一种VOCs废气处理方法与流程

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种vocs废气处理方法。

背景技术：

近年来，全国多地发生了较为严重的大气污染事件，这使得人们对空气质量日益关心，同时各级政府和环保部门针对这个现象出台了多项专项政策，使得废气治理行业得以蓬勃发展。其中vocs（挥发性有机物）废气治理行业由于早期多采用低技术含量、高运行成本的活性炭吸附法发展较慢。在各地环保提标后，有vocs排放而未处理或处理后未达标的企业需要进行vocs处理。

目前的vocs废气治理技术主要是吸附法（喷淋、活性炭吸附）、回收法（冷凝、喷淋）和直接去除法（低温等离子体、光催化氧化、浓缩燃烧）。燃烧法，主要有浓缩燃烧、热力燃烧和催化燃烧；浓缩燃烧法是利用有机废气大多组分都可燃，将高浓度vocs进一步浓缩，提高浓度后直接燃烧的方法；热力燃烧是将天然气等燃料与vocs混合后燃烧的方法；催化燃烧即通过催化剂的作用在较低的温度（250℃-450℃）下将vocs完全氧化的方法。吸收（回收）法，主要包括溶剂吸收、静电吸附及冷凝回收；溶剂吸收法利用相似相溶原理，通过有机溶剂将vocs吸收后进行分离再利用；冷凝回收则利用vocs不同组分沸点不同，通过降温冷却回收某些组分；静电吸附主要用于含油废气的处理，利用静电场使小油滴带电后吸附回收。吸附法，主要采用活性炭吸附，活性炭主要通过微孔吸附及表面未平衡的范德瓦尔斯力和化学键力来吸附颗粒物或者气体分子，达到去除vocs的目的。分解法，主要包括光催化、红外吸收微粒技术和低温等离子体法；光催化是基于光催化剂在紫外光照射下具有极强的氧化性的原理，将吸附在表面的vocs气体分子氧化分解；低温等离子体法利用等离子体中的高能粒子和自由基将vocs分解成co2和水的方法。而传统方法存在对难处理废气去除率低（如喷淋、低温等离子体、活性炭吸附）、运行成本高（如活性炭吸附、浓缩燃烧、光催化氧化）等问题。比如活性炭吸附，一方面由于运行成本高，许多厂家的活性炭吸附设备处于长期停运，只在环保检查时使用；另一方面，活性炭在使用后需按照危险化学品处理，实用性大大降低，又如传统的低温等离子体处理技术，其采用工频高压电源或者直流高压电源，通过电晕放电等形式去除vocs，然而其产生的等离子体中粒子无法打断一些大键能的化学键，使得其对某些vocs去除率地下，甚至对于大分子被打成小分子，苯类有机物被处理后vocs浓度反而比处理前高1-2倍。

因此，提供一种将vocs去除且去除率高、效率高、运行成本低、工艺简单、适用性广的废气处理技术是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的一个或多个不足，通过提供一种将水幕喷淋处理、雾化喷淋处理、气液分离处理、等离子体处理和红外吸收微粒处理步骤结合的vocs废气处理方法，以实现低成本、高效率、安全的去除vocs，改善生活环境，促进社会的可持续发展。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种vocs废气处理方法，所述vocs废气处理方法包括依次进行的水幕喷淋处理、雾化喷淋处理、气液分离处理、等离子体处理和红外吸收微粒处理步骤。

在本发明的一些具体实施方式中，在所述水幕喷淋处理步骤中，将vocs废气从水幕喷淋塔的底部通入，经水幕喷淋后从上部流出，所述水幕喷淋处理方式采用环形喷淋，所述环形喷淋包括多个喷洒部，多个所述喷洒部在所述水幕喷淋塔内呈螺旋型分布。

在本发明的一些具体实施方式中，在所述雾化喷淋处理步骤中，喷淋液包括水液，将所述水液通过雾化器雾化形成层层水膜，所述水膜用于捕获vocs废气中的细微颗粒，所述细微颗粒包括油漆颗粒、甲苯和二甲苯。

在本发明的一些具体实施方式中，在所述气液分离处理步骤中，通过气液分离器将vocs废气中的雾滴和/或液滴除去，所述气液分离器在常温常压下操作。

在本发明的一些具体实施方式中，在所述等离子体处理步骤中，将经所述气液分离处理步骤处理过的vocs废气沿平行于等离子体发生装置的等离子体发生电极的电场方向通过所述等离子体发生电极，使得vocs废气中产生包括电子、正离子、中性粒子、自由基的整体呈电中性的等离子体；并且使得vocs废气中的灰尘颗粒表面带电；等离子体与vocs废气中的氧分子、水分子作用，生成具有强氧化性的h、o、oh、o3活性粒子，vocs废气中的vocs在活性粒子的作用下生成气态二氧化碳以及水。

在本发明的一些具体实施方式中，所述等离子体发生电极包括一组高电压电极和一组接地电极，所述高电压电极与接地电极均包覆有绝缘介质，所述高电压电极与接地电极均呈线型排列；所述高电压电极连接高压电源，所述高压电源为正极性直流高压电源、正极性脉冲高压电源或正极性直流叠加交流高压电源中的一种或其组合。

