CN107441885A - 等离子体协同催化处理有机废气的装置和方法 - Google Patents

等离子体协同催化处理有机废气的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种等离子体协同催化处理有机废气的装置和方法。包括顺次连接的吸收塔、等离子体反应器和催化反应器；其中，在吸收塔进气口处设置有受控三通阀；所述的受控三通阀分别使废气入口与吸收塔进气口连通或使废气入口与吸收塔的旁路连通；在等离子体反应器的进气口处设置有受控三通阀；所述的受控三通阀分别使吸收塔出气口与等离子体反应器进气口连通或使吸收塔出气口与等离子体反应器的旁路连通；还包括一个气体分析仪器，在废气入口设置有检测点，所述的气体分析仪器通过检测点实时检测废气，并根据检测结果输出控制信号给各受控三通阀，以控制其切换。本发明根据废气组分自动控制气流通路和各处理单元的运行状态，避免不必要的能源浪费。

Description

等离子体协同催化处理有机废气的装置和方法
技术领域
本发明涉及有机废气净化技术领域，具体涉及一种等离子体协同催化处理有机废气的方法及其装置。
背景技术
有机废气多来自于石化、医药、橡胶、电子、印刷、喷涂等行业，一般具有组分复杂、易燃易爆、有毒害、处理难度大等特点。有机废气的处理方法有冷凝法、吸收法、吸附法、热力焚烧法、催化氧化法、等离子体法、生物法等，这些方法有各自的浓度适用范围。由于组成的复杂性，有机废气在处理时一般采用以上几种方法联用。
等离子体法具有去除效率高、操作方便等优点，但在处理部分污染物时，会因氧化不完全产生有机副产物，因而常与催化氧化法联用使有机物完全氧化为二氧化碳和水。等离子体法和等离子体-催化氧化联用法适于处理中低浓度的有机废气，当处理高浓度有机废气时，有机副产物易沉积于等离子体反应器的电极表面并影响放电性能，从而大大降低处理效率。频繁清洗和更换电极使得等离子体及其联用法的运行成本提高。
此外，部分排放有机废气的企业只设置一套废气处理装置，厂区内所有排放源的废气皆被收集进入该套装置。然而所有排放源的工作时间并非完全一致，这就造成进入处理装置的废气组分会随时间变化。现有的多数等离子体有机废气处理装置的运行参数不会随废气组分的变化而自动改变，这会造成废气处理过程中能源的浪费，从而使运行成本进一步提高。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明提供了一种等离子体协同催化处理有机废气的装置和方法，该方法与装置可以根据废气组分自动调整运行参数，并在保证处理效果和排放达标的前提下尽量缩短等离子体电极与废气的接触时间，降低等离子体反应器的维护频率，减小运行成本。
为达到上述目的，本发明等离子体协同催化处理有机废气的装置，包括通过管道顺次连接的吸收塔、等离子体反应器和催化反应器三个处理单元；其中，吸收塔的进气口通过管道连接废气入口；
在所述等离子体反应器前端设置有空气旁路，空气旁路通过引风机将外界空气引入等离子体反应器；
所述吸收塔和等离子体反应器单元分别设有与之并联的旁路；
其中，在吸收塔进气口处设置有受控三通阀；所述的受控三通阀分别使废气入口与吸收塔进气口连通或使废气入口与吸收塔的旁路连通；
在等离子体反应器的进气口处设置有受控三通阀；所述的受控三通阀分别使吸收塔出气口与等离子体反应器进气口连通或使吸收塔出气口与等离子体反应器的旁路连通；
还包括一个气体分析仪器，在废气入口设置有检测点，所述的气体分析仪器通过检测点实时检测废气，并根据检测结果输出控制信号给各受控三通阀，以控制其切换。
较佳的，所述的吸收塔单元与等离子体反应器单元之间设置有过滤装置和/或所述引风机的进风口前端设置有过滤装置。
较佳的，所述空气旁路通过受控电动阀门控制开合状态，所述的气体分析仪器根据检测结果输出控制信号给受控电动阀门以控制其开关。
较佳的，所述吸收塔为鼓泡吸收塔或喷淋吸收塔，吸收塔所用的循环吸收液为水、酸性溶液或碱性溶液。
较佳的，所述等离子体反应器为电晕放电或介质阻挡放电等离子体反应器。
较佳的，所述催化反应器为装有催化剂的固定床反应器，所述催化剂为蜂窝状或颗粒状；催化剂采用浸渍、溶胶-凝胶或共沉淀方法制备，载体材料为Al2O3或TiO2；催化剂掺杂SiC、ZrO2、CeO2、SiO2或La2O3中的一种或多种作为助催化剂，掺杂量为10wt.％至20wt.％；催化剂活性组分为Mn氧化物、Cu氧化物、Fe氧化物、Co氧化物和Ni氧化物中的一种或多种，活性组分负载量为2wt.％至8wt.％。
为达到上述目的，本发明处理有机废气的方法，包括以下步骤：
判断废气中是否含有预定的酸性气体或碱性气体：
如果有，则将废气通过三通阀进入吸收塔，利用溶液将废气中的酸性或碱性气体吸收去除后进入下一处理单元；
如果没有，则将废气通过三通阀进入吸收塔的并联旁路，通过旁路进入下一处理单元。
