CN111135708B - 一种有机废气处理***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机废气处理***及方法，包括冷凝加压储气罐、减压阀、起泡器、吸收腔、加压盘、隔层、低温等离子体反应器、分流帽、光催化反应腔；***在工作时，利用高压下泡，通过紊流器促进吸收液的流动，使得气液接触时间和面积大幅度增加；通过低温等离子体反应器进气口和分流帽的通路结构，及等离子反应器通道内的导流叶，实现气体的螺旋式流动，增大气体的反应时间。通过上述结构及处理方式，解决了现有技术吸收剂与有机废气接触不充分、等离子法、光催化法去除废气效果和功能不完善、常规多工艺联合使用时能耗高、设备体积大、处理效果不理想等问题。

Description

一种有机废气处理***及方法
技术领域
本发明涉及废气处理领域，具体涉及一种有机废气处理***及方法。
背景技术
有机废气也称挥发性有机化合物，英文缩写VOCs(Volatile OrganicCompounds)，包括甲醛、有机硫化物、氮、氨、醇、酯、烷烃类等物质。目前，针对有机废气的处理方法有很多，主要包括吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法、生物法、等离子体法、光催化法、直接燃烧法、蓄热式燃烧法、多孔介质燃烧法及催化燃烧法等。因不同的有机废气其物质组成差异，而各种治理方法适用范围有限，故单一处理工艺已无法满足治理要求，因此多种工艺联合使用是以后的发展方向。但是由于不同的废气处理方法其采用的设备、材料、工艺差异，若简单将其组合，一方面废气处理效果不理想，另一方面其所用能耗高，设备体积大。且目前的有机废气处理方法，有机废气和吸收剂、吸附材料接触不够充分，等离子体法、光催化法去除废气效率和功能有待完善提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有技术中采用的有机废气处理方法和装置，存在的吸收剂与有机废气接触不充分、等离子法、光催化法去除废气效果和功能不完善、常规多工艺联合使用时能耗高、设备体积大、处理效果不理想等问题，提供解决上述问题的一种有机废气处理***及方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种有机废气处理***，包括冷凝加压储气罐、减压阀、起泡器、吸收腔、加压盘、隔层、低温等离子体反应器、分流帽、光催化反应腔；其中，所述冷凝加压储气罐进气口与有机废气出口相连，冷凝加压储气罐出气口通过减压阀与所述起泡器进口通路相连；所述起泡器位于所述吸收腔内部，形状为上大下小的漏斗形；所述加压盘位于所述吸收腔的上部，该加压盘下方设置有紊流器，所述紊流器位于吸收腔内的吸收液上层；所述隔层位于所述加压盘上方，所述隔层设置有3个周向均匀分布的孔；所述低温等离子体反应器位于所述隔层上方，该低温等离子体反应器的进气口管路有3个且与所述隔层上的3个孔相连，该3个进气口管路分别具有管路，并在隔层上方汇聚形成单个通道，作为所述低温等离子体反应器的反应通道；所述分流帽位于所述低温等离子体反应器的出气口端部处；所述光催化反应腔罩在所述低温等离子体反应器的外部，并与所述隔层耦接，该光催化反应腔底部设置有出气口；
进一步的，所述冷凝加压储气罐底部设有接收盘，所述冷凝加压储气罐与所述起泡器的进口通路中设有气压传感器，所述加压盘下方设有气压传感器；
进一步的，所述起泡器出口均布小圆孔，且该起泡器的出口可程控关闭，所述加压盘上有通气孔，该通气孔可程控控制开合，且该加压盘可通过与隔层相连的伸缩连杆上下移动，所述紊流器为叶轮；
