專利名稱：工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣環(huán)境污染治理領(lǐng)域，具體的說是一種能高效處理大流量工業(yè)有機(jī)廢氣的光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中大量使用有機(jī)溶劑(如汽車噴涂、油墨印刷、集成電路制造、制鞋等)，導(dǎo)致包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、環(huán)己烷、丙酮揮發(fā)性有機(jī)物被排放到大氣環(huán)境中，這些有機(jī)污染物多具有致癌、致畸性，嚴(yán)重威脅人類健康。因此，如何高效處理企業(yè)生產(chǎn)過程中排放的氣態(tài)揮發(fā)性有機(jī)污染物，一直是環(huán)境保護(hù)工作的研究熱點(diǎn)。目前在工業(yè)上 應(yīng)用的有機(jī)廢氣處理技術(shù)主要有活性炭吸附法、燃燒法和催化燃燒法，不同的處理方法需要使用相應(yīng)的反應(yīng)裝置。單純的活性炭吸附存在吸附飽和二次污染問題，而燃燒法要求物料氣體中的揮發(fā)性有機(jī)物濃度高，且需要助燃劑；催化燃燒法能夠快速處理大流量高濃度的工業(yè)有機(jī)廢氣，但常規(guī)熱催化劑對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的起燃點(diǎn)較高(現(xiàn)有工業(yè)應(yīng)用的貴金屬熱催化劑起燃溫度多為200°C以上，非貴金屬熱催化劑起燃溫度多為400°C以上)，導(dǎo)致能耗較高，不符合當(dāng)今節(jié)能、環(huán)保的要求。以TiO2為基礎(chǔ)的光催化技術(shù)由于具有反應(yīng)條件溫和、能完全分解礦化難降解有機(jī)污染物、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注和研究。但常規(guī)光催化技術(shù)由于反應(yīng)速率低、光能利用率小等缺點(diǎn)，在工業(yè)應(yīng)用上受到限制。隨著光催化技術(shù)基礎(chǔ)研究的深入，人們對(duì)光催化反應(yīng)機(jī)理和光催化的熱效應(yīng)有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，研究表明適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，可以加速光催化氧化反應(yīng)，有效提高氣相光催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和礦化率。使用光熱耦合法處理大流量工業(yè)有機(jī)廢氣，需要專用的反應(yīng)裝置，而目前尚未見此類裝置的相關(guān)專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)光、熱對(duì)催化劑的協(xié)同作用，在一定溫度條件下，促進(jìn)光催化的氧化反應(yīng)，提高反應(yīng)速率；同時(shí)在光照條件下降低了熱催化氧化反應(yīng)的起燃點(diǎn)，促進(jìn)熱催化反應(yīng)的進(jìn)行，從而使得催化氧化反應(yīng)的能耗降低，反應(yīng)速度提高，反應(yīng)更加完全。本發(fā)明的技術(shù)方案如下它包括有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置和徑向流光催化反應(yīng)裝置，所述有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置包括豎置的多個(gè)罐體，其中有一個(gè)為主罐體，其余的為副罐體，所述罐體之間通過導(dǎo)熱油回流管相連接；所述主罐體下部設(shè)有電加熱棒，其上方設(shè)有導(dǎo)熱油冷凝分離器，所述罐體中注有導(dǎo)熱油，在連接罐體的導(dǎo)熱油回流管內(nèi)設(shè)有上下兩個(gè)導(dǎo)熱油溫度測(cè)量熱電偶，用于測(cè)量導(dǎo)熱油溫度并通過電加熱棒進(jìn)行溫度控制；所述多個(gè)罐體均內(nèi)置換熱列管，所述換熱列管通過氣路相互串聯(lián)，所述換熱列管進(jìn)氣口與有機(jī)廢氣風(fēng)機(jī)出氣口連接，所述換熱列管出氣口與徑向流光催化反應(yīng)裝置進(jìn)氣口連接；所述徑向流光催化反應(yīng)裝置包括一個(gè)豎置的反應(yīng)罐體，所述反應(yīng)罐體內(nèi)置雙層夾套環(huán)型篩網(wǎng)，外層環(huán)型篩網(wǎng)與罐體之間設(shè)有紅外線燈，外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層篩網(wǎng)環(huán)型間設(shè)置石英管，所述石英管內(nèi)設(shè)置熒光燈，外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)間填充光催化劑，所述徑向流光催化反應(yīng)裝置為下方進(jìn)氣，上方出氣，經(jīng)預(yù)熱的有機(jī)廢氣由徑向流光催化反應(yīng)裝置下方進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)氣體分配器分散后，強(qiáng)制徑向通過紅外線燈、外層環(huán)型篩網(wǎng)、光催化劑和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)，由上方的凈化氣體出氣口排出，所述光源包括紅外線燈和熒光燈，在徑向流光催化反應(yīng)裝置的罐體下部進(jìn)氣口和上部出氣口內(nèi)置反應(yīng)氣測(cè)溫?zé)犭娕迹糜跍y(cè)量反應(yīng)氣進(jìn)氣和出氣的溫度，并通過紅外線燈進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在一實(shí)施例中，所述有機(jī)廢氣是吸附飽和的活性炭經(jīng)脫附處理釋放出的高濃度有機(jī)廢氣，或者所述有機(jī)廢氣是由風(fēng)機(jī)經(jīng)通氣管路提供的含有機(jī)物的室內(nèi)空氣。