较佳的，废气从吸收塔单元或其并联旁路中流出后，通过过滤装置将气体中的固体颗粒物、液滴被过滤或吸附去除。
较佳的，判断废气中TVOC浓度是否高于预定阈值，
高于预定阈值，则将废气从吸收塔单元或从吸收塔单元的并联旁路中流出后，进入等离子体反应器处理后进入下一处理单元；
低于预定阈值，则将废气通过等离子体反应器的并联旁路引向下一处理单元；同时将外界空气通过引风机进入等离子体反应器，并将空气在高压电场的作用下电离生成的活性组分与并联旁路中的废气汇合进入下一处理单元；
较佳的，将等离子体反应器处理后的气体输出给催化反应器；
或等离子体反应器生成的活性组分与并联旁路中的废气汇合输出给催化反应器。
与现有技术相比，本发明提出的等离子体协同催化处理有机废气的方法及其装置具有如下有益效果：
(1)利用气体分析仪器检测废气组分，根据废气组分自动控制气流通路和各处理单元的运行状态，避免不必要的能源浪费；
(2)当废气中有机物浓度较高时，电动三通阀将气路切换至等离子体反应器，使高压电场直接作用于有机废气，提高废气的处理效率；当废气中有机物浓度较低时，电动三通阀将气路切换至等离子体反应器的并联旁路，如此缩短了废气与等离子体反应器电极的接触时间，减缓了有机副产物在电极表面的沉积过程，从而降低了反应器维护频率并降低了运行成本，同时反应器前端空气旁路引入的空气又为后端催化反应单元提供了充足的活性物质，保证了足够的处理效率；
(3)催化反应单元既可以进一步氧化等离子体反应器单元生成的有机副产物，又可将臭氧作为氧化剂消耗掉，避免了单独使用等离子体法造成的二次污染。
附图说明
图1为本发明装置实施例的结构示意图。
图中：1.废气入口；2.电动三通阀；3.气体分析仪器；4.吸收塔；5.吸收塔并联旁路；6.过滤装置；7.等离子体反应器；8.等离子体反应器并联旁路；9.电动阀门；10.引风机；11.催化反应器；12.气体检测点；13.废气出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1所示为本发明的等离子体协同催化处理有机废气装置的实施例。
本发明的等离子体协同催化处理有机废气装置包括是顺次连接的吸收塔4、等离子体反应器7和催化反应器11三个处理单元。其中，吸收塔4和等离子体反应器7设有吸收塔并联旁路5和等离子体反应器并联旁路8，各处理单元与其旁路通过电动三通阀2连接。等离子体反应器7前端设有空气旁路，空气旁路通过引风机10将外界空气引入等离子体反应器。空气旁路通过电动阀门9控制开合状态。引风机10前端设置有过滤装置6用以过滤空气中的颗粒物，并降低气体湿度。吸收塔4和吸收塔旁路5汇合点之后亦设置有过滤装置6。在废气入口1和废气出口13处分别设置有气体检测点12，两处气体检测点12与气体分析仪器3相连。气体分析仪器3与电动三通阀2和电动阀门9通过信号线连接，气体分析仪3根据气体组分与浓度控制电动阀门9的开合状态和电动三通阀2的开向。
下面结合具体实施例对本发明的方法流程进行进一步阐述：
实施例1
废气进入废气入口1，经气体分析仪器3检测，废气中HCl浓度为100ppm，TVOC浓度为500ppm。气体分析仪器3发送信号控制电动阀门9关闭，电动三通阀3开向被调整至相适宜的位置。
废气经第一个电动三通阀2进入吸收塔4。吸收塔4为喷淋吸收塔，吸收液为2％的NaHCO3溶液。废气经吸收塔4净化后进入过滤装置6去除固态颗粒物和液滴，同时废气中气态水含量下降。之后废气经过第二个电动三通阀2进入等离子体反应器7，被活化及部分氧化后进入催化反应器11，最后经废气出口13排出装置。经气体分析仪器3检测，废气出口13处的HCl浓度为10ppm，TVOC浓度为40ppm。
实施例2
废气进入废气入口2，经气体分析仪器3检测，废气中不含HCl等酸性废气或NH3等碱性废气，TVOC浓度为500ppm。气体分析仪器3发送信号控制电动阀门9关闭，电动三通阀3开向被调整至相适宜的位置。废气经第一个电动三通阀2进入吸收塔并联旁路5，后通过过滤装置6去除颗粒物后，经第二个电动三通阀2进入等离子体反应器7。废气被活化及部分氧化后进入催化反应器11，最后经废气出口13排出装置。经气体分析仪器3检测，废气出口13处的TVOC浓度降至45ppm。
实施例3
废气进入废气入口2，经气体分析仪器3检测，废气中NH3浓度为80ppm，TVOC浓度为150ppm，气体分析仪器3发送信号控制电动阀门9开启，电动三通阀3开向被调整至相适宜的位置。废气经第一个电动三通阀2进入吸收塔4，吸收塔4为喷淋吸收塔，所用吸收液为1％的H2SO4溶液。废气经吸收塔4净化后进入过滤装置6去除固态颗粒物和液滴，且废气中气态水含量下降。之后废气经过第二个电动三通阀2进入等离子体反应器并联旁路8。与此同时，外界空气经过滤装置6和进风机10从空气旁路进入等离子体反应器7，空气在等离子体反应器7中被激发生成氧原子、羟基自由基、臭氧等活性物质后，与等离子体反应器并联旁路8中的废气汇合进入催化反应器11，废气再催化反应器11中被进一步净化后经废气出口13排出装置。经经气体分析仪器3检测，废气出口13处的NH3浓度降至5ppm，TVOC浓度降至15ppm。
