CN108325349A - 一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，包括如下步骤：(1)预处理；(2)低温等离子体降解；(3)吸附处理，其中步骤(2)所述降解过程使用的是间隔式低温等离子体放电设备，该设备包括低温等离子体电源、低温等离子体放电单元和低温等离子体反应器，且有两个或两个以上的低温等离子体放电单元***低温等离子体反应器中，间隔放电可以提高降解效率，而且低温等离子体产生的高能电子、离子和活性自由基可优先破坏直链烃或小分子有机化合物，能够从根本上解决吸附剂对VOCs吸附选择性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理领域，具体地说，涉及一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法。
背景技术
石油炼制是产生恶臭污染的重点行业之一，炼化企业生产过程产生的恶臭气体不但含有硫化氢、硫醇、硫醚、氨等恶臭污染，同时还含有大量油气和有机污染物，其复杂的工艺反应，会产生大量令人厌恶、对人敏感的恶臭物质，其中危害较大的有无机及有机硫化物、氨及有机胺类、芳烃类、酚类及有机酸类等。目前，恶臭污染源包括有组织排放废气、无组织排放气及储罐呼吸气。
近年来，随着公民环保和健康意识的逐步提高，开始对装置废气和废水处理***释放气的污染物进行治理，以解决恶臭污染扰民的问题。现场常用的恶臭治理方法有氧化方法、燃烧方法、吸收方法、吸附方法和生物处理方法等。由于工业挥发性有机物(VOCs)废气成分及性质的复杂性和单一治理技术的局限性，在很多情况下，采用单一技术往往难以达到治理要求，且不经济。利用不同单元治理技术的优势，采用组合治理工艺不仅可以满足排放要求，同时可以降低净化设备的运行费用。
为了利用低温等离子体处理这些有毒有害气体，人们针对废气处理中低温等离子体的作用机理和产生低温等离子体的方法进行了大量的基础研究。低温等离子体中能量的传递大致为：电子从电场中得到能量，通过碰撞将能量转化为分子的内能和动能，获得能量的分子被激发，与此同时，部分分子被电离，这些活化了的粒子相互碰撞从而引起一系列复杂的物理化学反应。因等离子体内富含的大量活性粒子如离子、电子、激发态的原子和分子及自由基等，从而为等离子体技术通过化学反应处理VOCs和恶臭物质提供了条件。虽然专利 CN204429064U、CN204380489U、CN201830541U、CN103418217B、CN204485611U、CN203002160U 均提及了多级串联放电，但这些专利的技术方案只是简单地增加了等离子体发生器的级数和总输入功率，放电时间长，效果不佳。
关于活性炭吸附处理有机废气的技术，专利CN204543922U(一种新型改进结构的活性炭吸附装置)、CN204619676U(一种活性炭吸附塔)、CN104785025A(一种活性炭过滤箱)、CN204522680U (环状活性炭吸附装置)、CN104888702A(一种抑菌除臭改性活性炭吸附剂)、CN104923180A (一种吸附汽油蒸汽的活性炭吸附剂)等都进行了讨论，但是，上述技术的缺点是，均无法突破弗兰德里希和朗格缪尔吸附经验公式中揭示的有机物在活性炭表面动态的吸附与解析定律，即污染物的气相分压低于一定值后无法吸附在活性炭上，因此使用活性炭吸附处理高浓度有机废气实现GB31571-2015规定的非甲烷总烃低于120mg/m3的排放限值，因此需要多级活性炭吸附塔，投资和运行成本将会呈指数增长。此外，活性炭吸附还存在活性炭对同一废气中的不同组分吸附能力差别较大，难以实现GB31571-2015规定的苯低于4mg/m3的排放限值。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明使用低温等离子体耦合吸附的方法，可以高效降解掉本不利于吸附剂吸附的分子量较小的直链烃、环烷烃及硫醇、硫醚类恶臭物质，从而提高吸附剂对有机废气吸附效果。
