本发明提供去除废气中的气态污染物的方法和系统，利用包含相互平行的片状构件的气态污染物去除装置，使废气在片状构件之间的通道中通过，片状构件外表面温度低于废气中至少部分蒸气的露点温度，通过对废气冷却，废气中的蒸气凝结而形成液滴，液滴利用其高比表面积对气态物质进行吸附，再湿沉降到所述片状构件的外表面上，实现气态物质在废气中被去除；液滴聚集到一定量后滴落，可对气态污染物进行回收再利用。本发明的方法和系统可以有效去除废气中的气态污染物，特别是高湿废气中的蒸气污染物及难溶类气体污染物，降低其浓度。

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112642265 A (43)申请公布日 2021.04.13 (21)申请号 1.4 (22)申请日 2020.01.09 (71)申请人 高境 地址 100192 北京市昌平区佳运园2楼533 室 (72)发明人 高境赵传峰李艳萍杨宝勇 段承希赵雯高迪 (74)专利代理机构 北京华睿卓成知识产权代理 事务所(普通合伙) 11436 代理人 唐莉 (51)Int.Cl. B01D 53/26(2006.01) B01D 53/18(2006.01) 权利要求书1页 说明书20页 附图4页 (54)发明名称 废气净化系统及净化方法 (57)摘要 本发明提供去除废气中的气态污染物的方 法和系统，利用包含相互平行的片状构件的气态 污染物去除装置，使废气在片状构件之间的通道 中通过，片状构件外表面温度低于废气中至少部 分蒸气的露点温度，通过对废气冷却，废气中的 蒸气凝结而形成液滴，液滴利用其高比表面积对 气态物质进行吸附，再湿沉降到所述片状构件的 外表面上，实现气态物质在废气中被去除；液滴 聚集到一定量后滴落，可对气态污染物进行回收 再利用。本发明的方法和系统可以有效去除废气 中的气态污染物，特别是高湿废气中的蒸气污染 物及难溶类气体污染物，降低其浓度。 A 5 6 2 2 4 6 2 1 1 N C CN 112642265 A 权利要求书 1/1页 1.去除废气中的气态污染物的方法，包括：使废气通过气态污染物去除装置，所述气态 污染物去除装置包括气流通道以及布置在气流通道中的冷却装置，所述冷却装置包括至少 两个片状构件，所述片状构件基本上相互平行且基本上平行于废气的流动方向，废气从相 邻片状构件之间通过，废气流速不高于10m/s；片状构件外表面温度低于废气中至少部分蒸 气成分的露点温度，通过对废气进行冷却使得废气中的至少部分蒸气凝结成液滴，废气中 的气态污染物吸附在所述液滴上并随所述液滴湿沉降在片状构件外表面。 2.根据权利要求1的方法，进一步包括：回收湿沉降到片状构件外表面的液滴。 3.根据权利要求1或2的方法，其中所述冷却装置是翅片管换热器，换热器上的翅片构 成所述片状构件；或者所述片状构件是半导体热电片，所述冷却装置包括两个冷端相对的 半导体热电片，废气从两个半导体热电片的冷端之间通过。 4.根据权利要求1-3任一项的方法，其中在使废气通过冷却装置之前对废气进行预处 理，所述预处理包括提高废气中的蒸气含量、向废气中添加酸性物质、对废气进行氧化处 理、向废气中添加碱性物质、对废气进行加压中的任意一项或几项。 5.去除废气中气态污染物的系统，包括：供废气通过并进行处理的气态污染物去除装 置，所述气态污染物去除装置包括气流通道及布置在气流通道中的冷却装置，所述冷却装 置包括至少两个片状构件，所述片状构件基本上相互平行且基本上平行于气流走向。 6.根据权利要求5的系统，其中所述冷却装置是翅片管换热器，换热器上的翅片构成所 述片状构件；或者所述片状构件是半导体热电片，所述冷却装置包括两个冷端相对的半导 体热电片。 7.根据权利要求5或6的系统，其中在所述冷却装置的上游侧设置有喷入装置，用于向 废气中喷入可在废气中形成蒸气的物质、氧化性物质、酸性物质、碱性物质中的任意一种或 几种。 8.根据权利要求5-7任一项的系统，其中在冷却装置的上游侧设置有氧化装置，用于对 废气进行氧化处理。 9.