熱電暈放電催化氧化處理工業(yè)廢氣VOCs的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及熱電暈放電催化氧化處理工業(yè)廢氣VOCs的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]揮發(fā)性有機物(Volatile Organic Compounds,簡稱VOCs)，通常指在常壓下，沸點低于250°C的有機化合物，或在室溫下，以氣態(tài)分子形態(tài)排放到空氣中的所有有機化合物的總稱。大氣中VOCs組成極其復雜，美國學者歸納為共有1885種。國家環(huán)保部最新發(fā)布的《大氣揮發(fā)性有機物源排放清單編制技術(shù)指南(試行)》中，將VOCs分為烷烴、烯烴、芳香烴、炔烴的C2-C12非甲烷碳氫化合物等152種化合物。VOCs是產(chǎn)生大氣霧霾的主要因素，污染因子眾多且毒性較大，易產(chǎn)生惡臭污染。其排放來源非常廣泛，其中，VOCs工業(yè)源涉及行業(yè)眾多(如噴漆、印刷、印染等)，具有排放氣量大、排放強度大、濃度波動大、污染物種類多、毒性大、持續(xù)時間長等特點，對空氣質(zhì)量的影響也最為顯著。
[0003]目前，VOCs的末端控制技術(shù)有吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法、生物控制法、燃燒法、低溫等離子體法和光催化法等。吸附法是指利用吸附劑的吸附選擇性，將氣體中的VOCs分離出來的方法。吸附法是目前去除VOCs應(yīng)用最廣泛的方法，但其存在吸附平衡后，VOCs可能脫附及需要定期更換吸附劑等缺點。
[0004]吸收法是將含VOCs的氣體通過液體吸收劑，利用VOCs自身的理化特性而留在吸收劑中而被分離的方法。吸收法的缺點在于需要對吸附劑進行后期處理、易產(chǎn)生二次污染、對VOCs種類有選擇性等。
[0005]VOCs的冷凝技術(shù)，是通過降低溫度或提高系統(tǒng)壓力使氣態(tài)的揮發(fā)性有機物轉(zhuǎn)為其他形態(tài)，從而從氣體中分離出來。冷凝法對于高沸點的VOCs具有回收率高的優(yōu)點，但其需低溫高壓，運行成本高，很不適于低濃度VOCs。
[0006]膜分離法是利用VOCs和氣體混合物中其他氣體，對天然膜或人工合成膜的穿透、濾過或其他動力性質(zhì)的不同，從而使VOCs從混合物中分離出來的方法。膜分離法的優(yōu)點是對不同揮發(fā)性有機物的普適性好，幾乎適用于各種VOCs，并且回收效率高，無二次污染等；缺點是對設(shè)備的要求高，一些分離膜等材料非常昂貴，成本較高。
[0007]生物控制法的原理是利用微生物的代謝等過程，對有機物進行自然的分解、降解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等。生物控制法的優(yōu)點是工藝過程簡單，設(shè)備統(tǒng)一，二次污染小，成本低等；缺點是處理過程緩慢，對VOCs處理的普適性差，難以應(yīng)用于混合有機物廢氣。
[0008]燃燒控制技術(shù)是利用有機物容易燃燒的特性而采取的VOCs控制方式。燃燒法具有原理簡單，去除率高，可回收熱能的優(yōu)點，但其可能產(chǎn)生其他污染物，可能浪費資源。低溫等離子體控制技術(shù)，是利用電場對電子加速，使之產(chǎn)生化學活性，當電子能量高于揮發(fā)性有機物的化學鍵強時，電子的不斷轟擊可使VOCs鍵斷裂、電離，從而破壞有機物的分子結(jié)構(gòu)，生成小分子低毒無毒物質(zhì)，達到消除VOCs的目的。該方法對VOCs處理的種類范圍較廣，能耗相對低，無二次污染，去除效率高，對濃度要求低，但其存在選擇性差，降解不完全，可能產(chǎn)生有害副產(chǎn)物。
[0009]光催化法的原理是利用光催化劑與揮發(fā)性有機物接觸，催化劑受光照后產(chǎn)生電子空穴對，經(jīng)過氧化等反應(yīng)在催化劑表面生成水、二氧化碳的降解方法。光催化法的優(yōu)點在于方法簡單，適用范圍廣泛，終產(chǎn)物無毒，操作簡單，較為經(jīng)濟；缺點是需要嚴格光照條件，VOCs濃度低時，催化降解效率下降，會產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物。
[0010]目前，在很多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，使用單一的VOCs控制技術(shù)難以達到理想的效果。因此，針對工業(yè)廢氣VOCs的排放特點，開發(fā)新型高效經(jīng)濟的工業(yè)廢氣VOCs聯(lián)合控制方法已成為研究難點與熱點問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種熱電暈放電催化氧化處理工業(yè)廢氣VOCs的裝置，將電暈放電等離子體與高溫熱氧化降解有效結(jié)合，充分發(fā)揮等離子體氧化性強與熱降解效率高的特點，具有結(jié)構(gòu)簡單、高效節(jié)能、不產(chǎn)生二次污染物，制造與處理成本低等優(yōu)點。
