CN109289467A - 多级复合废气处理*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体污染物处理技术。本发明公开了一种多级复合废气处理***，包括气体过滤装置、微波光催化装置、气相氧化装置和同步吸附装置；所述微波光催化装置，包括反应腔体、控制单元、微波发生单元、臭氧监测单元、VOC监测单元以及紫外光谱监测单元；所述反应腔体内设有无极灯管，通过管道与废水收集排放单元连接；所述臭氧监测单元、VOC监测单元和紫外光谱监测单元与控制单元连接；所述微波发生单元具有至少2个微波发生器，用于产生强电磁波，激发无极灯管产生短波紫外光；所述微波发生器与控制单元连接。本发明废气处理效率高，处理过程中不产生二次污染，不存在高温、***等安全隐患，非常适合汽修厂烤漆房废气的处理。

Description

多级复合废气处理***
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，特别涉及气体污染物处理技术，具体而言，涉及一种多级复合废气处理***。
背景技术
当前环保工程中，涉及工业废气处理的技术主要有以下几种：
RTO(Regenerative Thermal Oxidizer,简称RTO)，蓄热式氧化炉。是一种高效有机废气治理设备。其原理是在高温下将可燃废气氧化成对应的氧化物和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来的热量，热回收效率可以达到95％以上。RTO主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成。根据客户实际需求，选择不同的热能回收方式和切换阀方式。
蓄热式焚烧炉采用热氧化法处理中低浓度的有机废气，用陶瓷蓄热床换热器回收热量。其由陶瓷蓄热床、自动控制阀、燃烧室和控制***等组成。
其主要特征是：蓄热床底部的自动控制阀分别与进气总管和排气总管相连，蓄热床通过换向阀交替换向，将由燃烧室出来的高温气体热量蓄留，并预热进入蓄热床的有机废气；采用陶瓷蓄热材料吸收、释放热量；预热到一定温度(≥760℃)的有机废气在燃烧室发生氧化反应，生成二氧化碳和水，得到净化。
适用有机废气种类：烷烃、烯烃、醇类、酮类、醚类、酯类、芳烃、苯类等碳氢化合物有机废气；
有机物低浓度(同时满足低于25％LFL)、大风量；
废气中含有多种有机成分、或有机成分经常发生变化；
含有容易使催化剂中毒或活性衰退成分的废气。
RCO(Regenerative Catalytic Oxidation)，蓄热式催化燃烧法。该法与RTO原理相同，也是近10余年内发展起来的新技术，净化率高，适应性强，无二次污染，应用于废气浓度高的场合比较多。
RCO有机废气处理是一种新的催化氧化技术，它具有RTO高效回收能量的特点和催化反应的低温工作优点，将催化剂置于蓄热材料的顶部，提高废气氧化效率，其热回收率高达95％。
RCO***性能优良的关键是使用专用的、浸渍在鞍状或是蜂窝状陶瓷上的贵金属或过渡金属催化剂，氧化发生在250-500℃低温，既降低了燃料消耗，又降低了设备造价。
现在有的国家已经开始使用RCO技术取代RTO进行有机废气的净化处理，很多RTO设备也已经开始转变成RCO。
上述废气处理方法都属于高温燃烧氧化法。其废气处理设备价格昂贵，动辄上百万初期投入，运行能耗高，工艺控制难度大，有一定安全隐患，更适合中高浓度的VOC(volatile organic compounds)处理(VOC≥10000mg/m3)。
近年也出现了一些比较适合小规模低浓度废气处理应用的技术，UV(紫外线)光解、气相氧化、活性炭吸附等。其中应用比较多的是UV光解废气处理技术
UV光解的特点：适合低浓度的VOC处理场景(VOC≤1000mg/m3)，在足够充分的反应条件下，可实现比较理想的处理效果。
UV光解基本原理是运用紫外光照射光触媒催化床，其中的二氧化钛等催化基内形成电子空穴，俘获氧气分子及水分子的电子，生成强氧化性基团、负氧离子及臭氧，利用强氧化性将有机污染物氧化分解为水、二氧化碳等。
现有的UV光解处理设备基本都存在如下几个缺陷：
设备工作对废气湿度耐受度低，相对湿度一般需要小于60％；
设备对待净化废气温度耐受度低，通常小于50℃；
