一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及大气污染物控制领域，具体涉及一种臭氧预氧化联合光激发过氧 化物的VOCs净化系统。
【背景技术】
[0002] VOCs是挥发性有机化合物的英文缩写，VOCs通过呼吸道和皮肤进入人体后，能给 人的呼吸、血液、肝脏等器官造成暂时性和永久性病变。工业生产中会产生各种有机物废 气，主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等，这些有机废气会造成大气污染，危 害人体健康。随着经济的快速发展和人们环保意识的提高，尾气中VOCs脱除问题越来越受 到人们的关注。同时国家也制定了相应的法律法规对VOCs的排量作了严格的限制。
[0003] 研宄开发VOCs的高效脱除技术已成为世界各国关注的热点问题。国内外研宄人 员对废气中VOCs脱除问题作了大量的研宄并开发了多种VOCs脱除方法。按照脱除的基本 原理，废气VOCs脱除方法主要包括冷凝回收法、吸收法、直接燃烧法、催化燃烧法和吸 附法等。冷凝回收法适用于有机废气浓度高、温度低、风量小的工况，需要附属冷冻设备，主 要应用于制药、化工行业，而印刷企业较少采用，应用范围受到局限。吸收法常用的是物理 吸收，即将废气引入吸收液净化，待吸收液饱和后经加热、解析、冷凝回收。这种方法适用 于大气量、低温度、低浓度的废气，但需配备加热解析回收装置，设备体积大、投资较高。直 接燃烧法是利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧，将混合气体加热，使有害物质在高温作用下 分解为无害物质。该方法工艺简单、投资小，适用于高浓度、小风量的废气，但对安全技术、 操作要求较高。催化燃烧法是把废气加热经催化燃烧转化成无害无臭的二氧化碳和水，这 种方法起燃温度低、节能、净化率高、操作方便、占地面积少、适用于高温或高浓度的有机废 气，但催化剂容易中毒失活，稳定性差。活性炭吸附法脱除效率可达95%，设备简单、投资 小，但活性炭更换频繁，增加了装卸、运输、更换等工作程序，导致运行费用增加。
[0004] 因此，到目前为止，尽管有多种VOCs脱除技术被开发和利用，但每一种技术几乎 都有应用范围的限制和有诸多缺点。因此，继续开发更加经济有效的VOCs脱除技术具有重 要的现实意义。
【发明内容】
[0005] 本实用新型涉及一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs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、紫外灯管、雾化喷嘴、循环泵、颗粒 物过滤装置、加料塔、喷淋管道、分烟道、总烟道、除雾器以及产物后处理系统。
[0006] 本实用新型的系统的原理及反应过程如下：
[0007] 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：
[0008] H202+UV 2X0H (1)
[0013] X0+H202 X0H+H02X (6)
[0014] 2、产生的强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基可将烟气中的VOCs深度氧化为 洁净的〇) 2和H 20,无二次污染：
[0015] aXOH+bVOCs cC02+dH20+Carbon residues (7)
[0017] 3、该系统能够高效脱除烟气中的VOCs，脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应 用前景的新型烟气净化系统。
[0018] 为实现脱除VOCs的目的，基于上述原理，本实用新型的技术方案如下：
[0019] 一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，所述系统设有除尘器、冷 却器、臭氧发生器、光化学雾化床反应器、循环泵、加料塔、喷淋管道、总烟道、以及产物后处 理系统；所述光化学雾化床反应器由上自下分别设有烟气出口、除雾器、分烟道、雾化喷嘴、 紫外灯管、气体分布喷嘴以及产物出口；排放源的烟气出口依次连接除尘器、冷却器、臭氧 发生器，冷却器出口连接光化学雾化床反应器的底部烟气管道，所述臭氧发生器连接于冷 却器与光化学雾化床反应器的烟道上。烟气进入光化学雾化床反应器之前，先在烟道中对 烟气中的VOCs进行预氧化，预氧化之后烟气进入光化学雾化床反应器内。
[0020] 所述光化学雾化床反应器的底部管道上设有气体分布喷嘴，内部设有过氧化物溶 液的加料塔出口通过喷淋管道与光化学雾化床反应器的顶部连接，雾化喷嘴设于喷淋管道 上；所述紫外灯管垂直布设于光化学雾化床反应器内，所述光化学雾化床反应器顶部设有 至少一组分烟道，分烟道在光化学雾化床反应器的顶部的烟气出口与总烟道连接。
[0021] 光化学雾化床反应器回落的溶液再次进入加料塔循环使用，所述加料塔的回流入 口通过管道与光化学雾化床反应器的底部连接，加料塔的出口与光化学雾化床反应器的喷 淋管道之间设有颗粒物过滤装置。
