一种多相混合催化氧化VOCs处理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种多相混合催化氧化VOCs处理系统，包括顺次连接的集气装置、引风装置、预处理装置、多相混合催化氧化装置、光催化氧化装置以及用于各装置联动控制的电气控制单元，所述的多相混合催化氧化装置包括第一级催化氧化反应室和第二级催化氧化反应室。具有低能耗、反应快速、高净化率、高安全性能、无二次污染、运行稳定、操作和维护方便等技术优势，功能模块化设计，使系统各级模块组合简单、灵活，相比现有相关技术，投资成本和运营成本大大降低，安装方便，基本不受场地条件限制，以满足不同行业、不同领域应用的需要。
【专利说明】
一种多相混合催化氧化VOCs处理系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及大气环境污染治理领域，具体涉及一种多相混合催化氧化VOCs处 理系统。
【背景技术】
[0002] 我国工业的迅速发展，使我国成为了世界第二大经济体，特别是近几年石油化工、 纺织印染、五金、塑料、印刷、装饰、食品、制药等行业的飞速发展，使得V0Cs(挥发性有机气 体)的排放量及浓度越来越高，导致了区域性的灰霾天气每年维持在高位水平，并呈现出酸 雨频率高、臭氧浓度高、细颗粒物浓度高和灰霾天气严重的"三高一严重"的大气污染特征， 因此大气污染问题是困扰我国发展及人民生活水平提高的难题。目前的VOCs气体的处理技 术并不理想，要么是处理效果差，要么是企业的废气处理建设和运行成本居高不下。
[0003] 现有蓄热式燃烧催化氧化法VOCs处理技术，如图1，其基本原理是将有机废气通过 集气管道进入燃烧氧化装置并加热到800~900°C，废气的有机物在高温、催化剂作用下发生 氧化反应，使废气中的有机化合物变成C02和H20等无机化合物，剩余酸性废气通过喷淋洗 涤塔处理，直接排放到大气。
[0004] 蓄热式燃烧催化氧化法VOCs处理技术主要存在以下缺点：（1)设备成套投资较大、 占地面积大，重量较大(一般超过10吨），承载要求高；（2)气体高温燃烧操作要求高，安全性 问题突出，行业适应性受到限制；（4)需要预热，能耗较高，运行成本高；（5)高温燃烧的同 时，产生大量氮氧化物及其衍生物等二次污染问题；（5)反应室中催化剂受燃烧氧化后产生 的灰尘颗粒表面覆盖，极易失效。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提出一种多相混合催化氧化VOCs处理系统。
[0006] 本实用新型的技术方案是这样实现的：一种多相混合催化氧化VOCs处理系统，其 特征在于，包括顺次连接的集气装置、引风装置、预处理装置、多相混合催化氧化装置、光催 化氧化装置以及用于各装置联动控制的电气控制单元，所述的多相混合催化氧化装置包括 第一级催化氧化反应室和第二级催化氧化反应室。
[0007] 本实用新型所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理系统中，所述的第一级催化氧 化反应室所述的第一级催化氧化反应室设有设于两隔板一之间的微电解反应隔层和UV灯 组件一。
[0008] 本实用新型所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理系统中，所述的微电解反应隔 层设有微电解合金矿催化剂颗粒，在此，所述的微电解合金矿催化剂颗粒为掺杂稀土或贵 金属的催化剂。
[0009] 本实用新型所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理系统中，所述的第二级催化氧 化反应室设有设于两隔板二之间的UV灯组件二和光催化反应隔层。
[0010] 本实用新型所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理系统中，所述的光催化反应隔 层内设有光催化氧化纳米复合材料。
[0011] 本实用新型所述的一种多相混合催化氧化V0CS处理系统中，所述的光催化氧化纳 米复合材料由光催化活性纳米材料与活性碳纤维复合而成，所述的光催化活性纳米材料为 Ti〇2〇
[0012] 本实用新型所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理系统中，所述的光催化氧化装 置与所述第二级催化氧化反应室的内部结构相同。
