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铝单板 涂装废气干湿耦合高级 氧化处理方法

阅读：616发布：2020-05-11

专利汇可以提供铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且采用负载锰铁钴三元复合氧化物的活性炭催化剂，对铝单板涂装废气进行干湿耦合高级氧化处理。喷涂废气和热固化烟气在湿式洗涤塔喷淋洗涤去除颗粒物时通入臭氧，部分溶解于水的臭氧与水吸收VOCs反应，使喷淋水长期循环使用，改善喷淋效果；喷淋洗涤尾气进入负载锰铁钴三元复合氧化物的活性炭作为催化剂的臭氧接触催化反应器，臭氧转化成氧化能力更强的活性物质进一步氧化去除VOCs。负载过渡金属的活性炭作为催化剂，在臭氧接触催化反应器中兼有吸附富集和催化氧化作用，大大提高了氧化反应速率和臭氧利用效率，具有较高催化活性和较长使用寿命，VOCs去除率可达98％以上，氧化反应产物为二氧化碳和水，无二次污染问题，且运行稳定，是一种经济高效的处理涂装废气的新方法。，下面是铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：喷涂过程产生的漆雾和烘干炉内产生的烟气通入湿式洗涤塔，脱除漆渣颗粒物和部分VOCs，从洗涤塔下方通入臭氧，部分溶解于水的臭氧与水吸收VOCs反应，并促进漆渣颗粒物团聚；
步骤2)：未溶解的臭氧和废气进入催化反应器，利用负载过渡金属的活性炭催化臭氧对VOCs进行高级氧化，反应产物为二氧化碳和水。
2.如权利要求1所述的铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理方法，其特征在于，所述步骤1)中的湿式洗涤塔使用前投加臭氧，臭氧与VOCs体积比为(1～3):1，在湿式洗涤塔内使漆渣颗粒物团聚高效去除颗粒物的同时，发生化学氧化反应改善VOCs吸收效果，未溶解于水的臭氧和VOCs在接触催化反应器中，进行高级氧化反应，进一步降解矿化VOCs。
3.如权利要求1所述的铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理方法，其特征在于，所述步骤2)中臭氧接触催化反应器中填充的负载锰铁钴复合氧化物的活性炭催化剂，催化臭氧彻底矿化VOCs。
4.如权利要求3所述的铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理方法，其特征在于，所述负载锰铁钴复合氧化物的活性炭催化剂的制备方法为：将KMnO4、Fe(NO3)3、Co(NO3)2水溶液按比例混合，该溶液与粒度为20～40目的粒状木质活性炭在液固比5～15:1条件下混合；然后在搅拌条件下缓慢滴加质量浓度10％的NH3·H2O，直至pH至10.5～11，经陈化、抽滤、洗涤、干燥及氮气气氛焙烧，即可得到锰铁钴负载量10％左右的MnxFeyCozOn/活性炭复合催化剂。
5.如权利要求4所述的铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理方法，其特征在于，所述KMnO4、Fe(NO3)3、Co(NO3)2水溶液的质量浓度均为10％。
6.一种铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理装置，其特征在于，包括臭氧发生器(1)，臭氧发生器(1)的出气口与湿式洗涤塔(3)的底部连通，湿式洗涤塔(3)底部还设有进气口(4)，湿式洗涤塔(3)的出水口与循环水箱(6)连通，循环水箱(6)通过循环泵(5)与湿式洗涤塔(3)内填充物的上部连通，湿式洗涤塔(3)顶部的出气口与用于与臭氧接触产生反应的催化反应器(10)的进气口连接，催化反应器(10)内填充有负载锰铁钴复合氧化物的活性炭催化剂(9)，且催化反应器(10)的顶部设有进料口(7)，底部设有出料口(8)，催化反应器(10)的出气口与排气筒(11)连接。
7.如权利要求6所述的铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理装置，其特征在于，所述臭氧发生器(1)与湿式洗涤塔(3)之间连接有流量计(2)。