为实现上述目的，本发明提供一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，包括如下步骤：
(1)预处理
VOCs及恶臭气体进入总烃在线分析仪进行检测，经检测后的气体进入缓冲罐缓冲或管道混合器混合，然后进入除湿机除湿；
(2)低温等离子体降解
经过预处理的恶臭气体进入间隔式低温等离子体放电设备进行降解；
(3)吸附处理
经过低温等离子体降解的废气进入吸附装置，使用吸附剂进行吸附处理，
其中，
步骤(2)所述间隔式低温等离子体放电设备包括低温等离子体电源、低温等离子体放电单元和低温等离子体反应器，且两个或两个以上的低温等离子体放电单元***低温等离子体反应器，在气体流动方向上间隔布设，将低温等离子体反应器间隔为放电区域和非放电区域。
优选地，步骤(1)所述缓冲罐入口的管线上设置配风管线，当废气浓度超过间隔式低温等离子体放电设备的设防值时，配风管线的进风口打开。
优选地，气体通过步骤(2)所述非放电区域的时间为0.1s-50s。
优选地，步骤(2)所述低温等离子体放电单元在气体流动方向上布设的间隔距离能够根据需要进行调节,放电单元的放电形式为电晕放电、单介质阻挡放电、双介质阻挡放电、辉光放电、射频放电中的任意一种。
优选地，步骤(2)所述低温等离子体电源为高压电源、直流电源、脉冲电源中的任意一种，且电源的输出功率能够根据需要进行调节。
优选地，步骤(2)所述低温等离子体发生器为栅格式、线筒式或板线式中的任意一种。
优选地，步骤(2)所述等离子体放电区域中VOCs及恶臭气体的流速为0.1～17m/s。
优选地，步骤(2)所述低温等离子体放电设备可采用两个或两个以上的风道并联。
优选地，步骤(2)所述低温等离子体放电设备中的每个放电单元可设置两对或两对以上的电极。
优选地，步骤(3)所述吸附剂为活性炭、沸石或高分子有机材料中的任意一种。
优选地，步骤(3)所述吸附剂的再生方式为蒸汽解吸、真空解吸中的任意一种，且解吸的不凝气通过配风管线的进风口回到低温等离子体反应器进行降解。
上述步骤(1)所述的预处理过程中，废气可先经过导淋、除尘、配风、均质和除湿等预处理步骤，然后经过低温等离子体降解及吸附剂吸附后的废气即可排放，降解与吸附之间也可以加入臭氧分解工艺。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用的低温等离子体放电设备中布置有多组放电单元，通过对VOCs及恶臭气体间隔放电，可以降低低温等离子体发生器内活性粒子的复合机率，提高活性粒子对污染物的降解效率；
(2)使用低温等离子体耦合活性炭吸附的方法，使得经低温等离子体处理的有机废气的组分数量得以降低，尤其是可以高效降解掉本不利于活性炭吸附的分子量较小的直链烃、环烷烃及硫醇、硫醚类恶臭物质，从而提高吸附剂对有机废气吸附效果；
(3)采用低温等离子体耦合活性炭吸附工艺，低温等离子体产生的高能电子、离子和活性自由基可使吸附饱和的吸附剂再生，显著延长活性炭更换周期，同时吸附剂(例如活性炭基吸附剂)可作为低温等离子体产生的高能电子、离子和活性自由基反应床，显著提高降解效果。
(4)所述吸附剂的再生方式为蒸汽解吸、真空解吸中的任意一种，且解吸的不凝气通过配风管线的进风口风机回到低温等离子体反应器进行降解，解决了吸附工艺不凝气难以达标排放的问题。
本发明可用于处理浓度低于6000ppm且硫化氢低于100ppm的有机废气和恶臭气体，装置的进气量可在1-100000Nm3/h之间。
附图说明
图1为本发明所述低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的工艺流程图；
图2为本发明所述间隔式低温等离子发生器的示意图。
标号说明：
1--入口总烃分析仪；2--废气流量计；3--缓冲罐(或管道混合器)；
4--配风风机；5--空气电动蝶阀；6--空气流量计；
7--除湿机；8--废气电动蝶阀；9--低温等离子体设备；
10--风机；11--臭氧分解塔；12--吸附塔；
13--出口总烃分析仪；14-低温等离子体反应器；15-低温等离子体电源；
