一种用于有害气体净化处理的装置及其工艺.pdf

本发明公开了一种用于有害气体净化处理的装置及其工艺，所述的装置包括吸收塔、吸收液循环槽以及放电反应器。将该装置用于有害气体的净化处理工艺，采用气液吸收和气液两相放电氧化相结合的方式，使有害气体被吸收液吸收后，在放电反应器内，通过设置在放电反应器上腔体和下腔体的电极放电，同时在气相和水相产生强氧化性自由基，对吸收液中的有害物进行降解转化为化学稳定的物质；同时，放电反应器处理过程中产生的氧化性自由基通过管道进入吸收塔内，促进和提高了吸收效率，能大大促进不水溶或难水溶的有害物的氧化吸收，达到气体净化的目的，同时也避免了二次污染的产生。本发明装置结构合理简单、容易操作使用、处理效率高。

权利要求书
1、  一种用于有害气体净化处理的装置，其特征在于所述的装置包括吸收塔、吸收液循环槽以及放电反应器；所述的吸收塔顶部设有出气口和进液口、下部设有进气口和出液口，所述的吸收液循环槽通过循环泵、管道、阀门与吸收塔进液口相连接；
所述的放电反应器包括反应腔，所述的反应腔由充填有介电陶瓷颗粒的介电陶瓷层分成上腔体和下腔体，所述的上腔体和下腔体分别设有相反的放电电极，其中一个放电电极与电源正极连接，另一个放电电极与电源负极或零极连接，所述的反应腔壁相对上腔体放电电极下方部位分别设有液体入口、液体出口，所述的液体入口通过液体连通管、阀门与吸收塔出液口连通，所述的反应腔设有曝气气体入口，所述的上腔体上部设有气体出口，所述的气体出口与吸收塔下部的进气腔相连接。

2、  根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的放电反应器的液体出口通过连通管与吸收塔循环槽连接。

3、  根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的吸收塔出液口通过连通管、阀门直接与吸收液储液槽相连接。

4、  根据权利要求1～3之一所述的装置，其特征在于所述的介电陶瓷颗粒的介电常数为10～8000，所述介电陶瓷颗粒为球形或圆柱形，粒径为0.5～25mm，所述的介电陶瓷颗粒在介电陶瓷层不饱和填充。

5、  一种利用权利要求1所述装置净化处理有害气体的工艺，其特征在于所述的处理方法为：把含有害气体的待处理气流导入装有吸收液的吸收塔，所述气流中的有害气体被吸收液吸收后进入放电反应装置，气流中未被吸收的气体从吸收塔出气口排出；在放电反应器内，使得含有有害气体的吸收液液面高于介电陶瓷层和液体出口但低于反应器上腔体中的放电电极，向吸收液中鼓入曝气气体气提带出有害气体在吸收液液面上方形成含有害气体的气相，同时对设置在上腔体中的放电电极和设置在下腔体中的放电电极供电，发生放电使吸收液中和气相中的有害气体得到降解，处理后的吸收液从放电反应器的液体出口排出，处理后的气体从放电反应器的气体出口排出后进入吸收塔以加强气液吸收。

6、  根据权利要求5所述的工艺，其特征在于处理后的吸收液重新导入吸收塔循环使用。

7、  根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于所述的供电方式为脉冲或交流供电，供电产生的电压峰值为10～100kV，脉冲或交流频率为10～1000Hz。

8、  根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于当有害气体为酸性气体时，所述吸收塔的初始吸收液采用清水或碱性水溶液；当有害气体为碱性气体时，所述吸收塔的初始吸收液采用清水或酸性水溶液；当有害气体为中性气体时，所述吸收塔的初始吸收液采用清水或碱性水溶液。

9、  根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于所述的曝气气体采用空气、氧气、氮气或氮气与氧气的混合气体。

10、  根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于所述挥发性有害物为下列一种或两种以上的混合：烃、醇、醚、醛、酚、酮、酯、胺、硫化氢、二氧化硫、氮氧化物、氨。

