一种挥发性有机废气在等离子熔炉中的处理方法与流程

1.本发明涉及挥发性气体处理，具体涉及一种挥发性有机废气在等离子熔炉中的处理方法。


背景技术：

2.挥发性有机物（vocs）是指常温下饱和蒸汽压大于70 pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下，蒸汽压大于或者等于10 pa且具有挥发性的全部有机化合物，其细分为非甲烷碳氢化合物、含氧有机化合物、卤代烃、含氮有机化合物、含硫有机化合物等几大类；大多数vocs具有令人不适的特殊气味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特别是vocs中的苯、甲苯及甲醛等对人体健康会造成很大的伤害。在工业区域挥发性有机物废气，一般常见于涂装车间，主要是稀释剂挥发时有机物vocs会散发到空气中，形成挥发性有机废气。
3.现有厂区中，涉及涂装工艺的厂区一般会对厂区中排放的气体进行后期处理，从而避免挥发性有机废气散发到附近环境中，值得注意的是，挥发性有机废气其核心在于具有挥发性细小颗粒物，颗粒物可能悬浮在空气中，因此处理挥发性有机废气的方式主要在于将有机颗粒去除。处理方式常见于燃烧处理、膜处理，生物降解等。燃烧处理主要是将废气经燃烧反应器后，被燃烧分解成二氧化碳和水；膜处理主要是通过将废气压缩，再通过具有渗透性的聚合物复合膜将废气中的分子进行分离和冷凝，以到达从废气中分离挥发性有机物的目的，再通过吸收剂直接高效吸附挥发性有机物。生物降解主要是有机废气被吸收液由气态转化为液态，通过污水处理的方式，利用附着在固体填料上的微生物对其进行氧化分解。
4.在实际厂区有机废气治理过程中，由于涂装的有机物含量与生产关联性，而生产并不是24小时实时工作，从而导致废气成分不稳定，有时候，有机废气存在浓度变化、风量变化、成分多样化复杂，从而导致当前的处理工艺能耗和处理效果不理想，处理后废气含量波动大，甚至出现达不到排放要求的情况。因此如何改善厂区的挥发性有机废气处理是值得研究的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种挥发性有机废气在等离子熔炉中的处理方法，以期望改善现有厂区有机废气浓度变化、风量变化、成分多样化复杂当前的处理工艺能耗和处理效果不理想的问题。
6.为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种挥发性有机废气在等离子熔炉中的处理方法，该方法主要用于挥发性废气中含有粘性颗粒物的情况，包括如下操作步骤：步骤a，恒定排气量，将厂区的废气引入到恒压罐中，通过恒压罐恒定输出气流；步骤b，水洗废气，将恒压罐输出的废气进行水洗，通过水洗的方式除去体积较大的颗粒物；水洗后的废气进入到输送管中；步骤c，空气分散，将输送
管中的废气进行压缩，随后将压缩后的废气输送到分散器中的微多孔结构中进行分散，得到废气泡；步骤d，废气泡洗涤，将废气泡送入到喷淋系统中进行冲洗，得到低浓度废气；步骤e，吸附处理，将低浓度废气进行压缩并经过活性吸附后恒定输出到储存罐中；步骤f，样品分析，将储存罐中的气体进行取样分析，若样品挥发性有机物含量小于5%，则通过储存罐直接释放；步骤g，若样品分析时，样品机物含量大于5%，将储存罐中的气体输入到等离子熔炉中进行低温等离子处理，上述等离子熔炉输出的气体通过储存罐收集，并进行样品分析，重复步骤g，每次提高等离子熔炉10%的电压，直至样品挥发性有机物含量小于5%。
7.作为优选，上述等离子熔炉的的放电形式为直流电晕放电，通过在反应器上安装一个高压直流电源，将220v的交流电经变压器进行升压，再通过高压硅整流器和电容滤波得到稳定的连续可调直流高压。
8.作为优选，上述等离子熔炉中加入光催化剂对废气中挥发性有机物进行降解，上述等离子熔炉中的等离子体用于提高光催化剂的触媒性能。
9.作为优选，上述分散器为微多孔结构的气泡发生器，通过分散器的叶轮高速剪切搅拌，分散器在微多孔结构中设置渐缩和突扩的断面，通过分散器的叶轮高速剪切搅拌得到废气泡。
10.进一步的技术方案是，上述废气泡为直径10-150微米的单分散气泡，由单分散气泡在喷淋系统中与水充分接触。其目的是，通过气液反应在相同时间内达到气液界面的气体越多，达到更高的去除率。