说明书全文

铝单板 涂装废气干湿耦合高级 氧化处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铝单板涂装废气高级氧化处理的方法，属于废气处理技术领域。

背景技术

[0002] 在涂装工艺流程中，涂装废气中大量的VOCs产生在喷涂段和烘烤段，喷涂系统排放的VOCs主要成分为在喷涂过程中挥发的有机溶剂(主要成分为芳烃、醇醚、酯类等)，占VOCs总排放量的80％。喷漆室的排风中含有漆雾，占喷漆总量的1％左右，因此喷漆废气中还含有颗粒物。烘烤段对喷涂铝单板进行高温热固化处理，产生高温废气，VOCs成分不仅包含涂料溶剂、树脂单体等挥发性成分，而且其中还含有部分热分解物和交联反应后生成的挥发成分，是整个涂装车间VOCs排放中浓度最高、成分最复杂的废气。

[0003] 对于VOCs的治理，目前普遍采用喷淋、活性炭吸附、低温等离子、光氧、光催化氧化等方法或组合工艺。很多企业采用了焚烧处理技术，但焚烧能耗大，处理后的废气中存在未完全燃烧的小分子，高空排放后有一定的气味且引起排放点周边的空气污染；活性炭吸附设备运行阻力大，活性炭易饱和需频繁更换，吸附饱和的活性炭再生困难，须作危废处理处置，处理处置成本高；低温等离子法存在安全风险，含尘量过高则会引起离子发生器故障；光氧、光催化氧化效率不高，净化效果不太稳定。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是：现有喷涂工艺产生的废气和热固化烟气，采用活性炭进行处理，活性炭对有机物吸附容量小，吸附饱和活性炭处理处置成本高、喷淋废水排放频繁、废气净化效果不佳，处理不彻底的问题。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案得以实现：

[0006] 一种铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0007] 步骤1)：喷涂过程产生的漆雾和烘干炉内产生的烟气通入湿式洗涤塔，脱除漆渣颗粒物和部分VOCs，从洗涤塔下方通入臭氧，部分溶解于水的臭氧与水吸收VOCs反应，并促进漆渣颗粒物团聚，使喷淋水可长期循环使用，改善喷淋效果，提高废气中各种污染物的去除率；

[0008] 步骤2)：未溶解的臭氧和废气进入催化反应器，利用负载过渡金属的活性炭催化臭氧对VOCs进行高级氧化，反应产物为二氧化碳和水。

[0009] 优选地，所述步骤1)中的湿式洗涤塔使用前投加臭氧，臭氧与VOCs的体积比为(1～3):1，在湿式洗涤塔内使漆渣颗粒物团聚高效去除颗粒物的同时，发生化学氧化反应改善VOCs吸收效果，未溶解于水的臭氧和VOCs在接触催化反应器中，进行高级氧化反应，进一步降解矿化VOCs，提高臭氧利用效率，消除二次污染。

[0010] 优选地，所述步骤2)中臭氧接触催化反应器中填充的负载锰铁钴复合氧化物的活性炭催化剂，在充分利用活性炭的吸附和催化性能基础上，负载锰铁钴三元复合氧化物进一步提高催化活性和使用寿命，高效催化臭氧彻底矿化VOCs。

[0011] 更优选地，所述负载锰铁钴复合氧化物的活性炭催化剂的制备方法为：将KMnO4、Fe(NO3)3、Co(NO3)2水溶液按Mn：Fe：Co的质量比分别为1:2:1、1:1:1、2:1:1、4:1:1(针对VOCs废气中污染物及其浓度不同，为表现出最高的催化活性)的比例混合，该溶液与粒度为20～40目的粒状木质活性炭在液固比5～15:1条件下混合；然后在搅拌条件下缓慢滴加质量浓度10％的NH3·H2O，直至pH至10.5～11，经陈化、抽滤、洗涤、干燥及氮气气氛焙烧，即可得到锰铁钴负载量10％左右的MnxFeyCozOn/活性炭复合催化剂。