进一步的，所述低温等离子体反应器的电极为喷嘴电极，用于喷洒催化剂，所述低温等离子体反应器的3个进气口管路在隔层上方的不同高度处汇聚形成单个通道，所述喷嘴电极的高度高于所述3个进气口管路在反应通道的最高接口高度，所述反应通道内部有多个导流叶；
进一步的，所述催化剂为甲醇；
进一步的，所述低温等离子体反应器的出气口直径逐渐变小，并与所述分流帽耦接，所述分流帽可通过程控实现旋转，该分流帽侧面有多个出气口；
进一步的，所述光催化反应腔的腔壁内侧涂覆有光催化剂，所述低温等离子体反应器的外部设置有紫外线发生器。
本发明还提供了一种有机废气处理方法，包括如下步骤：
（1）有机废气通过冷凝加压储气罐进气口进入到冷凝加压储气罐中，通过降温增压，使得有机废气中的部分有机气体冷凝，落入接收盘中，冷凝后的气体通过减压阀进入连接起泡器进口通路中；
（2）通过程控控制起泡器的出口和加压盘上的通气孔处于关闭状态，调节加压盘位置，使得加压盘下方气压传感器的气压值高于标准大气压且保持小于起泡器的连接通路中气压传感器的气压设定阈值；
（3）启动紊流器，待吸收腔内的吸收液充分流动后，开启起泡器的出口，使得气体以大量小气泡的形式与吸收液充分接触，部分有机废气被吸收液吸收；
（4）开启加压盘上的通气孔，经吸收液吸收后的气体通过通气孔及隔层的3个通孔进入低温等离子体反应器的进气口，气体进入低温等离子体反应器的进气口后，在低温等离子体反应器的喷嘴电极施加高电压放电，同时喷嘴电极喷洒催化剂；
（5）经过低温等离子体反应器后的气体通过该反应器的出气口进入分流帽，程控分流帽实现旋转，使得气体从分流帽出气口排出时呈螺旋式向下流动；
（6）启动低温等离子体反应器外部的紫外线发生器，使得进入光催化反应腔内的气体通过光催化剂进行催化后通过出气口排出。
通过上述步骤的作用，即可实现有机废气的净化，效果显著。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过挖掘各有机废气处理方式的处理特点，充分发挥各处理方式间的关联协同性，选择合适的有机废气处理方法进行配合，可实现节省能耗，提高吸收液及催化剂的利用率，提升处理效果的目的；
2、通过冷凝、吸收、低温等离子及光催化方式的有机结合，能极大地提高净化效率，且通过设计各处理方式的仪器结构及布局优化，能大幅缩小***体积；
3、在吸收腔内，通过在高压强下进行发泡，可显著缩小气泡尺寸，并通过紊流器促进吸收液的流动，使得气液接触时间和面积大幅度增加，提高吸收液的利用率；通过低温等离子体反应器进气口和分流帽的3通路结构，及等离子反应器通道内的导流叶，可实现气体的螺旋式流动，增大气体在反应通道和反应腔内的反应时间，提高处理效率。
附图说明
图1为本发明处理***结构示意图；
图2为本发明加压盘通气孔部分***图；
图3为本发明处理方法流程图。
图中标引说明：1、冷凝加压储气罐；2、减压阀；3、起泡器；4、吸收腔；5、加压盘；6、隔层；7、低温等离子体反应器；8、分流帽；9、光催化反应腔；10-11、气压传感器；12、紊流器；13、隔层上的孔；14、低温等离子体反应器的进气口管路；15、低温等离子体反应器的反应通道；16、控压罐；17、加压盘上的通气孔；18、伸缩连杆；19、喷嘴电极；20、导流叶；21、光催化剂21；22、紫外线发生器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
