气相氧化/分解和吸收一体化装置及其应用
技术领域
[0001] 本
发明涉及氮氧化物和/或挥发性有机物的去除的技术领域。更具体地，涉及一种气相氧化/分解和吸收一体化装置及其应用。
背景技术
[0002] 火
力发电厂排放的硫氧化物、氮氧化物和粉尘等有害物质造成严重的大气污染；医药、化工等行业生产过程中的
挥发性有机化合物为苯环类，二异氰酸酯(TDI)、二异氰
甲苯酯等物质同样造成严重的大气污染，对人类及生存环境造成严重危害。目前大气污染控制方法主要有：静电除尘、布袋除尘、湿法
脱硫、催化脱硝和直接燃烧法等，但现有的废气
净化装置多为单一污染物脱除装置，占地面积大，流程复杂，随着环保标准不断提高，现有环保设施需要不断改造，投资大、运行成本高。因此开发一种经济、可行、有效的废气处理装置和方法具有重要的工业应用价值。
[0003]
等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，是一种聚集态物质，其拥有的高能
电子同气体分子碰撞时会发生一系列基元化反应，并在反应过程中产生多种活性自由基、高能电子和生态氧等。这些高能电子、自由基等活性粒子与气体中的各种污染物作用，能够在极短时间内将其氧化、分解。例如，烟气中的NO或者挥发性有机化合物中的苯环类等有害物质被氧化、分解成易于脱除的NO2或者无污染的CO2等。该装置技术由于发生了离子、
原子、分子反应而具有较高的化学反应速率，脱除效率较高等优点。传统气液反应器在实现气液体系反应过程中，存在传质效率低和反应转化率低等不足。
[0004] 因此，开发一种占地面积小、能同时有效去除工业废气中多种污染物的装置。
发明内容
[0005] 本发明的第一个目的在于提供一种气相氧化/分解和吸收一体化装置。
[0006] 本发明的第二个目的在于提供一种气相氧化/分解和吸收一体化装置在气液体系中的应用。
[0007] 为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
[0008] 气相氧化/分解和吸收一体化装置，包括壳体100、
电机102、升压调压器103；所述壳体100内设旋转腔室120和放电腔室122；
[0009] 所述旋转腔室120包括
转轴119、转盘124、液体分布器123、填料层110、导流圆台111、液体进口108、液体出口112、第一气体出口109；所述液体进口108、液体出口112和第一气体出口109均设于壳体100上；所述第一气体出口109内部套设液体进口108，液体进口108下端延伸至填料层110中部的中空腔体内，并与设置在填料层110中空腔体内的液体分布器
123相连接；固定填料层110的转盘124与转轴119相连，转轴119延伸至壳体100外与电机102相连；所述导流圆台111位于旋转腔室120底部，套设在转轴119外；
[0010] 所述放电腔室122位于旋转腔室120下方；放电腔室122包括放电腔室壳体121和
等离子体发生器；所述等离子体发生器固设于放电腔室壳体121内，通过高压电线与升压调压器103连接；所述放电腔室壳体121固设在壳体100内
侧壁上；所述放电腔室壳体121上设有气体入口115和第二气体出口106；所述气体入口115穿出壳体100侧壁；所述第二气体出口106通向旋转腔室120。
[0011] 优选地，当填料层110的层数在2层以上时，所述旋转腔室120还包括液体导向板107，所述液体导向板107设于各相邻填料层110之间。
[0012] 优选地，所述填料层110的层数为2～4层。
[0013] 优选地，所述填料层110的填料为丝网填料。
[0014] 优选地，所述等离子体发生器包括m级高压
电极114、m级地极105；每一级高压电极114与每一级地极105等距离交错设置，形成等离子体场；每一级高压电极114与每一级地极
105的一端均固定于放电腔室壳体121内壁上；其中，所述m为正整数，大于等于1，优选为3～
5。
