一种光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的方法及装置，该方法是采用紫外光辐射分解次氯酸产生氯原子和羟基作为VOCs的氧化剂，在光解吸附床中氧化脱除烟气中的VOCs。该系统具有极强的氧化性，能够实现100％的VOCs脱除率，且脱除过程无二次污染，具有广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃烧烟气污染物控制领域，具体涉及一种光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的方法及装置。
技术介绍
VOCs是挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)的英文缩写。大量研究表明，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(例如会引发各种血液病和癌症)。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。在过去的几十年中，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。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
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的
方法及装置。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的装置，其特征在于：设有一个光解吸附床，所述光解吸附床为一个密闭的反应器，所述反应器内具有用于盛装水的产物分离槽，所述分离槽下部设有产物回收口，所述反应器壁上设有烟气入口﹑烟气出口﹑氯气入口﹑补液口，所述氯气入口延伸至反应器内、并与能够位于液面以下的曝气管连通，所述反应器内还设置有装于侧壁上吸附分离柱、装于反应器顶板上的紫外灯，紫外灯外部套有石英套管，所述吸附分离柱的表面设有活性碳纤维，吸附分离柱与传动轴连接、且与反应器侧壁转动副连接，所述吸附分离柱的下半部分能够浸泡在液面以下。进一步地，还包括超声清洗装置，所述超声清洗装置是位于液面以下、且位于吸附分离柱下部的超声发射器。进一步地，其特征在于：所述烟气出口与氯气分离塔连接，所述氯气分离塔与烟囱出口和氯气入口连通。进一步地，所述吸附分离柱的母线与反应器顶板接触，两端面与反应器侧壁接触。进一步地，所述吸附分离柱的数量为1-6个，紫外灯的数量也为多个，且吸附分离柱(10)与紫外灯间隔设置。进一步地，吸附分离柱与紫外灯之间的纵向间距A位于15cm-25cm之间；紫外灯与紫外灯之间的最佳横向间距D位于10cm-30cm之间；烟气入口间距C在15cm-40cm之间；氯气曝气管鼓出的气泡平均直径不大于100微米；吸附分离柱母线进入溶液的深度B位于5cm-10cm；紫外灯及石英套管插入液面以下10cm以上；超声发射器与吸附分离柱最底处的端面保持垂直距离2cm-5cm厘米；吸附分离柱的直径是30cm-90cm。一种光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)氯气由氯气入口通过氯气曝气管喷入水中形成次氯酸溶液，吸附分离柱上的活性碳纤维通过旋转浸入次氯酸溶液后会在表面上附有次氯酸；在紫外光辐射下，吸附分离柱的活性碳纤维表面的次氯酸分解产生高活性氯原子和羟基；(2)含VOCs烟气从烟气入口进入光辐射吸附洗涤床中并与吸附分离柱上的活性碳纤维接触，烟气中的汞VOCs在吸附分离柱上的活性碳纤维表面与羟基发生氧化反应，生成有机碳渣和CO2，有机碳渣被固定在活性碳纤维表面，CO2伴随烟气排入大气；(3)当吸附分离柱继续旋转并再次浸入溶液后，吸附在活性碳纤维表面的有机碳渣脱落后进入溶液，从而完成持续不断的脱除VOCs和洗涤过程，有机碳渣进入底部的产物分离槽
后，会因自身重力原因下沉分离，被回收利用。进一步地，所述步骤(3)中汞氧化产物脱落是采用超声波振荡方式，所述步骤(1)中还包括采用氯气分离塔回收氯气的过程，回收的氯气再次通过氯气入口进入曝气管。进一步地，所述步骤中吸附分离柱呈逆时针方向旋转，并且吸附分离柱的旋转切线速度方向与烟气流动方向相反。进一步地，吸附分离柱的转速r位于5转/分钟-30转/分钟之间；烟气入口温度不高于200℃，溶液与烟气的液气比为1L/m3-25m3L/m3；氯气的投加量为0.3L(氯气体积)/m3(溶液体积)-5.0L(氯气体积)/m3(溶液体积)之间，溶液的pH不高于5.5；溶液温度一般不高于65℃；紫外光有效辐射强度为30μW/cm2-200μW/cm2；紫外光的有效波长应当保持在180nm-366nm。本专利技术所述的光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的方法，是采用紫外光辐射分解次氯酸产生氯原子和羟基作为VOCs的氧化剂，在光解吸附床中氧化脱除烟气中的VOCs。