一种低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法及装置，所述恶臭气体经过四级净化后排入大气。所述装置包括填料净化塔、低温等离子体反应器、催化氧化反应器、旋流板净化塔和风机；所述填料净化塔、低温等离子体反应器、催化氧化反应器、旋流板净化塔和风机依次顺接。本发明以减少装置体积，降低投资费用；避免二次污染的发生；极大提高催化剂的活性和选择性，降低催化反应温度，延长催化剂使用寿命。在常温、常压、常湿的真实环境中可以高效稳定去除恶臭气体，解决等离子体降解不彻底、二次污染，催化氧化装置大、投资运行费用高缺陷，具有很好的实用价值。
【专利说明】一种低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明属于化工设备【技术领域】，涉及一种处理废气的方法及装置，具体是一种低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法及其装置。应用于城市污水处理站、城市垃圾处理站、化工企业污水处理站及其他有恶臭气体产生场所的恶臭气体的处理。
[0002]背景方法
恶臭污染，是指大气、水体、废弃物等物质中含有的具有引起人们厌恶或不愉快气味的挥发性物质，通过空气介质，作用于人的嗅觉器官而被感知的一种感知(嗅觉)污染。据报道，迄今为止，凭人嗅觉感知的恶臭物质就有4000多种，按组成可分为5类:(I)含硫化合物，如硫化氢、二氧化硫、硫醇、硫醚；(2)含氮化合物，如氨、胺、酞胺、吲哚等；(3)卤素及衍生物，如氯气、卤代烃；(4)烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；(5)含氧有机化合物，如醇、酚、醛酮、有机酸等。
[0003]一般采用稀释扩散法、中和法、吸收法、吸附法、热破坏法、微生物法治理恶臭污染物，但上述方法都有缺陷。稀释扩散法是将恶臭气体通过烟?排至大气或用无臭空气稀释以减少臭味，主要适用于处理中、低浓度的有组织排放的恶臭气体，但易受气象条件限制，恶臭物质依然存在。中和法是使用中和脱臭剂以减弱恶臭感官强度，主要适用于需立即、暂时消除低浓度恶臭物质影响的场合，可快速消除恶臭气体的影响，灵活性大，但恶臭气体物质并没有被去除，且需投加中和剂。吸收法是用适当的吸收剂(如水、酸、碱、植物提取液)从废气中选择性地吸收除去恶臭气体，主要适用于高浓度、中浓度恶臭物质的处理，处理量大，方法最成熟，但处理效率不高，消耗吸收剂，恶臭污染物仅由气相转移到液相，为此吸收方法只是作为其他治理方法的辅助手段用于废气的前处理方法和后处理方法中。吸附法是指采用活性炭、两性离子交换树脂、活性氧化铝、硅胶、活性白土等脱臭吸附剂来处理低浓度的恶臭气体，主要适用于处理低浓度，高净化要求的恶臭气体。虽然吸附法对低浓度恶臭气体脱除效率较高，但吸附剂需更换或再生，无法达到彻底去除有害气体的目的，故常与热力氧化等方法联用，另外对于含有颗粒物或者橡胶弹性体类废气，吸附剂因活性空隙被堵塞而失效，对于处理大气量时吸附剂用量大，吸附设备体积庞大，投资成本高。热力氧化法(包括热力焚烧、催化燃烧以及蓄热燃烧)是指在高温下恶臭物质与燃料气充分混和，实现完全燃烧，主要适用适用于处理高浓度、小气量的可燃性恶臭气体。但由于设备易腐蚀，消耗燃料，处理成本高，易形成二次污染等缺陷极大限制了其应用，此外燃烧装置对运行条件要求较高，对于催化燃烧要求在200°C以上运行，而对于热力焚烧和蓄热燃烧要求在700°C以上运行，投资和运行费用高。对于含硫和卤素的废气，易造成催化剂中毒。生物法是指利用微生物降解恶臭污染物而使气体脱臭，主要适用于可生物降解的水溶性恶臭污染物的去除，但受微生物活性以及选择性影响，必须频繁添加药剂、控制PH值、温度等，运行费用相对比较高，而且微生物一旦死亡将需要较长时间重新培养。
[0004]低温等离子体是近年来新兴的一种废气处理方法，主要通过等离子体放电过程中产生的大量活性物种，这些活性物种和由活性物种产生的臭氧轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后能引发一系列复杂的物理、化学反应，使复杂的大分子污染物转变为简单的小分子安全物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。但是，等离子体在净化过程中可产生毒性更高的中间产物或者是分子更大，比原分子更难降解的中间产物，存在氧化不完全和臭氧残留导致二次污染的问题，同时过高的处理成本也是制约其应用的关键。
[0005]催化氧化法是指在一定压力和常温条件下，以金属材料为催化剂，如Pt、Pd、Ni等，废气中的污染物与空气、氧气、臭氧等氧化剂进行氧化反应，从而将废气中有害可燃组分氧化分解。由于催化剂的存在，可在较低温度下进行，起燃温度约为250°C-300°C。相对于其它方法，更高效节能，减少了二次污染。催化燃烧方法由于操作温度低和易燃烧完全，成为目前最有应用前景的用于较低浓度的废气处理方法之一。当使用催化氧化法处理废气时，某些气体污染物氧化反应条件苛刻，必须需要高温、高空、高水蒸气分压，因此选择的催化剂必须具备高活性、高热稳定性和高水热稳定性，以及一定的抗中毒能力；常用的催化剂是Pd、Pt、Rh、Au等贵金属催化剂，但这些贵金属价格昂贵、易烧结，增加了催化氧化处理成本。