[0012]—種熱電暈放電催化氧化處理工業(yè)廢氣VOCs的裝置，包括凈化通道，所述凈化通道的兩端分別設(shè)有廢氣進口和廢氣出口，還包括:
[0013]加熱管，安裝在凈化通道內(nèi)且沿凈化通道長度方向延伸；
[0014]螺旋放電線圈，安裝在凈化通道內(nèi)，圍繞在加熱管外周且沿加熱管長度方向螺旋延伸；
[0015]高壓脈沖發(fā)生器，加載在螺旋放電線圈兩端使凈化通道內(nèi)產(chǎn)生高能電子與離子等離子體；
[0016]加熱管控溫器，加載在加熱管兩端。
[0017]本發(fā)明裝置使用時，將混有02、Ν2、Η20的VOCs廢氣自廢氣進口通入凈化通道，高壓脈沖發(fā)生器輸出高壓加載在螺旋放電線圈兩端，一方面，高壓負電暈放電降解VOCs，數(shù)萬度的高能電子直接與VOCs分子發(fā)生非彈性碰撞，將能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子的內(nèi)能，使其激發(fā)、離解、電離最終生成無害的0)2和H20 ;另一方面，高能電子激勵氣體中的02、Ν2、Η20等分子，從而產(chǎn)生具有強氧化能力0、0H、03、0?等自由基或活性粒子，它們破壞C-H、C = C或C-C等化學鍵，使VOCs分子中的H、C1、F等發(fā)生置換反應(yīng)和分解氧化，最終生成無害物質(zhì)0)2和H20o
[0018]同時，凈化通道內(nèi)荷電的VOCs分子與其它物質(zhì)，在高壓電場的作用下，電迀移至凈化通道的加熱管表面，加熱管發(fā)熱產(chǎn)生高溫，經(jīng)電暈放電處理后的小分子VOCs及未分解的VOCs在高溫熱力氧化的作用下，進一步氧化燃燒生成0)2和Η 20。
[0019]本發(fā)明是將電暈放電與高溫熱氧化有效結(jié)合降解V 0 C s，高壓負電暈放電降解VOCs時，等離子體中的高能電子起決定性作用。
[0020]所述高壓脈沖發(fā)生器包括高壓脈沖電源智能控制器和高壓整流器，高壓脈沖電源智能控制器輸出的直流基礎(chǔ)電壓范圍0?100kV，脈沖幅度達150kV。高壓整流器耐壓電壓達 180kV。
[0021]加熱管用于升溫加熱VOCs廢氣，常見的，采用電熱管，電熱管可以選用市售鎳鉻Cr20Ni80電熱絲管或鎳鉻Cr25Ni20電熱絲管，但不僅限于此電熱絲管。此時，加熱管控溫器為電熱管控溫器，由溫度傳感器和交流調(diào)壓器組成，溫度傳感器的感應(yīng)溫度范圍為0°C?1400°C，交流調(diào)壓器的輸入電壓為220V，輸出電壓介于0?220V。
[0022]為了保證能源的充分利用以及VOCs處理凈化效果，優(yōu)選的，所述高壓脈沖發(fā)生器的加載電壓不小于50kV，脈沖幅度不小于1.2倍基礎(chǔ)電壓。
[0023]凈化通道的直徑與高度由處理VOCs氣量和放電電壓設(shè)計而定，為了節(jié)省空間以及保證VOCs處理凈化效果，優(yōu)選的，所述凈化通道的長度為3?15mm。
[0024]為了方便制造和使用，優(yōu)選的，所述凈化通道為一圓筒的內(nèi)腔，所述圓筒包括筒體以及密封筒體的兩端蓋，所述加熱管的兩端固定在對應(yīng)側(cè)的端蓋上，所述端蓋上設(shè)有連接加熱管控溫器的接線柱。為了不干擾降解反應(yīng)，筒體由絕緣材質(zhì)制成，端蓋由聚四氟乙烯材料制成，接線柱采用不銹鋼材料，但不僅限于上述材料。
[0025]優(yōu)選的，所述螺旋放電線圈的外側(cè)面與所述凈化通道內(nèi)壁之間的最短距離為2?6mm ο
[0026]為了保證螺旋放電線圈的放電效果，同時便于制造和安裝，優(yōu)選的，所述螺旋放電線圈的外徑為400?1000mm，螺距為5?10mm。
[0027]進一步優(yōu)選的，所述螺旋放電線圈的放電線的直徑為2?4mm。
[0028]螺旋放電線圈采用負高壓供電，螺旋放電線圈的材料不僅限于銅絲或不銹鋼絲。
[0029]為了能夠更好地對VOCs進行熱氧化二次降解，優(yōu)選的，所述加熱管的直徑為20?60mmo
[0030]本發(fā)明還公開了一種熱電暈放電催化氧化處理工業(yè)廢氣VOCs的方法，使用如權(quán)利要求1?8所述的熱電暈放電催化氧化處理工業(yè)廢氣VOCs的裝置，包括以下步驟:
[0031](1)將VOCs廢氣自廢氣進口通入凈化通道；
[0032](2)所述高壓脈沖發(fā)生器加載在螺旋放電線圈兩端使凈化通道內(nèi)產(chǎn)生高能電子和離子等離子體，VOCs分子與高能電子和離子等離子體發(fā)生碰撞，使VOCs分子電離、解離和激發(fā)；
[0033](3)加熱管控溫器控制加熱管的表面升溫至200?500°C，在螺旋放電線圈的強電磁場作用下，帶有荷電的分子向凈化通道的