来自工业装置含VOCs烟气从烟气入口进入光解吸附床中并与吸附分离柱上的活性碳纤维接触。氯气由氯气入口通过氯气曝气管喷入水中形成次氯酸溶液。吸附分离柱上的活性碳纤维通过旋转浸入溶液后会在表面上附有次氯酸。在紫外光辐射下，吸附分离柱上的活性碳纤维表面会因次氯酸分解而产生高活性氯原子和羟基。烟气中的VOCs会在吸附分离柱上的活性碳纤维表面与羟基发生氧化反应，并且被固定在活性碳纤维表面。当吸附分离柱继续旋转并再次浸入溶液后，吸附在上面的VOCs氧化产物会因为超声波振荡脱落后进入溶液，从而完成持续不断的脱除VOCs过程。VOCs的氧化产物主要是CO2和有机碳残渣沉淀，有机碳残渣沉淀进入底部的产物分离槽后会因自身重力原因下沉分离，从而被回收利用，CO2则伴随烟气排入大气。烟气中残留的氯气会被尾部的氯气分离塔吸收分离并循环再利用。该系统具有极强的氧化性，能够实现100％的VOCs脱除率，且脱除过程无二次污染，具有设备简单、初投资小、脱VOCs效率高、整个脱除过程无二次污染等诸多优点，具有广阔的开发和应用前景。附图说明图1为光辐射氯原子和羟基的电子自旋共振光谱图。图2是本专利技术中光解吸附床的主视图及结构示意图。图3是本专利技术中光解吸附床的左视图及结构示意图。图4是本专利技术中光解吸附床的灯管布置结构示意图。图中：1-烟气入口，2-氯气入口，3-烟气出口，4-曝气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的装置，其特征在于：设有一个光解吸附床，所述光解吸附床为一个密闭的反应器(11)，所述反应器(11)内具有用于盛装水的产物分离槽(8)，所述分离槽下部设有产物回收口(6)，所述反应器(11)壁上设有烟气入口(1)﹑烟气出口(3)﹑氯气入口(2)﹑补液口(7)，所述氯气入口(2)延伸至反应器(11)内、并与能够位于液面以下的曝气管(4)连通，所述反应器(11)内还设置有装于侧壁上的吸附分离柱(10)、装于反应器顶板(14)上的紫外灯(5)，紫外灯(5)外部套有石英套管，所述吸附分离柱(10)的表面设有活性碳纤维，吸附分离柱(10)与传动轴(16)连接、且与反应器侧壁(15)转动副连接，所述吸附分离柱(10)的下半部分浸泡在液面以下。

【技术特征摘要】
1.一种光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的装置，其特征在于：设有一个光解吸附床，所述光解吸附床为一个密闭的反应器(11)，所述反应器(11)内具有用于盛装水的产物分离槽(8)，所述分离槽下部设有产物回收口(6)，所述反应器(11)壁上设有烟气入口(1)﹑烟气出口(3)﹑氯气入口(2)﹑补液口(7)，所述氯气入口(2)延伸至反应器(11)内、并与能够位于液面以下的曝气管(4)连通，所述反应器(11)内还设置有装于侧壁上的吸附分离柱(10)、装于反应器顶板(14)上的紫外灯(5)，紫外灯(5)外部套有石英套管，所述吸附分离柱(10)的表面设有活性碳纤维，吸附分离柱(10)与传动轴(16)连接、且与反应器侧壁(15)转动副连接，所述吸附分离柱(10)的下半部分浸泡在液面以下。2.根据权利要求1所述的光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的装置，其特征在于：还包括超声清洗装置(12)，所述超声清洗装置(12)是位于液面以下、且位于吸附分离柱(10)下部的超声发射器(13)。3.根据权利要求1所述的光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的装置，其特征在于：所述烟气出口(3)与氯气分离塔(9)连接，所述氯气分离塔(9)与烟囱出口和氯气入口(2)连通。4.根据权利要求1所述的光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的装置，其特征在于：所述吸附分离柱(10)的母线与反应器顶板(14)接触，两端面与反应器侧壁(15)接触。5.根据权利要求1所述的光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的装置，其特征在于：所述吸附分离柱(10)的数量为1-6个，紫外灯(5)的数量也为多个，且吸附分离柱(10)与紫外灯(5)间隔设置。6.根据权利要求1所述的光辐射氯原子和羟基脱除废气中VOCs的装置，其特征在于：吸附分离柱(10)与紫外灯(5)之间的纵向间距A位于15cm-25cm之间；紫外灯(5)与紫外灯(5)之间的最佳横向间距D位于10cm-30cm之间；烟气入口(1)间距C在15cm-40cm之间；氯气曝气管(4)鼓出的气泡平均直径不大于100微米；吸附分离柱(10)母线进入溶液的深度B位于5cm-10cm；紫外灯(5)及石英套管插入液面以下10cm以上；超声发射器(...

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