[發(fā)明專(zhuān)利]一種循環(huán)流化床光催化凈化煙氣的系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910728287.2
• 申請(qǐng)日: 2019-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110368810A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳陣;由長(zhǎng)福
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D53/86
• 分類(lèi)號(hào): B01D53/86;B01D53/44;B01D53/60;B01J8/24;B01J8/00
• 代理公司: 北京三聚陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 安凱

一種循環(huán)流化床光催化凈化煙氣的系統(tǒng)及方法，涉及一種工業(yè)煙氣中氮氧化物、二氧化硫和可揮發(fā)性有機(jī)物的脫除系統(tǒng)與方法。本發(fā)明采用循環(huán)流化床作為煙氣凈化反應(yīng)器，以自發(fā)光光觸媒顆粒作為煙氣凈化媒介，可實(shí)現(xiàn)氮氧化物、二氧化硫和可揮發(fā)性有機(jī)物的光催化凈化，自發(fā)光光觸媒顆粒在循環(huán)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)光催化功能的再生與光能補(bǔ)充。其特點(diǎn)是光觸媒顆粒由具有上轉(zhuǎn)換功能的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料和光催化劑組成，同時(shí)覺(jué)有光源發(fā)射與光催化功能；自發(fā)光光觸媒顆粒可在物料循環(huán)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)光催化功能的再生與光源的補(bǔ)充。本發(fā)明具有煙氣凈化效率高、多種污染物協(xié)同脫除、無(wú)二次污染物產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，可用于鍋爐煙氣與工業(yè)過(guò)程廢氣的凈化過(guò)程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及循環(huán)流化床光催化凈化煙氣的系統(tǒng)及方法，屬于氣體污染治理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生煙氣含有多種有毒有害物質(zhì)，包括NOx、SO₂、VOCs，引起的環(huán)境污染，是當(dāng)前世界發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，發(fā)展廢氣凈化處理技術(shù)對(duì)控制污染物排放水平，改善空氣環(huán)境具有重要意義。光催化反應(yīng)具有室溫條件反應(yīng)、深度礦化凈化等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是一種理想的廢氣凈化處理技術(shù)。

以二氧化鈦為代表的半導(dǎo)體光催化材料，具有催化活性高、相對(duì)廉價(jià)、無(wú)毒性、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且易于處理的光催化劑材料，在污染物凈化方面應(yīng)用廣泛。然而，二氧化鈦能帶間隙約為3.2eV，只有在接收到波長(zhǎng)小于387nm的光線照射(主要是紫外光)后才會(huì)被激發(fā)形成電子空穴對(duì)，起到光催化氧化污染物的作用。由于太陽(yáng)光中紫外光份額較低，光源利用效率低，而紫外光發(fā)生費(fèi)用過(guò)高，因此限制了光催化技術(shù)在工業(yè)煙氣凈化處理方面的推廣應(yīng)用。雖然很多研究人員在進(jìn)行寬譜帶響應(yīng)的光催化劑的開(kāi)發(fā)，例如采用離子摻雜、表面修飾等方法使TiO₂的光譜響應(yīng)范圍向近紅外區(qū)域拓展，但是同時(shí)會(huì)降低光催化劑的禁帶寬度，減少活性位點(diǎn)，降低光催化性能。

另一方面，當(dāng)前光催化反應(yīng)器主要針對(duì)較小流量的污染氣體處理，例如室內(nèi)空氣凈化、道路汽車(chē)尾氣凈化等，缺乏針對(duì)工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的較大流量的光催化反應(yīng)器。部分研究人員提出了在流化床反應(yīng)器設(shè)置光源的形式，在顆粒態(tài)光催化劑流態(tài)化運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中接收光源實(shí)現(xiàn)光催化反應(yīng)。對(duì)于處理含有水蒸氣與粉塵的較大流量工業(yè)廢氣時(shí)，這種流態(tài)化光催化反應(yīng)器存在光源傳輸距離短、有效利用率低、需要經(jīng)常拆卸清洗光源等問(wèn)題。

具有上轉(zhuǎn)換功能的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料可以作為光能傳輸與轉(zhuǎn)換的載體，在一定條件下可實(shí)現(xiàn)由長(zhǎng)波光能向短波光能的轉(zhuǎn)變，為光催化反應(yīng)提供光源，可以間接拓展光催化材料的光譜響應(yīng)范圍。雖然有部分研究人員關(guān)注于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料改性光催化劑方面的研究，然而對(duì)于如果使用該類(lèi)型的光催化劑處理較大流量的工業(yè)廢氣仍然關(guān)注較少，缺乏合理的、可連續(xù)運(yùn)行的光催化反應(yīng)器。

另外，循環(huán)流化床是煤炭高效清潔燃燒與煙氣處理中應(yīng)用廣泛的一種反應(yīng)器，可以結(jié)合循環(huán)流態(tài)化技術(shù)與上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的吸收與轉(zhuǎn)換光能的功能實(shí)現(xiàn)連續(xù)光催化反應(yīng)，以及光能的輸入與失活催化劑再生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種循環(huán)流化床光催化反應(yīng)系統(tǒng)及方法，采用具有上轉(zhuǎn)換功能的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料和光催化劑復(fù)合的自發(fā)光光觸媒顆粒實(shí)現(xiàn)光能吸收與轉(zhuǎn)換功能，為自身光催化劑提供反應(yīng)所需光源，以循環(huán)流化床的方式解決光催化處理工業(yè)廢氣過(guò)程中光催化反應(yīng)、光源輸入與光催化劑再生問(wèn)題，形成針對(duì)處理較大流量廢氣的光催化反應(yīng)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種循環(huán)流化床光催化凈化煙氣的系統(tǒng)，包括循環(huán)流化床反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、光催化再生器、光能補(bǔ)充裝置、給料裝置和氣力輸送裝置；旋風(fēng)分離器與循環(huán)流化床反應(yīng)器上部出口連接，旋風(fēng)分離器固體物料出口分別與循環(huán)流化床反應(yīng)器下部和光催化再生器入口連接；光催化再生器出口通過(guò)氣力輸送裝置與光能補(bǔ)充裝置和給料裝置依次相連；所述給料裝置連接在所述循環(huán)流化床反應(yīng)器中部以下；光能補(bǔ)充裝置內(nèi)設(shè)有內(nèi)置光源。

上述技術(shù)方案中，光催化再生器入口設(shè)置調(diào)節(jié)閥。