一种循环流化床光催化净化烟气的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种循环流化床光催化净化烟气的系统，采用循环流化床作为烟气净化反应器，以自发光光触媒颗粒作为烟气净化媒介，包括循环流化床反应器、旋风分离器、光催化再生器、光能补充装置、给料装置和气力输送装置，可实现氮氧化物、二氧化硫和可挥发性有机物的光催化净化，自发光光触媒颗粒在循环过程中实现光催化功能的再生与光能补充。其特点是光触媒颗粒由具有上转换功能的长余辉发光材料和光催化剂组成，同时有光源发射与光催化功能；自发光光触媒颗粒可在物料循环过程中实现光催化功能的再生与光源的补充。本实用新型专利技术具有烟气净化效率高、多种污染物协同脱除、无二次污染物产生等优点，可用于锅炉烟气与工业过程废气的净化过程。

【技术实现步骤摘要】
一种循环流化床光催化净化烟气的系统
本技术涉及循环流化床光催化净化烟气的系统，属于气体污染治理

技术介绍
工业过程产生烟气含有多种有毒有害物质，包括NOx、SO2、VOCs，引起的环境污染，是当前世界发展面临的主要问题，发展废气净化处理技术对控制污染物排放水平，改善空气环境具有重要意义。光催化反应具有室温条件反应、深度矿化净化等独特优势，是一种理想的废气净化处理技术。以二氧化钛为代表的半导体光催化材料，具有催化活性高、相对廉价、无毒性、化学性质稳定且易于处理的光催化剂材料，在污染物净化方面应用广泛。然而，二氧化钛能带间隙约为3.2eV，只有在接收到波长小于387nm的光线照射(主要是紫外光)后才会被激发形成电子空穴对，起到光催化氧化污染物的作用。由于太阳光中紫外光份额较低，光源利用效率低，而紫外光发生费用过高，因此限制了光催化技术在工业烟气净化处理方面的推广应用。虽然很多研究人员在进行宽谱带响应的光催化剂的开发，例如采用离子掺杂、表面修饰等方法使TiO2的光谱响应范围向近红外区域拓展，但是同时会降低光催化剂的禁带宽度，减少活性位点，降低光催化性能。另一方面，当前光催化反应器主要针对较小流量的污染气体处理，例如室内空气净化、道路汽车尾气净化等，缺乏针对工业过程产生的较大流量的光催化反应器。部分研究人员提出了在流化床反应器设置光源的形式，在颗粒态光催化剂流态化运动的过程中接收光源实现光催化反应。对于处理含有水蒸气与粉尘的较大流量工业废气时，这种流态化光催化反应器存在光源传输距离短、有效利用率低、需要经常拆卸清洗光源等问题。具有上转换功能的长余辉发光材料可以作为光能传输与转换的载体，在一定条件下可实现由长波光能向短波光能的转变，为光催化反应提供光源，可以间接拓展光催化材料的光谱响应范围。虽然有部分研究人员关注于上转换发光材料改性光催化剂方面的研究，然而对于如果使用该类型的光催化剂处理较大流量的工业废气仍然关注较少，缺乏合理的、可连续运行的光催化反应器。另外，循环流化床是煤炭高效清洁燃烧与烟气处理中应用广泛的一种反应器，可以结合循环流态化技术与上转换发光材料的吸收与转换光能的功能实现连续光催化反应，以及光能的输入与失活催化剂再生。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种循环流化床光催化反应系统，采用具有上转换功能的长余辉发光材料和光催化剂复合的自发光光触媒颗粒实现光能吸收与转换功能，为自身光催化剂提供反应所需光源，以循环流化床的方式解决光催化处理工业废气过程中光催化反应、光源输入与光催化剂再生问题，形成针对处理较大流量废气的光催化反应系统。本技术是通过以下技术方案来实现的：一种循环流化床光催化净化烟气的系统，包括循环流化床反应器、旋风分离器、光催化再生器、光能补充装置、给料装置和气力输送装置；旋风分离器与循环流化床反应器上部出口连接，旋风分离器固体物料出口分别与循环流化床反应器下部和光催化再生器入口连接；光催化再生器出口通过气力输送装置与光能补充装置和给料装置依次相连；所述给料装置连接在所述循环流化床反应器中部以下；光能补充装置内设有内置光源。上述技术方案中，光催化再生器入口设置调节阀。上述技术方案中，光催化再生器设置排气口。上述技术方案中，循环流化床反应器底部设有射流布风装置，射流布风装置设有烟气入口。