[0015] 优选地，所述气体入口(115)位于所述放电腔室壳体(121)底部；所述第二气体出口(106)位于所述放电腔室壳体(121)顶部。
[0016] 更优选地，所述气体入口115与所述m级高压电极114的最下一级相通；第二气体出口106位于所述m级高压电极114的最上一级的上方。
[0017] 优选地，所述放电腔室壳体121的材质为玻璃
钢；所述放电腔室壳体121包括侧壁、上端盖和下端盖，所述侧壁、上端盖和下端盖组成密闭腔体；所述侧壁厚度为8mm，上端盖厚度为10mm，下端盖厚度为10mm。
[0018] 优选地，所述高压电极114、地极105的材质均为
不锈钢，厚度为3mm～10mm；所述高压电极114中，各相邻两高压电极114的间距为10～30mm；优选地，所述高压电极114为针式高压电极，所述针式高压电极放电尖端的针长为5～8mm。
[0019] 为达到上述第二个目的，本发明提供如上所述的气相氧化/分解和吸收一体化装置在气液体系中的应用。
[0020] 优选地，所述应用为将所述一体化装置用于去除工业废气中的氮氧化物和/或挥发性有机物。
[0021] 优选地，所述工业废气包括
火力发电厂尾气、窑炉烟气、
船舶柴油机尾气。
[0022] 优选地，所述应用包括如下步骤：
[0023] 1)将等离子体发生器通电，形成等离子体场，再将气相混合物由气体入口115进入放电腔室122，经等离子体场的多级氧化、分解；其中，等离子体发生器的交流
电压为0～60kV，优选为20～55kV，更优选为40～50kV；操作交流电压
频率为0～350Hz；优选为100～
300Hz；更优选为250～300Hz；
[0024] 2)经过等离子体场的气相混合物由第二气体出口106进入旋转腔室120；液相从液体进口108进入旋转腔室120，在
离心力的作用下，气液逆流
接触；其中，转轴119的转速为0～2800rpm，优选为500～2000rpm，更优选为1000～1500rpm；
[0025] 3)气液逆流接触完全后，气相混合物由第一气体出口109排出，液相由液体出口112排出。
[0026] 本发明的有益效果如下：
[0027] 本发明提出一种气相氧化/分解和吸收一体化装置，组合等离子体技术和超重力技术，利用等离子体将烟气中的NO或者挥发性有机化合物中的苯环类等有害物质氧化、分解成易于脱除的NO2或者无污染的CO2等，借助超重力技术，强化气液之间的传质，提高废气脱出率，从而实现烟气中氮氧化物的脱除和挥发性有机化合物的处理，具有重要的环保、经济和社会效益。
附图说明
[0028] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0029] 图1示出本发明
实施例1一体化装置的结构示意图。
[0030] 图2示出本发明实施例2中一体化装置用于气液体系的工艺
流程图。
具体实施方式
[0031] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0032] 图1为下述实施例1的一体化装置示意图，结合图1，本发明气相氧化/分解和吸收一体化装置，包括壳体100、电机102、升压调压器103；所述壳体100内设旋转腔室120和放电腔室122。
[0033] 旋转腔室120包括转轴119、转盘124、液体分布器123、填料层110、导流圆台111、液体进口108、液体出口112、第一气体出口109。其中，液体进口108、液体出口112以及第一气体出口109均设于壳体100上；第一气体出口109内部套设液体进口108，液体进口108下端延伸至填料层110中部的中空腔体内，并与设置在填料层110中空腔体内的液体分布器123相连接；固定填料层110的转盘124与转轴119相连，转轴119延伸至壳体100外与电机102相连；导流圆台111位于旋转腔室120底部，套设在转轴119外。
[0034] 放电腔室122位于旋转腔室120下方。放电腔室122包括放电腔室壳体121和等离子体发生器；等离子体发生器固设于放电腔室壳体121内，通过高压电线与升压调压器103连接；放电腔室壳体121固设在壳体100的内侧壁上，例如通过