说明书一种用于有害气体净化处理的装置及其工艺
技术领域
本发明涉及一种用于有害气体净化处理的装置及其工艺，具体来说是去除气流中含有的有害气体的工艺方法和相关装置。
背景技术
各种有害气体如烃、醇、醚、醛、酚、酮、酯和胺等挥发性有机气体，二氧化硫、硫化氢、氮氧化物和氨等无机气体，恶臭气体，产生于化学、制药、喷漆、污水处理站等各种生产过程。这些污染物不仅对人体有害，有些还是致癌物质，而且大量排放还对局部区域环境产生了严重的影响。但是由于这些气体或化学结构稳定，不易降解，或阈值较低，水溶性差，给净化处理带来很大的困难。
一般地，吸收法是去除这些有害气体的主要方法之一，但此方法的主要问题是吸收容量有限，特别对水溶性不好的如甲苯，氮氧化物等有害物吸收时，吸收效率低，吸收液容易饱和。吸收后的溶液如不经过进一步处理，被吸收处理后的产物又会挥发出来，将会导致二次污染的产生。因此，如何在提高这些水溶性差的有害物的吸收效率的同时，又能避免二次污染物的产生是废气治理过程中急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有背景技术提供一种用于有害气体净化处理的装置及其工艺，该装置结构合理简单、容易操作使用，将该装置用于有害废气的净化处理，处理效率高，能达到气体净化和避免二次污染产生目的。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于有害气体净化处理的装置，包括吸收塔、吸收液循环槽以及放电反应器；所述的吸收塔顶部设有出气口和进液口、下部设有进气口和出液口，所述的吸收液循环槽通过循环泵、管道、阀门与吸收塔进液口相连接；
所述的放电反应器包括反应腔，所述的反应腔由充填有介电陶瓷颗粒的介电陶瓷层分成上腔体和下腔体，所述的上腔体和下腔体分别设有相反的放电电极，所述的放电电极与电源正极或负极连接，所述的反应腔壁相对上腔体放电电极下方部位分别设有液体入口、液体出口，所述的液体入口通过液体连通管、阀门与吸收塔出液口连通，所述的反应腔设有曝气气体入口，所述的上腔体上部设有气体出口，所述的气体出口与吸收塔下部的进气腔相连接。
本发明中放电反应器的液体出口可通过液体连通管与吸收塔循环槽连接。
所述的吸收塔出液口也可通过连通管、阀门直接与吸收液储液槽相连接，以调节进放电反应装置的吸收液的处理量。
本发明采用的吸收塔为通用的气液吸收设备，如喷淋塔、鼓泡塔、旋流板塔或筛板塔等。所述的吸收液循环槽为一般的储液槽，一般设置有加液口、出液口和液位计等。
所述的放电反应器曝气入口设在放电反应器的下腔体，所述的曝气入口还可以设有布气器与反应腔连通，使得布气均匀而且可以控制气流速度。
本发明使用的放电反应器中采用的放电电极对主要有线-板式、板-板和针-板式等，具体可参看相关文献(化工进展，2007，26：957-963)。
放电反应器的介电陶瓷层中介电陶瓷颗粒是不饱和充填，所采用的介电陶瓷颗粒的介电常数一般为10-8000，一般介电常数越大，效果越好。所述的介电陶瓷颗粒一般为球形或圆柱形，粒径为0.5～25mm，反应器体积大，可选用大粒径颗粒。优选的介电陶瓷颗粒为介电常数为2000～6000的铁电体钛酸钡颗粒或钛酸铅颗粒，颗粒为球形，粒径一般为0.5～5mm。所述的介电陶瓷材料国内外相关厂家都可生产。
将上述装置用于有害气体的净化处理，采用如下工艺：把含有害气体的待处理气流导入装有吸收液的吸收塔，所述气流中的有害气体被吸收液吸收后进入放电反应装置，气流中未被吸收的气体从吸收塔出气口排出；在放电反应器内，使得含有有害气体的吸收液液面高于介电陶瓷层和液体出口但低于反应器上腔体中的放电电极，向吸收液中鼓入曝气气体气提带出有害气体在吸收液液面上方形成含有害气体的气相，同时对设置在上腔体中的放电电极和设置在下腔体中的放电电极供电，发生放电使吸收液中和气相中的有害气体得到降解，处理后的吸收液从放电反应器的液体出口排出，处理后的气体从放电反应器的气体出口排出后进入吸收塔以加强氧化吸收。
本发明中，在放电反应器内进行处理，对两个放电电极施加电压，在电场作用下，液面上方和液面下沿电介质表面发生放电现象，在气相和液相同时产生O、HO2、O3、和OH等活性粒子，这些活性粒子与吸收液和气体中的有害物进行反应，最终把有害物降解。具体来说，在气相中发生电晕放电产生活性粒子，而在吸收液中，介电陶瓷层内的介电陶瓷颗粒在电场作用下发生极化，在颗粒表面发生电化学反应，即在颗粒一端发生阳极反应，而在另一端发生阴极反应，在曝气气流的作用下，颗粒间通过碰撞产生了具有强氧化性的OH、HO2等自由基，达到三维电极的效果，这些强氧化物质与流过其缝隙的吸收液中的有害物发生化学反应，把有害物转化为无害物。
