由循环泵抽吸，并由雾化喷嘴雾化后喷入光化学雾化 床反应器； (3) 臭氧发生器产生的臭氧由入口 e汇入烟气中，并且在烟道中先对烟气中的VOCs进 行预氧化；紫外灯管辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化VOCs，最终分 解产物是无害的COjPH 2O; (4) 光化学雾化床反应器上部回落的溶液再次进入加料塔循环使用，消耗的试剂由试 剂添加口 a补充。
[0026] 其中所述光化学雾化床反应器的最佳烟气入口温度为20-75? ;光化学雾化床反 应器的有效液气比为0. 4-5. OL/m3;过氧化物溶液的最佳浓度为0. lmol/L-2. 5mol/L ;过氧 化物溶液的有效pH为1. 0-7. 5 ;过氧化物溶液的最佳溶液温度20-75°C。
[0027] 所述烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m3; 所述的过氧化物包括双氧水和过硫酸铵中的一种或两种的混合； 所述的排放源为燃煤锅炉、工业窑炉、冶炼/炼焦尾气、垃圾焚烧炉或石油化工设 备尾气中的一种或多种的组合。
[0028] 由于光化学雾化床反应器的烟气入口温度过高会导致过氧化物发生提前自分解 浪费氧化剂，但如果温度太低又将导致化学反应速率降低，进而影响脱除效率。发明人研 宄发现，光化学雾化床反应器的最佳烟气入口温度为20-75?。液气比过低，污染物的脱除 效率太低，无法满足环保要求，但液气比设置的太高，循环泵的功率过大会导致系统的能耗 大大增加。发明人研宄发现，有效液气比为0.4-5. OL/m3。过氧化物浓度太低无法释放充 足的自由基氧化脱除污染物，但一次投放太高浓度的过氧化物会导致额外的自分解和副反 应，自分解会导致过氧化物氧化剂消耗严重，增加运行成本，副反应会导致反应产物中产生 各种有害成分，影响最终产物的循环利用。经过发明人的实验和检测分析后发现，过氧化物 的最佳浓度为〇· lmol/L-2. 5mol/L之间。
[0029] 过氧化物溶液的pH太高会导致过氧化物加速自分解而消耗，增加应用成本，但pH 过低时会抑制化学吸收平衡，导致污染物脱除效率保持在低水平，无法满足环保指标。发明 人经过系统的实验研宄、理论研宄和检测分析后发现，溶液的有效pH位于1. 0-7.5之间。 溶液温度过高会导致过氧化物发生提前自分解浪费昂贵的氧化剂，但如果温度过低则会降 低化学反应速率，从而降低污染物脱除效率。20-75?是发明人根据正交实验和综合分析后 获得的最佳溶液温度。
[0030] 烟气中VOCs的含量太高将导致脱除效率大幅度下降，尾部未被吸收的中VOCs逃 逸量大幅度增加，容易造成严重的二次污染物。经过研宄发现，烟气中VOCs的含量不高于 2000mg/m 3。所述的过氧化物包括双氧水和过硫酸铵中的一种或两种的混合。所述的排放 源为燃煤锅炉、工业窑炉、冶炼/炼焦尾气、垃圾焚烧炉或石油化工设备尾气中的一种 或多种的组合。
[0031] 以上选择的各种优化参数，均是通过大量的综合实验、理论计算和检测分析后才 获得的。由于每个操作参数通常还会受到其它一个或多个参数的综合影响或干扰，因此无 法通过简单的现场单因素实验或文献对比获得。另外本发明提供的优化参数是在小型设备 和放大后的设备上综合对比后确定的，综合考虑了设备放大过程可能产生的"放大效应"， 故现场技术人员不能通过对现有设备简单分析后推测获得安全可靠的优化参数。
[0032] 本发明系统的反应过程原理： 1. 由图1所示，采用电子自旋共振（ESR)仪可测定到系统中产生了硫酸根自由基和羟 基自由基。因此，臭氧结合光辐射过氧化物首先是释放了具有强氧化性的硫酸根自由基和 羟基自由基，具体过程可用如下的化学反应（1) - (6 )表示：
【主权项】
1. 一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征在于，所述系统包 括除尘器（1)、冷却器（2)、臭氧发生器（16)、光化学雾化床反应器（15)、气体分布喷嘴（3)、 循环泵（6)、颗粒物过滤装置（7)、加料塔（8)、喷淋管道（9)、总烟道（11)、除雾器（12)以及 产物后处理系统； 所述烟气入口（b)与除尘器（1)连接； 所述除尘器（1)出口连接冷却器（2);冷却器（2)与气体分布喷嘴（3)连接；所述气体 分布喷嘴（3)通过烟道（16)连接入光化学雾化床反应器（14)内； 所述冷却器（2)与气体分布喷嘴（3)之间的烟气入口（e)连通臭氧发生器（15); 所述加料塔（8 )与颗粒物过滤装置（7 )相连接，经过循环泵（6 )通过喷淋管道（9 )接入 光化学雾化床反应器（14); 其中所述光化学雾化床反应器（14)内设置有紫外灯管（4)、雾化喷嘴（5)和分烟道(10)； 所述光化学雾化床反应器（14)分有两个出口，一个烟气出口（c)位于光化学雾化床反 应器（14)上端，是总烟道（11)，总烟道（11)内设置有除雾器（12);另一个产物出口（d)位 于光化学雾化床反应器（14)下端，连接产物后处理系统。