在本发明的一些具体实施方式中，在所述红外吸收微粒处理步骤中，其通过红外加热装置加热经过所述等离子体处理步骤处理过的vocs废气，以使废气中的vocs吸收红外能量并和残留在气流中等离子体进一步作用，且分解形成二氧化碳和水；所述红外加热装置包括红外线发射器、气体容置腔，以及分布在所述气体容置腔内壁上的红外吸收微粒，所述气体容置腔内设有多个立柱，多个所述立柱使气流呈蛇形流通，所述红外线发射器的输出波长为760-850nm的红外光。

在本发明的一些具体实施方式中，所述vocs废气处理方法采用如下处理系统进行处理：

所述处理系统包括依次连接联通的水幕喷淋塔、雾化喷淋塔、气液分离器、等离子体发生装置和红外加热装置；

所述水幕喷淋塔包括多个喷洒部，多个所述喷洒部在所述水幕喷淋塔内呈螺旋型分布；所述雾化喷淋塔包括雾化器和喷淋液，所述喷淋液通过所述雾化器形成层层膜状雾滴；

所述等离子体发生装置包括等离子体发生电极和高压电源，所述等离子体发生电极包括一组高电压电极和一组接地电极，所述高电压电极与所述接地电极均包覆有绝缘介质，所述高电压电极与所述接地电极均呈线型排列；所述高电压电极连接所述高压电源，所述高压电源为正极性直流高压电源、正极性脉冲高压电源或正极性直流叠加交流高压电源中的一种或其组合；

所述红外加热装置包括红外线发射器、气体容置腔，以及分布在所述气体容置腔内的红外吸收微粒，所述气体容置腔内设有多个立柱，多个所述立柱使气流呈蛇形流通，所述红外线发射器的输出波长为760-850nm的红外光。

进一步地，所述等离子体发生装置还包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器，用于实时监测所述等离子体发生装置内的压力和温度。

在本发明中，所述vocs废气处理方法处理后的废气中vocs总去除率大于等于75%，其中，废气中：苯≤17mg/m³；甲苯≤60mg/m³；二甲苯≤90mg/m³。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明将水幕喷淋处理、雾化喷淋处理、气液分离处理、等离子体处理和红外吸收微粒处理步骤有机结合，使各个步骤相互协同作用，实现了vocs达标排放，且处理工艺简单、运行成本低、适用性广、vocs去除率高。

2、本发明解决了传统低温等离子体技术对难分解废气去除率低的问题，且本申请中将vocs废气的流动方向设置成与等离子体发生装置的等离子体发生电极的电场方向平行，克服了烟气流速的过大或过小时造成的等离子体处理效果的降低，增大烟气与等离子体的接触时间、接触面积，以实现等离子体的高效利用。

3、本发明采用独特的红外吸收微粒处理步骤，配合等离子体处理步骤，实现了vocs废气的高去除率，且装置简单、成本低、能耗低，符合现实需求，适宜大面积推广。

4、采用本发明的vocs废气处理方法，不仅投资小、运行维护成本低、设备占地面积小、处理效率高，而且还实现了高效除臭、除异味，且处理后的废气能够完全满足各地环保局的具体技术指标要求，同时通过加设温度控制和压力控制，避免了因排风故障或者其他一些原因引起的短时间内vocs浓度急剧升高等安全事故而引起的爆燃，防止其波及到车间，造成工作人员的伤亡，极大地提升了安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的vocs处理方法的流程示意图；

图2为本发明的vocs处理方法的其中一个实施方式的示意图；

图3为本发明的等离子体发生装置的结构示意图；

图4为本发明的红外加热装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和附图对本发明的技术方案及其优点做详细的说明。

实施例1

对某工厂的vocs废气进行采样分析，其具体性质如下：

其中，废气中：苯106.3mg/m³；甲苯287.5mg/m³；二甲苯627.5mg/m³。

如图1-4所示，本实施例提供一种vocs废气处理方法，包括以下步骤：

1）水幕喷淋处理

将vocs废气从水幕喷淋塔1的底部通入，经水幕喷淋后从上部流出，所述水幕喷淋处理方式采用环形喷淋，所述环形喷淋包括多个喷洒部11，多个所述喷洒部11在所述水幕喷淋塔1内呈螺旋型分布；

2）雾化喷淋处理

其中，喷淋液包括水液，将所述水液通过雾化器21雾化形成层层水膜，所述水膜用于捕获vocs废气中的细微颗粒，所述细微颗粒包括油漆颗粒、甲苯和二甲苯；

3）气液分离处理

通过气液分离器3将vocs废气中的雾滴和/或液滴除去，所述气液分离器3在常温常压下操作；

4）等离子体处理

将经所述气液分离处理步骤处理过的vocs废气沿平行于等离子体发生装置4的等离子体发生电极的电场方向通过所述等离子体发生电极，使得vocs废气中产生包括电子、正离子、中性粒子、自由基的整体呈电中性的等离子体；并且使得vocs废气中的灰尘颗粒表面带电；等离子体与vocs废气中的氧分子、水分子作用，生成具有强氧化性的h、o、oh、o3活性粒子，vocs废气中的vocs在活性粒子的作用下生成气态二氧化碳以及水；所述等离子体发生电极包括一组高电压电极42和一组接地电极43，所述高电压电极42与接地电极43均包覆有绝缘介质41，所述高电压电极42与接地电极43均呈线型排列；所述高电压电极42连接高压电源46，所述高压电源46为正极性直流高压电源、正极性脉冲高压电源或正极性直流叠加交流高压电源中的一种或其组合；