16-接线盒；17-视窗；18-排污口；19-吹扫口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，VOCs及恶臭气体在离心风机的作用下，一部分废气被在线FID总烃分析仪 1的内置泵吸入检测器检测废气浓度，VOCs及恶臭气体依次进入缓冲罐3、除湿机7、低温等离子体设备9之后，进入吸附塔12进一步吸附处理，之后实现达标排放。缓冲罐3的废气入口管线上设置稀释空气进风口，当废气浓度超过间隔式低温等离子体放电设备的设防值时，打开稀释空气进风口；缓冲罐3后等离子体设备前设有旁路，当稀释后的废气超过间隔式低温等离子体放电设备的设防值时，将废气从旁路抽出。
除湿机操作条件：夏季除湿机入口温度35℃，出口废气温度为45℃，相对湿度30-90％；冬季除湿机出口废气温度10℃，出口废气温度为20℃，相对湿度30-90％。
低温等离子设备两个风道并联，如图2所示，每组放电单元设置一对电极，间隔式双介质阻挡低温等离子体发生器的工作条件为：废气在等离子体发生区域通过的速度为0.1m/s，通过非放电区域的时间为50s，放电电压为20kV，处理气量为200m3/h。
吸附塔直径1.0m，高度1.5m，底部布置有均匀的布气孔，废气通过布气孔往上流经吸附塔内部被降解，废气在吸附塔中停留时间为60s以上，吸附剂为活性炭，吸附剂的再生方式为蒸汽解吸。
取某炼油厂污水处理装置产生的有机挥发废气进行试验，实验前，废气中苯的含量为800 mg/Nm3，经过上述间隔式低温等离子发生器降解之后，苯的含量为52mg/Nm3，经吸附塔处理后的废气中苯的含量为3.5mg/Nm3，吸附剂的再生周期为60天。
对比例1：
按照实施例1所述的条件和步骤，只是将间隔式双气体阻挡低温等离子设备更换为单介质阻挡的普通低温等离子设备，其它参数与本发明相同。
取与实施例1相同的有机废气进行试验，经过低温等离子发生器降解之后，苯的含量为 168mg/Nm3，最终经吸附塔处理后的废气中苯的含量为20mg/Nm3，吸附剂的再生周期为20天。
实施例2
按照实施例1所述的条件和步骤，不同之处在于，低温等离子设备三个风道并联，每组放电单元设置两对电极，间隔式低温等离子发生器的设定参数如下：将2个双介质阻挡放电阵列、格栅式低温等离子体发生器间隔布设，总输入功率360W，气体流动的速度为17m/s，通过非放电区域的时间为0.1s。
吸附塔中的吸附剂为沸石，吸附剂的再生方式为真空解吸。
取某炼油厂污水处理装置产生的有机挥发气废气进行试验，实验前，废气中硫醇、硫醚等恶臭气体的恶臭浓度含量为10000(无量纲)，经过上述间隔式低温等离子发生器降解之后，恶臭气体的恶臭浓度含量为1000(无量纲)，经吸附塔处理后的恶臭浓度含量为80(无量纲)，吸附剂的再生周期为120天。
对比例2
按照实施例2所述的条件和步骤，只是将间隔式低温等离子设备更换为单介质阻挡的普通低温等离子设备，其它参数与实施例2相同。
取与实施例2相同的恶臭气体进行试验，经过低温等离子发生器降解之后，恶臭气体浓度含量为3500(无量纲)，最终经吸附塔处理后恶臭气体浓度含量为1200(无量纲)，吸附剂的再生周期为35天。
实施例3
按照实施例1所述的条件和步骤，不同之处在于，间隔式低温等离子发生器的设定参数如下：将3个电晕放电、线筒式低温等离子体发生器在气体流动方向上间隔布设，总输入功率360W，气体流动的速度为5m/s，气体与每个等离子体发生器接触时间为0.1s，气体在非放电区域停留时间为3s。
取某炼油厂污水处理装置产生的有机废气挥发气进行试验，实验前，废气中总烃含量为 760mg/Nm3，经过上述间隔式低温等离子发生器降解之后，总烃含量为82mg/Nm3，经吸附塔吸附处理后的废气中总烃含量为25mg/Nm3，吸附剂的再生周期为3个月。
对比例3
按照实施例3所述的条件和步骤，只是将间隔式低温等离子设备更换为单介质阻挡的普通低温等离子设备，其它参数与实施例3相同。
取与实施例3相同的有机废气进行试验，经过低温等离子发生器降解之后，废气中总烃含量为275mg/Nm3，经吸附塔吸附处理后的废气中总烃含量为163mg/Nm3，吸附剂的再生周期为45天。
