一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统技术方案

本发明专利技术属于废气净化领域，具体涉及一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统；来自排放源的含VOCs废气经除尘冷却后，采用臭氧在烟道中预先氧化一部分VOCs，微波活化可磁性分离催化剂在微波喷淋反应器中活化过氧化物产生羟基和硫酸根自由基，然后将余下的VOCs以及预氧化产生的中间体最终转化为包含可磁性分离催化剂﹑H2O﹑CO2和固体残渣的气液固混合物，气液固混合物进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收再生，混合溶液中的H2O和CO2在固体残渣分离塔中经过离心分离后直接排放，而固体残渣进入干燥塔干燥后用于可资源化利用，该系统能够实现VOCs的100%脱除，且脱除过程无二次污染，具有广阔的市场应用前景。

A VOCs removal method and system for free radicals induced by microwave activated peroxide spray

The invention belongs to the field of gas purification, particularly relates to a method and system for removing VOCs microwave activated peroxide free radicals induced by spray; from the source of emissions waste gas containing VOCs by the dust after cooling by ozone pre oxidation in the flue can be a part of VOCs, magnetic separation of the catalyst in the microwave activation in spraying reactor to produce hydroxyl peroxide and sulfuric acid the root of free radical intermediates and microwave activation, will the rest of the VOCs and the pre oxidation eventually transformed into gas-liquid contains magnetic separation catalyst, H2O, CO2 and the solid residue solid mixture, gas liquid solid mixture of magnetic separation recycling into the catalyst magnetic separation tower, in the mixed solution of H2O and CO2 in the solid residue separation tower after centrifugal separation is directly discharged, and the solid residue into the drying tower after drying can be used for resource utilization, the Department of It can realize the 100% removal of VOCs, and there is no two pollution in the removal process. It has a broad market application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统
本专利技术属于废气净化领域，具体涉及一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统。
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(例如会引发各种血液病和癌症)。垃圾焚烧和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，废气中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，废气中VOCs的脱除方法主要包括催化燃烧法﹑吸附法﹑冷凝回收法﹑直接燃烧法﹑等离子体降解法和吸收法等。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。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。等离子体降解法具有工艺简单﹑运行方便﹑污染物降解彻底等优点，但是等离子体反应器的高能耗和关键装置的稳定可靠性还有待提高。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。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