11.更进一步的，上述废气泡在喷淋系统中与水接触时间大于10秒，且废气泡与水的液气比不低于4升/立方米。
12.作为优选，上述废气在等离子熔炉中的停留时间大于3秒，上述等离子熔炉中的湿度范围为25-35%。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果至少是：本发明通过恒定排气量确保处理涂装废气的过程中处于相对稳定的状态，避免流量波动导致处理效果控制不理想，通过水洗废气的方式，降低颗粒物的含量，从而避免颗粒物影响等离子熔炉的废气处理，通过颗粒物在水中进行沉淀，从而可以考虑后续二次过滤回收；通过空气分散以便于废气泡上升过程中，废气泡中的有机物被水吸收；吸收后通过活性吸附进一步降低污染强度，最后通过在等离子熔炉中利用等离子体进行净化，再通过催化剂提高自由基的数量，从而提高降解作用。
具体实施方式
14.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.本发明的一个实施例是，一种挥发性有机废气在等离子熔炉中的处理方法，该方法主要用于挥发性废气中含有粘性颗粒物的情况，由于涂装废气中含有大量粘性颗粒物，挥发性有机物voc是pm2.5和臭氧的前体物，通过控制vocs的排放，对实现减污降碳协同增效、促进生态环境质量持续改善有重要意义。操作步骤如下：步骤a，恒定排气量，将厂区的废气引入到恒压罐中，通过恒压罐恒定输出气流；由于挥发性有机废气的源头为厂区的涂
装生产线，而生产线的加工量和加工时间不易于控制，从而导致挥发性有机废气的浓度和流量大小存在变动。
16.步骤b，水洗废气，将恒压罐输出的废气进行水洗，通过水洗的方式除去体积较大的颗粒物；水洗后的废气进入到输送管中；一般而言，喷淋作为颗粒物的一级处理流程，能够在一定程度上去除体积较大的颗粒物。其颗粒物在水中进行沉淀，从而可以考虑后续二次过滤回收。
17.需要说明的是，挥发性有机物具有可利用新，但是涂装车间产生的废气的组分复杂，浓度低，气流量大，对气体采用相对复杂的回收方式，不够经济，因此对于大量粘性颗粒物的回收，一般考虑使用水洗，以便于后续通过水处理工艺将颗粒物脱离出来。
18.步骤c，空气分散，将输送管中的废气进行压缩，随后将压缩后的废气输送到分散器中的微多孔结构中进行分散，得到废气泡；通过空气分散的方式使得水洗后的废气形成起泡，以便于废气泡上升过程中，废气泡中的有机物被水吸收。
19.步骤d，废气泡洗涤，将废气泡送入到喷淋系统中进行冲洗，得到低浓度废气；值得注意的是，废气泡会因自身増压，使得废气泡的直径存在小范围的波动，但是其范围对洗涤影响不明显步骤e，吸附处理，将低浓度废气进行压缩并经过活性吸附后恒定输出到储存罐中；活性吸附为活性炭作为吸附原材，通过活性吸附后的处理效率通常在80%以上，当浓度较低时，甚至能够达到96%。
20.步骤f，样品分析，将储存罐中的气体进行取样分析，若样品挥发性有机物含量小于5%，则通过储存罐直接释放；通过取样分析，确定挥发性有机物含量，从而避免未达标的废气排放到大气中。其采样方式为将活性炭管与大气采样器相连，以0.1升/分钟的速度进行采气，为了保证采样的均匀性，样本的采样时间不低于10分钟。
21.步骤g，若样品分析时，样品机物含量大于5%，将储存罐中的气体输入到等离子熔炉中进行低温等离子处理，上述等离子熔炉输出的气体通过储存罐收集，并进行样品分析，重复步骤g，每次提高等离子熔炉10%的电压，直至样品挥发性有机物含量小于5%。
22.值得注意的是，如果直接用等离子熔炉进行低温等离子处理，颗粒物容易黏附在装置内壁上，不仅会影响低温等离子的放电效果，当颗粒物积累到一定程度还可能对设备的正常运行造成较大影响，甚至可能出现局部温度过载导致起火现象。因此，通过在有机废气治理过程中还需设置一个前置程序，通过预处理的方式能捕捉一定量的漆雾颗粒，值得注意的是，预处理本身对vocs几乎没有去除效果。因此通过前置水洗、废气泡洗涤、过滤吸附的方式，尽可能的降低对等离子熔炉的影响，最后通过等离子熔炉进行低温等离子处理。
23.基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，上述等离子熔炉的的放电形式为直流电晕放电，通过在反应器上安装一个高压直流电源，将220v的交流电经变压器进行升压，再通过高压硅整流器和电容滤波得到稳定的连续可调直流高压。