2. 根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其 特征在于， 所述紫外灯管（4)环状均匀分布在灯管布置线上，所述灯管布置线为多圈，围绕光化学 雾化床反应器（14)中轴线呈同心环状布置，每相邻两圈之间等距； 所述雾化喷嘴（5)位于紫外灯管（4)之间，且与分烟道（10)位于同一直线上，该直线与 光化学雾化床反应器（14)中轴线垂直，所述雾化喷嘴（5)在垂直方向等间距布置，根据光 化学雾化床反应器（14)高度设置多级雾化喷嘴（5)。
3. 根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其 特征在于， 所述产物后处理系统包括溶液循环泵（17)、中和塔（18)和蒸发结晶塔（19)，所述产物 出口（d)通过溶液循环泵（17)接入中和塔（18)，中和塔（18)与蒸发结晶塔（19)相连；所述 中和塔（18)上端设置有入口（e);所述蒸发结晶塔（19)设置有一个进口（f)2个出口（g)和 (h)，进口（f)和出口（g)位于蒸发结晶塔（19)上端，出口（h)位于蒸发结晶塔（19)下端。
4. 根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其 特征在于， 所述光化学雾化床反应器（15)内紫外光有效辐射强度为10MW/cm2- 300W/cm2,紫外线 有效波长为150nm-365nm〇
5. 所述光化学雾化床反应器（15)空塔气速是0. 3m/s-6.Om/s; 根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，其特征 在于， 所述光化学雾化床反应器（15)最佳高度为2m-6m; 所述紫外灯管（4)长度比光化学雾化床反应器（15)的高度至少短0. 2m; 所述分烟道（10)垂直高度至少应当比紫外灯管（4)长度高0. 3m; 所述紫外灯管的横向布置间距和纵向布置间距的最佳间距为3cm-25cm。
6. -种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其特征在于，按照以下步 骤进行： (1)来自排放源(从烟气入口b接入）的烟气经除尘器（1)除尘和冷却器（2)降温后，再 由气体分布喷嘴（3)布风后进入光化学雾化床反应器（15); (2 )来自加料塔（8 )的过氧化物溶液由循环泵（6 )抽吸，并由雾化喷嘴（5 )雾化后喷入 光化学雾化床反应器（15); (3) 臭氧发生器（16)产生的臭氧由入口e汇入烟气中，并且在烟道中先对烟气中的 VOCs进行预氧化；紫外灯管（4)辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化 VOCs，最终分解产物是无害的0)2和H20 ; (4) 光化学雾化床反应器（15)上部回落的溶液再次进入加料塔循环使用，消耗的试剂 由试剂添加口（a)补充。
7. 根据权利要求6所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其 特征在于， 所述加料塔（8)中装有过氧化物溶液。
8. 根据权利要求6所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其 特征在于， 所述光化学雾化床反应器（15)的最佳烟气入口温度为20-75°C;光化学雾化床反应器 (15)的有效液气比为0. 4-5.OL/m3;过氧化物溶液的最佳浓度为0.lmol/L-2. 5mol/L;过氧 化物溶液的有效pH为1. 0-7. 5 ;过氧化物溶液的最佳溶液温度20-75°C; 所述烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m3。
9. 根据权利要求6所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其 特征在于，所述的过氧化物溶液为双氧水或过硫酸铵中的一种或两种的混合。
10. 根据权利要求6所述的一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化方法，其 特征在于，所述的排放源为燃煤锅炉、工业窑炉、冶炼/炼焦尾气、垃圾焚烧炉或石油化 工设备尾气中的一种或多种的组合。
【专利摘要】本发明涉及一种臭氧联合光激发过氧化物的VOCs净化系统及方法，属于大气污染物控制领域。所述净化系统主要设有除尘器、冷却器、光化学雾化床反应器、气体分布喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、总烟道、除雾器以及产物后处理系统；来自排放源的VOCs在烟道中先被臭氧预氧化为有机中间体。紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基进一步氧化VOCs以及被臭氧氧化产生的有机中间体，最终分解产物是无害的CO2和H2O；该系统能够高效脱除烟气中的VOCs，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型VOCs净化系统。
【IPC分类】B01D53-44, B01D53-78, B01D53-74
【公开号】CN104815534
【申请号】CN201510190236
【发明人】刘杨先, 王燕, 唐爱坤, 赵亮
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月21日