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2017年10月份有业内人士发表了文章《工业VOCs光解/光催化技术的一些困惑》。针对此困惑,北京华钛高科科技有限公司进行了专门的研究并给出了回复。
问题一:用国内最好的UV灯管,处理后气体达到排放标准,最低需安装UV光管的总功率是多少?
如果以80mg/m3作为排放标准,甲苯完全降解处理效率要求在60%以上。
按照华钛工程模式实验的结果(1500m3/h,600mg/m3甲苯),如果要达到60%以上降解率,需要至少30根双波段紫外灯配合30根单波段紫外灯加两层光触媒网,见图1。
图1.光解光催化协同效应对甲苯降解率
在湿度合适条件下,光解配合光催化对甲苯降解率可以达到65%以上(各位可以随时来华钛工程技术中心现场验证!)
图2.光解单独处理甲苯的负荷依赖关系
如图2,如果只有光解,降解率最高到40%,再增加配置反而降解率下降。如果只有光催化,降解率最高到15%,只有光解光催化共同进行反应,才能到65%以上,说明光解和光催化有协同效应。
上述实验尽管不同于实际工况,但可以获得基本认识。10000m3/h风量,200mg/m3甲苯,实现60%以上降解率所需的光解部分配置在40根(150W双波段),光催化部分配置在40根(150W单波段紫外灯)光催化网3-4平米。合计总功率在12KW。
未来不排除通过优化风道设计、提高灯管、光催化网性能等途径提高单元降解效率的可能。但以目前的技术水平,12KW应该是目前的基本配置。
问题二:如果是乙酸乙酯,丁酮等常用的溶剂,最低需安装UV光管的总功率是多少?如果明确了这些参数,有利于规范市场,提高设备的性能。
通过对比实验发现,光解对芳烃类降解效率相对较高(光吸收截面大?),对含羰基类物质降解效率较低;而光催化对芳烃类降解效率相对较低,对羰基类物质(甲醛、乙酸乙酯、丁酮类)降解效率较高。光解光催化协同配合也可以达到60%以上,具体配置跟对甲苯的降解有所不同。
关于UV灯管的发光效率(光通量/功率,这个功率应该包含灯管功率和镇流器的消耗功率),不知现在是否有简单的检测方法。理论上发光的185nm和254nm的强度是有一定关系的,不管用何种石英管,对185nm线过滤大于254nm线,还由于在相同条件下臭氧的生成速率与185nm光强度成正比,有没有一套非常简单的动态分析装置,通过测定UV光管的臭氧产生量,来比较UV光管的发光效率。
关于紫外灯的发光效率有专门的国标(可以参考GB19258-2012紫外线杀菌灯等标准),用光功率计测试即可。
对光解光催化VOCs治理设备设计,更重要的是理解光功率随着距离的衰减曲线,如图3所示。随着离开紫外灯管壁的距离越远,紫外灯光强呈指数衰减,因此光解部分的紫外灯不能排布太分散,否则光解空间的紫外灯光功率太低,导致降解效率急剧下降。当然太密也不行,一方面温度会太高,另一方面镇流器不好放置。
图3.紫外灯光功率密度随距离的衰减曲线
目前VOCs治理市场主要的紫外灯都是液汞或汞齐紫外灯,发出紫外线的机理是利用汞等离子体状态的激发-发射光,其中185和254波长是其特征波谱(见图4)。不同石英灯管对185和254的吸收不同,会影响实际功率输出。对光解部分而言,185nm波长的强度越高越好。
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