实施例4
废气进入废气入口2，经气体分析仪器3检测，废气中不含HCl等酸性废气或NH3等碱性废气，TVOC浓度为150ppm，气体分析仪器3发送信号控制电动阀门9开启，电动三通阀3开向被调整至相适宜的位置。废气经第一个电动三通阀2进入吸收塔并联旁路5，后通过过滤装置6去除颗粒物后，经第二个电动三通阀2进入等离子体反应器并联旁路8。与此同时，外界空气经过滤装置6和进风机10从空气旁路进入等离子体反应器7，空气在等离子体反应器7中被激发生成氧原子、羟基自由基、臭氧等活性物质后，与等离子体反应器并联旁路8中的废气汇合进入催化反应器11，废气再催化反应器11中被进一步净化后经废气出口13排出装置。经经气体分析仪器3检测，废气出口13处的TVOC浓度降至16ppm。
以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种等离子体协同催化处理有机废气的装置，其特征在于：包括通过管道顺次连接的吸收塔、等离子体反应器和催化反应器三个处理单元；其中，吸收塔的进气口通过管道连接废气入口；
在所述等离子体反应器前端设置有空气旁路，空气旁路通过引风机将外界空气引入等离子体反应器；
所述吸收塔和等离子体反应器单元分别设有与之并联的旁路；
其中，在吸收塔进气口处设置有受控三通阀；所述的受控三通阀分别使废气入口与吸收塔进气口连通或使废气入口与吸收塔的旁路连通；
在等离子体反应器的进气口处设置有受控三通阀；所述的受控三通阀分别使吸收塔出气口与等离子体反应器进气口连通或使吸收塔出气口与等离子体反应器的旁路连通；
还包括一个气体分析仪器，在废气入口设置有检测点，所述的气体分析仪器通过检测点实时检测废气，并根据检测结果输出控制信号给各受控三通阀，以控制其切换。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的吸收塔单元与等离子体反应器单元之间设置有过滤装置和/或所述引风机的进风口前端设置有过滤装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述空气旁路通过受控电动阀门控制开合状态，所述的气体分析仪器根据检测结果输出控制信号给受控电动阀门以控制其开关。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述吸收塔为鼓泡吸收塔或喷淋吸收塔，吸收塔所用的循环吸收液为水、酸性溶液或碱性溶液。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述等离子体反应器为电晕放电或介质阻挡放电等离子体反应器。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述催化反应器为装有催化剂的固定床反应器，所述催化剂为蜂窝状或颗粒状；催化剂采用浸渍、溶胶-凝胶或共沉淀方法制备，载体材料为Al2O3或TiO2；催化剂掺杂SiC、ZrO2、CeO2、SiO2或La2O3中的一种或多种作为助催化剂，掺杂量为10wt.％至20wt.％；催化剂活性组分为Mn氧化物、Cu氧化物、Fe氧化物、Co氧化物和Ni氧化物中的一种或多种，活性组分负载量为2wt.％至8wt.％。
7.一种利用权利要求1～6任一权利要求所述装置处理有机废气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断废气中是否含有预定的酸性气体或碱性气体：
如果有，则将废气通过三通阀进入吸收塔，利用溶液将废气中的酸性或碱性气体吸收去除后进入下一处理单元；
如果没有，则将废气通过三通阀进入吸收塔的并联旁路，通过旁路进入下一处理单元。
8.一种如权利要求7所述装置处理有机废气的方法，其特征在于，废气从吸收塔单元或其并联旁路中流出后，通过过滤装置将气体中的固体颗粒物、液滴被过滤或吸附去除。
9.一种如权利要求8所述装置处理有机废气的方法，其特征在于，判断废气中TVOC浓度是否高于预定阈值，
高于预定阈值，则将废气从吸收塔单元或从吸收塔单元的并联旁路中流出后，进入等离子体反应器处理后进入下一处理单元；
低于预定阈值，则将废气通过等离子体反应器的并联旁路引向下一处理单元；同时将外界空气通过引风机进入等离子体反应器，并将空气在高压电场的作用下电离生成的活性组分与并联旁路中的废气汇合进入下一处理单元。
10.一种如权利要求9所述装置处理有机废气的方法，其特征在于，
将等离子体反应器处理后的气体输出给催化反应器；
或等离子体反应器生成的活性组分与并联旁路中的废气汇合输出给催化反应器。
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