本发明可以调节两个放电电极的距离来调节能量的输入。一般液面上方电极距离液面1～100mm。所述的放电反应器的放电产生方式为直流放电或脉冲放电，一般电压峰值为10～100kV，脉冲或交流频率一般为10～1000Hz。
为进一步提高吸收效率，经放电反应装置处理后的吸收液和处理后的气体一样，重新导入吸收塔循环使用，一方面吸收液经循环泵打回吸收塔循环使用，另一方面放电产生的活性氧化性自由基通过液相和气相进入吸收塔以加强氧化吸收，从而提高了吸收效率，达到气体净化的目的，同时也避免了二次污染的产生。吸收与放电氧化反应作为两个操作单元步骤，形成一个连续净化处理的过程。
本发明针对不同的有害气体，可采用相应的吸收液，当有害气体为中性气体时，初始吸收液可采用清水或碱性吸收液，当有害气体为酸性气体时，初始吸收液可用清水或碱性水溶液，当有害气体为碱性气体时，初始吸收液可采用清水或酸性水溶液，吸收液酸碱度视气流中有害气体浓度而定，无特殊要求。另外，也可在吸收液水相添加少量氯化钠，来提高水的导电性，对去除效果有一定的提高(约5～10％)。当采取连续处理时，吸收液的组成会有所变化，可以通过控制pH值等手段来调节。
本发明中所述的曝气气体一般采用空气或氧气，也可采用氮气或氮气与氧气的混合气体。曝气气体气提带出废水中的挥发性污染物，另一方面可提供反应气体，处理效果大体相当，以有氧气存在时好些。曝气气体在水相中的停留时间一般为0.1～30秒，气液比(通过曝气气体后水相体积增量与原水相体积之比定义为气液比)一般为0.05～0.8。本发明中所述的挥发性有害物为挥发性有机物和/或挥发性无机物，所述挥发性有机物为烃、醇、醚、醛、酚、酮、酯、胺等，所述挥发性无机物为硫化氢、二氧化硫、氮氧化物、氨等。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用气液吸收和气液两相放电氧化相结合的方式，使有害物被吸收液吸收后，在放电反应器内，通过设置在放电反应器上腔体和下腔体的电极放电，利用气相电晕放电和三维电极同时在气相和水相产生强氧化性自由基，对吸收液中的有害物进行降解，使吸收产物进一步氧化转化为化学稳定的物质，使吸收液得到再生和活化；同时，放电反应器处理过程中产生的氧化性自由基通过管道进入吸收塔内，促进和提高了吸收效率，能大大促进不水溶或难水溶的有害物的氧化吸收，从而达到气体净化的目的，同时也避免了二次污染的产生。本发明装置结构合理简单、容易操作使用、处理效率高。
附图说明
图1为实施例1使用的有害气体净化处理装置结构示意图；
图2为实施例1采用的放电反应器的结构示意图；
其中标号：1循环泵；2吸收液循环槽；3液位计；4加液口；5进气口；6吸收塔；7吸收塔进液口；8出气口；9气体连通管；10液体连通管；11吸收液旁通管；12放电反应器；13上腔体放电电极；14介电陶瓷层；15液体出口；16曝气气体入口；17下腔体放电电极；18液体入口；19气体出口；20吸收塔出液口；21吸收液循环槽出液口。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
本实施例采用的装置如图1所示，放电反应器的结构如图2所示：该专用装置包括包括吸收塔6、吸收液循环槽2以及放电反应器12。吸收塔6顶部设置有出气口8，吸收塔6上部设置有进液口7，吸收塔6下部设置有进气口5和出液口20，吸收塔6的底部装有吸收液循环槽2，循环槽2的下部出液口21通过循环泵1、管道和阀门与吸收塔6顶部的进液口7相连接，
放电反应器12包括反应腔，所述的反应腔由充填有介电陶瓷颗粒的介电陶瓷层14分成上腔体和下腔体，所述的上腔体和下腔体分别设有相反的放电电极13、17，所述的放电电极13、17分别与电源正极或负极连接，所述的反应腔壁相对上腔体放电电极下方部位分别设有液体入口18、液体出口15，所述的液体人口18通过液体连通管10、阀门与吸收塔出液口20连通，所述的反应腔设有曝气气体入口16，所述的上腔体上部设有气体出口19。放电反应器12的液体出口15通过出液体连通管接到吸收液循环槽2，放电反应器12的气体出口19通过气体连通管接到吸收塔2的下部。
吸收塔6的出液口20与放电反应器的液体连通管10还通过吸收液旁通管11和阀门与吸收塔底部的循环槽2连通。