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法及系统。一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除系统，所述系统包括除尘器、冷却器、催化剂磁力分离塔、臭氧发生器、微波喷淋反应器、烟道和风机；其中，所述除尘器、冷却器、微波喷淋反应器和风机通过烟道依次串联，臭氧发生器位于冷却器与微波喷淋反应器中间，通过烟道连接；所述的微波喷淋反应器包括雾化喷嘴﹑微波发射器﹑微波喷淋反应区﹑鼓泡器﹑烟气入口﹑烟气出口﹑补充溶液入口﹑反应溶液出口﹑溶液储存区﹑溶液出口、循环泵﹑除雾器﹑溶液泵以及溶液/催化剂补充塔；所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴构成的喷淋层组成，所述雾化喷嘴与微波发射器依次间隔布置；所述溶液储存区位于微波喷淋反应器的底部，溶液储存区设置有鼓泡器和溶液出口，所述烟气入口与鼓泡器连通；所述溶液出口通过循环泵与雾化喷嘴连通；所述微波喷淋反应器的底部设有补充溶液入口，所述补充溶液入口与通过溶液泵与溶液/催化剂补充塔连通；所述微波喷淋反应器的顶部还设置有除雾器，所述除雾器的顶面上设置有烟气出口；所述反应溶液出口与催化剂磁力分离塔连接。所述系统还包括后处理系统，所述后处理系统包括固体残渣分离塔和干燥塔；所述固体残渣分离塔和干燥塔依次串联，所述固体残渣分离塔另一端与催化剂磁力分离塔连接。所述除尘器与冷却器之间的烟道上设置有烟气余热利用系统，利用烟气的余热为干燥塔提供热量。所述臭氧发生器与微波喷淋反应器的距离为0.3m-12m之间。所述微波喷淋反应器的横向截面为圆形或矩形，微波喷淋反应器的最佳高度H在0.2m-25m之间。当微波喷淋反应器横向截面为圆形时，所述雾化喷嘴与微波发射器采用依次相邻的同心圆布置；雾化喷嘴与微波发射器间隔交叉布置在中心线上，且相邻两条中心线之间的夹角n位于15度-40度之间；相邻两个雾化喷嘴之间的间距与相邻两个微波发射器之间的间距相同为f，f的最佳间距位于0.1m-2.5m之间；所述微波发射器位于同心圆最外层，微波发射器与微波喷淋反应器壁面的间距为0.5f。微波喷淋反应器横向截面为矩形时，所述雾化喷嘴与微波发射器依次间隔布置；所述微波反射器之间的间距为g，雾化喷嘴之间的间距的最佳间距为2g，g位于0.1m-2.5m之间；所述微波发射器与微波喷淋反应器壁面的间距为0.5g。本专利技术还提供一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除方法，所述方法基于上述系统完成，具体按照如下步骤进行：(1)来自排放源的含VOCs废气经除尘冷却后，利用臭氧在烟道中预先氧化一部分VOCs；然后进入微波喷淋反应器；(2)微波喷淋反应器中，来自微波发射器的微波激发来自雾化喷嘴的可磁性分离催化剂，活化来自雾化喷嘴的过氧化物溶液产生羟基和硫酸根自由基，然后将余下的VOCs以及预氧化产生的中间体最终转化为包含可磁性分离催化剂﹑H2O﹑CO2和固体残渣的气液固混合物；(3)气液固混合物进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收再生，混合溶液中的H2O和CO2在固体残渣分离塔中经过离心分离后直接排放，而固体残渣进入干燥塔干燥后用于可资源化利用。所述臭氧的最佳投加浓度在40ppm-2000ppm之间。所述微波喷淋反应器内的温度应控制在20-85℃。所述过氧化物溶液与烟气的有效液气比为2-25L/m3，过氧化物溶液的有效浓度为0.02mol/L-2.5mol/L之间，溶液的pH位于0.2-10.1之间。雾化喷嘴喷出的雾化液滴粒径不大于80微米，微波喷淋反应器内的微波辐射功率密度为50W/m3-2500W/m3(微波辐射功率密度是指微波喷淋反应器内微波的输出功率与反应器空塔体积的比值，单位为瓦/立方米)。所述可磁性分离催化剂的投加量按照微波喷淋反应器体积的每立方米投加0.2-9kg，烟气中VOCs的含量分别不高于3000mg/m3，其中所述的可磁性分离催化剂包括CoFe2O4﹑CuFe2O4﹑MnFe2O4中的一种或两种以上之间重新组合形成的复合催化剂。所述的过氧化物是双氧水﹑过硫酸铵﹑过一硫酸氢钾复合盐﹑过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或两种以上的混合。所述的VOCs(挥发性有机化合物)包括垃圾焚烧和工业生产中产生的各种有机物废气，包括各种被划分为VOCs的烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类中的一种或多种的混合物。