【发明内容】
[0006]发明目的:针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法，以期实现将低温等离子体方法与催化氧化方法有机结合，提高净化效率的同时，大大降低了等离子体净化中间产物生成，实现对恶臭气体快速、彻底、高效的净化。本发明的另一目的是提供一种上述方法的专用装置。
[0007]技术方案:为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为:
一种低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法:待处理恶臭气体通过填料净化塔进行第一级净化，利用植物提取液对恶臭气体进行除尘、降温、防爆和洗涤处理，降低气流中恶臭污染物浓度；将经过第一级净化的恶臭气体通入低温等离子体反应器进行第二级净化，利用等离子体对有害气体进行分解生成新的无害产物；将经过第二级净化的恶臭气体通入催化氧化反应器进行第三级净化，进一步氧化污染物，使污染物本身得到降解；将经过第三级净化的恶臭气体通过旋流板净化塔进行第四级净化，利用碱液吸收含硫恶臭气体和含卤素恶臭气体；经过四级净化后的无臭气体排入大气。
[0008]本发明的低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法，为四级净化方法:先讲待处理恶臭气体通过填料净化塔进行第一级净化，第一级净化主要为预处理、除尘、降温、防爆、洗涤等，主要作用有:1)降低气流中恶臭污染物浓度，减轻后续等离子体及催化氧化负荷:在喷淋过程中，植物提取液除臭机理主要有:①酸碱反应，植物提取液中含有生物碱，可与硫化氢、氢氰酸根离子、氨等臭气分子反应；②催化氧化反应，在除臭剂的催化作用下，硫化氢可以与空气中的氧发生反应；③路易斯酸碱反应，含有机硫化合物的路易斯酸与带负电荷原子团及含氮有机物的路易斯碱发生酸碱中和反应；④氧化还原反应，植物提取液中有效分子具有还原性，可直接与氧化性物质进行氧化还原反应。2)安全阻隔作用:有机废气一般都是易燃易爆气体，生产方法过程产生的废气在净化时偶尔会有一个不利因素产生如:偶然的一次放电过程，在这里填料塔起一个安全隔绝作用，阻止会燃。3)喷淋降温作用:有些废气是通过加温、发酵后产生的，当排放后还具有一定的温度，一般高于150°C内，而低温等离子体净化时温度不超过60°C，所以通过填料塔后可起到降温的过程。4)除尘、中和作用:有些废气中含有粉尘，通过填料喷淋塔后都可以除尘。
[0009]低温等离子体反应器作为第二级净化，其作用机理包含两个方面:1)在产生等离子体的过程中，高频放电所产生的瞬间高能量能够打开某些有害气体分子的化学能，使之分解为单质原子或无害分子。2)等离子体中包含大量的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子和部分废气分子碰撞结合，在电场作用下，废气分子处于激发态，当废气分子获得的能量大于其分子键能的结合能时，废气分子的分子键断裂，直接分解成单质原子或由单一原子构成得无害气体分子。同时产生的大量的*011、0 ?等活性自由基和氧化性极强的03，能与有害气体分子发生化学反应，最后生成无害产物。
[0010]催化氧化反应器作为第三级净化，其主要作用是:1)由于催化区和低温等离子体区存在一定距离，大量短寿命高能粒子不能到达催化反应区，只有像O3和氮氧化物等长寿命物种才能到达催化反应区，O3能极大提高催化剂的活性和选择性，延长催化剂使用寿命，并使催化剂表面形成羟基自由基，进一步氧化污染物，而其本身得到降解，从而很好地控制了副产物O3的生成。2)催化剂可以选择性地与等离子体产生的中间副产物反应，得到理想的降解产物(二氧化碳和水)，提高了二氧化碳选择性，降低了能耗。3)多孔性填充载体材料一般都具有较好的吸附性能，能较好的富集恶臭污染物分子，极大增加了恶臭污染物分子在反应区的停留时间促使催化作用的进行。
[0011]旋流板净化塔作为第四级净化，其主要作用是:1)对于含硫恶臭气体，有机态硫经低温等离子体协同 催化氧化作用后得到无机态二氧化硫以及三氧化硫，采用喷淋吸收时，碱液可与二氧化硫以及三氧化硫发生酸碱中和反应而得以去除；对于含氮恶臭气体，经过净化后得到无机态氮氧化物，同理可用酸碱中和反应法去除。2)对于含卤素恶臭气体，卤原子经低温等离子体协同催化氧化作用后得到无机态卤化氢，同理可用酸碱中和反应法去除。
[0012]一种低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法的装置，包括依次串联的填料净化塔、低温等离子体反应器、催化氧化反应器、旋流板净化塔和风机；在所述填料净化塔上设恶臭气体入口，在所述的风机上设有气体出口 ；所述的填料净化塔与植物提取液加药箱相连；所述的旋流板净化塔与碱液加药箱相连。
[0013]所述低温等离子体反应器由若干个低温等离子体净化仓串联或并联联通组成；所述低温等离子体净化仓包含若干个圆筒式低温等离子腔体。
[0014]在所述催化氧化反应器气流进口处设有电加热装置，在所述催化氧化反应器内设有换热器。气流经催化氧化作用后进入换热器与等离子体尾气换热后再进入旋流板净化+?