在本实施例中，将等离子体的电场方向设置成与vocs气流的方向一致，增大了vocs气流与等离子体束流的接触时间、接触面积，以实现最大化的利用等离子体束流，进而可以节能减耗、节约成本。

5）红外吸收微粒处理

其通过红外加热装置5加热经过所述等离子体处理步骤处理过的vocs废气，以使废气中的vocs吸收红外能量并和残留在气流中等离子体进一步作用，且分解形成二氧化碳和水；所述红外加热装置5包括红外线发射器、气体容置腔53，以及分布在所述气体容置腔53内的红外吸收微粒52，所述气体容置腔53内设有多个立柱51，多个所述立柱51使气流呈蛇形流通，所述红外线发射器的输出波长为800nm的红外光；

最后的废气经烟囱6排放。

同时，本实施例的vocs废气处理方法采用如下处理系统进行处理：

所述处理系统包括依次连接联通的水幕喷淋塔1、雾化喷淋塔2、气液分离器3、等离子体发生装置4和红外加热装置5；

所述水幕喷淋塔1包括多个喷洒部11，多个所述喷洒部11在所述水幕喷淋塔1内呈螺旋型分布；所述雾化喷淋塔2包括雾化器21和喷淋液，所述喷淋液通过所述雾化器21形成层层膜状雾滴；

所述等离子体发生装置4包括等离子体发生电极和高压电源，所述等离子体发生电极包括一组高电压电极42和一组接地电极43，所述高电压电极42与所述接地电极43均包覆有绝缘介质41，所述高电压电极42与所述接地电极43均呈线型排列；所述高电压电极42连接所述高压电源46，所述高压电源46为正极性直流高压电源、正极性脉冲高压电源或正极性直流叠加交流高压电源中的一种或其组合；

所述红外加热装置5包括红外线发射器（未示出）、气体容置腔53，以及分布在所述气体容置腔53内的红外吸收微粒52，所述气体容置腔53内设有多个立柱51，多个所述立柱51使气流呈蛇形流通，所述红外线发射器的输出波长为800nm的红外光。

进一步地，所述等离子体发生装置4还包括压力传感器45和温度传感器44，所述压力传感器45和温度传感器44，用于实时监测所述等离子体发生装置4内的压力和温度。

整套vocs废气处理工艺先用水幕喷淋初步捕捉大颗粒粉尘；然后通过在雾化喷淋塔2内喷淋液经过雾化器21的雾化形成的层层水膜，废气中的细微颗粒（油漆颗粒、甲苯、二甲苯等）被除尘器中的水捕获，穿过水帘进入气水通道，使部分有机vocs气体及雾化吸收后的颗粒物通过喷淋进入污水系统，经过这一步vocs去除效率可达15%左右；温度传感器44和压力传感器45的设置能够避免因为排风故障或者其他一些原因引起的短时间内vocs浓度急剧升高等安全事故而引起的爆燃波及到车间；气液分离处理作为等离子体处理的预处理工艺能够去除大部分喷淋带来的水汽等，避免等离子体处理效率受到影响；等离子体技术和红外吸收微粒技术将剩余的vocs气体分子分解成co2和h2o，总vocs气体分解率最高可达到90%以上，并且尾气无一般处理方法的异味、臭味。

本实施例的vocs废气处理方法处理后的废气中vocs总去除率92%，其中，废气中：苯8.5mg/m³；甲苯23.0mg/m³；二甲苯50.2mg/m³。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：实现了vocs废气的去除率最高可达到90%以上，解决现有废气治理技术难以达到不断提高的排放标准要求，彻底消除了vocs废气对环境的排放污染；整个处理过程简单易操作、处理效率高、所需设备少，设备能耗低，很好的满足了现代企业对节能减排、提高生产效益的要求，对节约资源减少成本具有重大意义。

对比例一

一般的低温等离子体处理技术工艺流程为：水幕喷淋→低温等离子体处理→水喷淋→排放

处理结果：vocs总去除率为50%，其中，废气中：苯含量为53.1mg/m³；甲苯含量为143.3mg/m³；二甲苯含量为313.8mg/m³。

对比例二

本例基本同实施例1，区别在于本例中等离子体处理采用低温等离子体处理，且不包括红外吸收微粒处理。

工艺流程为：水幕喷淋→雾化喷淋→气液分离→低温等离子体处理→排放

处理结果：废气中vocs总去除率为60%，其中，废气中：苯含量为42.5mg/m³；甲苯含量为115.0mg/m³；二甲苯含量为251.0mg/m³。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。