一種石化工業廢氣的VOCs凈化系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種石化工業廢氣的VOCs凈化系統，該系統包括余熱交換器、氣體過熱保護裝置、熱式氣體質量流量計、混合氣體流量調節閥、布袋式除塵器、脈沖紫外活化?微生物降解反應器、煙氣水洗凈化塔、引風機。本系統創造性的利用了蠟蚧輪枝菌KM9083菌株對較高濃度VOCs的適應性及其生物活性降解作用，將廢氣中的VOCs成分最終分解為H2O和CO2，其對VOCs的生物降解效能可滿足工業廢氣的凈化處理要求。同時，利用苯甲酮?六甲基磷酰三胺組合的抗紫外線輻射防護作用，將該藥劑預先添加到蠟蚧輪枝菌KM9083菌株中，可有效防止紫外線對上述菌株的生物抑制作用。
【專利說明】
一種石化工業廢氣的VOCs凈化系統
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種石化工業廢氣的VOCs凈化系統，屬于環境保護中的廢氣處理領域。
【背景技術】
[0002]VOCs是揮發性有機化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫。典型的VOCs排放源可分為人為排放源(包括固定源與移動源)和自然排放源(包括生物源與非生物源)兩類，其中以人為排放源為主，多半為石油化工相關產業的生產過程、產品消費行為以及機動車尾氣造成。VOCs的成分復雜，對人體的危害大，所具有的特殊氣味能導致人體的種種不適感，并具有毒性和刺激性。已知許多VOCs具有神經毒性、腎臟和肝臟毒性，甚至具有致癌作用，能損害血液成分和心血管系統，引起胃腸道紊亂，誘發免疫系統、內分泌系統及造血系統疾病，造成代謝缺陷。空氣中多種VOCs會同時作用于人體，產生累積效應，其危害程度大大增加。
[0003]傳統的VOCs控制技術基本可分為兩大類:回收技術和銷毀技術。回收技術是根據VOCs本身的性質，通過物理方法，在一定的溫度和壓力下，使用吸收、吸附劑及選擇性滲透膜等實現VOCs的分離，主要包括吸收法、吸附法、冷凝法及膜分離法。而銷毀技術則是采用化學或生物方法，使VOCs氣體分子轉變為小分子的水和二氧化碳，主要包括燃燒法和生物法。
[0004](I)吸收法:吸收法凈化VOCs的方法是利用液態吸收劑處理混合氣體，混合氣體中的一種或幾種氣體組分溶解于液體中，或與吸收液中的組分發生選擇性化學反應，除去其中一種或幾種氣體的過程，從而達到控制大氣污染的一種方法。此方法適合于大氣量、中等濃度的含VOCs廢氣的處理。
[0005](3)吸附法:吸附法是利用多孔性固體吸附劑處理含VOCs的氣態混合物，利用固體表面的不平衡的化學鍵力或分子引力，使其中的一種或多種組分濃縮于固體表面上，以達到分離的目的。常用的吸附劑有活性炭、活性炭纖維、活性氧化鋁、分子篩以及沸石等。
[0006](3)燃燒法:通過燃燒方法將VOCs轉化為二氧化碳、水以及氯化氫等無毒或毒性小的無機物的過程，稱為燃燒凈化法，其化學作用主要是燃燒氧化和高溫下的熱分解作用。此方法適用于治理可燃的或在高溫情況下可以分解的有害氣體。燃燒法的優點是去除率較高，一般在95%以上;缺點是直接燃燒法容易發生爆炸，浪費熱能且易產生二次污染，熱力燃燒法運行費用較高。