参照图1，是本发明的一种有机废气处理***，包括冷凝加压储气罐1、减压阀2、起泡器3、吸收腔4、加压盘5、隔层6、低温等离子体反应器7、分流帽8、光催化反应腔9；其中，所述冷凝加压储气罐1进气口与有机废气出口相连；所述冷凝加压储气罐1与所述起泡器3的连接通路中设有气压传感器10，所述加压盘下方设有气压传感器11；冷凝加压储气罐1出气口通过减压阀2与所述起泡器3进口相连；所述起泡器3位于所述吸收腔4内部，形状为上大下小的漏斗形；所述加压盘5位于所述吸收腔4的上部，该加压盘5下方设置有紊流器12，所述紊流器12位于吸收腔4内的吸收液上层；所述隔层6位于所述加压盘5上方，所述隔层6设置有3个周向均匀分布的孔13，所述低温等离子体反应器7位于所述隔层6上方，该低温等离子体反应器7的进气口管路14有3个且与所述隔层上的3个孔13相连，该3个进气口管路14分别具有管路，并在隔层上方汇聚形成单个通道，作为所述低温等离子体反应器的反应通道15；所述分流帽8位于所述低温等离子体反应器7的出气口端部处；所述光催化反应腔9罩在所述低温等离子体反应器7的外部，并与所述隔层6耦接，该反应腔9底部设置有出气口；图中箭头为气体流向。
所述冷凝加压储气罐1底部设有接收盘（图1中未示出），用于接收有机废气冷凝后的液态或固态物，该冷凝加压储气罐1出气口高度高于接收盘位置，根据有机废气的大致组成种类，该冷凝加压储气罐1的温度和气压会有所差异，但在本发明中，该温度和气压，比单独使用冷凝法处理废气的温度偏高，气压偏低（故能耗也相对降低），因为有后续的进一步处理流程，且后续处理方法对温度和气压的要求也不允许过低的温度和过高的气压，在本发明中，一般情况下冷凝加压储气罐1的温度为20℃-60℃，气压为5-7个标准大气压。
冷凝加压储气罐1出气口通过减压阀2与起泡器3的连接，减压阀2上方设有控压罐16，用于储存减压阀减压时释放的气体，减压阀2作用在于减小冷凝加压储气罐1出气口与起泡器3进口通路段的气压，防止冷凝处理后的气体在起泡器3通路中再次冷凝（若无减压阀2，由于冷凝加压储气罐1出气口直接与起泡器3相连，则在该整个通路中，温度、气压相同，气体在该通路中也会出现部分冷凝现象，气体经过减压阀2后，通路内的气压控制在3-4个标准大气压范围内），导致堵塞起泡器3通路，在该减压阀2后方还设有过滤器（图1中未示出），避免高压气体中裹挟有冷凝的液体或偶有的粉尘进入起泡器3中。
所述吸收液的选择有很多，根据实际处理的有机废气含量成分差异，其可以为轻柴油或硅油或水或复合吸收液（成分为水、油类物质、添加剂等的混合液）；该吸收腔4内的吸收液使用一定频次后需要回收、处理、再利用，采用市面上常规的处理手段即可，此处不再赘述。
所述起泡器3出口均布小圆孔（图1中未示出），且该起泡器3的出口可程控关闭，具体的，通过设置与起泡器3出口大小一致的薄片，其上同样具有小圆孔，该小圆孔与出口均布的小圆孔大小、位置相同，当需要程控（程序控制）关闭时，程控转动该薄片，使得其与起泡器3出口的圆孔位置错开，实现小圆孔的封堵，小圆孔的直径为0.5-1mm。
所述加压盘5上设有通气孔17，该通气孔17可程控控制开合（结构可参见图3所示加压盘通气孔部分***图），该程控控制开合的方式与上文所述起泡器3的出口程控关闭方式类似，但加压盘5上的通气孔最多为3个，且孔径远大于0.5-1mm，具体根据装置尺寸设定，且该加压盘5可通过与隔层6相连的伸缩连杆18上下移动，所述紊流器12为三叶轮。
所述设置的两个压力传感器（10,11）的作用在于确保吸收腔4内的气压高于标准大气压且保持小于起泡器通路中的气压一定阈值，优选的该阈值为0.1个标准大气压，保证起泡器3出口可正常发泡。
所述低温等离子体反应器7的电极为喷嘴电极19，用于喷洒催化剂，所述低温等离子体反应器的3个进气口管路14（该管路的形状多样，可以为直管或弧形弯管等）在隔层6上方的不同高度处汇聚形成单个通道，所述喷嘴电极19的高度高于所述3个进气口管路14在反应通道15的最高接口高度，所述反应通道15内部有多个导流叶20（作为优选，该导流叶数量为10-20个，尺寸根据反应通道大小而定）；所述催化剂为甲醇；通过3个于不同高度处汇聚的进气口管路14和导流叶20，使得从吸收腔4排出的气体在反应通道15内部形成螺旋气流，与喷嘴电极19喷洒的催化剂充分混合，且由于螺旋运动延长了气流与低温等离子体的反应时间，提高反应效果。