[0012] 进一步地，所述KMnO4、Fe(NO3)3、Co(NO3)2水溶液的质量浓度均为10％。

[0013] 本发明还提供了一种铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理装置，其特征在于，包括臭氧发生器，臭氧发生器的出气口与湿式洗涤塔的底部连通，湿式洗涤塔底部还设有进气口，湿式洗涤塔的出水口与循环水箱连通，循环水箱通过循环泵与湿式洗涤塔内填充物的上部连通，湿式洗涤塔顶部的出气口与用于与臭氧接触产生反应的催化反应器的进气口连接，催化反应器内填充有负载锰铁钴复合氧化物的活性炭催化剂，且催化反应器的顶部设有进料口，底部设有出料口，催化反应器的出气口与排气筒连接。

[0014] 优选地，所述臭氧发生器与湿式洗涤塔之间连接有流量计。

[0015] 相对于现有涂装废气处理技术，本发明的有益效果在于：

[0016] 1、本发明中将负载过渡金属活性炭作为催化剂，在臭氧反应中主要起到催化臭氧产生羟基自由基的作用。相比于将活性炭作为吸附剂，本发明在反应过程中活性炭可长期使用，仍有较高的催化活性，从而解决了频繁更换饱和活性炭，饱和活性炭作危废处理处置带来的高成本问题。

[0017] 2、将催化臭氧氧化和负载过渡金属活性炭吸附过程耦合，充分利用了活性炭自身的催化和吸附性能，可以无选择性地氧化VOCs，提高臭氧氧化效率。

[0018] 3、本发明中的活性炭负载锰铁钴催化剂，工业上容易制备，价格便宜，使用寿命长。

[0019] 4、本发明中溶解臭氧对水中的VOCs氧化，有效地延长湿式洗涤塔的喷淋水循环使用周期，改善喷淋吸收效果，提高了水资源利用效率，消除二次污染。附图说明

[0020] 图1为本发明提供的铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理装置的示意图；

[0021] 图2为活性炭催化剂表面酸性条件下发生反应的示意图；

[0022] 图3为活性炭催化剂表面中性或碱性条件下发生反应的示意图。

具体实施方式

[0023] 为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

[0024] 实施例1-2所采用的铝单板涂装废气干湿耦合高级氧化处理装置如图1所示，其包括臭氧发生器1，臭氧发生器1的出气口通过流量计2与湿式洗涤塔3的底部连通，湿式洗涤塔3底部还设有用于接收废气的进气口4，湿式洗涤塔3的出水口与循环水箱6连通，循环水箱6通过循环泵5与湿式洗涤塔3内填充物的上部连通，湿式洗涤塔3顶部的出气口与用于与臭氧接触产生反应的催化反应器10的进气口连接，催化反应器10内填充有负载锰铁钴复合氧化物的活性炭催化剂9，且催化反应器10的顶部设有进料口7，底部设有出料口8，催化反应器10的出气口与排气筒11连接。

[0025] 湿式洗涤塔3中设有二段喷淋装置，喷淋装置连接有洗涤循环泵吸收塔底部的喷淋液，下方设有填料，湿式洗涤塔3顶部设有除雾器，除雾器上方设有出气口。催化反应器10入口设有气体均匀分布器、填料支撑筛板，内部分三段填充催化剂，并另设有催化氧化室，净化气由引风机引入排气筒排出。

[0026] 本发明的臭氧高级氧化技术原理如下：

[0027] 臭氧氧化技术存在选择性(对很多VOCs无氧化作用)、且不能将有机物彻底矿化等缺点。本发明采用负载过渡金属锰铁钴复合物的活性炭催化臭氧氧化技术能产生更强氧化能力的羟基自由基，大大增强了对有机物的氧化能力。活性炭的比表面积大、孔隙丰富、吸附性能强，可作为优良的催化剂载体材料，又具有较高的催化活性，催化臭氧氧化反应途径如下：

