专利名称：光催化流化床反应器降解可挥发性有机物的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于气固流化床反应器制备技术领域，特别是涉及一种气体与固体光催化流化床反应器降解可挥发性有机物(VOCs)的装置， 适于处理居室、写字间、大型超市、隧道等场所可挥发性有机物(VOCs)气态污染物的降解处理装置。
背景技术：
现代人平均90%的时间生活和工作在室内，因此，室内环境质量 直接关系到人们的身体健康和生活质量。为了提高生活环境质量，满 足日益增长的生活需求，人们将越来越多的资金投入到家庭装饰装修 中。然而，某些装饰装修材料产品质量不合格、装饰装修工程质量不 过关，导致室内有害气体污染，严重威胁到人类的生命健康，如室内 装饰装修材料及家具，油漆、胶合板、泡沫填材、内墙涂料、塑料贴 面等均会挥发甲醛、苯、甲苯等室内有害气体，成为致癌因素之一。 据中国消费者协会公布的一项调查报告显示:九成以上的新装修居室 有害气体超标。但是，许多人还没有意识到家庭装饰装修会导致室内 有害气体污染的危害。因此，广大人群与室内有害气体这一 "隐性杀 手"长期相伴，人们的生命健康受到严重威胁。据报道，我国每年由 于室内空气污染引起的超额死亡人数达11.1万人，广州珠江医院从 接受治疗的儿童白血病患者中发现一个惊人的事实:有1/3的白血病 患者的发病与家庭装修有密切联系。由此可见，现代家庭装饰装修导 致室内有害气体污染，已经严重威胁到人类的生命健康。另外，在大 型超市、居室和办公等场所，由于大面积的装修而使用了大量的装饰 装修材料，尤其人造板材在室内环境中释放甲醛可持续数年,已引起 严重的环境问题。面对这些问题，传统的处理技术如吸附、通风、过 滤等对这些低浓度污染物处理存在费用颇高或效果欠佳等问题。尽管 环境治理的措施很多，但存在成本费用、可行性、技术成熟情况以及是否带来二次污染等问题。近年来，国内外开发了一些绿色环保治理 技术与设备，如纳米光催化剂，在环保中起到很突出作用，而不带来 二次污染，被誉为"绿色环保型催化剂"。光催化技术是一种利用光生强氧化剂将有机污染物彻底氧化成H20、 C02等小分子的高级氧 化技术，该技术具有反应条件温和，设备简单，易于操作，对低浓度 污染物或气相污染物有很好的去除效果等优点，且具有催化剂材料易 得，运行成本低，可利用太阳光作为催化光源等优点，是一种非常有 前景的污染治理技术。光催化流化床反应器通常有板式结构和整体式结构两个种类，它 们是将光催化技术嫁接在流化床反应器上而设计的一种新型反应器， 与传统的光催化板式结构或整体式结构反应器相比，它具有光照面积 大，反应物与催化剂颗粒表面接触效果好，传质效率高，催化剂可循 环利用等优点，因此具有较高的气体污染物去除率，催化剂颗粒的可 再生性，提高了反应器的使用价值。目前对光催化流化床反应器降解 VOCs的技术装置还不多见有报道，仅有的报道技术也存在着反应器 光照面积小，传质效率低等突出缺点。
发明内容
本发明的目的和任务在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供气固光催化流化床反应器降解VOCs的装置，该装置可以实现居 室、写字间、大型超市等公共场所气态污染物的处理，而不会造成二 次污染。本发明通过调节床层高度、气体流量、以及气体湿度、污染 物的浓度和种类、光强、气流入口分布孔尺度、催化剂的用量和粒度 等操作参数，控制气态污染物的去除效果。为了实现上述目的，本发明装置主体结构包括气体出口、气体入 口、气体进口预分布室、气体预分布板(外环)、催化剂颗粒挡板(内 环)、有机玻璃管、石英玻璃管、紫外光灯、环形气体分布多孔板、 气体收集室、底部预分布气室和测试口。各器件或构件经过原理可靠 性组合构成柱状嵌套式结构的光催化降解可挥发性有机气态污染物 的装置；气体出口位于反应器气体收集室的顶部中心位置；气体入口穿过气体收集室侧壁，连接于气体进口预分布室的顶部中心位置；气 体进口预分布室嵌套在气体收集室内；整体式环形气体分布多孔板集 成了进气预分布板与催化剂颗粒挡板，与气体进口预分布室器壁固 定；整体式环形气体分布多孔板内环为进气预分布多孔板，外环为催 化剂颗粒挡板；石英玻璃管同轴嵌套于有机玻璃管内，石英玻璃管和 有机玻璃管上端分别与催化剂颗粒挡板内周和外周边缘对齐相接，石 英玻璃管与有机玻璃管下端分别与环形气体分布多孔板的内外边缘 相接，构成的柱状环形区域为流化床反应区，将催化剂颗粒填充于反 应区内；紫外光灯位于石英玻璃管的中轴线上，紫外光灯上端电源插 座固定在整体式环形多孔板中心，下端电源插座固定于进气预分布室 的底部中心位置；紫外光灯与石英玻璃管构成的柱状环形区域为气体 进入反应器的通道，通道与气体预分布室连通；测试端口位于有机玻 璃管侧壁，用于测定床层压力和颗粒流速；气体进口预分布室使气体 分布均匀，保障流化床的进气均匀，从而实现颗粒的均一流态化。