[0007](4)冷凝法:冷凝法是利用VOCs在不同的溫度和壓力下具有不同的飽和蒸汽壓，通過降低溫度和增加壓力，使處于蒸汽狀態的污染物凝結出來，使其得以凈化和回收。該方法優點是設備工藝簡單，能耗低，可回收有用成分;缺點是不適宜處理低濃度的有機氣體，對入口 VOCs要求嚴格，冷卻溫度較低時，耗電量較大。
[0008](5)生物法:生物法是在適宜的環境條件下，利用微生物的生命活動將VOCs氣體中的有害物質轉變成簡單的無機物(CO2、H2O)及細胞物質等的過程。常見的生物法處理VOCS的方法有:生物洗滌法、生物過濾法和生物滴濾法。生物法的優點是去除率高，投資少，設備簡單，運行費用低，較少形成二次污染，應用范圍廣;缺點是微生物對環境要求較高，壓損較大，抗沖擊負荷能力較差，設備體積大，不適用于高鹵素化合物的去除。
[0009](6)膜分離法:膜分離法是利用在壓力差的推動下，氣體透過膜的速率不同，從而將氣體混合物分離的過程。膜分離法的優點是選擇性好，適應性強，能耗低，無相態變化，可回收有用成分;缺點是投資大，對膜的依賴性強;對膜的表面控制要求較高，膜分離裝置操作要求高。
[0010]目前，國內外采用的有機廢氣處理方法包括吸收、吸附、冷凝、燃燒和生物技術等以上介紹的方法，但其都存在投資大、周期長、運行費用高等缺點，且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。
【發明內容】
[0011]為了解決現有技術中存在的諸多問題，本發明提供了一種石化工業廢氣的除VOCs凈化系統，該系統包括余熱交換器、氣體過熱保護裝置、熱式氣體質量流量計、混合氣體流量調節閥、布袋式除塵器、脈沖紫外活化-微生物降解反應器、煙氣水洗凈化塔、引風機;其中，含有VOCs的石化工業廢氣通過氣體管路進入余熱交換器，在此經過熱交換作用使過熱的廢氣得到降溫和穩定，并且得到的剩余熱量可供利用，余熱交換器的出口通過氣體管路連接氣體過熱保護裝置，其作用是當余熱交換器故障或經熱交換后的廢氣溫度依舊過高時，可暫時切斷氣路，起到保護后端處理裝置的作用，氣體過熱保護裝置的出口通過氣體管路連接熱式氣體質量流量計，可對廢氣流量、流速等信息進行實時監控記錄，熱式氣體質量流量計的出口通過氣體管路連接混合氣體流量調節閥，通過導入空氣的方法調整廢氣中VOCs的實際濃度，并對廢氣進行精確的稀釋降溫，混合氣體流量調節閥的出口通過氣體管路連接布袋式除塵器，在此除去廢氣中的顆粒污染物，防止磨損或阻塞后端處理裝置，布袋式除塵器的出口通過氣體管路連接脈沖紫外活化-微生物降解反應器，脈沖紫外活化-微生物降解反應器的出口通過氣體管路連接煙氣水洗凈化塔，在此對處理后的廢氣進行進一步的水洗凈化和冷卻，煙氣水洗冷卻塔的出口通過氣體管路連接引風機，引風機的出口通過氣體管路連通大氣環境;其中，脈沖紫外活化-微生物降解反應器由硬質不銹鋼制成，其左側上部設有進氣閥門，右側下部設有排氣閥門，反應器左、右兩側壁上各安裝有I支脈沖式紫外燈，反應器底部安裝有I臺驅動電機，其上連接I套不銹鋼中空軸體，不銹鋼中空軸體內部填充有多孔導液管，多孔導液管與固定于不銹鋼中空軸體外部的純棉多孔纖維條相連，并且，多孔導液管還與安裝于反應器頂部的菌液槽相連;含有VOCs的廢氣通過位于脈沖紫外活化-微生物降解反應器左上部的進氣閥門進入反應器內部，此時位于反應器左、右兩側壁上的脈沖式紫外燈開啟，能夠以脈沖式的工作方式，間歇性的向反應器內部輻射紫外線，同時，位于反應器底部的驅動電機開啟，帶動位于反應器中央的