处理工艺流程是先通过吸收塔加液口4把吸收液加入到吸收塔循环槽2内，开动循环泵1通过吸收塔进液口7进行吸收液循环，然后把待处理的有害废气由进气口5进入吸收塔6内与吸收液接触，进行吸收反应，吸收处理后的气体从塔顶出气口8排出。含有有害气体的吸收液从吸收塔6下部的出液口20经由液体连通管10从液体入口18进入放电反应器12，使得含有有害气体的吸收液液面高于介电陶瓷层14和液体出口15但低于反应器上腔体中的放电电极13，通过放电反应器曝气气体入口16对放电反应器12内的吸收液进行曝气，气提带出有害气体在吸收液液面上方形成含有害气体的气相，同时对放电反应器12内设置在上腔体的放电电极13和下腔体的放电电极17供电，发生放电分别在吸收液中和气相中对吸收下来的有害气体进行降解反应，放电反应器内吸收液层内的充填有介电陶瓷颗粒的介电陶瓷层14起强化放电反应作用，从放电反应器内排出的含有活性粒子的气体通过气体连通管9进入塔内加强吸收，处理后的吸收液通过液体连通管进入吸收液循环槽2后，经循环泵1打回吸收塔6。进入放电反应器前的吸收液还可以通过吸收液旁通管11和阀门回到吸收液循环槽2，以调节进放电反应器的吸收液的处理量。
参数和条件：本实施例采用的吸收塔为填料塔，塔径为Φ100mm，填料层高度为1200mm。模拟有害废气由塔底部进气口通入，经过吸收反应区后，由上部排出。放电反应器结构尺寸为400mm×250mm×120mm，电极对为针-板式，水面上部为针电极，针尖个数约260个，针间距离为15mm，离水面距离为15mm，水面下部为网板电极，废水层高度60mm，介电材料为钛酸钡颗粒，粒径为2.5mm，钛酸钡颗粒的介电常数为4500，堆积高度为45mm。曝气气体为空气，曝气气体在水相停留时间为0.3s，气液比(体积)为0.3。
吸收塔废气流量：24m3/h，气体温度：25℃；
循环泵流量：0.6m3/h，吸收液为水或pH＝4的稀盐酸水溶液或pH＝11的氢氧化钠水溶液；
放电反应器电源参数：脉冲电源，功率1.0kW，脉冲峰值电压35kV，脉冲频率100Hz；
系统运行稳定后的实验结果：如表1所示。
                表1废气中含有不同有害物的去除情况
  实施例  项目  废气进口浓度  (mg/m3)  废气出口浓  度(mg/m3)  去除率  (％)  吸收液  1-1  二氯甲烷  363  107  71  水  1-2  三氯乙烯  310  65  79  水  1-3  三氯乙烯  310  45  85  1％氯化钠  1-4  丙酮  550  42  92  水  1-5  丙酮  550  31  94  pH＝11溶液  1-6  甲硫醇  60  10  83  水  1-7  甲硫醇  60  6  90  pH＝11溶液  1-8  甲醛  341  31  90  水  1-9  甲苯  379  40  89  水  1-10  乙酸乙酯  230  29  87  水  1-11  二甲胺  55  10  83  水  1-12  二甲胺  55  5  90  pH＝4溶液  1-13  硫化氢  65  6  90  水  1-14  二氧化硫  470  40  91  水  1-15  一氧化氮  320  65  80  水  1-16  一氧化氮  320  25  92  pH＝11溶液  1-17  氨  110  25  83  水
实施例2
放电氧化反应器结构尺寸为400mm×250mm×120mm，电极对为线-板式，水面上部为线电极，电晕线间距离为20mm，单根电晕线长约170mm，共10组，离水面距离为15mm，其他条件同实施例1。实验条件为：
放电反应器电源参数：交流电源，功率0.8kW，峰值电压33kV，频率为100Hz，
实验结果：如表2所示。
                        表2废气中含有不同有害物的去除情况
  实施例  项目  废气进口浓度  (mg/m3)  废气出口浓度  (mg/m3)  去除率  (％)  吸收液  2-1  二氯甲烷  345  131  62  水  2-2  三氯乙烯  421  76  82  水  2-3  丙酮  467  68  85  水  2-4  甲硫醇  55  12  78  水  2-5  甲醛  293  42  86  水  2-6  甲苯  356  39  89  水  2-7  乙酸乙酯  237  37  84  水  2-8  二甲胺  46  11  76  水  2-9  硫化氢  85  13  85  水  2-10  二氧化硫  380  62  84  水  2-11  一氧化氮  262  72  73  水  2-12  氨  105  35  67  水