本发明的反应区设计为环形结构，反应区厚度在20-80mm之间； 以紫外光灯管轴心线为中心，依次将石英玻璃管、有机玻璃管嵌套， 其中，紫外光灯管与石英玻璃管之间的环形空隙为进气通道，石英玻 璃管与有机玻璃管之间的环形空隙为流化床反应区；紫外光灯功率为 25曙40W，辐射最大波长254-365 nm，用来激发半导体材料——纳米 二氧化钛光催化剂，产生具有强氧化性能的轻基自由基或超氧负离子 等，这些活性物质对吸附在催化剂表面的气态污染物分子进行光催化 氧化，使其最终完全降解为没有污染的小分子物质，如二氧化碳和水 等；气体进入预分布室后，再进入紫外光灯管与石英玻璃管之间的进 气通道，有利于气体均匀分布和对灯管的散热；在石英玻璃管与有机 玻璃管之间的流化床反应区内填充活性炭颗粒负载的纳米二氧化钛 光催化剂，通入的待处理气流作为流化介质使其流态化，实现催化剂 颗粒与光、污染物气体分子充分接触，从而实现光催化降解。本发明与现有技术相比具有操作区域宽，操作可靠简便，催化剂 颗粒再生简单，对气态污染物氧化选择性小，处理效果好等突出优点，同时，反应器可串联或并联使用，适宜于大型场所或高浓度可挥发性有机物污染场所。
图1为本发明装置的平面结构原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明装置作进一步的描述。 本实施例结构主体包括气体出口 1，气体进口2，气体进口预分 布室3，气体预分布板(外环)/催化剂颗粒挡板(内环)4，有机玻 璃管5，石英玻璃管6，紫外光灯7，环形气体分布多孔板8，底部预 分布气室9，测试端口 lO和气体收集室ll。各器件或构件经过原理 可靠性组合构成柱状嵌套式结构的光催化降解可挥发性有机气态污 染物的装置；气体出口 1位于反应器气体收集室11的顶部中心位置， 管径0l5mm;气体入口 2穿过气体收集室11侧壁，连接于气体进口 预分布室3的顶部中心位置，管径0lOmm;气体进口预分布室3嵌 套在气体收集室ll内；整体式环形气体分布多孔板8集成了进气预 分布板与催化剂颗粒挡板4，与气体进口预分布室3器壁固定；整体 式环形气体分布多孔板8内环为进气预分布多孔板，直径0140-200 mm，板面开孔直径02-4 mm，开孔率1.5-3%，确保气体均匀进入， 外环为催化剂颗粒挡板，直径180-240 mm;板面开孔直径01.5-2.5 mm，开孔率1.5-3%,确保催化剂颗粒不随载气流出反应器；有机玻 璃管5管径0180-240 mm，高680-1200 mm;石英玻璃管6管径 0140-200 mm，高680-1200 mm;石英玻璃管6同轴嵌套于有机玻璃 管5内，石英玻璃管6和有机玻璃管4上端分别与催化剂颗粒挡板4 内周和外周边缘对齐相接，石英玻璃管6与有机玻璃管5下端分别与 环形气体分布多孔板8的内外边缘相接，构成的柱状环形区域为流化 床反应区，将催化剂颗粒填充于反应区内；紫外光灯7，功率25W， 最大发射波长254-365nm，长度540-1060mm，位于石英玻璃管5的 中轴线上，紫外光灯7上端电源插座固定在整体式环形多孔板中心， 下端电源插座固定于进气预分布室的底部中心位置；紫外光灯7与石英玻璃管6构成的柱状环形区域为气体进入反应器的通道，通道与气 体预分布室9连通；环形气体分布多孔板8，内环直径0l4O-2OOmm， 外环直径0l8O-24Omm，板面开孔直径0O.5-lmm，开孔率1-3%;测 试端口 (04mm) IO位于有机玻璃管侧壁，用于测定床层压力和颗粒 流速。