不銹鋼中空軸體以一定轉速開始轉動，固定于不銹鋼中空軸體上的若干純棉多孔纖維條在離心力的作用下被甩起，與反應器內部廢氣發生充分的接觸，純棉多孔纖維條上附著的蠟蚧輪枝菌KM9083菌株在脈沖式紫外線照射活化作用與苯甲酮-六甲基磷酰三胺合劑的紫外線防護作用下，會發生高效率的生物呼吸作用，將廢氣中的VOCs成分最終分解為H2O和CO2，經過生物降解凈化處理后的廢氣通過位于脈沖紫外活化-微生物降解反應器右下部的排氣閥門排出反應器，進入下一處理工序；
其中，安裝于反應器頂部的菌液槽中儲存有蠟蚧輪枝菌液和苯甲酮-六甲基磷酰三胺合劑的混合溶液，同時，不銹鋼中空軸體內部填充有多孔導液管，并與菌液槽相連，可通過毛細傳導作用將上述混合溶液傳導至每一條純棉多孔纖維條上，使微生物降解反應得以持續進行。
[0012]其脈沖紫外活化-微生物降解反應器的工作壓力范圍為0.03?0.70MPa，工作溫度范圍為20?42 °C，有效容積為260m3。
[0013]其脈沖紫外活化-微生物降解反應器，脈沖式紫外燈的工作電壓為25V，功率為45W，其發光光譜能量主要集中于340nm波長處，平均使用壽命可達2000小時。
[0014]其脈沖紫外活化-微生物降解反應器，純棉多孔纖維條采用長絨棉制成，纖維長度大于33_，線密度為7500公支左右，強力大于5.2cN。
[0015]通過本系統處理后的廢氣，其VOCs的去除效率可達99.8%。
[0016]本發明的優點在于:
(I)本系統擺脫了現有的工業廢氣VOCs治理模式，創造性的利用了蠟蚧輪枝菌液對較高濃度VOCs的適應性及其生物活性降解作用，在結合使用脈沖式紫外線照射活化的條件下，上述菌株可以發揮更為高效的VOCs降解作用，其對VOCs的生物降解效能可滿足工業廢氣的凈化處理要求。該方法是一種非常有針對性的處理方法，其處理效率可達到98.8%。
[0017](2)本系統充分利用了苯甲酮和六甲基磷酰三胺混合試劑的抗紫外線輻射防護作用，將之預先添加至菌株中，可有效防止紫外線對上述菌株的生物抑制作用，徹底解決了菌類微生物無法在紫外線照射下存活的技術難題。
[0018](3)本系統采用了純棉多孔纖維作為菌株載體，一方面具備良好的液體傳導性能，可以使菌株溶液均勻分布;另一方面，還可以防止靜電的產生，從根本上杜絕了由靜電火化造成的VOCs氣體爆炸的危險。
[0019](4)本系統技術路線先進，設備占地面積較小，并且處理效果良好，運行維護成本很低，有利于大范圍推廣應用。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的設備示意圖。
[0021]圖中:1-余熱交換器、2-氣體過熱保護裝置、3-熱式氣體質量流量計、4-混合氣體流量調節閥、5-布袋式除塵器、6-脈沖紫外活化-微生物降解反應器、7-煙氣水洗凈化塔、8-引風機
圖2是脈沖紫外活化-微生物降解反應器的示意圖。
[0022]61-進氣閥門、62-脈沖式紫外燈、63-純棉多孔纖維條、64-不銹鋼中空軸體、65-多孔導液管、66-菌液槽、67-驅動電機、68-排氣閥門
