一種去除廢氣中苯系物的鎢線圈表面活化‑臭氧氧化處理裝置的製作方法

2023-05-01 02:47:06 1

本發明涉及一種去除廢氣中苯系物的鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置，屬於環境保護中的廢氣處理領域。

背景技術：

苯系物是苯及其衍生物的總稱。廣義上的苯系物包括全部芳香族化合物，狹義上的苯系物特指包括BTEX在內的在人類生產生活環境中有一定分布並對人體造成危害的含苯環化合物。

人類對苯系物的提煉獲取最早可追溯到19世紀。1825年，英國科學家法拉第（Faraday）用蒸餾的方法從魚油等類似物質的熱裂解產品中分離得到較高純度的苯，稱其為「氫的重碳化合物」，並測定了其基本物理性質和化學組成。此後又相繼發現了甲苯，二甲苯等物質，並統一命名為苯系物。苯系物的工業生產始於1865，最初是從煤焦油中回收。隨著其用途的擴大，產量不斷上升，到1930年已經成為世界十大噸位產品之一。隨著苯系物的廣泛生產和應用，其對空氣的汙染特性和毒理學研究逐漸引起了人們的關注，上世紀70年代前後，空氣中苯系物汙染的監測和研究逐漸成為熱點。

苯系物對區域特別是城市大氣環境具有嚴重的負面影響。由於多數苯系物（如苯、甲苯等）具有較強的揮發性，在常溫條件下很容易揮發到氣體當中形成揮發性有機氣體（VOCs），會造成VOCs氣體汙染。比如BTEX作為工業上經常使用的有機溶劑，被廣泛應用於油漆、脫脂、乾洗、印刷、紡織、合成橡膠等行業。在BTEX的生產、儲運和使用過程中均會由於揮發而造成大氣汙染。BTEX在大氣中光化學反應活性較高，對大氣中光氧化劑（如臭氧和過氧乙醯基硝酸酯等）和二次有機氣溶膠的形成有相當作用。

苯系物汙染的來源主要有固定源和移動源兩種。移動源主要有汽車、輪船和飛機等以石油產品為燃料的交通工具的排放氣；固定源的種類極多，主要為石油化工工藝過程和儲存設備等的排出物及各種使用有機溶劑的場合，如噴漆、印刷、金屬除油和脫脂、粘合劑、製藥、塑料、塗料和橡膠加工等。

根據生產工藝流程及廢氣的排放方式的不同，苯系物有著不同的控制技術。目前廣泛採用並且研究較多的有：吸附法、熱破壞法、冷凝法、吸收法等，近年來開發出的新的控制技術包括：生物膜法、光分解法、等離子體分解法、臭氧分解法等。

（1）吸附法：

用多孔性固體處理流體混合物，使其中所含的一種或幾種組分富集在固體表面，而與其它組分分離的過程稱為吸附。吸附法主要用於低濃度高通量苯系物的淨化。

（2）熱破壞法：

熱破壞法是目前應用比較廣泛、研究較多的苯系物治理方法，特別適用於含有低濃度苯系物的廢氣。該方法可分為直接火焰燃燒和催化燃燒，其過程複雜並且可能包括一系列分解、聚合及自由基反應。而最重要的苯系物熱破壞法機理包括氧化、熱裂解和熱分解，熱破壞法正是基於此機理進行的。

（3）冷凝法：

冷凝法是利用物質在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一性質，採用降低系統溫度或提高系統壓力，使處於蒸汽狀態的苯系物冷凝並從廢氣中分離出來的過程。

（4）吸收法：

吸收法主要利用苯系物能與大部分油類物質互溶的特點，用高沸點、低蒸汽壓的油類作為吸收劑來吸收廢氣中的苯系物，常見的吸收器是填料洗滌吸收塔。

（5）生物膜法：

所謂生物膜法就是將微生物固定附著在多孔性介質填料表面，並使汙染氣體在填料床層中進行生物處理，可將其中的汙染物除去，並使之在空隙中降解。揮發性有機汙染物被吸附在空隙表面，被空隙中的微生物所耗用，並降解成CO2、H2O和中性鹽。

