一种利用羟基自由基处理有机废气的装置和方法与流程

本发明涉及有机废气处理，尤其涉及一种利用羟基自由基处理有机废气的装置和方法。

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背景技术：
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大气污染物主要包括烟、蒸汽、气味、粒状物、放射性物质、有毒化学物，或其他室外大气中的含有物。大气污染源主要来自工业、生活炉灶与采暖锅炉和交通运输。

羟基自由基(·OH)是一种重要的活性氧，从分子式上看是由氢氧根(OH-)失去一个电子形成。羟基自由基具有极强的得电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8v。是自然界中仅次于氟的氧化剂。可以使大多数物质快速的发生链式反应，直到生成无害化物质。

申请号为CN200310120890.1的发明公开一种臭氧溶于激活水生成羟基自由基的方法。该方法是这样实现的，首先水通过文丘里射流器或涡流叶轮泵时，在文丘里射流器或涡流叶轮泵的前后端形成0.2MPa－0.6MPa的压力差，其能量传递给水，使水激活。将臭氧溶解于激活水中，臭氧的浓度为60－400g/m3，经等离子体化学反应生成羟基自由基溶液，臭氧溶解于激活水生成的羟基自由基的比值浓度为2－10mg/L。

申请号为CN201410777858.9的发明公开了一种轮胎废气治理工艺及其装置，治理工艺包括：1)轮胎废气进入布袋除尘器除尘；2)除尘后的轮胎废气进入组合式低温等离子反应器，组合式低温等离子反应器分为电晕段和双介质阻挡放电低温等离子段；3)将步骤2)中部分未能与污染物分子碎片充分反应的包括臭氧、羟基自由基、分子碎片的活性基团送入催化氧化床；4)将无污染物质进行达标排放。该轮胎废气治理工艺及其装置虽然能够对有机废气进行净化，但是无法解决易燃易爆有机废气易燃易爆的问题，并且能耗较大。

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技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是提供一种安全性好、能耗较低的利用羟基自由基处理有机废气的装置。

本发明要解决的技术问题是提供一种安全性好、能耗较低的利用羟基自由基处理有机废气的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种利用羟基自由基处理有机废气的装置，包括等离子体放电装置、制氧装置、水雾发生装置和微波紫外光解装置；制氧装置的氧气出口接等离子体放电装置的入口，等离子体放电装置的臭氧出口和水雾发生装置水雾出口接微波紫外光解装置的臭氧入口，微波紫外光解装置包括废气进气口和出气口。

以上所述的利用羟基自由基处理有机废气的装置，所述的制氧装置是分子筛制氧机，所述的等离子体放电装置是DBD等离子体放电器，所述的水雾发生装置是超声波水雾发生装置。

以上所述的利用羟基自由基处理有机废气的装置，包括三通管，三通管的第一入口接等离子体放电装置的臭氧出口，第二入口接水雾发生装置水雾出口，出口接微波紫外光解装置的臭氧入口。

以上所述的利用羟基自由基处理有机废气的装置，微波紫外光解装置包括壳体、复数根紫外灯管、支架和微波发射器，壳体包括上盖、微波光解腔体、所述的臭氧入口、所述的废气进气口和所述的废气出气口；微波光解腔体在壳体内部，紫外灯管通过支架装在微波光解腔体中，微波发射器固定在上盖上，微波发射器的发射口通过上盖与微波光解腔体的内部连通；紫外灯管在微波的作用下发射出185-254nm波段的紫外光。

以上所述的利用羟基自由基处理有机废气的装置，所述微波光解腔体采用冲孔钢板拼接成为长方体的内壁，微波光解腔体一端开口，与壳体上的微波发射口的一端相通，；臭氧入口与所述的微波发射口相对，废气进气口与废气出气口斜对，废气进气口和废气出气口分别通过变径管与腔体连接，在变径管与壳体相连处设置一隔板，隔板焊接在变径管底部，利用隔板控制气体的进气和出气流向，使气体流经整个微波光解腔体。

一种利用羟基自由基处理有机废气的方法，包括废气处理设备，废气处理设备采用上述的装置，等离子体放电装置产生的臭氧和水雾发生装置产生的水雾一同进入到微波紫外光解装置中，在紫外光的照射下生成羟基自由基；进入到微波紫外光解装置中的有机废气在羟基自由基的作用下降解为二氧化碳和水。

本发明在微波紫外光解装置中羟基自由基将有机废气降解为二氧化碳和水，在紫外光的照射下，易燃易爆的有机废气可以避免因等离子体放电器放电产生的火花而发生爆炸，处理过程安全性好、能耗较低。

[附图说明]

图1是本发明实施例有机废气处理装置结构的示意图。

在图1中，1-分子筛制氧机；2-DBD等离子体放电器；3-超声波水雾发生装置；4-联通管；5-微波紫外光解装置。

图2是本发明实施例微波紫外光解装置的结构示意图。

在图2中，50-微波发射器；51-微波电源；52-腔体；53-废气进气口；54-臭氧进气口，55-废气出气口，56-气体导流罩，57-紫外灯管，58-灯管支架，59-微波谐振腔腔体。