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，石化工業廢氣的除VOCs凈化系統，該系統包括余熱交換器1、氣體過熱保護裝置2、熱式氣體質量流量計3、混合氣體流量調節閥4、布袋式除塵器5、脈沖紫外活化-微生物降解反應器6、煙氣水洗凈化塔7、引風機8等;其中，含有VOCs的石化工業廢氣通過氣體管路進入余熱交換器I，在此經過熱交換作用使過熱的廢氣得到降溫和穩定，并且得到的剩余熱量可供利用，余熱交換器I的出口通過氣體管路連接氣體過熱保護裝置2，其作用是當余熱交換器I故障或經熱交換后的廢氣溫度依舊過高時，可暫時切斷氣路，起到保護后端處理裝置的作用，氣體過熱保護裝置2的出口通過氣體管路連接熱式氣體質量流量計3，可對廢氣流量、流速等信息進行實時監控記錄，熱式氣體質量流量計3的出口通過氣體管路連接混合氣體流量調節閥4，通過導入空氣的方法調整廢氣中VOCs的實際濃度，并對廢氣進行精確的稀釋降溫，混合氣體流量調節閥4的出口通過氣體管路連接布袋式除塵器5，在此除去廢氣中的顆粒污染物，防止磨損或阻塞后端處理裝置，布袋式除塵器5的出口通過氣體管路連接脈沖紫外活化-微生物降解反應器6，脈沖紫外活化-微生物降解反應器6的出口通過氣體管路連接煙氣水洗凈化塔7，在此對處理后的廢氣進行進一步的水洗凈化和冷卻，煙氣水洗冷卻塔7的出口通過氣體管路連接引風機8，引風機8的出口通過氣體管路連通大氣環境;其中，脈沖紫外活化-微生物降解反應器6由硬質不銹鋼制成，其左側上部設有進氣閥門61，右側下部設有排氣閥門68，反應器左、右兩側壁上各安裝有I支脈沖式紫外燈62，反應器底部安裝有I臺驅動電機67，其上連接I套不銹鋼中空軸體64，不銹鋼中空軸體64內部填充有多孔導液管65，多孔導液管65與固定于不銹鋼中空軸體64外部的純棉多孔纖維條63相連，并且，多孔導液管65還與安裝于反應器頂部的菌液槽66相連;含有VOCs的廢氣通過位于脈沖紫外活化-微生物降解反應器6左上部的進氣閥門61進入反應器內部，此時位于反應器左、右兩側壁上的脈沖式紫外燈62開啟，能夠以脈沖式的工作方式，間歇性的向反應器內部輻射紫外線，同時，位于反應器底部的驅動電機67開啟，帶動位于反應器中央的不銹鋼中空軸體64以一定轉速開始轉動，固定于不銹鋼中空軸體64上的若干純棉多孔纖維條63在離心力的作用下被甩起，與反應器內部廢氣發生充分的接觸，純棉多孔纖維條63上附著的蠟蚧輪枝菌在脈沖式紫外線照射活化作用與苯甲酮-六甲基磷酰三胺合劑的紫外線防護作用下，會發生高效率的生物呼吸作用，將廢氣中的VOCs成分最終分解為H2O和C02，經過生物降解凈化處理后的廢氣通過位于脈沖紫外活化-微生物降解反應器6右下部的排氣閥門68排出反應器，進入下一處理工序；其中，安裝于反應器頂部的菌液槽66中儲存有蠟蚧輪枝菌KM9083菌株和苯甲酮-六甲基磷酰三胺合劑的混合溶液，同時，不銹鋼中空軸體64內部填充有多孔導液管65，并與菌液槽66相連，可通過毛細傳導作用將上述混合溶液傳導至每一條純棉多孔纖維條63上，使微生物降解反應得以持續進行;其中，脈沖紫外活化-微生物降解反應器6的工作壓力范圍為0.03?0.70MPa，工作溫度范圍為20?42°C，有效容積為260m3;其中，脈沖紫外活化-微生物降解反應器6，其脈沖式紫外燈62的工作電壓為25V，功率為45W，其發光光譜能量主要集中于340nm波長處，平均使用壽命可達2000小時；其中，脈沖紫外活化-微生物降解反應器6，其純棉多孔纖維條63采用長絨棉制成，纖維長度大于33mm，線密度為7500公支左右，強力大于5.2cN0
[0024]通過本系統處理后的廢氣，其VOCs的去除效率可達99.8%。
【主權項】
