光催化流化床反应器降解可挥发性有机物的装置

摘要

本发明属于气固流化床反应器制备技术领域，涉及一种气体与固体光催化流化床反应器降解可挥发性有机物的装置，主体结构包括气体出口、气体入口、气体进口预分布室、气体预分布板、催化剂颗粒挡板、有机玻璃管、石英玻璃管、紫外光灯、环形气体分布多孔板、底部预分布气室和测试口，经原理可靠性组合构成柱状嵌套式结构的光催化降解可挥发性有机气态污染物的装置；气体出口位于反应器气体收集室的顶部中心位置；其操作区域宽，操作可靠简便，催化剂颗粒再生简单，对气态污染物氧化选择性小，处理效果好等突出优点，反应器可串联或并联使用，适宜于大型场所或高浓度可挥发性有机物污染场所。

权利要求

1.一种光催化流化床反应器降解可挥发性有机物的装置，包括气体出口、气体进口、气体进口预分布室、气体预分布板、催化剂颗粒挡板、有机玻璃管、石英玻璃管、紫外光灯、环形气体分布多孔板、气体收集室、底部预分布气室和测试口，其特征在于各器件组合构成柱状嵌套式结构，气体出口位于反应器的顶部中心，气体进口穿过气体收集室侧壁，连接于气体进口预分布室的顶部中心，气体进口预分布室嵌套在气体收集室内；整体式环形气体分布多孔板集成了气体预分布板与催化剂颗粒挡板，与气体进口预分布室器壁固定；整体式环形气体分布多孔板内环为气体预分布板，外环为催化剂颗粒挡板；石英玻璃管同轴嵌套于有机玻璃管内，石英玻璃管和有机玻璃管上端分别与催化剂颗粒挡板内周和外周边缘对齐相接，下端分别与环形气体分布多孔板的内外边缘相接，构成的柱状环形区域为流化床反应区，将催化剂颗粒填充于反应区内；紫外光灯位于石英玻璃管的中轴线上，紫外光灯上端电源插座固定在整体式环形多孔板中心，下端电源插座固定于气体进口预分布室的底部中心；紫外光灯与石英玻璃管构成的柱状环形区域为气体进入反应器的通道，通道与底部预分布气室连通；测试端口位于有机玻璃管侧壁，用于测定床层压力和颗粒流速；气体进口预分布室使气体分布均匀，保障流化床的进气均匀，从而实现颗粒的均一流态化。

2.根据权利要求1所述的光催化流化床反应器降解可挥发性有机物的装置，其特征在于反应区厚度为20-80mm；紫外光灯功率为25-40W，辐射最大波长254-365nm，流化床反应区内填充活性炭颗粒负载的纳米二氧化钛光催化剂，通入的待处理气流作为流化介质使活性炭颗粒流态化。

说明书

光催化流化床反应器降解可挥发性有机物的装置

[0001] 技术领域：

[0002] 本发明属于气固流化床反应器制备技术领域，特别是涉及一种气体与固体光催化流化床反应器降解可挥发性有机物(VOCs)的装置，适于处理居室、写字间、大型超市、隧道等场所可挥发性有机物(VOCs)气态污染物的降解处理装置。

[0003] 背景技术：

[0004] 现代人平均90％的时间生活和工作在室内，因此，室内环境质量直接关系到人们的身体健康和生活质量。为了提高生活环境质量，满足日益增长的生活需求，人们将越来越多的资金投入到家庭装饰装修中。然而，某些装饰装修材料产品质量不合格、装饰装修工程质量不过关，导致室内有害气体污染，严重威胁到人类的生命健康，如室内装饰装修材料及家具，油漆、胶合板、泡沫填材、内墙涂料、塑料贴面等均会挥发甲醛、苯、甲苯等室内有害气体，成为致癌因素之一。据中国消费者协会公布的一项调查报告显示：九成以上的新装修居室有害气体超标。但是，许多人还没有意识到家庭装饰装修会导致室内有害气体污染的危害。因此，广大人群与室内有害气体这一“隐性杀手”长期相伴，人们的生命健康受到严重威胁。据报道，我国每年由于室内空气污染引起的超额死亡人数达11.1万人，广州珠江医院从接受治疗的儿童白血病患者中发现一个惊人的事实：有1/3的白血病患者的发病与家庭装修有密切联系。由此可见，现代家庭装饰装修导致室内有害气体污染，已经严重威胁到人类的生命健康。另外，在大型超市、居室和办公等场所，由于大面积的装修而使用了大量的装饰装修材料，尤其人造板材在室内环境中释放甲醛可持续数年，已引起严重的环境问题。面对这些问题，传统的处理技术如吸附、通风、过滤等对这些低浓度污染物处理存在费用颇高或效果欠佳等问题。尽管环境治理的措施很多，但存在成本费用、可行性、技术成熟情况以及是否带来二次污染等问题。近年来，国内外开发了一些绿色环保治理技术与设备，如纳米光催化剂，在环保中起到很突出作用，而不带来二次污染，被誉为“绿色环保型催化剂”。光催化技术是一种利用光生强氧化剂将有机污染物彻底氧化成H2O、CO2等小分子的高级氧化技术，该技术具有反应条件温和，设备简单，易于操作，对低浓度污染物或气相污染物有很好的去除效果等优点，且具有催化剂材料易得，运行成本低，可利用太阳光作为催化光源等优点，是一种非常有前景的污染治理技术。

