一种气体净化方法及系统与流程

本申请涉及废气处理技术领域，具体而言，涉及一种气体净化方法及系统。

背景技术：

废弃物在焚烧过程会产生大量废气，废气中包括烟尘、酸性气体、voc气体等成份，如果这些污染物处理不当排放到大气中，将会对大气造成严重污染，也会对人们的身体健康造成严重危害。

现有的废气处理方法包括干法和半干法进行脱硫脱硝、袋式除尘器进行除尘、高温加热、活性碳进行voc气体进行捕捉，通过上述一些列方法处理后，烟囱排放口还会散发出白烟或黑烟。因此，现有的废气处理方法均效果不佳，且设备投资大，占地面积多，易损件更换成本高。并且，处理时加入的石灰、活性碳等还会造成该二次污染。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种有效提升净化效率的气体净化方法及系统。

具体地，本申请是通过如下技术方案之一方案实现的：

一种气体净化方法，包括：

向过滤板输送过滤介质，所述过滤介质在所述过滤板上形成流体介质膜；

向所述流体介质膜输送待净化气体，待净化气体自下而上穿过所述流体介质膜。

可选的，所述在过滤板上形成流体介质膜包括：

将过滤介质自上而下喷淋到过滤板上无孔眼的位置处，过滤介质在过滤板顶面溅射形成所述流体介质膜；和/或

设定向过滤板输送的过滤介质流量大于过滤板有效孔眼的通量，通过过滤介质穿过过滤板时的流量过平衡形成所述流体介质膜。

可选的，所述方法还包括介质膜分割步骤：在过滤板上方设置分割板，向所述过滤板和所述分割板输送所述过滤介质，过滤介质在所述分割板上形成分割介质膜，待净化气体自下向上穿过流体介质膜后形成的泡沫充气膜在通过所述分割介质膜后被分割，形成更小体积的泡沫充气膜。

可选的，所述过滤板与所述分割板之间的最小距离为100mm～500mm。

可选的，所述分割板按如下方式之一设置：

相对于水平面平行设置；

相对于水平面倾斜设置；或

所述过滤板的一部分相对于水平面倾斜设置。

可选的，所述分割板的单孔眼面积与所述过滤板的单孔眼面积之间满足等通量关系。

可选的，所述分割介质膜的厚度的范围为0～50mm。

可选的，所述过滤板按如下方式之一设置：

相对于水平面平行设置；

相对于水平面倾斜设置；或

所述过滤板的一部分相对于水平面倾斜设置。

可选的，所述过滤介质至少包括冷却剂。

可选的，所述过滤介质至少包括如下中的其中一种：生物质燃料、柴油、汽油、合成油、卤水、水、氧化石墨烯浆液、碱性流体、酸性流体、惰性气体、超临界二氧化碳、液化石油气、lng、油墨。

可选的，所述流体介质膜的厚度的范围为0～50mm。

可选的，所述过滤板的网格孔的单孔面积的范围为100mm²～2000mm²。

可选的，所述方法还包括在气体穿过所述流体介质膜之前的扩散步骤：打乱气体的原有流动方向。

可选的，所述方法还包括在气体穿过所述流体介质膜之前的加料步骤：向过滤介质内添加泡沫剂。

所述向过滤板输送过滤介质，在所述过滤板上形成流体介质膜具体为：不间断地向过滤板输送过滤介质，所述过滤介质在所述过滤板上形成动态且实时更新的流体介质膜。

具体地，本申请是通过如下技术方案之二方案实现的：

一种气体净化系统，该系统应用上述任一项所述的方法，所述系统包括：

腔体；

设于腔体内且带有网格孔的过滤板；以及

介质输送装置，用于向过滤板输送过滤介质，使过滤介质在所述过滤板上形成流体介质膜；以及

气体通入装置，与腔体连通，用于向流体介质膜输送待净化气体，使待净化气体穿过所述流体介质膜。

可选的，所述系统还包括设置于所述过滤板的上方带有网格孔的分割板，过滤介质在所述分割板上形成分割介质膜，气体穿过流体介质膜后形成的泡沫充气膜在通过分割介质膜被分割成更小体积的泡沫充气膜。

可选的，所述系统还包括：

扩散装置，设置于所述过滤板的下方，用于在气体穿过所述流体介质膜之前打乱气体的原有流动方向。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供了一种气体净化方法及系统，其中，所述方法包括向过滤板输送过滤介质，过滤介质在过滤板上形成流体介质膜，过滤过程中，待净化气体穿过流体介质膜。该方法中，由于在气体通过的路径中形成了流体介质膜，流体介质膜的分子排列紧密，则气体在压力的作用下穿过流体介质膜时，通过流体介质膜的较大的比表面积，可以吸附气体中更多的杂质，由此使得气体可以充分地被过滤、净化，减小对环境造成的二次污染。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的气体净化方法的流程图；

图2是本申请一示例性实施例示出的气体净化方法的又一流程图；

图3是本申请一示例性实施例示出的气体净化方法的又一流程图；

图4是本申请一示例性实施例示出的气体净化方法的又一流程图；

图5是本申请一示例性实施例示出的气体净化系统的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”、“顶部”、“底部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