在一實(shí)施例中，所述有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置的主罐體為敞開罐體，所述主罐體的上開口處設(shè)有導(dǎo)熱油冷凝分離器。在一實(shí)施例中，導(dǎo)熱油通過導(dǎo)熱油回流管在有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置的多個(gè)罐體間循環(huán)流通，以使油溫均勻穩(wěn)定。 在一實(shí)施例中，所述紅外線燈位于徑向流光催化反應(yīng)裝置罐體和內(nèi)置的外層環(huán)型篩網(wǎng)之間，并被固定在反應(yīng)罐體下部。在一實(shí)施例中，石英管為一端封閉，一端開口 ；石英管位于反應(yīng)罐體中內(nèi)置外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)置內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)之間，石英管封閉端與環(huán)型篩網(wǎng)底部隔斷緊密接觸，其開口端通過耐溫橡膠墊片和耐溫0型橡膠圈固定在罐體的上部，開口外露，即開口端與反應(yīng)罐上端部平齊或超出反應(yīng)罐上端部。 在一實(shí)施例中，所述熒光燈置于石英管內(nèi)，所述熒光燈從石英管開口端放入石英管內(nèi)。在一實(shí)施例中，放入石英管內(nèi)的熒光燈為254nm殺菌燈、365nm紫外線燈或普通熒光燈。在一實(shí)施例中，所述光催化劑填充層位于徑向流光催化反應(yīng)裝置中的外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)之間，且中間插有石英管，光催化劑填充層需充滿內(nèi)外層環(huán)型篩網(wǎng)之間以及石英管外的所有空間。在一實(shí)施例中，所述凈化氣體出氣口排出的處理后尾氣需經(jīng)專用管道排放。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)裝置一體化設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?yàn)楣獯呋瘎┩瑫r(shí)提供熱源和光源，進(jìn)而保證了催化反應(yīng)能在一定溫度和光照條件下進(jìn)行，加快了光催化氧化反應(yīng)速率，從而保證處理有機(jī)廢氣的效果，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。


圖I是本發(fā)明具體實(shí)施例的全剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中光熱耦合反應(yīng)裝置細(xì)節(jié)剖視圖。圖3是圖2從頂部向下俯視的剖視圖。圖中1. I主罐體，1.2副罐體，2換熱列管，3進(jìn)氣口，4上油溫測(cè)量熱電偶，5導(dǎo)熱油回流管，6導(dǎo)熱油冷凝分離器，7紅外線燈，8石英管，9紫外線熒光燈，10凈化氣體出氣口，11凈化氣體測(cè)溫?zé)犭娕迹?2光催化劑，13外層環(huán)型篩網(wǎng)，14外層環(huán)型篩網(wǎng)，15徑向流光催化反應(yīng)器罐體，16氣體分配器，17反應(yīng)氣測(cè)溫?zé)犭娕迹?8電加熱棒，19下油溫測(cè)量熱電偶。
具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下，但本發(fā)明并不限于此。如圖1-3所示，該光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置包括有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置I和徑向流光催化反應(yīng)裝置15，所述有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置包括豎置的三個(gè)罐體，其中有一個(gè)為主罐體
I.I,其余兩個(gè)為副罐體I. 2，所述罐體通過導(dǎo)熱油回流管5連接，所述主罐體I. I下部設(shè)有電加熱棒18，其上方設(shè)有導(dǎo)熱油冷凝分離器6，所述罐體中注有導(dǎo)熱油，在連接罐體的導(dǎo)熱油回流管內(nèi)設(shè)有上下油溫度測(cè)量熱電偶4、19，用于測(cè)量導(dǎo)熱油溫度并通過電加熱棒18進(jìn)行溫度調(diào)控；所述三個(gè)罐體均內(nèi)置換熱列管2，所述換熱列管2通過氣路相互串聯(lián)，所述換熱列管進(jìn)氣口 