一种臭氧联合光激发过氧化物的VOCs净化系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种臭氧联合光激发过氧化物的VOCs净化系统及方法，属于大气污染物控制领域。所述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、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、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。

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧联合光激发过氧化物的VOCs净化系统及方法
本专利技术涉及一种臭氧联合光激发过氧化物的挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds，VOCs）净化系统及方法，属于大气污染物控制领域。
技术介绍
VOCs是挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds）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。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，如专利（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。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。专利（ZL201410247572.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。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。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。
技术实现思路
本专利技术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。为实现以上目的，本专利技术采用的实施方案如下：本专利技术提供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，所述系统包括除尘器、冷却器、臭氧发生器、光化学雾化床反应器、气体分布喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、总烟道、除雾器以及产物后处理系统；所述烟气入口b与除尘器连接；所述除尘器出口连接冷却器；冷却器与气体分布喷嘴连接；所述气体分布喷嘴通过烟道连接入光化学雾化床反应器内；所述冷却器与气体分布喷嘴之间的烟气入口e连通臭氧发生器；所述加料塔与颗粒物过滤装置相连接，经过循环泵通过喷淋管道接入光化学雾化床反应器；其中所述光化学雾化床反应器内设置有紫外灯管、雾化喷嘴和分烟道；所述紫外灯管环状均匀分布在灯管布置线上，所述灯管布置线为多圈，围绕光化学雾化床反应器中轴线呈同心环状布置，每相邻两圈之间等距；所述雾化喷嘴位于紫外灯管之间，且与分烟道位于同一直线上，该直线与光化学雾化床反应器中轴线垂直，所述雾化喷嘴在垂直方向等间距布置，根据光化学雾化床反应器高度设置多级雾化喷嘴。所述光化学雾化床反应器分有两个出口，一个烟气出口c位于光化学雾化床反应器上端，是总烟道，总烟道内设置有除雾器；另一个产物出口d位于光化学雾化床反应器下端，连接产物后处理系统。所述产物后处理系统包括溶液循环泵、中和塔和蒸发结晶塔，所述产物出口d通过溶液循环泵接入中和塔，中和塔与蒸发结晶塔相连；所述中和塔上端设置有入口e；所述蒸发结晶塔设置有一个进口f和2个出口g和h，进口f和出口g位于蒸发结晶塔上端，出口h位于蒸发结晶塔下端。所述光化学雾化床反应器的横截面为圆形（见图4），纵截面为矩形（见图5），横截面直径A或纵截面边长可根据空塔气速和总烟气流量来计算。紫外灯管之间设有雾化喷嘴（具体布置见图2，图4和图5），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（见图2中的E）。雾化喷嘴喷出的液滴雾化粒径如果太大则会导致气液接触面积太小，污染物脱除效率下降，故雾化喷嘴喷出的雾化溶液粒径通常不大于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（见图2）。采用电子自旋共振技术检测后发现，紫外光有效辐射强度设置的太低将无法生成足够浓度的自由基氧化脱除污染物，但紫外光辐射强度太高将会导致系统的能耗大幅度提高，降低系统的经济性。因此，紫外光有效辐射强度为10µW/cm2-300µW/cm2。紫外线有效波长如果选择太短，则紫外光在反应器内的传播距离太短，单位功率下的污染物处理量大大降低，无法满足基本的处理要求，但紫外光波长如果选择的太长，紫外光子的能量将明显降低，低能量的紫外光子无法破坏过氧化物的分子键，从而无法产生足够浓度的自由基氧化脱除污染物。经过综合的检测分析后发现，紫外线有效波长为150nm-365nm。其中所述光化学雾化床反应器最佳空塔气速是0.3m/s-6.0m/s；其中所述光化学雾化床反应器最佳高度为2m-6m；光化学雾化床反应器的横截面为圆形（见图4），纵截面为矩形（见图5），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。由于光化学雾化床反应器的空塔气速太高，污染物的停留时间太短，无法充分反应，脱除效率低，但如果空塔气速太低，则反应器体积庞大，投资和运行成本太高。根据专利技术人的计算和测试表明，光化学雾化床反应器最佳空塔气速是0.3m/s-6.0m/s。光化学雾化床反应器的高度太低，污染物的停留时间短，同样无法充分反应，降低污染物的脱除效率低，但如果高度太本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，所述系统包括除尘器（1）、冷却器（2）、臭氧发生器（16）、光化学雾化床反应器（15）、气体分布喷嘴（3）、循环泵（6）、颗粒物过滤装置（7）、加料塔（8）、喷淋管道（9）、总烟道（11）、除雾器（12）以及产物后处理系统；所述烟气入口（b）与除尘器（1）连接；所述除尘器（1）出口连接冷却器（2）；冷却器（2）与气体分布喷嘴（3）连接；所述气体分布喷嘴（3）通过烟道（16）连接入光化学雾化床反应器（14）内；所述冷却器（2）与气体分布喷嘴（3）之间的烟气入口（e）连通臭氧发生器（15）；所述加料塔（8）与颗粒物过滤装置（7）相连接，经过循环泵（6）通过喷淋管道（9）接入光化学雾化床反应器（14）；其中所述光化学雾化床反应器（14）内设置有紫外灯管（4）、雾化喷嘴（5）和分烟道（10）；所述光化学雾化床反应器(14)分有两个出口，一个烟气出口（c）位于光化学雾化床反应器（14）上端，是总烟道（11），总烟道（11）内设置有除雾器（12）；另一个产物出口（d）位于光化学雾化床反应器（14）下端，连接产物后处理系统。

【技术特征摘要】
1.一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其特征在于，所述方法基于净化系统完成，按照以下步骤进行：（1）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（3）布风后进入光化学雾化床反应器（14）；（2）来自加料塔（8）的过氧化物溶液由循环泵（6）抽吸，并由雾化喷嘴（5）雾化后喷入光化学雾化床反应器（14）；（3）臭氧发生器（15）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（4）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；（4）光化学雾化床反应器（14）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；所述光化学雾化床反应器（14）的最佳烟气入口温度为20-75℃；光化学雾化床反应器（14）的有效液气比为0.4-5.0L/m3；过氧化物溶液的最佳浓度为0.1mol/L-2.5mol/L；过氧化物溶液的有效pH为1.0-7.5；过氧化物溶液的最佳溶液温度20-75℃；所述烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m3；所述系统包括除尘器（1）、冷却器（2）、臭氧发生器（15）、光化学雾化床反应器（14）、气体分布喷嘴（3）、循环泵（6）、颗粒物过滤装置（7）、加料塔（8）、喷淋管道（9）、总烟道（11）、除雾器（12）以及产物后处理系统；所述烟气入口（b）与除尘器（1）连接；所述除尘器（1）出口连接冷却器（2）；冷却器（2）与气体分布喷嘴（3）连接；所述气体分布喷嘴（3）通过烟道（16）连接入光化学雾化床反应器（14）内；所述冷却器（2）与气体分布喷嘴（3）之间的烟气入口（e）连通臭氧发生器（15）；所述加料塔（8）与颗粒物过滤装置（7）相连接，经过循环泵（6）通过喷淋管道（9）接入光化学雾化床反应器（14）；其中所述光化学雾化床反应器（14）内设置有紫外灯管（4）、雾化喷嘴（5）和分烟道（10）；所述光化学雾化床反应器(14)分有两个出口，一个烟气出口（c）位于光化学雾化床反应器（14）上端，是总烟道（11），总烟道（11）内设置有除雾器（12）；另一个产物出口（d）位于光化学雾化床反应器（14）下端，连接产物后处理系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨先，王燕，唐爱坤，赵亮，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32