目前，我國普遍採用的廢氣苯系物處理方法，普遍存在初期投資大、運行維護費用高、技術複雜等缺點，並且其處理效果也難以滿足日益嚴格的排放要求。為此，需要尋找新的方法和途徑來解決這一難題。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的諸多不足，本發明提供了一種去除廢氣中苯系物的鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置，該裝置由氣體預混區和氧化反應區兩部分組成，包括進氣閥門、超細濾網、氣體預混四通閥、臭氧發生器、氮氣儲罐、混合氣體噴頭、金屬鎢線圈、穩壓電源、排氣閥門等；鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置底部設有進氣閥門，進氣閥門後端由氣體管路連接至超細濾網，超細濾網後端由氣體管路連接至氣體預混四通閥，同時臭氧發生器64和氮氣儲罐65也分別由氣體管路連接至氣體預混四通閥，氣體預混四通閥出口端由氣體管路連接至氧化反應區內的混合氣體噴頭，在氧化反應區內部混合氣體噴頭上方安裝有1套金屬鎢線圈，金屬鎢線圈由位於氧化反應區外部的1部穩壓電源68予以供電，裝置頂部設有排氣閥門。

其中，鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置由氣體預混區和氧化反應區兩部分組成，裝置底部設有進氣閥門，進氣閥門後端由氣體管路連接至超細濾網，超細濾網後端由氣體管路連接至氣體預混四通閥，同時，臭氧發生器和氮氣儲罐也分別由氣體管路連接至氣體預混四通閥，氣體預混四通閥出口端由氣體管路連接至混合氣體噴頭，混合氣體噴頭上方安裝有1套金屬鎢線圈，金屬鎢線圈由位於裝置外部的1部穩壓電源予以供電，裝置頂部設有排氣閥門；含有苯系物的石化工業廢氣通過鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置底部的進氣閥門進入處理裝置內部，經過超細濾網的精細過濾徹底去除顆粒雜質後，進入氣體預混四通閥，同時，由臭氧發生器生成的臭氧氣體以及由氮氣儲罐供給的氮氣也進入氣體預混四通閥，待處理廢氣、臭氧和氮氣在氣體預混四通閥中按照事先設定好的體積比例（廢氣、O3、N2的比例分別為28.7%、31.1%和40.2%）充分混合，混合均勻後的氣體通過混合氣體噴頭均勻噴射至金屬鎢線圈處，金屬鎢線圈在穩壓電源的供電下進入通電熾熱狀態，此時，混合氣體中的臭氧在金屬鎢線圈表面迅速釋放出活化氧原子，並在局部產生一種強氧化環境，當廢氣中含有共軛效應C-C鍵的苯系物分子處於此種強氧化環境下時，其共軛C-C鍵會被活化氧原子打破，苯系物分子最終被氧化分解為H2O和CO2等無機分子，從而達到去除廢氣中苯系物的目的，經過淨化處理後的廢氣由裝置頂部的排氣閥門排出，並進入下一處理工序。其中，由於苯系物為可燃物質，而臭氧在釋放氧原子後會形成助燃劑——氧氣，二者混合後有發生爆炸的危險，因此預先向廢氣中混入氮氣作為屏蔽氣，能夠起到防爆作用。

其中，鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置的工作壓力範圍為0.055~0.75MPa，工作溫度範圍為250~700℃，有效容積為230m3。

其中，鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置，金屬鎢線圈在工作時的表面溫度約為2600℃，工作電壓為380V，其鎢含量大於99.95%。

其中，鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置，其氣體預混四通閥採用三進一出結構，最大承壓為1.05MPa，工作溫度範圍為105~850℃。

通過本裝置處理後的廢氣，其苯系物的去除效率可達99.6%。

本發明的優點在於：

（1）本發明擺脫了現有的石化工業廢氣中苯系物的治理模式，創造性的利用了臭氧在某些金屬單質表面所特有的表面活化特性，當鎢金屬線圈處於通電熾熱的狀態下，臭氧在其表面可迅速釋放出活化氧原子，可在鎢金屬表面產生一種強氧化環境，當諸如苯系物等含有共軛效應C-C鍵的分子處於此種強氧化環境下時，其共軛C-C鍵會被活化氧原子打破，並最終被氧化分解為H2O和CO2等無機分子。該方法對苯系物有較好的氧化分解效果，是一種非常有針對性的處理方法，其處理效率可達到98.9%。