24.直流电晕放电的模块为现有商品，可以是由不锈钢材料制成，其过风长度240毫米，电场总厚度为300毫米。模块内侧为蜂窝状针筒式电极结构，中空电极为正极，等离子熔炉外壁为负极，通过直流电晕放电。
25.基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，上述等离子熔炉中加入光催化剂对废气中挥发性有机物进行降解，上述等离子熔炉中的等离子体用于提高光催化剂的触媒性
能。其中催化剂可以是现有的纳米二氧化钛，在催化剂的作用下可以直接与发生空穴反应形成更多的自由基提高降解作用。
26.基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，上述分散器为微多孔结构的气泡发生器，通过分散器的叶轮高速剪切搅拌，分散器在微多孔结构中设置渐缩和突扩的断面，通过分散器的叶轮高速剪切搅拌得到废气泡。其中，分散器的叶轮高速剪切搅拌时，可以从断面处形成碰撞切割产生纳米级的废气泡；由于气泡中气体含量较高，导致气泡具有较高的浮力，通过冲淋的方式，有利于在饱和状态的气液混合，通过废气泡降压的过程中将动能转换为热能，在溃灭时产生的空化反应，废气泡的有机废气浓度较低时，降解效果以气膜为主药降解；反之废气泡的有机废气浓度较高时，则通过废气泡的液膜为主要降解。
27.进一步，上述废气泡为直径10-150微米的单分散气泡，由单分散气泡在喷淋系统中与水充分接触。由于气液反应以气膜控制为主，浓度的增加推动了气体在气膜中的传质推动力，在相同时间内达到气液界面的气体越多，去除率越高，因此通过气液反应在相同时间内达到气液界面的气体越多，可以达到更高的去除率。并且，废气泡冲淋后，气体湿度会上升，后续废气中的水分在低温等离子中电离形成氢氧离子，一定程度增加了反应器内强氧化性物质含量，涂装废气降解率也随之升高。
28.更进一步的，上述废气泡在喷淋系统中与水接触时间大于10秒，且废气泡与水的液气比不低于4升/立方米。淋液气比较低时，随着喷淋液的增加，塔内的微纳米气泡密度会逐渐提升，由于气泡数量分布密集且均匀，在此前提下，单位面积内的气体与废气泡接触碰撞充分、裂解氧化反应更完全，从而去除率随之逐渐提高。
29.基于上述实施例，本发明的另一个实施例是，由于废气在等离子熔炉中的停留会随着停留时间增加，气体与高能电子及自由基离子接触反应时间变长，可观上能够使得降解则更充分。上述废气在等离子熔炉中的停留时间大于3秒，还值得注意的是，停留时间越长则进气流量越低，在系统的输入功率不变的情况下，电场能量密度也会随之升高，在单位体积内处理废气的活性粒子及高能电子的密度增加降解率也随之增加。
30.其次，湿度的设置，使得等离子熔炉中具有蒸汽，而蒸气会给低温等离子装置提供自由基oh，自由基的氧化还原电位较高，从而适当的增加湿度能有效实现苯系气体的氧化还原，有利于提高有机物的去除效果；因此，上述等离子熔炉中的湿度范围为25-35%，值得注意的是，湿度对能量利用效率影响较小，但其变化趋势与去除率一致。当电场强度及进气风量不变时，能量密度保持一定，因此能量利用效率主要受污染物降解量影响，即污染物降解量越多，则能量利用效率越高，反之则越少。而湿度范围为25-35%是等离子熔炉中能够具有较好的去除率。
31.若相对湿度低于25%时，去除效果虽然能够提升，但是污染物降解量提升不明显，其原因在于自由基oh含量不充分；若相对湿度超过35%时，虽然污染物的降解量处于高位，不过从经济角度出发，能量利用效率明显降低，也不利于实际运用。
32.其测定方式为体测定方式是用移液管量取20毫升的ki溶液置于500毫升的吸收瓶中，向其中加入350毫升的去离子水混合均匀。将放电稳定后的反应器尾气通入吸收瓶中进行采样，采样结束后按照1比5加入硫酸溶液，混合均匀后静置。再用浓度0.1mol/l的硫代硫酸钠（标液）对样品进行滴定，当溶液变成浅黄色时滴加1毫升淀粉溶液作指示剂，溶液变成蓝色，继续滴定至颜色变为无色，随后记录硫代硫酸钠（标液）的消耗量。从而利用碘化钾与
臭氧反应而析出游离碘，用硫代硫酸钠标准溶液进行滴定，便于计算出臭氧量。
33.在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
34.尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。