[0013] 本实用新型所述的一种多相混合催化氧化VOCs处理系统中，所述的电气控制单元 具有对输入和输出气体的流速、流量、温度、压力、浓度参数的处理功能，过程控制功能以及 远程通信、传输功能。
[0014] 实施本实用新型具有以下有益效果：
[0015] (1)高效催化剂-光量子能催化氧化技术和吸附材料相结合，提高了氧化效率和使 用寿命，处理率90%以上；
[0016] (2)系统模块化设计，便于组合配置和扩展，便于方案设计、安装、调试、维护；
[0017] (3)常温、常压下长期稳定运行，反应条件温和，安全性能高，应用领域广；
[0018] (4)对有机物的降解以生成含氧基团的小分子化合物为主，不产生二次污染物；
[0019] (5)可以多系统并行，适应各种的处理风量，易于设计、投资成本低，占用面积小；
[0020] 系统相比其它处理技术能耗较低、氧化剂耗材少，运行成本低廉。
【附图说明】
[0021] 图1为【背景技术】中的处理方法原理图；
[0022]图2为处理系统结构示意图；
[0023] 图3为多相混合催化氧化装置中第一级催化氧化反应室结构示意图；
[0024] 图4为多相混合催化氧化装置中第二级催化氧化反应室结构示意图；
[0025]图5为光催化氧化原理图。
[0026]图中：集气装置100;集气罩110;输气管120;预处理装置200;喷淋循环装置210;多 相混合催化氧化装置300;第一级催化氧化反应室310;氧化剂喷淋器311;隔板一312;微电 解反应隔层313;UV灯组件一 314;第二级催化氧化反应室320;UV灯组件二321;光催化反应 隔层322;隔板二323;光催化氧化装置400;控制柜500;烟囱600;引风装置700。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述。
[0028]如图2所示，本发明创造的多相混合催化氧化VOCs处理系统的优选方案，包括顺次 连接的集气装置100、引风装置700、预处理装置200、多相混合催化氧化装置300和光催化氧 化装置400。
[0029]所述的集气装置100包括集气罩110和输气管120,所述输气管120道通过法兰连 接，在引风装置700的动力下，VOCs气体被输送到预处理装置200,所述的引风装置700具体 采用涡轮式玻璃钢防腐蚀户外型节能风机。
[0030]所述的预处理装置200中，带粉尘颗粒、胶状物质及其它杂质的VOCs气体在此先进 行预处理;预处理装置200设有喷淋循环装置210，在此采用氧化除臭溶液循环对有机废气 垂直喷淋，一方面除去这些废气携带的粉尘颗粒、胶状杂质及其他杂质，废气携带的物质部 分溶解到溶液中，溶液循环使用；另一方面，能初步催化氧化有机废气。所述氧化除臭溶液 由自来水和氧化除臭物质的混合液制成，氧化除臭溶液循环使用一段时间后，做为废水另 作净化处理。
[0031] 如图3、图4所示，所述的多相混合催化氧化装置300包括第一级催化氧化反应室 310和第二级催化氧化反应室320;
[0032] 所述的第一级催化氧化反应室310设有设于两隔板一 312之间的微电解反应隔层 313和UV灯组件一314;
[0033] 所述的微电解反应隔层313设有微电解合金矿催化剂颗粒，在此，所述的微电解合 金矿催化剂颗粒优选为掺杂稀土或贵金属的催化剂；
[0034]微电解反应隔层313和UV灯组件一 314间隔分布，两者均不少于一层。
[0035] 所述的第一级催化氧化反应室310顶部设有氧化剂喷淋器311，优选地，此处所述 氧化剂喷淋器311内的氧化剂可以是双氧水。
[0036] 所述的第二级催化氧化反应室320设有设于两隔板二323之间的UV灯组件二321和 光催化反应隔层322;所述UV灯组件二321和光催化反应隔层322均不少于一层；
[0037] 所述的光催化反应隔层322内含有光催化氧化纳米复合材料；
[0038] 进一步地，所述的光催化氧化纳米复合材料由光催化活性纳米材料与活性碳纤维 复合而成;活性碳纤维(active carbon fiber，ACF)具有比表面积大、吸附容量高、吸脱附 速度快、纤维直径小、吸附质扩散路径短、吸附质在内扩散阻力小净化效率高、再生容易等 优良性能。将光催化活性纳米材料与活性碳纤维的吸附性能相结合，通过光催化作用降解 吸附在活性碳纤维上的有机物，增强吸附剂的净化能力，延长吸附剂的使用寿命;吸附剂载 体的吸附能力为光催化反应提供高浓度环境，提高了光催化反应的效率，使光催化技术能 更好地发挥其优越的去除VOCs等有害气体和异味的性能。
[0039] 进一步地，所述的光催化活性纳米材料为锐钛型氧化钛(Ti〇2);