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[0015]所述填料净化塔采用质量浓度为5~30%的植物提取液；所述植物提取液为绿茶提取物、橄榄叶提取物、蒲公英提取物的混合液；所述植物提取液的成分为萜烯类化合物、直链化合物、苯衍生物、香草醛、肉桂酸和甲酸香叶酯的一种或多种；所述填料净化塔的体积和吸收液的用量根据待处理恶臭物质种类、浓度及流量来确定。
[0016]在所述催化氧化反应器中设有催化剂；所述催化剂包括载体和固溶体；所述载体为孔内涂有Al2O3涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；所述固溶体包括复合金属氧化物和贵金属。所述复合金属氧化物包括Mn02、Co02、Cu0、Zr02和Ce2O3 ;所述金属氧化物占固溶体重量的百分比分别为=MnO2 20~60%，CoO2 10~50%，ZrO2 5~30%，CuO 0~20%，Ce2O3 0~10%。所述贵金属为Pt、Pd、Rh、Ru、It、Au中的一种或多种；所述贵金属占固溶体重量的百分比为1~5%。所述固溶体各组分组成以A、B、C三组为例，具体见表1。
[0017]表1固溶体组分含量百分比(％)
【权利要求】
1.一种低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法，其特征在于:待处理恶臭气体通过填料净化塔进行第一级净化，利用植物提取液对恶臭气体进行除尘、降温、防爆和洗涤处理，降低气流中恶臭污染物浓度；将经过第一级净化的恶臭气体通入低温等离子体反应器进行第二级净化，利用等离子体对有害气体进行分解生成新的无害产物；将经过第二级净化的恶臭气体通入催化氧化反应器进行第三级净化，进一步氧化污染物，使污染物本身得到降解；将经过第三级净化的恶臭气体通过旋流板净化塔进行第四级净化，利用碱液吸收含硫恶臭气体和含卤素恶臭气体；经过四级净化后的无污染气体排入大气。
2.—种权利要求1所述低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法的装置，其特征在于:包括依次串联的填料净化塔、低温等离子体反应器、催化氧化反应器、旋流板净化塔和风机；在所述填料净化塔上设恶臭气体入口，在所述的风机上设有气体出口 ；所述的填料净化塔与植物提取液加药箱相连；所述的旋流板净化塔与碱液加药箱相连。
3.如权利要求2所述的低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法的装置，其特征在于:所述低温等离子体反应器由若干个低温等离子体净化仓串联或并联联通组成。
4.如权利要求2所述的低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法的装置，其特征在于，在所述催化氧化反应器气流进口处设有电加热装置，在所述催化氧化反应器内设有换热器。
5.如权利要求2所述的低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法的装置，其特征在于:在所述催化氧化反应器中设有催化剂；所述催化剂包括载体和固溶体；所述载体为孔内涂有Al2O3涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；所述固溶体包括复合金属氧化物和贵金属；所述复合金属氧化物包括Mn02、Co02、Cu0、Zr02和Ce2O3 ;所述金属氧化物占固溶体重量的百分比分别为:Mn02 20^60%, CoO2 10^50%, ZrO2 5~30%，CuO 0~20%，Ce2O3 0~10% ;所述贵金属为Pt、Pd、Rh、Ru、It、Au中的一种或多种；所述贵金属占固溶体重量的百分比为1~5%。
6.如权利要求2所述的 低温等离子体耦合催化氧化去除恶臭气体的方法的装置，其特征在于:所述填料净化塔采用质量浓度为5~30%的植物提取液；所述植物提取液为绿茶提取物、橄榄叶提取物、蒲公英提取物的混合液；所述植物提取液的成分为萜烯类化合物、直链化合物、苯衍生物、香草醛、肉桂酸和甲酸香叶酯的一种或多种。
【文档编号】B01D53/75GK103638761SQ201310614024
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】杨振亚, 王彧, 何忠, 胡志军, 王志良, 李国平, 李建军, 赵珊珊 申请人:江苏省环境科学研究院