所述低温等离子体反应器7的出气口直径逐渐变小，并与所述分流帽8耦接，所述分流帽8可通过程控实现旋转，该分流帽8侧面有多个出气口（优选为3-6个），使得由低温等离子体反应器7出气口排出的气体经由分流帽8侧面的多个出气口向下排出；由于该分流帽8旋转式排出气体，故该气体成螺旋式在该光催化反应腔9内运动，延长了气流与光催化剂的反应时间，提高反应效果。
所述光催化反应腔9的腔壁内侧涂覆有光催化剂21，所述低温等离子体反应器7的外部设置有紫外线发生器22。
所述光催化反应腔9底部的出气口外，根据实际需求，可设置气体检测装置（图1中未示出），检测排出气体是否符合排放标准，若符合则直接排出，否则可通过设置回流通道或收集仓，将气体输送回有机废气出口处重新进行处理或直接进入收集仓，进行单独的净化处理。
所述各通路及管道口，根据实际需求，可设置过滤器，过滤可能裹挟的液滴或细小颗粒。
本发明的有机废气从冷凝加压储气罐1出来后，其气压在整个处理通路中处于不断下降过程中，至从光催化反应腔9出气口排出时，气压基本恢复到正常大气压，整个处理过程中，除在冷凝加压储气罐1中需要加压耗能外，其他地方无需再重复加压耗能，只需利用残余气压即可实现增加吸收剂、催化剂利用效率的目的；此外，气体温度也是只需在冷凝加压储气罐1中降下来，其他地方无需再升温/降温，不必额外耗能；另外，由于并非单独使用冷凝法处理有机废气，故在初期进行冷凝加压降温时，不必采用过高的能耗和材料投入，以获得更低的温度和更高的气压。
参照图3，是本发明的一种有机废气处理方法，包括如下步骤：
（1）有机废气通过冷凝加压储气罐进气口进入到冷凝加压储气罐中，通过降温增压，使得有机废气中的部分有机气体冷凝，落入接收盘中，冷凝后的气体通过减压阀进入连接起泡器进口通路中；
（2）通过程控控制起泡器的出口和加压盘上的通气孔处于关闭状态，调节加压盘位置，使得加压盘下方气压传感器的气压值高于标准大气压且保持小于起泡器的连接通路中气压传感器的气压设定阈值，优选的该阈值为0.1个标准大气压，保证起泡器3出口可正常发泡；
（3）启动紊流器，待吸收腔内的吸收液充分流动后，开启起泡器的出口，使得气体以大量小气泡的形式与吸收液充分接触（由于起泡器在高压强下进行发泡，使得气泡尺寸显著缩小，并通过紊流器促进吸收液的流动，使得气液接触时间和面积大幅度增加，提高吸收液的利用率），部分有机废气被吸收液吸收；
（4）开启加压盘上的通气孔，经吸收液吸收后的气体通过通气孔及隔层的3个通孔进入低温等离子体反应器的进气口，气体进入低温等离子体反应器的进气口后，在低温等离子体反应器的喷嘴电极施加高电压放电，同时喷嘴电极喷洒催化剂，气体裹挟催化剂上升与反应通道内的等离子体反应，净化有机废气；
（5）经过低温等离子体反应器后的气体通过该反应器的出气口进入分流帽，程控分流帽实现旋转，使得气体从分流帽出气口排出时呈螺旋式向下流动；
（6）启动低温等离子体反应器外部的紫外线发生器，使得进入光催化反应腔内的气体通过光催化剂进行催化后通过出气口排出；
（7）根据实际需求，可将步骤（6）排出的气体通过气体检测装置，检测排出气体是否符合排放标准，若符合则直接排出，否则可通过将该气体通入回流通道或收集仓，将气体输送回有机废气出口处重新进行再处理或直接进入收集仓，进行单独的净化处理。