螺栓、螺钉或
铆接等方式固定；放电腔室壳体121上设有气体入口115和第二气体出口106；气体入口115穿出壳体100侧壁；
第二气体出口106通向旋转腔室120。
[0035] 为了使旋转腔室120中气液传质效果更好，提高填料层110对从液体进口108进入的液相的吸收及传质效率，本发明中的填料层110可根据实际需要设置为
单层或多层，其中，多层是指2层以上。当填料层110为多层时，各填料层110可
自上而下逐层设置，递进的减小液相的微观大小，从而提高气液传质效率。在一些实施方式中，当填料层110的层数在2层以上时，旋转腔室120还包括液体导向板107，液体导向板107设于各相邻上下填料层110之间，用于将从液体导向板107上一填料层110内出来的液体流至下一填料层110内的中空部分。在另一些更具体的实施方式中，液体导向板107一端固定在壳体100内侧壁的加强筋上，另一端延伸至其下一填料层110内的中空部分上方。在一些更优选的实施方式中，填料层110的层数为2～4层，此时提高了传质效率和反应转化率，液相能分散成更小更均匀的颗粒，增大填料层110对液相的吸收面积，也能很好的将壳体100的体积控制在较小的范围内。
其中，填料层110中的填料可为丝网填料。
[0036] 本发明的一体化装置中，放电腔室壳体121通过动密封118套设在转轴119外。
[0037] 本发明中，为了能更及时且完全的将经填料层110分散后的液相排出，液体出口112设置在壳体100侧壁上位于旋转腔室120底部，在旋转腔室120底部设有导流圆台111，用于快速将经填料层110分散后的液相导流至液体出口112。在一些具体的实施方式中，导流圆台111通过动密封118套设在转轴119外。
[0038] 本发明中的等离子体发生器能形成至少一级等离子体场。在一些具体的实施方式中，所述等离子体发生器包括m级高压电极114、m级地极105，每一级高压电极114与每一级地极105等距离交错设置，形成多级等离子体场，其中，所述m为正整数，m大于等于1。在一些优选地实施方式中，m为3～5，即形成相应多级的等离子体场，此时能在短时间内将从气体入口115处进入的气体氧化、分解完全。在一些更具体的实施方式中，每一级高压电极114与每一级地极105的一端均等距离固定于放电腔室壳体121的内壁上。例如，将其螺栓固定在放电腔室壳体121内壁的环形金属
垫片113上，固定的方式可为例如螺栓连接。等离子体发生器的m级高压电极114、m级地极105分别螺栓连接高压电线，高压电线穿出放电腔室壳体121上的高压电线孔104并穿出壳体100与升压调压器103连接。
[0039] 在本发明的一些具体实施方式中，气体入口115位于放电腔室壳体121底部；第二气体出口106位于放电腔室壳体121顶部。更优选地，气体入口115与m级高压电极114的最下一级相通；第二气体出口106位于m级高压电极114的最上一级的上方。放电腔室壳体121包括侧壁、上端盖和下端盖，侧壁、上端盖和下端盖组成密闭腔体；其中，侧壁厚度为8mm，上端盖厚度为10mm，下端盖厚度为10mm。壳体121的材质可为玻璃钢。玻璃钢壳体121一方面起到绝缘的作用，另一方面还起到抗气体冲击的作用。使得结构更稳定。
[0040] 在本发明的一些具体实施方式中，高压电极114、地极105的材质均为不锈钢，厚度为3mm～10mm。高压电极114中，各相邻两高压电极114的间距可为例如10～30mm，间距控制在此范围内时，既能形成强的等离子体场，也能最大程度的减小所需空间。且此时气相以折流的形式穿过等离子体场，能使气相更充分有效的氧化、分解。优选地，所述高压电极114为针式高压电极，针式高压电极放电尖端的针长控制在5～8mm。
[0041] 在实际应用中，本领域技术人员可根据需要设置底座101，用于固定壳体100和电机102。