请参考图1，本申请提供了一种气体净化方法，包括：

向过滤板输送过滤介质，在过滤板上形成流体介质膜；该过滤板可以水平放置，也可以相对于水平面倾斜放置，过滤板的结构不限，可以是平板、曲形板、屋脊状板等。过滤板上的网格孔的大小和形状可根据实际情况而定，不受限制。

向流体介质膜输送待净化气体(以下简称气体)，使气体穿过流体介质膜。气体在压力作用下穿过流体介质膜的过程中，实现了气体的除尘、降温、脱硫脱硝以及voc气体捕捉，起到了净化气体的作用。

具体的，上述方法中，由于在气体通过的路径中形成了流体介质膜，流体介质膜的分子排列紧密，则气体在压力的作用下穿过流体介质膜时，通过流体介质膜的较大的比表面积，使气体中更多的杂质被过滤出来，由此使得气体能够充分地被过滤、净化。

在过滤板上形成流体介质膜的第一种实施方式为：将过滤介质自上而下喷淋到过滤板顶面无孔眼的位置处，过滤介质在过滤板顶面溅射形成所述流体介质膜。

在过滤板上形成流体介质膜的第二种实施方式为：设定向过滤板输送的过滤介质流量大于过滤板有效孔眼的通量，通过过滤介质穿过过滤板时的流量过平衡形成流体介质膜。

一种实施方式中，向过滤板输送过滤介质时，可以采用不间断的输送方式，使得过滤介质在过滤板上形成动态的、实时更新的流体介质膜。这里所说的“动态、实时更新”指的是，流体介质膜中的过滤介质是在不断被替换的，当气体自下而上穿过流体介质膜时，气体会击穿流体介质膜继续上升，此时，过滤介质需要补充到流体介质膜中，在气体净化的过程中，流体介质膜始终存在，并且是处在动态和实时更新的状态的。实际应用中，通过持续输送过滤介质的方式，可以确保流体介质膜始终存在。

进一步，请参考图2，该方法还包括介质膜分割步骤，介质膜分割步骤设置在气体穿过流体介质膜的步骤之后。具体的，在过滤板的上方设置分割板，向过滤板和分割板输送过滤介质，过滤介质在分割板上形成分割介质膜。当气体穿过流体介质膜时，形成多个泡沫充气膜，泡沫充气膜利用自身较大的比表面积，可以吸附气体中的杂质。

由于气体的压力作用，泡沫充气膜仍然继续向上攀升，当泡沫充气膜穿过分割介质膜时被分割，形成更小体积的泡沫充气膜。在介质膜分割步骤中，可以使得泡沫充气膜的比表面积进一步增加，从而可以具有更大的吸附气体中杂质的能力，起到了进一步净化气体的作用。

分割板的数量不限，可以设置有多个，可以根据气体种类选择设置。设置多个分割板时，泡沫充气膜在穿过每一层的分割介质膜时都会被分割，从而可以使得泡沫充气膜的比表面积进一步增加，吸附效果更好。分割板的结构和形状不限，例如可以是平板、曲形板、屋脊状板等。分割板上的网格孔的大小和形状可根据实际情况而定，不受限制。

过滤介质可以选用吸附性纳米材料，吸附性纳米材料的比表面积大，吸附效果显著。一种实施例，过滤介质至少包括如下中的其中一种：生物质燃料、柴油、汽油、合成油、卤水、水、氧化石墨烯浆液、碱性流体、酸性流体、惰性气体、超临界二氧化碳、液化石油气、lng、油墨。

在设置过滤板时，第一种实施方式为，过滤板可以相对于水平面平行设置，即过滤板处于水平放置状态；第二种实施方式，过滤板可以相对于水平面倾斜设置；第三种实施方式，过滤板的一部分相对于水平面倾斜设置。上述实施方式中，倾斜设置可以使得附着于过滤板的杂质很容易被过滤介质从过滤板上冲刷下来。

同理，设置分割板时，第一种实施方式，分割板可以相对于水平面平行设置，即分割板处于水平放置状态；第二种实施方式，分割板可以相对于水平面倾斜设置；第三种实施方式，分割板的一部分相对于水平面倾斜设置。上述实施方式中，倾斜设置可以使得附着于分割板的杂质很容易被过滤介质从分割板上冲刷下来。

过滤板与分割板之间的最小距离可以设置在150mm～500mm的范围内，以保证泡沫充气膜可以顺利通过分割介质膜分割。

另一方面，分割板的单孔眼面积与过滤板的单孔眼面积之间可以满足等通量关系。如此设置，可以实现过滤板与分割板的互换性。

请参考图3，进一步，为了使得气体充分地与流体介质膜接触，本发明提供的方法还包括扩散步骤，扩散步骤设置在气体穿过流体介质膜的步骤之前。在扩散步骤中，可以打乱气体的原有流动方向，使得气体不会集中于某一区域，有利于加强净化效果。