[0028] 在酸性条件下(图2所示)，臭氧与有机物发生吸附在催化剂表面的反应；

[0029] 在中性和碱性条件下(图3所示)，主要发生自由基反应。

[0030] 在活性炭上负载过渡金属氧化物可得到更好的催化效果，因为负载在活性炭表面上的过渡金属具有催化活性，增加活性炭表面活性位点，大大提高催化活性，将更多的臭氧转变为羟基自由基等二级氧化剂，也能提高活性炭催化剂的使用寿命，有效避免吸附饱和现象。同时，在催化臭氧氧化的过程中，过渡金属负载活性炭催化剂对化学反应pH能起到调整作用，进而提高臭氧化效率。

[0031] 实施例1

[0032] 负载锰铁钴活性炭催化剂的制备：将质量浓度为10％的KMnO4、Fe(NO3)3、Co(NO3)2水溶液按Mn:Fe:Co质量比为1:2:1混合，该溶液与粒度为20目粒状活性炭在液固比5:1条件下混合，在搅拌条件下缓慢滴加10％NH3·H2O，直至pH至10.5～11，在60℃水浴中陈化3h后进行真空抽滤，洗至中性后在105℃下干燥2h，最后在氮气气氛下(流速20mL/min，升温速率5℃/min)，于管式炉中450℃焙烧4h，即可得到MnxFeyCozOn/活性炭复合催化剂。

[0033] 某建材铝板涂装生产线，所用油漆为溶剂型涂料，涂装废气含过喷漆雾(即废气颗粒物)和VOCs，挥发性物质主要为苯类(甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯)、酯类(醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯)和醇类。废气总量为100000m3/h；VOCs浓度为630mg/m3，废气温度180℃。涂装废气首先自下而上通入湿式洗涤塔，通过臭氧发生器后设置的流量计调节臭氧进气量为40～60m3/h，从洗涤塔底部通入，废气经喷淋处理后，颗粒物和VOCs去除率可达98％、15％，废气中的漆雾在塔内被洗涤至循环液中。未溶解臭氧和废气中VOCs通入臭氧接触催化反应器，反应器内催化剂分三段堆放，每段50cm，氧化反应后通过引风机和排气筒排出。经检测，VOCs排放浓度为20mg/m3(去除率为97％)，废气处理达标排放。

[0034] 实施例2

[0035] 负载锰铁钴活性炭催化剂的制备：将质量浓度为10％的KMnO4、Fe(NO3)3、Co(NO3)2水溶液按Mn:Fe:Co质量比为4:1:1混合，该溶液与粒度为30目粒状活性炭在液固比10:1条件下混合，在搅拌条件下缓慢滴加10％NH3·H2O，直至pH至10.5～11，在60℃水浴中陈化3h后进行真空抽滤，洗至中性后在105℃下干燥2h，最后在氮气气氛下(流速20mL/min，升温速率5℃/min)，于管式炉中500℃焙烧4h，即可得到MnxFeyCozOn/活性炭复合催化剂。

[0036] 涂装废气来源于铝合金板涂装生产车间，所用涂料为水性陶瓷涂料，废气含热固化烟气和喷涂废气，VOCs的主要成分为苯乙烯(92.88％)、少量苯系物(乙苯、二甲苯、三甲苯)、丙酮和正丁醇等。废气总量为30000m3/h；VOCs浓度为260mg/m3，废气温度150℃。首先将废气通入湿式洗涤塔，同时调节臭氧进气量为5～8m3/h，可去除颗粒物和一部分VOCs，烟气降温至80℃；然后通入臭氧接触催化反应器，MnxFeyCozOn/活性炭复合催化剂分三段堆放，每段40cm，催化剂上过渡金属和活性炭官能团催化O3分解产生活性自由基氧化VOCs。废气经上述处理后，最终VOCs浓度为7mg/m3，经15m高的排气筒排放，符合《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)二级标准。

[0037] 综上所述，本申请实施例的优点在于实现了铝单板喷涂行业废气处理，整个处理工艺流程简单、净化效率高、运行费用低、二次污染小，是有机废气处理领域一项先进、有发展前景的技术。

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