设备对待处理废气粉尘浓度耐受度低，不能直接用水清洗，净化效果短暂，后期维护成本高；
灯管光衰速度快易老化，灯管接线触点及导线容易被氧化腐蚀，导致使用寿命只有500-3000小时，净化效果不够持续稳定；
灯管等辅件更换繁琐，维护成本高。
现有采用无极灯管和微波技术的UV光解设备，也存在光催化效率低、氧化分解不充分的问题。
总之，所述方法要么不适合中小企业和中低浓度废气处理，要么废气处理效率低，设备维护成本高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多级复合废气处理***，以解决中低浓度废气处理问题，提高废气处理效率，降低设备使用成本和维护成本。
为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种多级复合废气处理***，包括气体过滤装置、微波光催化装置、气相氧化装置和同步吸附装置；所述气体过滤装置与微波光催化装置连接，用于过滤废气中的固体颗粒；所述微波光催化装置与气相氧化装置连接，利用微波能产生紫外光结合光触媒对废气中的有害物质进行处理；所述气相氧化装置与同步吸附装置连接，在气相条件下对废气中残存的有害物质进行氧化处理；所述同步吸附装置采用活性物质吸附有害物质并结合微波能量分解有害物质；
其特征在于：
所述微波光催化装置，包括反应腔体、控制单元、微波发生单元、臭氧监测单元、VOC监测单元以及紫外光谱监测单元；所述反应腔体通过进气口与气体过滤装置连接，反应腔体排气口与气相氧化装置连接；所述反应腔体内设有无极灯管，通过管道与废水收集排放单元连接；所述臭氧监测单元、VOC监测单元和紫外光谱监测单元与控制单元连接；所述微波发生单元具有至少2个微波发生器，用于产生强电磁波，激发无极灯管产生短波紫外光；所述微波发生器与控制单元连接。
进一步的，所述短波紫外光波长≤250nm。
进一步的，所述短波紫外光波长范围为210～170nm。
进一步的，所述短波紫外光波长为185nm。
进一步的，所述微波发生器为磁控管。
进一步的，所述腔体为竖立式腔体，上部设置有喷淋装置，下部设置有废水收集排放单元，所述竖立式腔体下部通过管道与废水收集排放单元连接。
进一步的，所述进气口设置在竖立式腔体下部，排气口设置在竖立式腔体上部。
进一步的，所述气体过滤装置采用过滤棉过滤废气中的固体颗粒。
进一步的，所述气相氧化装置采用陶瓷基催化床，在气相条件下对废气中残存的有害物质进行氧化处理。
进一步的，所述控制单元采用可编程逻辑电路构成。
本发明的有益效果是，废气处理效率高，处理过程中不产生二次污染，不存在高温、***等安全隐患。设备结构模块化程度高，维护成本低，非常适合汽修厂烤漆房废气的处理。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明具体实施方式的多级复合废气处理***结构示意图；
图2为根据本发明具体实施方式的微波光催化装置结构示意图；
图3为根据本发明具体实施方式的气体过滤装置结构示意图；
图4为根据本发明具体实施方式的气相氧化装置结构示意图；
图5为根据本发明具体实施方式的同步吸附装置结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下面以汽修厂烤漆房废气处理为例，对本发明的多级复合废气处理***进行描述。
汽修厂烤漆房废气特点：VOC浓度普遍低于500mg/m3，热值极低。针对上述特点，显然不适宜采用RTO、RCO处理技术，下面的实施例以汽修厂烤漆房废气处理为例，对本发明的技术方案进行描述。
实施例
本例多级复合废气处理***结构如图1所示，包括气体过滤装置100、微波光催化装置200、气相氧化装置300和同步吸附装置400。
废气进入气体过滤装置100，经过3及过滤后，可以除去70％的固体颗粒和98％的漆雾。
经过过滤的废气通过连接的管道进入微波光催化装置200，利用微波能产生紫外光结合光触媒对废气中的有害物质进行处理，除去其中大部分有害物质，如苯、甲苯和VOC等。
从微波光催化装置200出来的废气，输送到气相氧化装置300中进行进一步处理，在气相条件下对废气中残存的有害物质进行进一步氧化处理。
气相氧化装置300与同步吸附装置400连接，同步吸附装置400采用活性物质吸附残存的有害物质并结合微波能量进一步分解有害物质，对气相氧化装置300输出的气体进行最后一道工序的处理。
