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一种臭 氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs 净化系统

阅读：920发布：2021-09-15

专利汇可以提供一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs 净化系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs 净化系统，主要设有除尘器、冷却器、光化学雾化床反应器、气体分布喷嘴、紫外灯管、雾化喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、分烟道、总烟道、除雾器以及产物后处理系统。来自排放源的VOCs在烟道中先被臭氧预氧化为有机中间体。紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基进一步氧化VOCs以及被臭氧氧化产生的有机中间体，最终分解产物是无害的CO2和H2O。该系统能够高效脱除烟气中的VOCs，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型VOCs净化系统。，下面是一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs 净化系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs 净化系统，其特征在于：所述系统设有除尘器、冷却器、臭氧发生器、光化学雾化床反应器、循环泵、加料塔、喷淋管道、总烟道、以及产物后处理系统；所述光化学雾化床反应器由上自下分别设有烟气出口、除雾器、分烟道、雾化喷嘴、紫外灯管、气体分布喷嘴以及产物出口；排放源的烟气出口依次连接除尘器、冷却器、臭氧发生器，冷却器出口连接光化学雾化床反应器的底部烟气管道，所述臭氧发生器连接于冷却器与光化学雾化床反应器的烟道上；所述光化学雾化床反应器的底部管道上设有气体分布喷嘴，内部设有过氧化物溶液的加料塔出口通过喷淋管道与光化学雾化床反应器的顶部连接，雾化喷嘴设于喷淋管道上；所述紫外灯管垂直布设于光化学雾化床反应器内，所述光化学雾化床反应器顶部设有至少一组分烟道，分烟道在光化学雾化床反应器的顶部的烟气出口与总烟道连接。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于：光化学雾化床反应器回落的溶液再次进入加料塔循环使用，所述加料塔的回流入口通过管道与光化学雾化床反应器的底部连接，加料塔的出口与光化学雾化床反应器的喷淋管道之间设有颗粒物过滤装置。
3.根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于：光化学雾化床反应器的产物出口d通入产物后处理系统，反应物进入产物后处理系统后续处理。
4.根据权利要求1或2所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于：光化学雾化床反应器的截面为圆形或矩形，光化学雾化床反应器的高度B位于2m-6m之间，紫外灯管的长度D比光化学雾化床反应器的高度B短0.2m-0.9m。
5.根据权利要求1或2所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于：分烟道垂直高度C至少应当比紫外灯管长度D长0.2m；紫外灯管的布置间距H的间距为3cm-25cm之间。
6.根据权利要求5所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于：所述的排放源包括燃煤锅炉﹑工业窑炉﹑冶炼/炼焦尾气﹑垃圾焚烧炉以及石油化工设备尾气中的一种或多种的组合。

说明书全文

一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs 净化系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及大气污染物控制领域，具体涉及一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统。

背景技术

[0002] VOCs是挥发性有机化合物的英文缩写，VOCs通过呼吸道和皮肤进入人体后，能给人的呼吸、血液、肝脏等器官造成暂时性和永久性病变。工业生产中会产生各种有机物废气，主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等，这些有机废气会造成大气污染，危害人体健康。随着经济的快速发展和人们环保意识的提高，尾气中VOCs脱除问题越来越受到人们的关注。同时国家也制定了相应的法律法规对VOCs的排量作了严格的限制。

[0003] 研究开发VOCs的高效脱除技术已成为世界各国关注的热点问题。国内外研究人员对废气中VOCs脱除问题作了大量的研究并开发了多种VOCs脱除方法。按照脱除的基本原理，废气VOCs脱除方法主要包括冷凝回收法﹑吸收法﹑直接燃烧法﹑催化燃烧法和吸附法等。冷凝回收法适用于有机废气浓度高、温度低、风量小的工况，需要附属冷冻设备，主要应用于制药、化工行业，而印刷企业较少采用，应用范围受到局限。吸收法常用的是物理吸收，即将废气引入吸收液净化，待吸收液饱和后经加热、解析、冷凝回收。这种方法适用于大气量、低温度、低浓度的废气，但需配备加热解析回收装置，设备体积大、投资较高。直接燃烧法是利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧，将混合气体加热，使有害物质在高温作用下分解为无害物质。该方法工艺简单、投资小，适用于高浓度、小风量的废气，但对安全技术、操作要求较高。催化燃烧法是把废气加热经催化燃烧转化成无害无臭的二氧化碳和水，这种方法起燃温度低、节能、净化率高、操作方便、占地面积少、适用于高温或高浓度的有机废气，但催化剂容易中毒失活，稳定性差。活性炭吸附法脱除效率可达95％，设备简单、投资小，但活性炭更换频繁，增加了装卸、运输、更换等工作程序，导致运行费用增加。

