[发明专利]一种循环流化床光催化净化烟气的系统及方法

说明书

一种循环流化床光催化净化烟气的系统及方法，涉及一种工业烟气中氮氧化物、二氧化硫和可挥发性有机物的脱除系统与方法。本发明采用循环流化床作为烟气净化反应器，以自发光光触媒颗粒作为烟气净化媒介，可实现氮氧化物、二氧化硫和可挥发性有机物的光催化净化，自发光光触媒颗粒在循环过程中实现光催化功能的再生与光能补充。其特点是光触媒颗粒由具有上转换功能的长余辉发光材料和光催化剂组成，同时觉有光源发射与光催化功能；自发光光触媒颗粒可在物料循环过程中实现光催化功能的再生与光源的补充。本发明具有烟气净化效率高、多种污染物协同脱除、无二次污染物产生等优点，可用于锅炉烟气与工业过程废气的净化过程。

技术领域

本发明涉及循环流化床光催化净化烟气的系统及方法，属于气体污染治理技术领域。

背景技术

工业过程产生烟气含有多种有毒有害物质，包括NOx、SO₂、VOCs，引起的环境污染，是当前世界发展面临的主要问题，发展废气净化处理技术对控制污染物排放水平，改善空气环境具有重要意义。光催化反应具有室温条件反应、深度矿化净化等独特优势，是一种理想的废气净化处理技术。

以二氧化钛为代表的半导体光催化材料，具有催化活性高、相对廉价、无毒性、化学性质稳定且易于处理的光催化剂材料，在污染物净化方面应用广泛。然而，二氧化钛能带间隙约为3.2eV，只有在接收到波长小于387nm的光线照射(主要是紫外光)后才会被激发形成电子空穴对，起到光催化氧化污染物的作用。由于太阳光中紫外光份额较低，光源利用效率低，而紫外光发生费用过高，因此限制了光催化技术在工业烟气净化处理方面的推广应用。虽然很多研究人员在进行宽谱带响应的光催化剂的开发，例如采用离子掺杂、表面修饰等方法使TiO₂的光谱响应范围向近红外区域拓展，但是同时会降低光催化剂的禁带宽度，减少活性位点，降低光催化性能。

另一方面，当前光催化反应器主要针对较小流量的污染气体处理，例如室内空气净化、道路汽车尾气净化等，缺乏针对工业过程产生的较大流量的光催化反应器。部分研究人员提出了在流化床反应器设置光源的形式，在颗粒态光催化剂流态化运动的过程中接收光源实现光催化反应。对于处理含有水蒸气与粉尘的较大流量工业废气时，这种流态化光催化反应器存在光源传输距离短、有效利用率低、需要经常拆卸清洗光源等问题。

具有上转换功能的长余辉发光材料可以作为光能传输与转换的载体，在一定条件下可实现由长波光能向短波光能的转变，为光催化反应提供光源，可以间接拓展光催化材料的光谱响应范围。虽然有部分研究人员关注于上转换发光材料改性光催化剂方面的研究，然而对于如果使用该类型的光催化剂处理较大流量的工业废气仍然关注较少，缺乏合理的、可连续运行的光催化反应器。

另外，循环流化床是煤炭高效清洁燃烧与烟气处理中应用广泛的一种反应器，可以结合循环流态化技术与上转换发光材料的吸收与转换光能的功能实现连续光催化反应，以及光能的输入与失活催化剂再生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种循环流化床光催化反应系统及方法，采用具有上转换功能的长余辉发光材料和光催化剂复合的自发光光触媒颗粒实现光能吸收与转换功能，为自身光催化剂提供反应所需光源，以循环流化床的方式解决光催化处理工业废气过程中光催化反应、光源输入与光催化剂再生问题，形成针对处理较大流量废气的光催化反应系统及方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种循环流化床光催化净化烟气的系统，包括循环流化床反应器、旋风分离器、光催化再生器、光能补充装置、给料装置和气力输送装置；旋风分离器与循环流化床反应器上部出口连接，旋风分离器固体物料出口分别与循环流化床反应器下部和光催化再生器入口连接；光催化再生器出口通过气力输送装置与光能补充装置和给料装置依次相连；所述给料装置连接在所述循环流化床反应器中部以下；光能补充装置内设有内置光源。

上述技术方案中，光催化再生器入口设置调节阀。