本发明的多级复合废气处理***，对废气处理的主要作用是在微波光催化装置200中完成的。
本例微波光催化装置200结构如图2所示，包括反应腔体102、控制单元2、微波发生单元203、臭氧监测单元205、VOC监测单元206以及紫外光谱监测单元207。
反应腔体102通过进气口与气体过滤装置100连接，反应腔体102排气口与气相氧化装置300连接。
本例反应腔体102为竖立式腔体，其下方为进气口，上方为排气口，且进气口与排气口及反应腔体在同一中轴线上。反应腔体102通过管道与废水收集排放单元(图2中未示出)连接。
反应腔体102内设有无极灯管(图2中未示出)并与微波发生单元203连接，接收微波发生单元203输出的微波信号。反应腔体102内还设置有臭氧监测单元205、VOC监测单元206和紫外光谱监测单元207，如图2所示。
本例微波发生单元203具有至少2个微波发生器，用于产生强电磁波，激发无极灯管产生波长≤250nm的短波紫外光。微波发生器与控制单元2连接，微波发生器的输出功率受控制单元的控制。
臭氧监测单元205、VOC监测单元206和紫外光谱监测单元207与控制单元2连接，参见图2。
本发明的微波光催化装置200，反应腔体102为竖立式腔体，其下方为进气口，上方为排气口，且进气口与排气口位于反应腔体102的中轴线上。臭氧监测单元205、VOC监测单元206的探头、以及紫外光谱检测单元207均设置在反应腔体内并与控制单元相连接。
竖立式的反应腔体102，使进气口与排气口以及反应腔体102在同一垂直方向上，使气体的流通方向上不发生偏转，流通更加顺畅。
竖立式的反应腔体102上部设置有喷淋装置，下部设置有废水收集排放单元，竖立式腔体下部通过管道与废水收集排放单元连接，可以由上至下冲洗，节约水，冲洗效率高，也方便废水排出，保证不积水，降低反应腔体102内的湿度。
本发明的微波光催化装置200，微波发生单元203可以根据具体反应腔体102的大小和废气流量大小，设置不同数量的微波发生器，由控制单元统一进行控制。
控制单元采用可编程逻辑电路构成，那个根据监测到的数据，包括臭氧浓度、紫外光谱数据以及VOC含量，自动调整微波输出功率大小，达到提高废气处理效率和节约能源的目的。
微波光催化装置200中，微波作为一种激励源，将能量传输给灯管，激发灯管产生频率更高的电磁波(紫外线)。灯管的作用就是将微波转换成紫外线光波，通常灯管发射的紫外线波长大于250nm，发射光谱集中在254-280nm，这时对微波能量的要求比较低，通常500W的微波发射功率就可以了。
通过查阅相关资料发现，波长更短的紫外线更容易被有害气体分子吸收，更有利于有害气体的催化反应。在多次试验中，申请人发现，随着微波能量的大幅度增加，可以激发灯管发射波长更短的紫外线，即短波紫外光(波长范围通常为：100～280nm)。
波长集中在185nm附近的短波紫外光，如波长范围为210～170nm的紫外光，更容易被有害气体分子吸收，使有害气体的分子链受到破坏。本发明采用多个微波发生器，可以提高微波能量输出，产生更多短波长紫外光，结合光触媒催化剂(通常为TiO2)协同作用，极大地提高了催化效率，处理更彻底。
本例控制单元根据监测到的紫外光谱数据精确控制微波发生器的开启数量，从而实现微波输出功率的控制，既能够提高催化效率，又不会造成能源浪费。
本发明运用微波传递能量及选用无极灯，解决了设备对废气湿度耐受度低的缺陷，耐湿度提升到90％；采用自动清洗技术，解决了设备对待处理废气粉尘浓度耐受度低的缺陷，设备可以自动清洗，净化效果持续稳定高效，后期维护成本低，管理简单；选用无需导线传递能量的无极灯管，彻底解决了传统紫外灯因导线及触点容易氧化及灯管光衰速度快易老化的缺陷，使灯管寿命延长至50000小时左右，净化效果长期持续稳定。
本例微波发生器采用大功率磁控管构成，具有技术成熟，微波转化效率高，工作寿命长的特点。而且通过控制单元控制各个磁控管的电源，可以非常方便的调整微波发生单元的输出功率，解决了微波功率控制复杂的问题。
本例气体过滤装置100结构如图3所示，采用过滤棉组成3级过滤***，可以过滤掉废气中的绝大部分固体颗粒和漆雾。
本例气相氧化装置300结构参见图4，在采用陶瓷基催化床的气相氧化装置中，设置了微波发生器，增加了微波能量输入，在气相条件下对废气中残存的有害物质进行氧化处理，进一步提高氧化效率，降低有害气体含量。