本专利技术系统的反应过程基本原理：(1)在烟道中投加臭氧后会发生如下(1)的氧化反应，即废气中的部分VOCs会被氧化为有机中间体(Intermediates)：a·O3+bVOCs→cIntermediates(1)(2)微波(MW)激发可磁性分离催化剂(Catalyst)可有效催化分解过氧化物和臭氧产生高活性的硫酸根自由基和羟基自由基。烟道注入的臭氧与双氧水也可以引发链式反应产生羟基自由基。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除系统，其特征在于，所述系统包括除尘器（3）、冷却器（4）、催化剂磁力分离塔（9）、臭氧发生器（5）、微波喷淋反应器（6）、烟道（2）和风机（7）；其中，所述除尘器（3）、冷却器（4）、微波喷淋反应器（6）和风机（7）通过烟道（2）依次串联，臭氧发生器（5）位于冷却器（4）与微波喷淋反应器（6）中间，通过烟道（2）连接；所述的微波喷淋反应器（6）包括雾化喷嘴（603）﹑微波发射器（605）﹑微波喷淋反应区﹑鼓泡器（609）﹑烟气入口（607）﹑烟气出口（612）﹑补充溶液入口（606）﹑反应溶液出口（613）﹑溶液储存区（608）﹑溶液出口（614）、循环泵（610）﹑除雾器（611）﹑溶液泵（601）以及溶液/催化剂补充塔（602）；所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴（603）构成的喷淋层和微波发射器（605）组成，所述雾化喷嘴（603）与微波发射器（605）依次间隔布置；所述溶液储存区（608）位于微波喷淋反应器（6）的底部，溶液储存区（608）设置有鼓泡器（609）和溶液出口（614），所述烟气入口（607）与鼓泡器（609）连通；所述溶液出口（614）通过循环泵（610）与雾化喷嘴（603）连通；所述微波喷淋反应器（6）的底部设有补充溶液入口（606），所述补充溶液入口（606）与通过溶液泵（601）与溶液/催化剂补充塔（602）连通；所述微波喷淋反应器（6）的顶部还设置有除雾器（611），所述除雾器（611）的顶面上设置有烟气出口（612）；所述反应溶液出口（613）与催化剂磁力分离塔（9）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种微波活化过氧化物喷淋诱导自由基的VOCs脱除系统，其特征在于，所述系统包括除尘器（3）、冷却器（4）、催化剂磁力分离塔（9）、臭氧发生器（5）、微波喷淋反应器（6）、烟道（2）和风机（7）；其中，所述除尘器（3）、冷却器（4）、微波喷淋反应器（6）和风机（7）通过烟道（2）依次串联，臭氧发生器（5）位于冷却器（4）与微波喷淋反应器（6）中间，通过烟道（2）连接；所述的微波喷淋反应器（6）包括雾化喷嘴（603）﹑微波发射器（605）﹑微波喷淋反应区﹑鼓泡器（609）﹑烟气入口（607）﹑烟气出口（612）﹑补充溶液入口（606）﹑反应溶液出口（613）﹑溶液储存区（608）﹑溶液出口（614）、循环泵（610）﹑除雾器（611）﹑溶液泵（601）以及溶液/催化剂补充塔（602）；所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴（603）构成的喷淋层和微波发射器（605）组成，所述雾化喷嘴（603）与微波发射器（605）依次间隔布置；所述溶液储存区（608）位于微波喷淋反应器（6）的底部，溶液储存区（608）设置有鼓泡器（609）和溶液出口（614），所述烟气入口（607）与鼓泡器（609）连通；所述溶液出口（614）通过循环泵（610）与雾化喷嘴（603）连通；所述微波喷淋反应器（6）的底部设有补充溶液入口（606），所述补充溶液入口（606）与通过溶液泵（601）与溶液/催化剂补充塔（602）连通；所述微波喷淋反应器（6）的顶部还设置有除雾器（611），所述除雾器（611）的顶面上设置有烟气出口（612）；所述反应溶液出口（613）与催化剂磁力分离塔（9）连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括后处理系统，所述后处理系统包括固体残渣分离塔（10）和干燥塔（11）；所述固体残渣分离塔（10）和干燥塔（11）依次串联，所述固体残渣分离塔（10）还与催化剂磁力分离塔（9）连接；所述除尘器（3）与冷却器（4）之间的烟道（2）上设置有烟气余热利用系统（12），利用烟气的余热为干燥塔（11）提供热量。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述臭氧发生器（5）与微波喷淋反应器（6）的距离为0.3m-12m之间。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微波喷淋反应器（6）的横向截面为圆形或矩形，微波喷淋反应器（6）的最佳高度H在0.2m-25m之间。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，当微波喷淋反应器（6）横向截面为圆形时，所述雾化喷嘴（603）与微波发射器（605）采用依次相邻的同心圆布置；雾化...

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