一种循环流化床光催化净化烟气的方法，包括：使自发光光触媒颗粒通过气力输送装置进入光能补充装置，在光能补充装置内通过内置光源的照射并吸收其发出的可见光或者近红外光，获得光能补充；补充了光能的自发光光触媒颗粒通过给料装置进入循环流化床反应器；使含有气体污染物的烟气进入循环流化床反应器，与通过给料装置给入的自发光光触媒颗粒呈流态化混合；气体污染物包括SO2、NOx和VOCs；自发光光触媒颗粒释放出光能，使烟气中携带的气体污染物在自发光光触媒颗粒表面发生光催化反应，实现气体污染物的光催化氧化，同时生成反应副产物，反应副产物包括硫酸和/或硫酸盐、硝酸和/或硝酸盐、二氧化碳和水；反应副产物中的硫酸和/或硫酸盐、硝酸和/或硝酸盐附着在自发光光触媒颗粒表面，使其活性降低成为乏自发光光触媒颗粒；使释放过光能且活性降低的乏自发光光触媒颗粒随反应后的烟气从循环流化床反应器顶部进入旋风分离器进行气固分离，分离后的净化烟气排出；分离后的乏自发光光触媒颗粒从旋风分离器固体物料出口分别进入循环流化床反应器下部和光催化再生装置；进入光催化再生装置的乏自发光光触媒颗粒通过再生法，脱除其表面附着的反应副产物后再生成为自发光光触媒颗粒；使再生后的自发光光触媒颗粒通过气力输送装置进入光能补充装置，在光能补充装置内通过内置光源的照射并吸收其发出的可见光或者近红外光，获得光能补充；补充了光能的自发光光触媒颗粒通过给料装置进入循环流化床反应器，继续参与含有气体污染物的烟气的净化过程。上述技术方案中，所述自发光光触媒颗粒由具有上转换功能的长余辉发光材料与光催化剂通过水热法、溶胶-凝胶法或共沉淀-胶溶法制备而成，且所述光催化剂含量为2％～10％。上述技术方案中，所述长余辉发光材料选用掺杂稀土元素的铝酸盐系或硅酸盐系余辉材料的任一种或多种混合物，包括Er3+:Y3Al5O12、CaF:1％Yb3+、NaYF4:Er,Yb；所述光催化剂包括二氧化钛、氮化碳，或ABO3型或ABO4型复合光催化剂。上述技术方案中，自发光光触媒颗粒粒径范围为0.1～2mm，为棒状或球状颗粒。上述技术方案中，所述光催化再生装置内乏自发光光触媒颗粒的再生法包括热再生法、碱洗再生法。本技术具有以下优点及有益效果：①可以实现SO2、NOx、VOCs的同时净化脱除，避免二次污染物产生；②烟气净化过程可以在常温条件下进行，能够充分利用烟气余热后在进行光催化反应；③结合上转换发光材料与光催化剂制备自发光光触媒颗粒，解决光催化反应过程中光源输入的问题；④自发光光触媒再生过程容易实现反应产物的富集，便于反应副产物的资源化利用。附图说明图1为本技术所涉及循环流化床光催化净化烟气系统示意图。图中：1–循环流化床反应器；2–旋风分离器；3–光催化再生器；4–光能补充装置；5–烟气入口；6–烟气出口；7–射流布风装置；8–给料装置；9–回料口；10–调节阀；11–内置光源；12–气力输送装置；13–循环流化床反应器出口；14–排气口。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。如图1所示，一种循环流化床光催化净化烟气的系统，包括循环流化床反应器1、旋风分离器2、光催化再生器3、光能补充装置4。循环流化床反应器1底部设置有射流布风装置7，射流布风装置7设有烟气入口5，用于通入待净化烟气。循环流化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种循环流化床光催化净化烟气的系统，其特征在于：所述系统包括循环流化床反应器(1)、旋风分离器(2)、光催化再生器(3)、光能补充装置(4)、给料装置(8)和气力输送装置(12)；所述旋风分离器(2)与所述循环流化床反应器(1)上部连通，所述旋风分离器(2)固体物料出口分别与所述循环流化床反应器(1)下部和所述光催化再生器(3)入口连接；所述光催化再生器(3)通过气力输送装置(12)与光能补充装置(4)和给料装置(8)依次相连；所述给料装置(8)连接在所述循环流化床反应器(1)中部以下；所述光能补充装置(4)内设有内置光源(11)。/n

【技术特征摘要】
1.一种循环流化床光催化净化烟气的系统，其特征在于：所述系统包括循环流化床反应器(1)、旋风分离器(2)、光催化再生器(3)、光能补充装置(4)、给料装置(8)和气力输送装置(12)；所述旋风分离器(2)与所述循环流化床反应器(1)上部连通，所述旋风分离器(2)固体物料出口分别与所述循环流化床反应器(1)下部和所述光催化再生器(3)入口连接；所述光催化再生器(3)通过气力输送装置(12)与光能补充装置(4)和给料装置(8)依次相连；所述给料装置(8)连接在所述循环流化床反应器(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阵，由长福，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11