本实施例的待处理气体从气体入口 2 (管径0lOmm)进入气体预 分布室3，穿过气体预分布多孔板4 (直径140mm，板面开孔直径 02mm，开孔率1.5%)依次进入紫外光灯7与石英玻璃管6形成的柱 状环形通道和底部预分布气室9，再穿过环形气体分布多孔板8 (内 环直径0140mm，外环直径0l8Omm，开孔直径00.5mm，开孔率1%)， 到达有机玻璃管5与石英玻璃管6形成的柱状环形区域——流化床反 应区；催化剂颗粒填充于反应区内，在紫外光灯7 (功率25W，最大 辐射波长254nm)的辐照下，产生具有强氧化性能的羟基自由基或超 氧负离子等，这些活性物质对吸附在催化剂表面的VOCs分子进行光 催化氧化，最终完全降解为没有污染的小分子物质，如C02和H20 等；处理后的气体穿过催化剂颗粒挡板(直径180mm，板面开孔直 径0l.5mm，开孔率1.5%)，经气体出口 1 (管径0l5mm)流出。测 试端口 (04mm) IO用于测定床层压力和颗粒流速。本实施例在实践应用中具有以下技术特征 一是气体的流速过 大，会造成床层节涌和催化剂颗粒的损失，从而降低传质效果和光的 穿透；二是气体分布室的作用是保障气体流动的均一性，从而保证流 化床内颗粒的流化均匀性，气体进口 2和气体出口 1须设计在中轴线 上；三是石英玻璃管6应对254—365nm之间的紫外光吸收极少；四 是在有机玻璃管5的内壁上涂覆反光材料，有利于光的利用，同时防 止对外产生辐射；五是催化剂颗粒与气体流速有密切关系，根据具体 情况设定颗粒粒径的大小，应在200微米到2000微米之间；六是在 气体挡板设计方面，为防止催化剂颗粒的流失，挡板下附加一层丝网； 七是如果待处理气体含有颗粒物杂质，须在气体进口预分布室3内设 计过滤层，防止堵塞气体分布板孔。本实施例适于居室、写字间、大型超市等场所处理VOCS气态污染物，以纳米二氧化钛/活性炭颗粒负载催化剂，颗粒粒径200um， 处理室内甲醛、苯系物等，具有良好的效果。
权利要求
1.一种光催化流化床反应器降解可挥发性有机物的装置，包括气体出口、气体入口、气体进口预分布室、气体预分布板、催化剂颗粒挡板、有机玻璃管、石英玻璃管、紫外光灯、环形气体分布多孔板、气体收集室、底部预分布气室和测试口，其特征在于各器件组合构成柱状嵌套式结构，气体出口位于反应器的顶部中心，气体入口穿过气体收集室侧壁，连接于气体进口预分布室的顶部中心，气体进口预分布室嵌套在气体收集室内；整体式环形气体分布多孔板集成了进气预分布板与催化剂颗粒挡板，与气体进口预分布室器壁固定；整体式环形气体分布多孔板内环为进气预分布多孔板，外环为催化剂颗粒挡板；石英玻璃管同轴嵌套于有机玻璃管内，石英玻璃管和有机玻璃管上端分别与催化剂颗粒挡板内周和外周边缘对齐相接，下端分别与环形气体分布多孔板的内外边缘相接，构成的柱状环形区域为流化床反应区，将催化剂颗粒填充于反应区内；紫外光灯位于石英玻璃管的中轴线上，紫外光灯上端电源插座固定在整体式环形多孔板中心，下端电源插座固定于进气预分布室的底部中心；紫外光灯与石英玻璃管构成的柱状环形区域为气体进入反应器的通道，通道与气体预分布室连通；测试端口位于有机玻璃管侧壁，用于测定床层压力和颗粒流速；气体进口预分布室使气体分布均匀，保障流化床的进气均匀，从而实现颗粒的均一流态化。
2. 根据权利要求1所述的光催化流化床反应器降解可挥发性有 机物的装置，其特征在于反应区设计为环形结构，厚度为20-80mm; 以紫外光灯管轴心线为中心，依次将石英玻璃管、有机玻璃管嵌套， 石英玻璃管与有机玻璃管之间的环形空隙为流化床反应区；紫外光灯 功率为25-40W，辐射最大波长254-365 nm，流化床反应区内填充活 性炭颗粒负载的纳米二氧化钛光催化剂，通入的待处理气流作为流化 介质使其流态化。
全文摘要
本发明属于气固流化床反应器制备技术领域，涉及一种气体与固体光催化流化床反应器降解可挥发性有机物的装置，主体结构包括气体出口、气体入口、气体进口预分布室、气体预分布板、催化剂颗粒挡板、有机玻璃管、石英玻璃管、紫外光灯、环形气体分布多孔板、底部预分布气室和测试口，经原理可靠性组合构成柱状嵌套式结构的光催化降解可挥发性有机气态污染物的装置；气体出口位于反应器气体收集室的顶部中心位置；其操作区域宽，操作可靠简便，催化剂颗粒再生简单，对气态污染物氧化选择性小，处理效果好等突出优点，反应器可串联或并联使用，适宜于大型场所或高浓度可挥发性有机物污染场所。
文档编号B01J8/24GK101234291SQ20071011420
公开日2008年8月6日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者刘新民, 司崇殿, 曹长青, 耿启金, 郭庆杰 申请人:青岛科技大学