一種光電解誘導自由基脫VOCs的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及大氣污染物控制領域，具體涉及一種光電解誘導自由基脫VOCs的方法 及裝置。
【背景技術】
[0002] VOCs是揮發(fā)性有機化合物(Volatile Organic Compounds)的英文縮寫。大量研究 表明，VOCs通過呼吸道和皮膚進入人體后，能給人的呼吸、血液、肝臟等器官造成暫時性和 永久性病變(例如會引發(fā)各種血液病和癌癥）。工業(yè)生產中會產生各種有機物廢氣，主要包 括各種烴類、醇類、醛類、酸類、酮類和胺類等，這些有機廢氣會造成大氣污染，危害人體健 康。隨著經濟的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識的提高，尾氣中VOCs脫除問題越來越受到人們的 關注。同時國家也制定了相應的法律法規(guī)對VOCs的排量作了嚴格的限制。研究開發(fā)VOCs的 高效脫除技術已成為世界各國關注的熱點問題。
[0003] 在過去的幾十年中，國內外研究人員對廢氣中VOCs脫除問題作了大量的研究并開 發(fā)了多種VOCs脫除方法。按照脫除的基本原理，廢氣VOCs脫除方法主要包括冷凝回收法、吸 收法、直接燃燒法、催化燃燒法和吸附法等。冷凝回收法適用于有機廢氣濃度高、溫度低、風 量小的工況，需要附屬冷凍設備，主要應用于制藥、化工行業(yè)，而印刷企業(yè)較少采用，應用范 圍受到局限。吸收法常用的是物理吸收，即將廢氣引入吸收液凈化，待吸收液飽和后經加 熱、解析、冷凝回收。這種方法適用于大氣量、低溫度、低濃度的廢氣，但需配備加熱解析回 收裝置，設備體積大、投資較高。直接燃燒法是利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒，將混合氣 體加熱，使有害物質在高溫作用下分解為無害物質。該方法工藝簡單、投資小，適用于高濃 度、小風量的廢氣，但對安全技術、操作要求較高。催化燃燒法是把廢氣加熱經催化燃燒轉 化成無害無臭的二氧化碳和水，這種方法起燃溫度低、節(jié)能、凈化率高、操作方便、占地面積 少、適用于高溫或高濃度的有機廢氣，但催化劑容易中毒失活，穩(wěn)定性差?；钚蕴课椒?除效率可達95%，設備簡單、投資小，但活性炭更換頻繁，增加了裝卸、運輸、更換等工作程 序，導致運行費用增加。因此，到目前為止，盡管有多種VOCs脫除技術被開發(fā)和利用，但每一 種技術幾乎都有應用范圍的限制和有諸多缺點。因此，繼續(xù)開發(fā)更加經濟有效的VOCs脫除 技術具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術中存在不足，本發(fā)明提供了一種光電解誘導自由基脫VOCs的方法及 裝置。系統(tǒng)具有極強的氧化性，能夠實現(xiàn)100%的VOCs脫除效率，且脫除過程無二次污染，具 有廣闊的市場應用前景。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術手段實現(xiàn)上述技術目的的。
[0006] 一種光電解誘導自由基脫VOCs的裝置，其特征在于，設有一個光激發(fā)噴射床，所述 噴射床底面為傾斜的，底面高的一側設置有溶液入口、低的一側設置有產物出口，所述噴射 床內的底部用于填充氯化鈉溶液，設置有能夠位于液面以下的電解電極，電解電極與電解 裝置相連;所述噴射床內部設置有多個位于液面以上的旋流霧化噴嘴，噴射床底部設置溶 液出口，溶液出口與旋流霧化噴嘴之間通過循環(huán)栗連通;噴射床側壁上設有廢氣入口、廢氣 出口，廢氣入口與旋流霧化栗連通;噴射床內的頂部設有紫外燈，噴射床的頂面上設置反光 裝置，紫外燈外設有由石英板構成的冷卻空氣通道，冷卻空氣通道與風機連通。
[0007] 優(yōu)選地，廢氣入口處設置有廢氣冷卻器。