[0005] 光催化流化床反应器通常有板式结构和整体式结构两个种类，它们是将光催化技术嫁接在流化床反应器上而设计的一种新型反应器，与传统的光催化板式结构或整体式结构反应器相比，它具有光照面积大，反应物与催化剂颗粒表面接触效果好，传质效率高，催化剂可循环利用等优点，因此具有较高的气体污染物去除率，催化剂颗粒的可再生性，提高了反应器的使用价值。目前对光催化流化床反应器降解VOCs的技术装置还不多见有报道，仅有的报道技术也存在着反应器光照面积小，传质效率低等突出缺点。发明内容：

[0006] 本发明的目的和任务在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供气固光催化流化床反应器降解VOCs的装置，该装置可以实现居室、写字间、大型超市等公共场所气态污染物的处理，而不会造成二次污染。本发明通过调节床层高度、气体流量、以及气体湿度、污染物的浓度和种类、光强、气流入口分布孔尺度、催化剂的用量和粒度等操作参数，控制气态污染物的去除效果。

[0007] 为了实现上述目的，本发明装置主体结构包括气体出口、气体进口、气体进口预分布室、气体预分布板(内环)、催化剂颗粒挡板(外环)、有机玻璃管、石英玻璃管、紫外光灯、环形气体分布多孔板、气体收集室、底部预分布气室和测试口。各器件或构件经过原理可靠性组合构成柱状嵌套式结构的光催化降解可挥发性有机气态污染物的装置；气体出口位于反应器气体收集室的顶部中心位置；气体进口穿过气体收集室侧壁，连接于气体进口预分布室的顶部中心位置；气体进口预分布室嵌套在气体收集室内；整体式环形气体分布多孔板集成了气体预分布板与催化剂颗粒挡板，与气体进口预分布室器壁固定；整体式环形气体分布多孔板内环为气体预分布板，外环为催化剂颗粒挡板；石英玻璃管同轴嵌套于有机玻璃管内，石英玻璃管和有机玻璃管上端分别与催化剂颗粒挡板内周和外周边缘对齐相接，石英玻璃管与有机玻璃管下端分别与环形气体分布多孔板的内外边缘相接，构成的柱状环形区域为流化床反应区，将催化剂颗粒填充于反应区内；紫外光灯位于石英玻璃管的中轴线上，紫外光灯上端电源插座固定在整体式环形多孔板中心，下端电源插座固定于气体进口预分布室的底部中心位置；紫外光灯与石英玻璃管构成的柱状环形区域为气体进入反应器的通道，通道与底部预分布气室连通；测试端口位于有机玻璃管侧壁，用于测定床层压力和颗粒流速；气体进口预分布室使气体分布均匀，保障流化床的进气均匀，从而实现颗粒的均一流态化。

[0008] 本发明的反应区设计为环形结构，反应区厚度在20-80mm之间；以紫外光灯管轴心线为中心，依次将石英玻璃管、有机玻璃管嵌套，其中，紫外光灯管与石英玻璃管之间的环形空隙为进气通道，石英玻璃管与有机玻璃管之间的环形空隙为流化床反应区；紫外光灯功率为25-40W，辐射最大波长254-365nm，用来激发半导体材料——纳米二氧化钛光催化剂，产生具有强氧化性能的羟基自由基或超氧负离子等，这些活性物质对吸附在催化剂表面的气态污染物分子进行光催化氧化，使其最终完全降解为没有污染的小分子物质，如二氧化碳和水等；气体进入预分布室后，再进入紫外光灯管与石英玻璃管之间的进气通道，有利于气体均匀分布和对灯管的散热；在石英玻璃管与有机玻璃管之间的流化床反应区内填充活性炭颗粒负载的纳米二氧化钛光催化剂，通入的待处理气流作为流化介质使其流态化，实现催化剂颗粒与光、污染物气体分子充分接触，从而实现光催化降解。