陶瓷催化床的纳米级微孔结构，对VOC有一定的吸附拦截作用。当VOC有机物随气流通过催化床时VOC被吸附，在光催化剂和微波的作用下进一步深化氧化反应通透度，使整个气相氧化反应更加充分彻底。
本例同步吸附装置400结构如图5所示，装置中增加了微波发生器，采用活性炭吸附剂，配合微波能量照射，对残存的有害气体进行进一步的处理。
本发明在废气处理***末端配置同步吸附装置，当有机物浓度低时，吸附残余的臭氧；有机物浓度高时吸附残余有机物。配合高强微波的作用，进一步深化残余臭氧对残余有机物氧化分解效果。既解决了臭氧残余，又让有机物分解更彻底。
本例多级复合废气处理***，VOC去除效率高，VOC处理效果持续稳定；无燃烧***等安全隐患：电磁波驱动，反应腔体内无任何电源导线，且腔体内温度维持在80℃左右；运行费用低：处理10000m3/h废气，耗电约5KW；采用模块化设计，可以根据需要增加处理模块，不浪费前期投资，表1给出了具体处理指标。
表1
项目 处理前(mg/m<sup>3</sup>) 处理后(mg/m<sup>3</sup>) 去除率 排放标准(mg/m<sup>3</sup>)
voc 473 21 95.6％ 60
苯 13.4 0.085 99.5％ 1
甲苯 0.040 0.017 57.5％ 5
二甲苯 2.88 ＜0.5 ≧83％ 15

Claims (10)

1.多级复合废气处理***，包括气体过滤装置、微波光催化装置、气相氧化装置和同步吸附装置；所述气体过滤装置与微波光催化装置连接，用于过滤废气中的固体颗粒；所述微波光催化装置与气相氧化装置连接，利用微波能产生紫外光结合光触媒对废气中的有害物质进行处理；所述气相氧化装置与同步吸附装置连接，在气相条件下对废气中残存的有害物质进行氧化处理；所述同步吸附装置采用活性物质吸附有害物质并结合微波能量分解有害物质；
其特征在于：
所述微波光催化装置，包括反应腔体、控制单元、微波发生单元、臭氧监测单元、VOC监测单元以及紫外光谱监测单元；所述反应腔体通过进气口与气体过滤装置连接，反应腔体排气口与气相氧化装置连接；所述反应腔体内设有无极灯管，通过管道与废水收集排放单元连接；所述臭氧监测单元、VOC监测单元和紫外光谱监测单元与控制单元连接；所述微波发生单元具有至少2个微波发生器，用于产生强电磁波，激发无极灯管产生短波紫外光；所述微波发生器与控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述短波紫外光波长≤250nm。
3.根据权利要求2所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述短波紫外光波长范围为210～170nm。
4.根据权利要求3所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述短波紫外光波长为185nm。
5.根据权利要求1所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述微波发生器为磁控管。
6.根据权利要求1所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述腔体为竖立式腔体，上部设置有喷淋装置，下部设置有废水收集排放单元，所述竖立式腔体下部通过管道与废水收集排放单元连接。
7.根据权利要求6所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述进气口设置在竖立式腔体下部，排气口设置在竖立式腔体上部。
8.根据权利要求1所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述气体过滤装置采用过滤棉过滤废气中的固体颗粒。
9.根据权利要求1所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述气相氧化装置采用陶瓷基催化床，在气相条件下对废气中残存的有害物质进行氧化处理。
10.根据权利要求1所述的多级复合废气处理***，其特征在于，所述控制单元采用可编程逻辑电路构成。
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