1.一種石化工業廢氣的VOCs凈化系統，其特征在于，該系統包括余熱交換器、氣體過熱保護裝置、熱式氣體質量流量計、混合氣體流量調節閥、布袋式除塵器、脈沖紫外活化-微生物降解反應器、煙氣水洗凈化塔、引風機等;其中，含有VOCs的石化工業廢氣通過氣體管路進入余熱交換器，余熱交換器的出口通過氣體管路連接氣體過熱保護裝置，氣體過熱保護裝置的出口通過氣體管路連接熱式氣體質量流量計，熱式氣體質量流量計的出口通過氣體管路連接混合氣體流量調節閥，混合氣體流量調節閥的出口通過氣體管路連接布袋式除塵器，布袋式除塵器的出口通過氣體管路連接脈沖紫外活化-微生物降解反應器，脈沖紫外活化-微生物降解反應器的出口通過氣體管路連接煙氣水洗凈化塔，煙氣水洗凈化塔的出口通過氣體管路連接引風機，引風機的出口通過氣體管路連通大氣環境;其中，脈沖紫外活化-微生物降解反應器左側上部設有進氣閥門，右側下部設有排氣閥門，反應器左、右兩側壁上各安裝有I支脈沖式紫外燈，反應器底部安裝有I臺驅動電機，其上連接I套不銹鋼中空軸體，不銹鋼中空軸體內部填充有多孔導液管，多孔導液管與固定于不銹鋼中空軸體外部的純棉多孔纖維條相連，并且，多孔導液管還與安裝于反應器頂部的菌液槽相連。2.根據權利要求1所述的石化工業廢氣的VOCs凈化系統，其特征在于，含有VOCs的廢氣通過位于脈沖紫外活化-微生物降解反應器左上部的進氣閥門進入反應器內部，此時位于反應器左、右兩側壁上的脈沖式紫外燈開啟，能夠以脈沖式的工作方式，間歇性的向反應器內部輻射紫外線，同時位于反應器底部的驅動電機開啟，帶動位于反應器中央的不銹鋼中空軸體以一定轉速開始轉動，固定于不銹鋼中空軸體上的若干純棉多孔纖維條在離心力的作用下被甩起，與反應器內部廢氣發生充分的接觸，純棉多孔纖維條上附著的蠟蚧輪枝菌在脈沖式紫外線照射活化作用與苯甲酮-六甲基磷酰三胺合劑的紫外線防護作用下，會發生高效率的生物呼吸作用，將廢氣中的VOCs成分最終分解為H2O和CO2，經過生物降解凈化處理后的廢氣通過位于脈沖紫外活化-微生物降解反應器右下部的排氣閥門排出反應器，進入下一處理工序。3.根據權利要求1所述的石化工業廢氣的VOCs凈化系統，其特征在于，安裝于反應器頂部的菌液槽中儲存有蠟蚧輪枝菌液和苯甲酮-六甲基磷酰三胺合劑的混合溶液，同時不銹鋼中空軸體內部填充有多孔導液管，并與菌液槽相連，通過毛細傳導作用將上述混合溶液傳導至每一條純棉多孔纖維條上，使微生物降解反應得以持續進行。4.根據權利要求1所述的石化工業廢氣的VOCs凈化系統，其特征在于，脈沖紫外活化-微生物降解反應器的工作壓力范圍約為0.03?0.70MPa，工作溫度范圍為20?42 °C，有效容積為260m3。5.根據權利要求1所述的石化工業廢氣的VOCs凈化系統，其特征在于，脈沖紫外活化-微生物降解反應器的脈沖式紫外燈的工作電壓為25V，功率為45W，其發光光譜能量主要集中于340nm波長處，平均使用壽命可達2000小時。6.根據權利要求1所述的石化工業廢氣的VOCs凈化系統，其特征在于，脈沖紫外活化-微生物降解反應器的純棉多孔纖維條采用長絨棉制成，纖維長度大于33mm，線密度為7500公支左右，強力大于5.2cN。
【文檔編號】B01D53/85GK105879660SQ201610481013
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】項敬來
【申請人】項敬來