[0004] 因此，到目前为止，尽管有多种VOCs脱除技术被开发和利用，但每一种技术几乎都有应用范围的限制和有诸多缺点。因此，继续开发更加经济有效的VOCs脱除技术具有重要的现实意义。发明内容

[0005] 本实用新型涉及一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，主要设有除尘器、冷却器、光化学雾化床反应器、气体分布喷嘴、紫外灯管、雾化喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、分烟道、总烟道、除雾器以及产物后处理系统。

[0006] 本实用新型的系统的原理及反应过程如下：

[0007] 1﹑由图1所示，采用电子自旋共振(ESR)仪可测定到系统中产生了硫酸根自由基和羟基自由基。因此，臭氧结合光辐射过氧化物首先是释放了具有强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基，具体过程可用如下的化学反应(1)-(6)表示：

[0008] H2O2+UV 2×OH (1)

[0009]

[0010] O3+UV ×O+O2 (3)

[0011]

[0012]

[0013] ×O+H2O2 ×OH+HO2× (6)

[0014] 2、产生的强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基可将烟气中的VOCs深度氧化为洁净的CO2和H2O，无二次污染：

[0015] a×OH+bVOCs cCO2+dH2O+Carbon residues (7)

[0016] (8)

[0017] 3、该系统能够高效脱除烟气中的VOCs，脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。

[0018] 为实现脱除VOCs的目的，基于上述原理，本实用新型的技术方案如下：

[0019] 一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，所述系统设有除尘器、冷却器、臭氧发生器、光化学雾化床反应器、循环泵、加料塔、喷淋管道、总烟道、以及产物后处理系统；所述光化学雾化床反应器由上自下分别设有烟气出口、除雾器、分烟道、雾化喷嘴、紫外灯管、气体分布喷嘴以及产物出口；排放源的烟气出口依次连接除尘器、冷却器、臭氧发生器，冷却器出口连接光化学雾化床反应器的底部烟气管道，所述臭氧发生器连接于冷却器与光化学雾化床反应器的烟道上。烟气进入光化学雾化床反应器之前，先在烟道中对烟气中的VOCs进行预氧化，预氧化之后烟气进入光化学雾化床反应器内。

[0020] 所述光化学雾化床反应器的底部管道上设有气体分布喷嘴，内部设有过氧化物溶液的加料塔出口通过喷淋管道与光化学雾化床反应器的顶部连接，雾化喷嘴设于喷淋管道上；所述紫外灯管垂直布设于光化学雾化床反应器内，所述光化学雾化床反应器顶部设有至少一组分烟道，分烟道在光化学雾化床反应器的顶部的烟气出口与总烟道连接。

[0021] 光化学雾化床反应器回落的溶液再次进入加料塔循环使用，所述加料塔的回流入口通过管道与光化学雾化床反应器的底部连接，加料塔的出口与光化学雾化床反应器的喷淋管道之间设有颗粒物过滤装置。

[0022] 光化学雾化床反应器的截面为圆形或矩形，圆形截面直径A或矩形截面边长可根据空塔气速和总烟气流量来计算，光化学雾化床反应器的最佳空塔气速是0.3m/s-6.0m/s。光化学雾化床反应器的最佳高度B位于2m-6m之间，紫外灯管的最佳长度D通常比光化学雾化床反应器的最佳高度B短0.2m-0.9m。为了便于从反应器顶部抽出紫外灯管维修或更换，分烟道垂直高度C至少应当比紫外灯管最佳长度D高0.3m。紫外灯管的布置间距H(圆形截面)和I(矩形截面)的最佳间距为3cm-25cm之间。

[0023] 紫外灯管之间设有雾化喷嘴，雾化喷嘴根据光化学雾化床反应器最佳高度B通常需要设置多级喷雾，设置级数根据现场情况确定，但要保证雾化覆盖无死角，且设置的雾化喷嘴在垂直方向采用等间距布置。雾化喷嘴喷出的雾化溶液粒径不大于20微米。光化学雾化床反应器的烟道采用先分烟道再总烟道的两段布置形式，目的是防止气流发生偏斜，影响脱除效果。

[0024] 该系统的反应过程如下：来自排放源(从烟气入口b接入)的烟气经除尘器除尘和冷却器降温后，再由气体分布喷嘴布风后进入光化学雾化床反应器。来自加料塔的过氧化物溶液由循环泵抽吸，并由雾化喷嘴雾化后喷入光化学雾化床反应器。臭氧发生器产生的臭氧由入口e汇入烟气中，并且在烟道中先对烟气中的VOCs进行预氧化。紫外灯管11辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化VOCs，最终分解产物是无害的CO2和H2O。光化学雾化床反应器上部回落的溶液再次进入加料塔循环使用，消耗的试剂由试剂添加口a补充。