（2）本發明在運行過程中不使用任何化學藥劑，一方面大大減少了購置處理物料所產生的成本，另一方面還杜絕了引入危害更大的汙染物的風險。

（3）本發明應用了多種氣體預混合技術，能夠實現反應物料的預先均勻混合，大大提高的反應效率。

（4）由於苯系物為可燃物質，而臭氧在釋放氧原子後會形成助燃劑——氧氣，二者混合後有發生爆炸的危險。為此，本系統特別運用了氮氣作為屏蔽氣體，可有效排除爆炸風險。

（5）本發明技術路線先進，設備佔地面積較小，並且處理效果良好，運行維護成本很低，有利於大範圍推廣應用。

附圖說明

圖1是本發明的設備示意圖。

圖1是鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置的示意圖。

61-進氣閥門、62-超細濾網、63-氣體預混四通閥、64-臭氧發生器、65-氮氣儲罐、66-混合氣體噴頭、67-金屬鎢線圈、68-穩壓電源、69-排氣閥門。

具體實施方式

如圖1所示，鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置6由氣體預混區和氧化反應區兩部分組成，裝置底部設有進氣閥門61，進氣閥門61後端由氣體管路連接至超細濾網62，超細濾網62後端由氣體管路連接至氣體預混四通閥63，同時，臭氧發生器64和氮氣儲罐65也分別由氣體管路連接至氣體預混四通閥63，氣體預混四通閥63出口端由氣體管路連接至混合氣體噴頭66，混合氣體噴頭66上方安裝有1套金屬鎢線圈67，金屬鎢線圈67由位於裝置外部的1部穩壓電源68予以供電，裝置頂部設有排氣閥門69；含有苯系物的石化工業廢氣通過鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置6底部的進氣閥門61進入處理裝置內部，經過超細濾網62的精細過濾徹底去除顆粒雜質後，進入氣體預混四通閥63，同時，由臭氧發生器64生成的臭氧氣體以及由氮氣儲罐65供給的氮氣也進入氣體預混四通閥63，待處理廢氣、臭氧和氮氣在氣體預混四通閥63中按照事先設定好的體積比例（廢氣、O3、N2的比例分別為28.7%、31.1%和40.2%）充分混合，混合均勻後的氣體通過混合氣體噴頭66均勻噴射至金屬鎢線圈67處，金屬鎢線圈67在穩壓電源68的供電下進入通電熾熱狀態，此時，混合氣體中的臭氧在金屬鎢線圈67表面迅速釋放出活化氧原子，並在局部產生一種強氧化環境，當廢氣中含有共軛效應C-C鍵的苯系物分子處於此種強氧化環境下時，其共軛C-C鍵會被活化氧原子打破，苯系物分子最終被氧化分解為H2O和CO2等無機分子，從而達到去除廢氣中苯系物的目的，經過淨化處理後的廢氣由裝置頂部的排氣閥門69排出，並進入下一處理工序。其中，由於苯系物為可燃物質，而臭氧在釋放氧原子後會形成助燃劑——氧氣，二者混合後有發生爆炸的危險，因此預先向廢氣中混入氮氣作為屏蔽氣，能夠起到防爆作用；其中，鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置6的工作壓力範圍為0.055~0.75MPa，工作溫度範圍為250~700℃，有效容積為230m3；其中，鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置6，其金屬鎢線圈67在工作時的表面溫度約為2600℃，工作電壓為380V，其鎢含量大於99.95%；其中，鎢線圈表面活化-臭氧氧化處理裝置6，其氣體預混四通閥63採用三進一出結構，最大承壓為1.05MPa，工作溫度範圍為105~850℃。

通過本裝置處理後的廢氣，其苯系物的去除效率可達99.6%。