一种热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置，包括净化通道，所述净化通道的两端分别设有废气进口和废气出口，还包括：电热管，安装在净化通道内且沿净化通道长度方向延伸，所述电热管的表面负载有催化剂；螺旋电晕线，安装在净化通道内，围绕在电热管外周且沿电热管长度方向螺旋延伸；高压高频电源，加载在螺旋电晕线上使其电晕放电在净化通道内产生高能电子与离子等离子体；本发明专利技术的装置和方法充分结合高压电晕放电降解VOCs的普适性以及催化剂和高温热力降解VOCs的效率高等优点，实现在较低电热管表面温度下降解VOCs，达到高效节能、避免二次污染物产生的目的，投资与处理成本低，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置与方法
本专利技术涉及废气处理
，特别涉及一种热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置与方法。
技术介绍
涂装行业的喷漆有机废气主要包括脂肪族和芳香族的各种烷烃、烯烃、含氧烃和卤代烃等，如苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等。这些VOCs一般具有较强的刺激性和毒性，部分具有致畸、致癌、致突变作用，对人体健康具有重大影响。此外，VOCs作为大气关键污染物O3和PM2.5的重要前体物，易造成臭氧污染和细粒子污染，严重影响环境空气质量。2010年5月发布的《环境保护部门关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》(国办发[2010]33号)首次从国家层面提出了开展VOCs污染防治。故VOCs的减排与治理对于建设“生态文明”和“美丽中国”具有重要意义。VOCs排放来源非常广泛，其中，工业源排放的VOCs对人体健康与生态环境的影响最为显著。据行业内的推算，2011年全国总的工业VOCs排放量应该在2000万t以上，达到甚至超过了全国NOx的排放水平，而且随着国民经济的发展呈现出不断增长的趋势。作为工业源之一的涂装行业，其产生的喷漆废气VOCs不容忽视。喷漆废气的主要VOCs组分为甲苯、二甲苯、乙苯等芳香烃类物质，三者之和占总VOCs的质量分数为79％～99％。针对VOCs的性质以及浓度分布的不同，目前广泛应用于VOCs治理的措施基本分为两大类：一类是以改进工艺技术、更换设备、防止泄漏乃至杜绝VOCs排放为主的预防性措施；另一类是以末端治理为主的控制性技术。其中末端处理技术又具体分为两种：一种是通过物理方法回收VOCs，即回收法；另一种是通过生化方法将VOCs氧化分解为无毒或是低毒产物的破坏性方法，即消除法。回收法主要有吸附法、冷凝法、吸收法及膜分离法。吸附法是利用某些具有吸附能力吸附质诸如活性炭、分子筛等吸附有机污染物而达到污染控制的目的。该方法去除率高，无二次污染，净化效率高，操作方便，且能实现自动控制；不足之处是由于吸附容量受限，不适于处理高浓度有机气体，当废气中有胶粒物质或其它杂质时，吸附剂易失效，同时吸附剂需要再生。冷凝法的原理是利用气态污染物不同的蒸气压，通过调节温度和压力使目标污染物过饱和而发生凝结作用，从而实现净化和回收。该法需要较高的压力和较低的温度才能保证较高的回收效率，因此，运行费用高，适用于高沸点和高浓度VOCs的回收。吸收法是以液体溶剂作为吸收剂，使废气中的有害成分被液体吸收，从而达到净化的目的。吸收法治理气态污染物技术成熟，设计及操作经验丰富，适用性强，而且能将污染物转化为有用的产品；不足在于吸收剂后处理投资大，对有机成分选择性大，易出现二次污染。膜分离法的原理是利用VOCs废气各组分在压力推动下通过选择性膜的不同速率，使目标污染物得到分离。膜分离法的优点是对不同挥发性有机物的普适性好，几乎适用于各种VOCs，故吸附法、冷凝法等难处理的低沸点VOCs都可用膜分离法处理，并且回收效率高(可达90％)无二次污染等；缺点是对设备的要求高，一些分离膜等材料非常昂贵，成本较高。消除法主要包含燃烧法、生物法、光催化法、低温等离子体法。燃烧法是利用VOCs容易燃烧这一性质，VOCs经过充分燃烧后，最终产物为二氧化碳和水，从而达到污染物消除的目的。光催化法能将VOCs较为彻底脱除，副产物少，但存在着催化剂易失活、催化剂难以固定或催化剂固定后活性低的缺点。低温等离子体法又称非平衡等离子体法，是在外加电场的作用下，通过介质放电产生大量的高能粒子，高能粒子与有机污染物分子发生一系列复杂的等离子体物理—化学反应，从而将有机污染物降解为无毒无害物质。低温等离子体法具有工艺简单、适用性强、易于操作、能耗低等优点，但其存在脱除效率和能量利用率不高的缺点。综上所述，使用单一的VOCs控制技术难以达到高效率与低成本运行。为此，开发新型高效的喷漆废气VOCs协同控制方法已成为当下的研究热点与难点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置，在电晕放电的基础上，采用电热管作为热电极并负载催化剂，使电晕放电、催化、热解联合降解喷漆有机废气，降解效果好、效率高。