[0040] 所述的VOCs进入多相混合催化氧化装置300后，穿过内部多层微电解合金矿催化 剂颗粒和光催化氧化纳米复合材料组成的氧化载体，氧化剂溶液在催化剂、紫外光共同作 用下生成氧化性极强的羟基自由基团、过氧化物自由基团、臭氧、活性氧分子，这些活性氧 化性分子能在极短的时间内将VOCs气体分子氧化分解，生成无机化合物、部分小分子有机 酸等物质。独特的内部结构，使有机气体在反应体内形成多级回旋，延长气体的接触反应时 间，使VOCs气体得到充分氧化分解。
[0041] 进一步地，所述的多相混合催化氧化装置300采用模块化设计，可根据应用方案的 需要增加或减少氧化处理模块，同时也便于维护。
[0042]如图5,所述的第二级催化氧化反应室320中的反应机理为： ;:i： ,省* *:众:一^#'..级办..J: S:' u)....+:' 繼:中.fev:
[0043] 省：_? :-?# 齡 微IT +親一#:::ρ:：_瞧离::_电:養壤爵
[0044] 式中，X代表有机物，反应生成的R ·及X ·进一步再与· OH，H2〇2,〇2-，H〇2-反应，使 有机物分子结构发生C-C键开裂，氧化分解，最后氧化为C〇2和H2〇。
[0045] 所述的光催化氧化装置400作为本系统的末端处理装置，内部结构与多相混合催 化氧化装置300第二级催化氧化反应室320相似，配以多层光催化氧化纳米复合材料，在特 定频谱紫外光的作用下，将前级处理的残余VOCs及中间产物最终氧化分解成以无机成分 为主的最终产物排放。光催化氧化装置400采用模块化设计，便于增减处理模块和维护。
[0046] 所述的光催化氧化装置400后接用于处理后达标气体排放的烟囱600。
[0047] 进一步地，本系统电气控制单元以PLC为控制器，配套高品质电气开关，输入输出 模块、触摸屏，可实现手动、自动、远程等控制功能，同时具有对输入和输出气体的流速、流 量、温度、压力、浓度参数的处理功能，过程控制功能以及远程通信、传输功能。控制柜500为 户外型耐腐蚀设计，适应于户外安装，内置风机变频器，输出控制风机启动和正常运行所需 转速和风量。
[0048]进一步地，系统末端排放根据需要，可配套安装VOCs在线监测仪，监测TVOCs或其 它有机成分的数据。
[0049] 整个系统采用模块化设计，根据用户现场实际情况，通过处理模块串并联组合，完 成一定VOCs气体容量的处理（按风量计算10000m 3/h以下）；对于VOCs气体容量较大的场合 (按风量计算l〇〇〇〇m 3/h以上)可以设计成多组相对独立的处理系统同时运行。
[0050] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多相混合催化氧化VOCs处理系统，其特征在于，包括顺次连接的集气装置、引风 装置、预处理装置、多相混合催化氧化装置、光催化氧化装置以及用于各装置联动控制的电 气控制单元，所述的多相混合催化氧化装置包括第一级催化氧化反应室和第二级催化氧化 反应室。2. 如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述的第一级催化氧化反应室所述的第 一级催化氧化反应室设有设于两隔板一之间的微电解反应隔层和UV灯组件一。3. 如权利要求1~2任意一项所述的处理系统，其特征在于，所述的第二级催化氧化反应 室设有设于两隔板二之间的UV灯组件二和光催化反应隔层。4. 如权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述的光催化氧化装置与第二级催化氧 化反应室的内部结构相同。5. 如权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述的电气控制单元具有对输入和输出 气体的流速、流量、温度、压力、浓度参数的处理功能，过程控制功能以及远程通信、传输功 能。
【文档编号】B01D53/74GK205672785SQ201620387473
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月4日 公开号201620387473.6, CN 201620387473, CN 205672785 U, CN 205672785U, CN-U-205672785, CN201620387473, CN201620387473.6, CN205672785 U, CN205672785U
【发明人】张少山
【申请人】广州高山环境科技有限公司