[0025] 光化学雾化床反应器3的最佳烟气入口温度为20-75℃，有效液气比为0.4-5.0L/3
m，过氧化物的最佳浓度为0.1mol/L-2.5mol/L之间，溶液的pH位于1.0-7.5之间，最佳的
2 2
溶液温度为20-70℃。紫外光有效辐射强度为10μW/cm-300μW/cm，紫外线有效波长为
3
150nm-365nm。烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m。

[0026] 所述的过氧化物包括双氧水和过硫酸铵中的一种或两种的混合。所述的排放源包括燃煤锅炉﹑工业窑炉﹑冶炼/炼焦尾气﹑垃圾焚烧炉以及石油化工设备尾气中的一种或多种的组合。

[0027] 本实用新型的优点及显著效果：

[0028] 1.中国专利(ZL201210431594.2)提出了一种利用电解工艺脱除VOCs的方法，但该方法系统和工艺复杂，电耗和应用成本高。本实用新型采用的一种臭氧联合光激发过氧化物的VOCs脱除方法非常简单，脱除过程稳定可靠，应用成本较低。

[0029] 2.中国专利(ZL 201410247572.X)提出了一种利用吸附﹑冷凝和膜分离相结合的VOCs脱除方法及工艺，但该方法工艺复杂，应用成本高，尤其是尾部的膜分离技术不稳定，难以工业应用，而本实用新型提出的工艺相对简单，设备成熟可靠，具有良好的市场开发和应用前景。

[0030] 3.中国专利(ZL201210263021.3)提出了一种基于吸附﹑脱附﹑精馏和渗透汽化分离的VOCs脱除方法和工艺，但该方法同样具有工艺复杂和应用成本高等不足，难以实现工业应用，而本实用新型提出的工艺相对更加简单可靠，具有更好的开发前景。

[0031] 4.中国专利(ZL201210334393.0)提出了一种基于吸附﹑膜分离和冷凝技术相结合的VOCs脱除方法及工艺。该方法具有工艺复杂和应用成本高等不足，无法实现应用。

[0032] 5.中国专利(ZL201410007192.9)提出了一种可有效脱除VOCs的分子筛/二氧化钛负载铜锰铈的催化剂制备方法及相应的脱除工艺，但该专利申请提出的催化剂制备方法非常复杂，吸收剂稳定性不高，需要定期的再生和活化，而本实用新型所述的方法不需要制备复杂的脱除剂和再生活化工序，且运行可靠性更高，可实现系统的连续运行，具有更好的工业发展前景。附图说明

[0033] 图1一种臭氧结合光辐射过氧化物的电子自旋共振光普图。

[0034] 图2是本实用新型所述系统的工艺流程图。

[0035] 图3是光化学雾化床反应器的圆形截面及灯管﹑喷嘴和喷淋管道布置图。

[0036] 图4是光化学雾化床反应器的矩形截面及灯管﹑喷嘴和喷淋管道布置图。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

[0038] 如图2所示，一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，主要设有除尘器1、冷却器2、光化学雾化床反应器3、气体分布喷嘴12、紫外灯管11、雾化喷嘴10、循环泵4、颗粒物过滤装置5-1、加料塔5、喷淋管道6、分烟道9、总烟道7、除雾器8、臭氧发生器13以及产物后处理系统14。

[0039] 所述光化学雾化床反应器3由上自下分别设有烟气出口c、除雾器8、分烟道9、雾化喷嘴10、紫外灯管11、气体分布喷嘴12以及产物出口d；排放源的烟气出口依次连接除尘器1、冷却器2以及臭氧发生器13上，冷却器2的出口连接光化学雾化床反应器3的底部烟气管道，所述臭氧发生器13连接于冷却器2与光化学雾化床反应器3的烟道上；所述光化学雾化床反应器3的底部管道上设有气体分布喷嘴12，内部设有过氧化物溶液的加料塔5的出口通过喷淋管道6与光化学雾化床反应器3的顶部连接，雾化喷嘴10设于喷淋管道6上；所述紫外灯管11垂直布设于光化学雾化床反应器3内，所述光化学雾化床反应器3顶部设有至少一组分烟道9，分烟道9在光化学雾化床反应器3的顶部的烟气出口c与总烟道7连接。

[0040] 光化学雾化床反应器3回落的溶液再次进入加料塔5循环使用，所述加料塔5的回流入口通过管道与光化学雾化床反应器3的底部连接，加料塔3的出口与光化学雾化床反应器3的喷淋管道6之间设有颗粒物过滤装置5-1。