图3是本发明实施例废气进气口和废气出气口的气体导流罩。

[具体实施方式]

本发明实施例利用羟基自由基处理有机废气的装置的结构如图1所示，包括DBD等离子体放电器(DBD介电放电装置)2、分子筛制氧机1、超声波水雾发生装置3和微波紫外光解装置5；分子筛制氧机1的氧气出口接DBD等离子体放电器2的入口，DBD等离子体放电器2的臭氧出口和超声波水雾发生装置水雾出口分别接三通管4的两个入口，三通管4的出口接微波紫外光解装置5的臭氧入口，微波紫外光解装置5包括废气进气口53和废气出气口55。

在空气压缩机的作用下空气通过分子筛制氧机1产生纯氧，纯氧进入到DBD等离子体放电器2中，在高频高压电源的作用下，通过放电间隙将纯氧氧化成臭氧，超声波水雾发生装置3产生的水雾进入三通管4，随着臭氧的流动进入到微波光解反应装置中；在紫外光的照射下，臭氧和水蒸气进一步反应生成羟基自由基；羟基自由基在与废气中的有机物进行反应，最终生成二氧化碳和水。

DBD等离子体放电器2的放电间隙的两侧电极上采用等离子喷涂的方法形成高绝缘度、高介电常数、高密度、均匀的电介质薄层，它能够有效抑制高压放电电流的无限增大，可以阻止放电间隙产生火花放电或者弧光放电，配合高压高频电源，产生高能量高密度的电子，用来对氧气进行作用解离氧分子，经碰撞聚合为臭氧分子。同时为实现对放电部件的冷却，放电电极采用中空通水冷却的方法，从而能够实现整个放电持续进行。

超声波水雾发生装置3利用超声波定向压强，使液体表面隆起，在隆起的液面周围发生空化作用，在超声波的震动作用下，使液体雾化成小分子的气雾，并在雾化过程中释放大量的负离子，使水雾续含能量，更易发生反应。

微波紫外光解装置的结构如图2和图3所示，包括壳体、13支紫外灯管、支架和微波发射器，壳体包括上盖、微波光解腔体、臭氧入口、废气进气口和废气出气口；微波光解腔体在壳体内部，紫外灯管通过支架装在微波光解腔体中，微波发射器固定在上盖上，微波发射器的发射口通过上盖与微波光解腔体的内部连通；紫外灯管在微波的作用下发射出185-254nm波段的紫外光。

微波光解腔体采用冲孔钢板拼接成为长方体的内壁，微波光解腔体一端开口，与壳体上的微波发射口的一端相通；臭氧入口与所述的微波发射口相对，废气进气口与废气出气口斜对，废气进气口和废气出气口分别通过变径管与腔体连接，在变径管与壳体相连处设置一隔板，隔板焊接在变径管底部，利用隔板控制气体的进气和出气流向，使气体流经整个微波光解腔体。

在微波紫外光解设备5中，在射流器的作用下臭氧与带负离子的蓄能水雾反应产生羟基自由基，同时臭氧和水分子在紫外光的照射下以及微波的协同作用，将臭氧分解为氧活性原子，在与水分子结合反应生成羟基自由基。在图2中微波发射器50在微波电源51的激励下发射微波，传递到壳体52内部的微波谐振腔59内，点亮微波谐振腔内的13支紫外灯管57，紫外灯管通过特氟龙支架58固定并分散在腔体内；废气通过废气进气口53进入到微波光解反应腔体内，同时通过等离子体的产生的臭氧和超声波水雾通过54进入到微波光解反应腔中，在导流罩中导流板的作用下，二者互相混合，通过紫外灯光和微波的协同作用使臭氧产生氧活性粒子和水雾结合产生羟基自由基，羟基自由基与废气中的有机物反应，生成无害的小分子物质、二氧化碳和水，在从废气出口55排出。

上述羟基自由处理有机废气的过程中，臭氧和水雾通过三通风管进入到光解腔体中，在该过程中臭氧和水雾受到激发，产生更易反应的分子态颗粒。

O₃+H₂O^*→H₂O·+O₃^-

微波无极紫外光解设备的进气端连接需要处理的有机废气。废气与臭氧、水雾在微波光解反应装置的一端混合后，在气流和导流罩的作用下气体穿过紫外灯管；在紫外光的照射下臭氧分解为氧气和氧活性粒子与周围的水气结合产生羟基自由基，产生的羟基自由基与废气进一步反应生成无害化产物；

O₃^-+hv→O₂+O(¹D)

O(¹D)+H₂O·→2·OH

通过等离子体放电和微波紫外光解的作用，可产生大量的羟基自由基用于废气处理，将有机废气降解为二氧化碳和水。在紫外光的照射下，易燃易爆的有机废气避免了因DBD等离子体放电器放电产生的火花而发生爆炸。

本发明以上实施例采用高效绿色的羟基自由基与有机物反应，可以使有机废气中的大多数物质快速的发生链式反应，直到生成无害化物质，工艺过程中不会产生不可预知的毒物，避免了易燃易爆气体直接在DBD反应室反应发生爆炸，最终产物为二氧化碳和水，并降低了能耗。