3與有機(jī)廢氣風(fēng)機(jī)出氣口連接，所述換熱列管出氣口與徑向流光催化反應(yīng)裝置進(jìn)氣口連接；所述徑向流光催化反應(yīng)裝置15包括一個(gè)豎置的反應(yīng)罐體，·所述反應(yīng)罐體內(nèi)置雙層夾套環(huán)型篩網(wǎng)13和14，外層環(huán)型篩網(wǎng)14與罐體之間設(shè)有紅外線燈7，外層環(huán)型篩網(wǎng)14和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)13間設(shè)置石英管8，所述石英管8內(nèi)設(shè)置紫外線熒光燈9，外層環(huán)型篩網(wǎng)14和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)13間填充光催化劑12，所述徑向流光催化反應(yīng)裝置15為下方進(jìn)氣，上方出氣，經(jīng)預(yù)熱的有機(jī)廢氣由反應(yīng)罐體下方進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)設(shè)置在反應(yīng)罐體內(nèi)的氣體分配器16分散后，強(qiáng)制徑向通過紅外線燈7、外層環(huán)型篩網(wǎng)14、光催化劑12和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)13，由上方的凈化氣體出氣口 10排出，所述光源包括紅外線燈7和紫外線熒光燈9，在徑向流光催化反應(yīng)裝置的反應(yīng)罐體下部進(jìn)氣口位置內(nèi)置反應(yīng)氣測(cè)溫?zé)犭娕?7，在反應(yīng)罐體上部出氣口位置內(nèi)置凈化氣體測(cè)溫?zé)犭娕?1，用于測(cè)量反應(yīng)氣進(jìn)氣和出氣的溫度，并通過紅外線燈進(jìn)行溫度補(bǔ)償。上述的有機(jī)廢氣可以是吸附飽和的活性炭經(jīng)脫附處理釋放的高濃度有機(jī)廢氣，也可以是由風(fēng)機(jī)提供的含揮發(fā)性有機(jī)物的室內(nèi)空氣。上述的有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置的罐體為敞開體罐體，其上開口處位于該裝置主罐體上端，并在開口處設(shè)有導(dǎo)熱油冷凝分離器6。上述的導(dǎo)熱油通過導(dǎo)熱油回流管在有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置的三個(gè)罐體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，以使油溫均勻穩(wěn)定，并通過設(shè)置在導(dǎo)熱油回流管內(nèi)的測(cè)溫?zé)犭娕己碗娂訜岚艨刂朴蜏亍Ｉ鲜龅募t外線燈位于徑向流光催化反應(yīng)裝置的反應(yīng)罐體和內(nèi)置外層環(huán)型篩網(wǎng)之間，并被固定在反應(yīng)罐體下部。上述的石英管為一端封閉，一端開口。上述的石英管位于反應(yīng)罐體中的外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)之間，石英管底部需與篩網(wǎng)底部隔斷緊密接觸，并通過耐溫橡膠墊片和耐溫0型橡膠圈固定在反應(yīng)罐體的上部。上述的熒光燈置于石英管內(nèi)，可以是254nm殺菌燈、365nm紫外線燈、普通熒光燈。上述的光催化劑填充在反應(yīng)罐體中的外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)之間，且中間插有石英管，填充層須充滿內(nèi)外層環(huán)型篩網(wǎng)之間和石英管外的所有空間。上述的徑向流光催化反應(yīng)裝置的凈化氣體出氣口 10排出的處理后尾氣需經(jīng)專用管道排放。本發(fā)明的工作原理是這樣實(shí)現(xiàn)的工業(yè)有機(jī)廢氣在風(fēng)機(jī)的作用下，進(jìn)入預(yù)熱罐，在換熱列管中被導(dǎo)熱油加熱到一定溫度后，進(jìn)入徑向流光催化反應(yīng)裝置罐體，經(jīng)紅外線燈再次加熱后，通過光催化劑床層，進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，尾氣經(jīng)出氣口和專用管道外排。紅外線燈除對(duì)反應(yīng)氣進(jìn)行加熱外，還負(fù)有對(duì)光催化劑進(jìn)行加熱的功能；紫外線熒光燈主要負(fù)責(zé)對(duì)光催化劑提供光源。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，包括有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置和徑向流光催化反應(yīng)裝置，其特征在于所述有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置包括豎置的多個(gè)罐體，其中有一個(gè)為主罐體，其余的為副罐體，所述罐體之間通過導(dǎo)熱油回流管相連接；所述主罐體下部設(shè)有電加熱棒，其上方設(shè)有導(dǎo)熱油冷凝分離器，所述罐體中注有導(dǎo)熱油，在連接罐體的導(dǎo)熱油回流管內(nèi)設(shè)有上下兩個(gè)導(dǎo)熱油溫度測(cè)量熱電偶，用于測(cè)量導(dǎo)熱油溫度并通過電加熱棒進(jìn)行溫度控制；所述多個(gè)罐體均內(nèi)置換熱列管，所述換熱列管通過氣路相互串聯(lián)，所述換熱列管進(jìn)氣口與有機(jī)廢氣風(fēng)機(jī)出氣口連接，所述換熱列管出氣口與徑向流光催化反應(yīng)裝置進(jìn)氣口連接；所述徑向流光催化反應(yīng)裝置包括一個(gè)豎置的反應(yīng)罐體，所述反應(yīng)罐體內(nèi)置雙層夾套環(huán)型篩網(wǎng)，外層環(huán)型篩網(wǎng)與罐體之間設(shè)有紅外線燈，外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層篩網(wǎng)環(huán)型間設(shè)置石英管，所述石英管內(nèi)設(shè)置熒光燈，外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