[0022] 光化学雾化床反应器的截面为圆形或矩形，圆形截面直径A或矩形截面边长可根 据空塔气速和总烟气流量来计算，光化学雾化床反应器的最佳空塔气速是〇. 3m/s-6. 0m/s。 光化学雾化床反应器的最佳高度B位于2m-6m之间，紫外灯管的最佳长度D通常比光化学 雾化床反应器的最佳高度B短0. 2m-0. 9m。为了便于从反应器顶部抽出紫外灯管维修或更 换，分烟道垂直高度C至少应当比紫外灯管最佳长度D高0. 3m。紫外灯管的布置间距H(圆 形截面）和I (矩形截面）的最佳间距为3cm-25cm之间。
[0023] 紫外灯管之间设有雾化喷嘴，雾化喷嘴根据光化学雾化床反应器最佳高度B通常 需要设置多级喷雾，设置级数根据现场情况确定，但要保证雾化覆盖无死角，且设置的雾化 喷嘴在垂直方向采用等间距布置。雾化喷嘴喷出的雾化溶液粒径不大于20微米。光化学 雾化床反应器的烟道采用先分烟道再总烟道的两段布置形式，目的是防止气流发生偏斜， 影响脱除效果。
[0024] 该系统的反应过程如下：来自排放源（从烟气入口 b接入）的烟气经除尘器除尘 和冷却器降温后，再由气体分布喷嘴布风后进入光化学雾化床反应器。来自加料塔的过氧 化物溶液由循环泵抽吸，并由雾化喷嘴雾化后喷入光化学雾化床反应器。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11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。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。
[0025] 光化学雾化床反应器3的最佳烟气入口温度为20-75°C，有效液气比为0. 4-5. 0L/ m3,过氧化物的最佳浓度为0? lmol/L-2. 5mol/L之间，溶液的pH位于1. 0-7. 5之间，最佳的 溶液温度为20-70°C。紫外光有效辐射强度为10 y W/cm2-300 y W/cm2,紫外线有效波长为 150nm-365nm。烟气中VOCs的含量不高于2000mg/m 3。
[0026] 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。所述的排放源包 括燃煤锅炉、工业窑炉、冶炼/炼焦尾气、垃圾焚烧炉以及石油化工设备尾气中的一种 或多种的组合。
[0027] 本实用新型的优点及显著效果：
[0028] 1.中国专利（ZL201210431594. 2)提出了一种利用电解工艺脱除VOCs的方法，但 该方法系统和工艺复杂，电耗和应用成本高。本实用新型采用的一种臭氧联合光激发过氧 化物的VOCs脱除方法非常简单，脱除过程稳定可靠，应用成本较低。
[0029] 2.中国专利（ZL 201410247572. X)提出了一种利用吸附、冷凝和膜分离相结合 的VOCs脱除方法及工艺，但该方法工艺复杂，应用成本高，尤其是尾部的膜分离技术不稳 定，难以工业应用，而本实用新型提出的工艺相对简单，设备成熟可靠，具有良好的市场开 发和应用前景。
[0030] 3.中国专利（ZL201210263021. 3)提出了一种基于吸附、脱附、精馏和渗透汽化 分离的VOCs脱除方法和工艺，但该方法同样具有工艺复杂和应用成本高等不足，难以实现 工业应用，而本实用新型提出的工艺相对更加简单可靠，具有更好的开发前景。
[0031] 4.中国专利（ZL201210334393.0)提出了一种基于吸附、膜分离和冷凝技术相结 合的VOCs脱除方法及工艺。该方法具有工艺复杂和应用成本高等不足，无法实现应用。
[0032] 5.中国专利（ZL201410007192. 9)提出了一种可有效脱除VOCs的分子筛/二氧化 钛负载铜锰铈的催化剂制备方法及相应的脱除工艺，但该专利申请提出的催化剂制备方法 非常复杂，吸收剂稳定性不高，需要定期的再生和活化，而本实用新型所述的方法不需要制 备复杂的脱除剂和再生活化工序，且运行可靠性更高，可实现系统的连续运行，具有更好的 工业发展前景。
【附图说明】
[0033] 图1 一种臭氧结合光辐射过氧化物的电子自旋共振光普图。
[0034] 图2是本实用新型所述系统的工艺流程图。
[0035]图3是光化学雾化床反应器的圆形截面及灯管、喷嘴和喷淋管道布置图。
[0036]图4是光化学雾化床反应器的矩形截面及灯管、喷嘴和喷淋管道布置图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0038] 如图2所示，一种臭氧预氧化联合光激发过氧化物的VOCs净化系统，主要设有除 尘器1、冷却器2、光化学雾化床反应器3、气体分布喷嘴12、紫外灯管11、雾化喷嘴10、循环 泵4、颗粒物过滤装置5-1、加料塔5、喷淋管道6、分烟道9、总烟道7、除雾器8、臭氧发生器 13以及产物后处理系统14。
[0039] 所述光化学雾化床反应器3由上自下分别设有烟气出口 c、除雾器8、分烟道9、雾 化喷嘴10、紫外灯管11、气体分布喷嘴12以及产物出口 d ;排放源的烟气出口依次连接除 尘器1、冷却器2以及臭氧发生器13上，冷却器2的出口连接光化学雾化床反应器3的底 部烟气管道，所述臭氧发生器13连接于冷却器2与光化学雾化床反应器3的烟道上；所述 光化学雾化床反应器3的底部管道上设有气体分布喷嘴12,内部设有过氧化物溶液的加料 塔5的出口通过喷淋管道6与光化学雾化床