一种热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置，包括净化通道，所述净化通道的两端分别设有废气进口和废气出口，还包括：电热管，安装在净化通道内且沿净化通道长度方向延伸，所述电热管的表面负载有催化剂；螺旋电晕放电线，安装在净化通道内，围绕在电热管外周且沿其长度方向螺旋延伸；高压高频电源，加载在螺旋电晕放电线上使其电晕放电在净化通道内产生高能电子与离子等离子体，以及高压静电场。本专利技术是在电晕放电的基础上，采用电热管作为热电极并负载催化剂，常见的，为了方便加热，所述电热管采用电热管电极。本专利技术使电晕放电、催化、热解联合降解喷漆有机废气，以下简称VOCs(喷漆有机废气)，本装置降解机理主要涉及三方面。一是高压电源加载在螺旋电晕放电线上电晕放电产生的低温等离子体中的高能电子降解VOCs；一方面，高能电子直接与VOCs发生碰撞，使其激发、离解、电离，最终生成无害的CO2和H2O；另一方面，背景气体(随废气一起进入的空气)中的O2、N2、H2O等分子可被高能电子激励，从而产生诸如O、OH、O3等具有强氧化能力的自由基或活性粒子，它们破坏VOCs分子中的各种化学键，最终生成无害的CO2和H2O。二是负载在电热管表面的催化剂因其对VOCs的高效催化活性，可使降解VOCs的反应温度大幅降低，降低降解过程能耗；在直接催化降解VOCs的同时，又可使电晕放电产生的中间产物进一步降解为CO2和H2O，显著提高了VOCs的降解效率。三是电场聚焦热力裂解作用，由于高压电场的电力聚焦作用结合使用电热管，不仅为催化剂提供一定的温度，以提高催化剂的活性，而且电热管为整个反应器提供高热能，为反应器注入更多的能量，使通过电场聚焦至电热管表面的VOCs分子进一步被高温热力降解，从而提高VOCs的降解效率。本专利技术装置采用负载复合催化剂的电热管，利用热电晕放电与催化协同降解喷漆废气VOCs，它充分利用高压电晕放电降解VOCs的普适性、催化剂和高温热力降解VOCs的效率高等优点，从而实现高效节能、避免二次污染物产生的目的，其投资与处理成本低，操作简单方便，具有广阔的应用前景。为了增加催化剂的附着面积，优选的，所述电热管采用翅片式电热管，包括沿净化通道长度方向延伸的主体圆管以及固定在该主体圆管表面的环形翅片。采用翅片式电热管可大幅度地增加电热管的表面积，有利于更多负载催化剂和增加热催化传递反应面积，提高催化热解反应速度，达到提高降解效果。进一步优选的，所述环形翅片垂直主体圆管中心轴，所述环形翅片的外径比内径大5～10mm，所述环形翅片的厚度1～2mm，所述环形翅片沿所述主体圆管的轴线方向每隔4～5mm布置一片。优选的，所述螺旋电晕放电线的截面为星型或三角型。采用星型或三角型的螺旋电晕放电线，可增加其单位长度的放电电流密度，从而提高放电等离子体的产生强度，将产生更多的等离子体活性物质，有利于提高降解效果。为了提高催化效果，优选的，所述催化剂采用复合金属氧化物。进一步优选的，所述催化剂采用对苯系物具有较大活性的Ti-Cu-Mn系列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置，包括净化通道，所述净化通道的两端分别设有废气进口和废气出口，其特征在于，还包括：电热管，安装在净化通道内且沿净化通道长度方向延伸，所述电热管的表面负载有催化剂；螺旋电晕放电线，安装在净化通道内，围绕在电热管外周且沿其长度方向螺旋延伸；高压高频电源，加载在螺旋电晕线上使其电晕放电在净化通道内产生高能电子与离子等离子体，以及高压静电场。

【技术特征摘要】
1.一种热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置，包括净化通道，所述净化通道的两端分别设有废气进口和废气出口，其特征在于，还包括：电热管，安装在净化通道内且沿净化通道长度方向延伸，所述电热管的表面负载有催化剂；螺旋电晕放电线，安装在净化通道内，围绕在电热管外周且沿其长度方向螺旋延伸；高压高频电源，加载在螺旋电晕放电线上使其电晕放电在净化通道内产生高能电子与离子等离子体，以及高压静电场；所述电热管采用翅片式电热管，包括沿净化通道长度方向延伸的主体圆管以及固定在该主体圆管表面的环形翅片；所述环形翅片垂直主体圆管中心轴，所述环形翅片的外径比内径大5～10mm，所述环形翅片的厚度为1～2mm，所述环形翅片沿所述主体圆管的轴线方向每隔4～5mm布置一片，催化剂的活性组分固定在主体圆管的表面与环形翅片表面；所述螺旋电晕放电线的截面为星型或三角型；所述催化剂采用复合金属氧化物；所述催化剂采用对苯系物具有较大活性的Ti-Cu-Mn系列催化剂，Ti-Cu-Mn的摩尔比为1:1:1～2:2:1。2.如权利要求1所述的热电晕放电聚焦催化降解喷漆有机废气的装置，其特征在于，所述净化通道为一圆筒的内腔，所述圆筒包括筒体以及密封筒体的两端盖，所述电热管的两端固定在对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：李济吾，周武，张菊茹，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33