更进一步，请参考图4，本申请中的方法还包括在气体穿过流体介质膜之前的加料步骤：向过滤介质内添加泡沫剂。加入泡沫剂之后，可以确保泡沫充气膜形成的稳定性，使得泡沫充气膜通过分离介质膜时被顺利分割，进一步减小泡沫充气膜的体积，即，进一步增加泡沫充气膜的比表面积。

待净化的气体通常为高温气体，为了实现气体的快速降温，过滤介质可以至少包括冷却剂。冷却剂的种类不限，可以采用液氮、轻水、重水和液态金属钠等。

其中，对于含油气体，可以利用柴油过滤；对于含硫化物气体，可以采用酸碱混合液进行脱硫；对于含粉尘气体，则可以采用水和泡沫剂作为过滤介质。流体介质膜的厚度δ为气体处理中的重要影响因素，流体介质膜的厚度δ可以根据实验获得，以下以待净化气体为含油气体、含硫气体、含粉尘气体为例进行实验分析，实验结果详见表1。

表1

由表1可知，流体介质膜的厚度可以设置在0～50mm范围时，随着流体介质膜的厚度越大，则净化效果也好。且对于三种不同成分的气体而言，测定结果均小于监测标准的限值。

需要说明的是，当流体介质膜的厚度小于5mm时，可以通过增加过滤板和分割板的方式增加流体介质膜和分割介质膜的层数，同样可以达到上述效果，甚至优于上述效果。

此外，过滤板的网格孔的单孔面积s可以设定为：100mm²＜s＜2000mm²。网格孔的单孔面积s主要取决于产能，产能大时，可以增加单孔面积s的值，反之，则可以减小单孔面积s的值。

分割介质膜的厚度可以设置在0～50mm范围内，实验方式可以参照表1，此处不再赘述。

请参考图5，基于上述的方法，本发明还提供了一种气体净化系统，该系统应用以上所述的方法，该系统包括：腔体、设于腔体内的带有网格孔的过滤板、介质输送装置以及气体通入装置。其中，介质输送装置用于向过滤板输送过滤介质，使过滤介质在过滤板上形成流体介质膜。气体通入装置与腔体连通，用于向腔体内的流体介质膜通入待净化的气体，使气体穿过自下而上流体介质膜。

在腔体内，在气体通过的路径中形成了流体介质膜，流体介质膜的分子排列紧密，则气体在压力的作用下穿过流体介质膜时，流体介质膜中的过滤介质在气体冲击力的作用下形成泡沫充气膜，即通过增加比表面积的方式吸附气体中的杂质，使气体中更多的杂质被过滤出来，由此使得气体充分地被过滤、净化。

该系统还包括设置于过滤板的上方带有网格孔的分割板，过滤介质在分割板上形成分割介质膜，气体自下向上穿过过滤板和分割板，气体穿过过滤板上的流体介质膜形成的泡沫充气膜在通过分割介质膜分割，形成体积更小的泡沫充气膜，进一步增加了泡沫充气膜的比表面积。

由此可知，当气体穿过流体介质膜时，流体介质膜中的部分过滤介质会在气体压力的作用下形成多个泡沫充气膜，泡沫充气膜能够有效地吸附气体中的杂质。由于气体的压力作用，泡沫充气膜仍然继续向上攀升，当泡沫充气膜穿过分割介质膜时被分割成更小体积的泡沫充气膜时，泡沫充气膜的比表面积进一步增加，从而可以具有更大的吸附气体中杂质的能力，对气体起到了进一步净化的作用。

进一步，该系统还包括气体扩散装置，气体扩散装置设置于过滤板的下方，用于在气体穿过流体介质膜之前打乱气体的原有流动方向，使得气体在流体介质膜的下方扩散。

该系统还包括加料装置，加料装置用于在气体穿过流体介质膜之前向过滤介质内加入泡沫剂，泡沫剂可保持泡沫充气膜的顺利形成，从而可以增加用于吸附灰尘的比表面积。

采用本申请中的气体净化方法和系统，对气体进行处理后的检测结果如表2。

表2

由表2可知，各监测项目的最大值均符合《固定污染源排气中低浓度颗粒物的测定重量法》hj836-2017、《固定污染源排气中二氧化硫的测定定点位电解法》hj57-2017、《固定污染源排气中氮氧化物的测定定点位电解法》hj693-2014、《固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法(暂行)》hj543-2009、《固定污染源废气总烃、甲烷和非甲烷总定烃的测定》hj38-2017、《空气和废气监测分析方法》亚甲基蓝分光光度法(第四版增补版)5.4.10.3(b)以及《固定污染源废气氯化氢的测定硫氰酸汞分光光度法》hj/t27-1999。

对于生活垃圾焚烧炉而言，排放烟气中污染物中：颗粒物浓度限值为30mg/m³、氮氧化物浓度限值为250mg/m³、二氧化硫浓度限值为80mg/m³、氯化氢浓度限值为50mg/m³、汞及其化合物浓度限值为0.05mg/m³。根据表2中的测定结果显示，采用本申请提供的废气处理方法和废气处理系统对废气进行处理后，排出物的浓度均小于限值，完全符合国家标准。

在不产生冲突的前提下，本申请上述实施方式或实施例的内容可以互为补充。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。