[0042] 本发明中的气相氧化/分解和吸收一体化装置的工作原理为：气相经气体入口115进入放电腔室122，经等离子体发生器形成的等离子体场的多级氧化、分解后，气体通过第二气体出口106进入旋转腔室120，与从液体进口108进入旋转腔室120的填料层110后经超重力旋转均质后的液相吸收剂相接触，对气体中的氮氧化物和/或挥发性有机物进行充分吸收后，净化后的气体从第一气体出口109排除，液体则从液体出口112排出。从而实现对气体的净化。
[0043] 本发明通过在壳体100内部设置放电腔室122，一方面利用等离子体场将烟气中的氮氧化物和/或挥发性有机物中的有害物质氧化、分解，形成易于脱除的NO2或者无污染的CO2等，借助超重力技术，强化气液之间的传质，提高废气脱出率，从而实现烟气中氮氧化物的脱除和挥发性有机化合物的处理，具有重要的环保、经济和社会效益。此外，将放电腔室与旋转腔室组合一体化设置相比较现有的将两者耦合设置，优势在于，能更好的调控氧化度/分解度，通过设置多层填料调控吸收率。
[0044] 本发明中的气相氧化/分解和吸收一体化装置具有体积小，便于在很多恶劣环境下携带和使用。从而，该装置可应用与气液体系中。进一步地，可用于去除工业废气中的氮氧化物和/或挥发性有机物。工业废气例如火力发电厂尾气、窑炉烟气、船舶柴油机尾气等。在一些具体的实施方式中，应用的方式包括以下步骤：
[0045] 1)将等离子体发生器通电，形成等离子体场，再将气相混合物由气体入口115进入放电腔室122，经等离子体场的多级氧化、分解；其中，等离子体发生器的交流电压为0～60kV，优选为20～55kV，更优选为40～50kV；操作交流电压频率为0～350Hz；优选为100～
300Hz；更优选为250～300Hz；
[0046] 2)经过等离子体场的气相混合物由第二气体出口106进入旋转腔室120；液相从液体进口108进入旋转腔室120，在离心力的作用下，气液逆流接触；其中，转轴119的转速为0～2800rpm，优选为500～2000rpm，更优选为1000～1500rpm；
[0047] 3)气液逆流接触完全后，气相混合物由第一气体出口109排出，液相由液体出口112排出。
[0048] 其中，上述液相可为尿素、氢氧化钠等
碱性溶液，以便于更好的吸收进入旋转腔室的气相的氮氧化物和/或挥发性有机物。
[0049] 以下，通过具体的一些实施例来对本发明的技术方案进行说明：
[0050] 实施例1
[0051] 气相氧化/分解和吸收一体化装置，包括壳体100、电机102、升压调压器103；壳体100内设旋转腔室120和放电腔室122。
[0052] 旋转腔室120包括转轴119、转盘124、液体分布器123、填料层110、导流圆台111、液体进口108、液体出口112、第一气体出口109。其中，液体进口108、液体出口112以及第一气体出口109均设于壳体110的壳体上；第一气体出口109内部套设液体进口108，液体进口108下端延伸至填料层110中部的中空腔体内，并与设置在填料层110中空腔体内的液体分布器123相连接；固定填料层110的转盘124与转轴119相连，转轴119延伸至壳体100外与电机102相连；所述导流圆台111位于旋转腔室120底部，套设在转轴119外。
[0053] 放电腔室122位于旋转腔室120下方。放电腔室122包括放电腔室壳体121和等离子体发生器；等离子体发生器固设于放电腔室壳体121内，通过高压电线与升压调压器103连接；放电腔室壳体121固设在壳体100侧壁上；放电腔室壳体121上设有气体入口115、第二气体出口106；气体入口115穿出壳体100侧壁；第二气体出口106通向旋转腔室120。
[0054] 其中，填料层110的层数为2层。旋转腔室120还包括液体导向板107，液体导向板107设于各相邻上下填料层110之间，用于将从液体导向板107上一填料层110内出来的液体流至下一填料层110内的中空部分。液体导向板107一端固定在壳体100内侧壁的加强筋上，另一端延伸至其下一填料层110内的中空部分上方。