[0009] 本发明与现有技术相比具有操作区域宽，操作可靠简便，催化剂颗粒再生简单，对气态污染物氧化选择性小，处理效果好等突出优点，同时，反应器可串联或并联使用，适宜于大型场所或高浓度可挥发性有机物污染场所。附图说明：

[0010] 图1为本发明装置的平面结构原理示意图。具体实施方式：

[0011] 下面结合附图和实施例对本发明装置作进一步的描述。

[0012] 本实施例结构主体包括气体出口1，气体进口2，气体进口预分布室3，气体预分布板(内环)/催化剂颗粒挡板(外环)4，有机玻璃管5，石英玻璃管6，紫外光灯7，环形气体分布多孔板8，底部预分布气室9，测试端口10和气体收集室11。各器件或构件经过原理可靠性组合构成柱状嵌套式结构的光催化降解可挥发性有机气态污染物的装置；气体出口1位于反应器气体收集室11的顶部中心位置，管径 气体进口2穿过气体收集室11侧壁，连接于气体进口预分布室3的顶部中心位置，管径 气体进口预分布室3嵌套在气体收集室11内；整体式环形气体分布多孔板集成了气体预分布板与催化剂颗粒挡板4，与气体进口预分布室3器壁固定；整体式环形气体分布多孔板内环为气体预分布板，直径 板面开孔直径 开孔率1.5-3％，确保气体均匀进入，外环为催化剂颗粒挡板，直径180-240mm；板面开孔直径 开孔率1.5-3％，确保催化剂颗粒不随载气流出反应器；有机玻璃管5管径 高680-1200mm；石英玻璃
管6管径 高680-1200mm；石英玻璃管6同轴嵌套于有机玻璃管5内，石英玻
璃管6和有机玻璃管5上端分别与催化剂颗粒挡板4内周和外周边缘对齐相接，石英玻璃管6与有机玻璃管5下端分别与环形气体分布多孔板8的内外边缘相接，构成的柱状环形区域为流化床反应区，将催化剂颗粒填充于反应区内；紫外光灯7，功率25W，最大发射波长
254-365nm，长度540-1060mm，位于石英玻璃管5的中轴线上，紫外光灯7上端电源插座固定在整体式环形多孔板中心，下端电源插座固定于气体进口预分布室3的底部中心位置；紫外光灯7与石英玻璃管6构成的柱状环形区域为气体进入反应器的通道，通道与底部预分布气室9连通；环形气体分布多孔板8，内环直径 外环直径
板面开孔直径 开孔率1-3％；测试端口 10位于有机玻璃管侧壁，用于
测定床层压力和颗粒流速。

[0013] 本实施例的待处理气体从气体进口2(管径 )进入气体预分布室3，穿过气体预分布多孔板4(直径140mm，板面开孔直径 开孔率1.5％)依次进入紫外光灯7与石英玻璃管6形成的柱状环形通道和底部预分布气室9，再穿过环形气体分布多孔板8(内环直径 外环直径 开孔直径 开孔率1％)，到达有机玻璃管5与石英玻璃管6形成的柱状环形区域——流化床反应区；催化剂颗粒填充于反应区内，在紫外光灯7(功率25W，最大辐射波长254nm)的辐照下，产生具有强氧化性能的羟基自由基或超氧负离子等，这些活性物质对吸附在催化剂表面的VOCs分子进行光催化氧化，最终完全降解为没有污染的小分子物质，如CO2和H2O等；处理后的气体穿过催化剂颗粒挡板(直径180mm，板面开孔直径 开孔率1.5％)，经气体出口1(管径 )流出。
测试端口 10用于测定床层压力和颗粒流速。

[0014] 本实施例在实践应用中具有以下技术特征：一是气体的流速过大，会造成床层节涌和催化剂颗粒的损失，从而降低传质效果和光的穿透；二是气体分布室的作用是保障气体流动的均一性，从而保证流化床内颗粒的流化均匀性，气体进口2和气体出口1须设计在中轴线上；三是石英玻璃管6应对254-365nm之间的紫外光吸收极少；四是在有机玻璃管5的内壁上涂覆反光材料，有利于光的利用，同时防止对外产生辐射；五是催化剂颗粒与气体流速有密切关系，根据具体情况设定颗粒粒径的大小，应在200微米到2000微米之间；六是在气体挡板设计方面，为防止催化剂颗粒的流失，挡板下附加一层丝网；七是如果待处理气体含有颗粒物杂质，须在气体进口预分布室3内设计过滤层，防止堵塞气体分布板孔。

[0015] 本实施例适于居室、写字间、大型超市等场所处理VOCs气态污染物，以纳米二氧化钛/活性炭颗粒负载催化剂，颗粒粒径200μm，处理室内甲醛、苯系物等，具有良好的效果。