[0041] 光化学雾化床反应器3的产物出口d通入产物后处理系统14，反应物进入产物后处理系统后续处理。

[0042] 如图3和图4所示，光化学雾化床反应器3的截面为圆形(图3)或矩形(图4)，圆形截面直径A或矩形截面边长可根据空塔气速和总烟气流量来计算，光化学雾化床反应器3的最佳空塔气速是0.3m/s-6.0m/s。

[0043] 如图3所示，光化学雾化床反应器3的横截面为圆形，反应器的最外端设有反应器壁3-1，与反应器壁3-1同心设有灯管布置线3-2，紫外灯孔管m布置在灯管布置线3-2上，所述分烟道孔p设于过反应器圆心的两条相互垂直最大直径上，所述喷嘴布置管道孔n也设置于过反应器圆心的两条相互垂直最大直径上。

[0044] 如图4所示，光化学雾化床反应器3的横截面为矩形，反应器的最外端设于反应器壁3-1b，紫外灯管布置线3-2b在光化学雾化床反应器3内由纵向和横向组成网格状分布，紫外灯管孔m设置与紫外灯管布置线3-2b上，分烟道孔p布置在经过反应器3中心的两条相互垂直的中心线上，所述喷嘴布置管道孔n也设于在经过反应器3中心的两条相互垂直的中心线上。

[0045] 光化学雾化床反应器3的最佳高度B位于2m-6m之间，紫外灯管11的最佳长度D通常比光化学雾化床反应器3的最佳高度B短0.2m-0.9m。为了便于从反应器顶部抽出紫外灯管11维修或更换，分烟道9垂直高度C至少应当比紫外灯管11的最佳长度D高0.3m。紫外灯管11的布置间距H(圆形截面)和I(矩形截面)的最佳间距为3cm-25cm之间。

[0046] 紫外灯管11之间设有雾化喷嘴10，雾化喷嘴10根据光化学雾化床反应器3最佳高度B通常需要设置多级喷雾，设置级数根据现场情况确定，但要保证雾化覆盖无死角，且设置的雾化喷嘴10在垂直方向采用等间距布置。雾化喷嘴10喷出的雾化溶液粒径不大于20微米。光化学雾化床反应器3的烟道采用先分烟道9再总烟道7的两段布置形式，目的是防止气流发生偏斜，影响脱除效果。

[0047] 来自排放源(从烟气入口b接入)的烟气经除尘器1除尘和冷却器2降温后，再由气体分布喷嘴12布风后进入光化学雾化床反应器3。来自加料塔5的过氧化物溶液由循环泵4抽吸，并由雾化喷嘴10雾化后喷入光化学雾化床反应器3。臭氧发生器13产生的臭氧由入口e汇入烟气中，并且在烟道中先对烟气中的VOCs进行预氧化。紫外灯管辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化VOCs，最终分解产物是无害的CO2和H2O。光化学雾化床反应器上部回落的溶液再次进入加料塔循环使用，消耗的试剂由试剂添加口a补充。

[0048] 实施例1.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，3
液气比为1.0L/m，过硫酸铵浓度为0.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有
2
效辐射强度为40μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为
66.2％。

[0049] 实施例2.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，液3
气比为1.0L/m，双氧水浓度为0.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射
2
强度为40μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为70.3％。

[0050] 实施例3.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，3
液气比为1.0L/m，过硫酸铵浓度为1.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有
2
效辐射强度为40μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为
74.7％。

[0051] 实施例4.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，3
液气比为1.0L/m，过硫酸铵浓度为1.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有
2
效辐射强度为40μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为
71.9％。

[0052] 实施例5.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，3
液气比为1.5L/m，过硫酸铵浓度为1.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有
2
效辐射强度为40μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为
88.9％。

[0053] 实施例6.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，3
液气比为1.5L/m，过硫酸铵浓度为1.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有
2
效辐射强度为40μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为
93.1％。

[0054] 实施例7.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，3
液气比为2.0L/m，过硫酸铵浓度为2.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有
2
效辐射强度为40μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为
95.7％。

[0055] 实施例8.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，3
液气比为2.0L/m，过硫酸铵浓度为2.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有
2
效辐射强度为40μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为
98.6％。

[0056] 实施例9.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，3
液气比为2.0L/m，过硫酸铵浓度为2.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有
2
效辐射强度为81μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为
100％。

[0057] 实施例9.烟气中甲苯含量为400mg/m3，光化学雾化床的烟气入口温度为55℃，液3
气比为2.0L/m，双氧水浓度为2.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射
2
强度为81μW/cm，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中甲苯脱除效率为100％。

[0058] 经过以上实施例的综合对比可知，实施例9和10具有最佳的VOCs脱除效果，可作为最佳实施例参照使用。

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