[0008] 優(yōu)選地，流霧化噴嘴的最佳橫向和縱向間距A均位于2〇Cm-6〇Cm之間，紫外燈與旋 流霧化噴嘴之間的高度C位于0.5m-3m之間，光激發(fā)噴射床的寬度D位于0. lm-8m之間；紫外 燈的數量為多個，紫外燈的間距E位于0. lm-1.5m之間；光激發(fā)噴射床的長度B位于0. lm-8m 之間，旋流霧化噴嘴射出的溶液的出口流速不小于1.5m/s。
[0009] 光電解誘導自由基脫VOCs的方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0010] (1)采用電解裝置及電解電極電解氯化鈉溶液，制備氯氣，氯氣溶于水后形成次氯 酸溶液；
[0011] (2)來自工業(yè)裝置含VOCs的廢氣從廢氣入口進入光激發(fā)噴射床中，與次氯酸溶液 一同從旋流霧化噴嘴噴出射向頂部的石英板，次氯酸液滴在石英板上、在紫外燈激發(fā)下分 解產生高活性氯原子和羥基；高活性氯原子和羥基作為VOCs的氧化劑，廢氣中的VOCs會在 石英板表面與羥基發(fā)生氧化反應；
[0012] (3)V0Cs的氧化產物主要是二氧化碳和有機殘?zhí)?，二氧化碳隨煙氣從廢氣出口排 出，有機殘渣被后續(xù)射流沖擊墜落，進入底部溶液，沉淀后經產物出口被分離回收利用。
[0013] 優(yōu)選地，廢氣入口溫度不高于150°C，通過設置在廢棄入口處的廢氣冷卻器冷卻后 再進入反應器;廢氣與溶液的液氣比是lL/m 3-80L/m3,溶液中氯化鈉的最佳濃度為O.Olmol/ L-3mol/L，溶液的pH要求不高于7.5，溶液溫度不高于75°C，紫外光有效輻射強度為10yW/ cm 2-200yW/cm2，紫外線有效波長為 180nm-280nm。
[0014] 光激發(fā)噴射床底部裝有氯化鈉溶液，中部是霧化混合室，頂部依次布置有石英板、 紫外燈和反光裝置。紫外燈和旋流霧化噴嘴分別布置在兩個相互平行的平面上，且紫外燈 所在平面位于旋流霧化噴嘴所在平面的上方。光激發(fā)噴射床底部設有斜底面8,便于產物分 離排出。
[0015] 先采用電解裝置制備氯氣，而氯氣溶于水后形成次氯酸溶液。紫外光激發(fā)分解次 氯酸產生氯原子和羥基作為VOCs的氧化劑，在光激發(fā)噴射床中氧化脫除廢氣中的VOCs。來 自工業(yè)裝置含VOCs的廢氣從廢氣入口進入光激發(fā)噴射床中并與旋流霧化噴嘴出來的次氯 酸液滴混合后射向頂部的石英板。石英板上的次氯酸在紫外燈激發(fā)下分解產生高活性氯原 子和羥基。廢氣中的VOCs會在石英板表面與羥基發(fā)生氧化反應。反應產生的氧化產物會被 后續(xù)射流沖擊墜落，從而保證石英板具有良好的光穿透性。VOCs的氧化產物主要是二氧化 碳和有機殘?zhí)迹袡C殘?zhí)歼M入底部后會被分離回收利用。風機提供空氣對紫外燈進行冷卻， 以保證紫外燈在低溫下高效運行。
[0016] 本發(fā)明所述的光電解誘導自由基脫VOCs的方法及裝置，具有設備簡單、初投資小， V具有極強的氧化性，VOCs脫除效率很高，能夠實現(xiàn)100%的VOCs脫除效率，整個脫除過程無 二次污染等諸多優(yōu)點，具有廣闊的開發(fā)和工業(yè)前景。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明中光激發(fā)噴射床的主視圖及結構示意圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明中光激發(fā)噴射床的旋流霧化噴嘴布置示意圖。
[0019 ]圖3是本發(fā)明中光激發(fā)噴射床的紫外燈管布置示意圖。
[0020]圖4是低的氯化鈉濃度光電激發(fā)誘導氯原子和羥基的電子自旋共振光譜圖。
[0021] 圖5是高的氯化鈉濃度電激發(fā)誘導氯原子和羥基的電子自旋共振光譜圖。
[0022] 圖中：