通过本发明的***和方法处理后的有机废气，利用检测仪器进行检测后发现排放的气体满足VOCs达标排放要求，VOCs气体的总去除率为98％以上，吸收剂、催化剂利用率大幅提高，能耗明显下降。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种有机废气处理***，其特征在于：包括冷凝加压储气罐、减压阀、起泡器、吸收腔、加压盘、隔层、低温等离子体反应器、分流帽、光催化反应腔；其中，所述冷凝加压储气罐进气口与有机废气出口相连，冷凝加压储气罐出气口通过减压阀与所述起泡器进口通路相连；所述起泡器位于所述吸收腔内部，形状为上大下小的漏斗形；所述加压盘位于所述吸收腔的上部，该加压盘下方设置有紊流器，所述紊流器位于吸收腔内的吸收液上层；所述隔层位于所述加压盘上方，所述隔层设置有3个周向均匀分布的孔；所述低温等离子体反应器位于所述隔层上方，该低温等离子体反应器的进气口管路有3个且与所述隔层上的3个孔相连，该3个进气口管路分别具有管路，并在隔层上方汇聚形成单个通道，作为所述低温等离子体反应器的反应通道；所述分流帽位于所述低温等离子体反应器的出气口端部处；所述光催化反应腔罩在所述低温等离子体反应器的外部，并与所述隔层耦接，该光催化反应腔底部设置有出气口；
所述冷凝加压储气罐底部设有接收盘，所述冷凝加压储气罐与所述起泡器的进口通路中设有气压传感器，所述加压盘下方设有气压传感器；
所述低温等离子体反应器的电极为喷嘴电极，用于喷洒催化剂，所述低温等离子体反应器的3个进气口管路在隔层上方的不同高度处汇聚形成单个通道，所述喷嘴电极的高度高于所述3个进气口管路在反应通道的最高接口高度，所述反应通道内部有导流叶。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述起泡器出口均布小圆孔，且该起泡器的出口可程控关闭，所述加压盘上有通气孔，该通气孔可程控控制开合，且该加压盘可通过与隔层相连的伸缩连杆上下移动，所述紊流器为叶轮。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述低温等离子体反应器的出气口直径逐渐变小，并与所述分流帽耦接，所述分流帽可通过程控实现旋转，该分流帽侧面有多个出气口。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述光催化反应腔的腔壁内侧涂覆有光催化剂，所述低温等离子体反应器的外部设置有紫外线发生器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种有机废气处理***的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)有机废气通过冷凝加压储气罐进气口进入到冷凝加压储气罐中，通过降温增压，使得有机废气中的部分有机气体冷凝，落入接收盘中，冷凝后的气体通过减压阀进入连接起泡器进口通路中；
(2)通过程控控制起泡器的出口和加压盘上的通气孔处于关闭状态，调节加压盘位置，使得加压盘下方气压传感器的气压值高于标准大气压且保持小于起泡器的连接通路中气压传感器的气压设定阈值；
(3)启动紊流器，待吸收腔内的吸收液充分流动后，开启起泡器的出口，使得气体以大量小气泡的形式与吸收液充分接触，部分有机废气被吸收液吸收；
(4)开启加压盘上的通气孔，经吸收液吸收后的气体通过通气孔及隔层的通孔进入低温等离子体反应器的进气口，气体进入低温等离子体反应器的进气口后，在低温等离子体反应器的喷嘴电极施加高电压放电，同时喷嘴电极喷洒催化剂；
(5)经过低温等离子体反应器后的气体通过该反应器的出气口进入分流帽，程控分流帽实现旋转，使得气体从分流帽出气口排出时呈螺旋式向下流动；
(6)启动低温等离子体反应器外部的紫外线发生器，使得进入光催化反应腔内的气体通过光催化剂进行催化后通过出气口排出。
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