对比例4
常规吸附法是使用单独的吸附罐(活性炭吸附剂)进行吸附，取与实施例3中未经低温等离子体单元降解后相同的有机废气进行试验，即总烃含量为82mg/Nm3，未经低温等离子体放电单元降解后直接进入吸附罐吸附处理，吸附罐的再生周期为30天。
从实施例1-3及对比例1-4可以看出：采用间隔式低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体，其中间隔式低温等离子体采用两个或两个以上放电单元，在总功耗一定的情况下，相比于其它连续放电等离子体耦合吸附法，前者对VOCs及恶臭气体的降解效率大大提高，吸附剂的再生周期延长一倍以上。
Claims (11)
1.一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，包括如下步骤：
(1)预处理
VOCs及恶臭气体进入总烃在线分析仪进行检测，经检测后的气体进入缓冲罐缓冲或管道混合器混合，然后进入除湿机除湿；
(2)低温等离子体降解
经过预处理的恶臭气体进入间隔式低温等离子体放电设备进行降解；
(3)吸附处理
经过低温等离子体降解的废气进入吸附装置，使用吸附剂进行吸附处理，
其特征在于，
步骤(2)所述间隔式低温等离子体放电设备包括低温等离子体电源、低温等离子体放电单元和低温等离子体反应器，且两个或两个以上的低温等离子体放电单元***低温等离子体反应器，在气体流动方向上间隔布设，将低温等离子体反应器间隔为放电区域和非放电区域。
2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(1)所述缓冲罐入口的管线上设置配风管线。
3.根据权利要求1所述的一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，气体通过步骤(2)所述非放电区域的时间为0.1s-50s。
4.根据权利要求1所述的一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温等离子体放电单元在气体流动方向上布设的间隔距离能够根据需要进行调节,放电单元的放电形式为电晕放电、单介质阻挡放电、双介质阻挡放电、辉光放电、射频放电中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温等离子体电源为高压电源、直流电源、脉冲电源中的任意一种，且电源的输出功率能够根据需要进行调节。
6.根据权利要求1所述的一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温等离子体发生器为栅格式、线筒式或板线式中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(2)所述等离子体放电区域中VOCs及恶臭气体的流速为0.1～17m/s。
8.根据权利要求3-7所述的任意一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温等离子体放电设备可采用两个或两个以上的风道并联。
9.根据权利要求9所述的任意一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温等离子体放电设备中的每个放电单元可设置两对或两对以上的电极。
10.根据权利要求1所述的一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(3)所述吸附剂为活性炭、沸石或高分子有机材料中的任意一种。
11.根据权利要求1所述的一种低温等离子体耦合吸附法处理VOCs及恶臭气体的方法，其特征在于，步骤(3)所述吸附剂的再生方式为蒸汽解吸、真空解吸中的任意一种，且解吸的不凝气通过配风管线的进风口回到低温等离子体反应器进行降解。
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