的光催化氧化纳米复合材料由光催化活性纳米材料与活性碳纤维复合而成，所述的光催化活性纳米材料为TiO2。
10.如权利要求9所述的处理***，其特征在于，所述的光催化氧化装置与所述第二级反应处理室的内部结构相同。
11.如权利要求6所述的处理***，其特征在于，所述的电气控制单元具有对输入和输出气体的流速、流量、温度、压力、浓度参数的处理功能，过程控制功能以及远程通信、传输功能。
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