[0055] 其中，该装置中，放电腔室壳体121通过动密封套设在转轴119外。液体出口112设置在壳体100侧壁上位于旋转腔室120底部，在旋转腔室120底部设有导流圆台111，用于快速将经填料层110分散后的液相导流至液体出口112。导流圆台111通过动密封118套设在转轴119外。
[0056] 此外，所述等离子体发生器包括2级高压电极114、2级地极105，每一级高压电极114与每一级地极105等距离交错设置，形成3级等离子体场；每一级高压电极114与每一级地极105的一端均等距离的螺栓固定于放电腔室壳体121的内壁的环形金属垫片113上。等离子体发生器的2级高压电极114、2级地极105分别螺栓连接高压电线，高压电线穿出放电腔室壳体121上的高压电线孔104并穿出壳体100与升压调压器103连接。高压电极114、地极
105的材质均为不锈钢，厚度为3mm～10mm。高压电极114为针式高压电极，各相邻两高压电极114的间距为10～30mm，针式高压电极放电尖端的针长控制在5～8mm。
[0057] 气体入口115与高压电极114的最下一级相通；第二气体出口106位于高压电极114的最上一级的上方。放电腔室壳体121包括侧壁、上端盖和下端盖，侧壁、上端盖和下端盖组成密闭腔体；其中，侧壁厚度为8mm，上端盖厚度为10mm，下端盖厚度为10mm。壳体121的材质可为玻璃钢。
[0058] 该一体化装置还设置有底座101，用于固定壳体100和电机102。
[0059] 实施例2
[0060] 如图1、图2所示，一种气相氧化/分解和吸收一体化装置进行深度脱除氮氧化物的方法：
[0061] 混合气体从一氧化氮混合气罐201流出，气罐上方设置调节
阀202，通过气体入口115进入放电腔室122，折流通过三级等离子体场。同时，将储存在碱液罐204中碱液(尿素或者氢氧化钠等)通过
泵208经
球阀207和
质量流量计206通过液体进口108输送进入旋转腔室
120内，其中质量流量计206记录碱液流量。进入超重力旋转床反应器装置的旋转腔室内的碱液与氮氧化物逆流接触，生成的盐类物质与碱液通过液体出口112重新进入到碱液罐204中，并且通过侧向加碱管205补充碱液，进而形成碱液流通回路。
[0062] 实施例3
[0063] 参见图1、图2所示，一种气相氧化/分解和吸收一体化装置进行挥发性有机化合物处理的方法：
[0064] 挥发性有机化合物(含有苯环类，二异氰酸酯(TDI)、二异氰甲苯酯等物质)混合气体，从混合气罐201流出，气罐上方设置调节阀202，通过气体入口115进入放电腔室122，折流通过三级等离子体场。同时，将储存在碱液罐204中碱液(氢氧化钠等)通过泵208经球阀207和质量流量计206通过液体进口108输送进入旋转腔室120内，其中质量流量计206记录碱液流量。进入超重力旋转床反应器装置的旋转腔室120内的碱液与氮氧化物逆流接触，生成的盐类物质与碱液通过液体出口112重新进入到碱液罐204中，并且通过侧向加碱管205补充碱液，进而形成碱液流通回路。
[0065] 实施例4
[0066] 采用实施例2所述工艺深度脱除烟气中的氮氧化物，
[0067] 所述碱液为质量分数2～10％的尿素溶液，控制气相流量为2m3/h，液相流量为40L/h，进口NOx浓度为1000mg/m3，并且转速在1500rpm，交流电压为50kV，交流电压频率为
3
300Hz的操作条件下，最终第一气体出口NO的浓度小于100mg/m。
[0068] 实施例5
[0069] 含有挥发性有机化合物苯的混合气处理，操作步骤同实施例4，不同之处在于：
[0070] 所述混合气体为含苯的挥发性有机气体，所述碱液为质量分数2～10％的氢氧化3
钠溶液，最终第一气体出口苯的浓度小于75mg/m。
[0071] 从以上各实施例中可知，组合等离子体场进入超重力旋转床反应器中，集中等离子技术和超重力技术优势。本发明强化了废气组分的氧化、分解、吸收过程，从而实现了氮氧化物的深度脱除和挥发性有机化合物中污染组分的处理。
[0072] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