[0023] 1-噴射床，2-反光裝置，3-紫外燈，4-石英板，5-風機，6-電解裝置，7-旋流霧化噴 嘴，8-底面，9-循環(huán)栗。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并 不限于此。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明所述的光電解誘導自由基脫VOCs的裝置，其特征在于，設有一 個光激發(fā)噴射床1，所述噴射床1底面8為傾斜的，底面8高的一側設置有溶液入口、低的一側 設置有產物出口，所述噴射床1內的底部用于填充氯化鈉溶液，設置有能夠位于液面以下的 電解電極，電解電極與電解裝置6相連;所述噴射床1內部設置有多個位于液面以上的旋流 霧化噴嘴7，噴射床1底部設置溶液出口，溶液出口與旋流霧化噴嘴7之間通過循環(huán)栗9連通； 噴射床1側壁上設有廢氣入口、廢氣出口，廢氣入口與旋流霧化栗連通;噴射床1內的頂部設 有紫外燈3,噴射床1的頂面上設置反光裝置2,紫外燈3外設有由石英板4構成的冷卻空氣通 道，冷卻空氣通道與風機5連通。
[0026] 光激發(fā)噴射床1底部裝有氯化鈉溶液，中部是霧化混合室，頂部依次布置有石英板 4、紫外燈3和反光裝置2。紫外燈3和旋流霧化噴嘴7分別布置在兩個相互平行的平面上，且 紫外燈3所在平面位于旋流霧化噴嘴7所在平面的上方。光激發(fā)噴射床1底部設有斜底面8， 便于產物分離排出。
[0027] 所述的方法是先采用電解裝置6制備氯氣，而氯氣溶于水后形成次氯酸溶液。
[0028]來自工業(yè)裝置含VOCs的廢氣從廢氣入口進入光激發(fā)噴射床1中，與次氯酸溶液一 同從旋流霧化噴嘴7噴出射向頂部的石英板4,次氯酸液滴在石英板4上、在紫外燈3激發(fā)下 分解產生高活性氯原子和羥基；高活性氯原子和羥基作為VOCs的氧化劑，廢氣中的VOCs會 在石英板4表面與羥基發(fā)生氧化反應，在光激發(fā)噴射床1中氧化脫除廢氣中的VOCs。VOCs的 氧化產物主要是二氧化碳和有機殘?zhí)迹趸茧S煙氣從廢氣出口排出，有機殘渣被后續(xù) 射流沖擊墜落，從而保證石英板4具有良好的光穿透性。有機殘渣進入底部溶液，沉淀后經 產物出口被分離回收利用。風機5提供空氣對紫外燈3進行冷卻，以保證紫外燈3在低溫下高 效運行。該系統(tǒng)具有極強的氧化性，能夠實現(xiàn)100%的VOCs脫除效率，且脫除過程無二次污 染，具有廣闊的市場應用前景。
[0029]在光激發(fā)噴射床1內，旋流霧化噴嘴7的橫向和縱向間距太大將無法形成良好的液 滴霧化覆蓋，太小將會導致液滴碰撞合并加劇，同樣不利于液滴的霧化覆蓋，故旋流霧化噴 嘴7的最佳橫向和縱向間距A均位于2 0 cm-6 0 cm之間，且為便于安裝，橫向間距和縱向間距通 常保持相等。紫外燈3與旋流霧化噴嘴7之間的高度C太高將增加旋流霧化噴嘴7的射高，從 而增加霧化所需的能耗，但如果高度太低將導致旋流霧化噴嘴7無法展開，難以實現(xiàn)良好的 霧化覆蓋，因此紫外燈3與旋流霧化噴嘴7之間的高度C位于0.5m-3m之間。光激發(fā)噴射床1的 寬度越大，反應器處理廢氣量越大，但同時占地面積和初始投資也大大提高，故光激發(fā)噴射 床1的寬度D位于0. lm-8m之間。紫外燈3的間距越小，相同功率下提供的能量越大、光覆蓋密 度越均勻，即越有利于提高自由基產率，但太小將導致系統(tǒng)復雜和運行能耗增加，故紫外燈 3的間距E位于O.lm-1.5m之間。光激發(fā)噴射床1的長度越大，反應器處理廢氣量越大，但同時 占地面積和初始投資也大大提高，故光激發(fā)噴射床1的長度B位于0. lm-8m之間。旋流霧化噴 嘴7射出的溶液液滴直徑太大無法提供足夠的接觸面積，故旋流霧化噴嘴7射出的溶液液滴 直徑不大于100微米。旋流霧化噴嘴7射出的溶液液滴出口流速太小無法形成足夠的氣流剛 度，不能對石英板4形成足夠的沖刷，故旋流霧化噴嘴7射出的溶液的出口流速不小于1.5m/ So
[0030]廢氣入口溫度太高將導致電解產生的次氯酸加速自分解，不利于脫除過程的進 行。另外，廢氣溫度太高還將增加紫外燈3冷卻負擔，因此廢氣入口溫度不高于150°C，可通 過增加前置廢氣冷卻器冷卻后再