)間填充光催化劑，所述徑向流光催化反應(yīng)裝置為下方進(jìn)氣，上方出氣，經(jīng)預(yù)熱的有機(jī)廢氣由反應(yīng)罐體下方進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)氣體分配器分散后，強(qiáng)制徑向通過紅外線燈、外層環(huán)型篩網(wǎng)、光催化劑和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)，由上方的凈化氣體出氣口排出，所述光源包括紅外線燈和熒光燈，在徑向流光催化反應(yīng)裝置的罐體下部進(jìn)氣口和上部出氣口內(nèi)置反應(yīng)氣測(cè)溫?zé)犭娕迹糜跍y(cè)量反應(yīng)氣進(jìn)氣和出氣的溫度，并通過紅外線燈進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于所述有機(jī)廢氣是吸附飽和的活性炭經(jīng)脫附處理釋放出的高濃度有機(jī)廢氣，或者所述有機(jī)廢氣是由風(fēng)機(jī)經(jīng)通氣管路提供的含有機(jī)物的室內(nèi)空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于所述有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置的主罐體為敞開罐體，所述主罐體的上開口處設(shè)有導(dǎo)熱油冷凝分離器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于導(dǎo)熱油通過導(dǎo)熱油回流管在有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置的多個(gè)罐體間循環(huán)流通，以使油溫均勻穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于所述紅外線燈位于徑向流光催化反應(yīng)裝置罐體和內(nèi)置的外層環(huán)型篩網(wǎng)之間，并被固定在反應(yīng)罐體下部。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于石英管為一端封閉，一端開口 ；石英管位于反應(yīng)罐體中內(nèi)置外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)置內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)之間，石英管封閉端與環(huán)型篩網(wǎng)底部隔斷緊密接觸，其開口端通過耐溫橡膠墊片和耐溫O型橡膠圈固定在罐體的上部，開口外露。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于所述熒光燈置于石英管內(nèi)，所述熒光燈從石英管開口端放入石英管內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于放入石英管內(nèi)的熒光燈為254nm殺菌燈、365nm紫外線燈或普通熒光燈。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于所述光催化劑填充層位于徑向流光催化反應(yīng)裝置中的外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)之間，且中間插有石英管，光催化劑填充層需充滿內(nèi)外層環(huán)型篩網(wǎng)之間以及石英管外的所有空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工業(yè)有機(jī)廢氣光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置，其特征在于所述凈化氣體出氣口排出的處理后尾氣需經(jīng)專用管道排放。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠利用光和熱協(xié)同作用處理工業(yè)有機(jī)廢氣的光熱耦合催化氧化反應(yīng)裝置。該裝置包括有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置和徑向流光催化反應(yīng)裝置，有機(jī)廢氣預(yù)熱裝置包括豎置的多個(gè)罐體，通過導(dǎo)熱油回流管連接，主罐體下部設(shè)有電加熱棒，上方設(shè)有導(dǎo)熱油冷凝分離器，罐體中注有導(dǎo)熱油，在連接罐體的導(dǎo)熱油回流管內(nèi)設(shè)有上下兩個(gè)導(dǎo)熱油溫度測(cè)量熱電偶；徑向流光催化反應(yīng)裝置包括一個(gè)豎置的反應(yīng)罐體，反應(yīng)罐體內(nèi)置雙層夾套環(huán)型篩網(wǎng)，外層環(huán)型篩網(wǎng)與反應(yīng)罐體之間設(shè)有紅外線燈，外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層篩網(wǎng)環(huán)型間設(shè)置石英管，石英管內(nèi)設(shè)置紫外線熒光燈，外層環(huán)型篩網(wǎng)和內(nèi)層環(huán)型篩網(wǎng)間填充光催化劑，在反應(yīng)罐體下部進(jìn)氣口和上部出氣口內(nèi)置反應(yīng)氣測(cè)溫?zé)犭娕肌?br> 文檔編號(hào)B01D53/86GK102755833SQ20121024985
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者付賢智, 戴文新, 李旦振, 王緒緒, 邵宇, 陳旬 申請(qǐng)人:福州大學(xué)