根据权利要求5-8任一项的系统，其中在冷却装置的上游侧设置有加压装置，用于对 废气进行加压处理。 10.根据权利要求5-9任一项的系统，还包括引流通道，用于使液滴通过所述引流通道 引出和/或回收。 2 2 CN 112642265 A 说明书 1/20页 废气净化系统及净化方法 技术领域 [0001] 本发明涉及工业废气及空气净化领域，具体涉及去除废气中的气态污染物，特别 是含湿废气中的气态污染物的方法和系统。 背景技术 [0002] 气态污染物是在常态、常压下以分子状态存在的污染物。气态污染物包括气体污 染物和蒸气污染物。气体是在常温、常压下以气体形式存在的物质。常见的气体污染物有： CO、SO 、NO 、NH 、HS、低沸点有机物(如丙烷、丁烷等)等。蒸气是常温下为液态或固态的物 2 2 3 2 质蒸发出来的气体，例如固体升华或液体挥发而形成的气态物质。蒸气经过高温转化才能 获得，常温下不稳定。可以看到，随着工作温度的变化，蒸汽和气体的范畴会有所变化。例如 丁烷沸点是0.50℃，在20℃时，它属于气体，但到-20℃时，丁烷为液态，空气中的丁烷则属 于蒸汽。常见的蒸气污染物有：挥发性有机物(简称VOCs)、挥发性重金属(如汞、砷、硒蒸 气)、SO 蒸气等。蒸气遇冷，仍能逐渐恢复原有的固体或液体状态。 3 [0003] 气态污染物又可以分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接从污染源 排到大气中的原始污染物质；二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分，或几种一 次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物 质。在大气污染控制中受到普遍重视的一次污染物有硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物以及有 机化合物等；二次污染物有硫酸烟雾和光化学烟雾。 [0004] 通常对于易溶于水的气体污染物，如SO 、NH等，可以通过水喷淋将其吸收进水体 2 3 中，来实现从废气中的去除；但对于难溶于水的气体污染物，如丁烷，常规水喷淋时，由于其 难溶于水，吸收效果差，难于去除，需要通过燃烧分解或者活性炭吸附的方式进行去除，但 当废气中湿度较高时，燃烧难于持续，活性炭会因优先吸附水蒸汽而难于对丁烷进行吸附， 皆难实现良好的去除效果。 [0005] 而蒸气污染物，如SO 蒸气，在水喷淋时可吸湿转化为气溶胶颗粒物，且粒径较小 3 (50纳米左右)，很难被喷淋的水滴碰撞捕获，去除效率也较低。 [0006] 废气中气态污染物的去除是当前大气环境治理的工作重点，且其中很多气态污染 物具有回收价值，其中高湿废气中的气体污染物、蒸气污染物的去除与回收更是当前大气 环境治理的技术难点。 发明内容 [0007] 本发明的目的是提供能有效去除废气中气态污染物和/或回收气态污染物的净化 系统和净化方法，本发明的方法特别适用于去除和/或回收高湿废气中的难溶性气体污染 物和/或蒸气污染物的净化系统和净化方法。 [0008] 本发明一方面提供去除废气中的气态污染物的方法，包括：使废气通过气态污染 物去除装置，所述气态污染物去除装置包括气流通道以及布置在气流通道中的冷却装置， 所述冷却装置包括至少两个片状构件，所述片状构件基本上相互平行且基本上平行于废气 3 3 CN 112642265 A 说明书 2/20页 的流动方向，废气从相邻片状构件之间通过，废气流速不高于10m/s；片状构件外表面温度 低于废气中至少部分蒸气成分的露点温度，通过对废气进行冷却使得废气中的至少部分蒸 气凝结成液滴，废气中的气态污染物吸附在所述液滴上并随所述液滴湿沉降在片状构件外 表面。 [0009] 在一些实施方案中，所述方法进一步包括：回收湿沉降到片状构件外表面的液滴。 [0010] 在一些实施方案中，所述废气的流速不高于9m/s，或者不高于8m/s，或者不高于 7m/s，或者不高于6m/s，或者不高于5m/s，或者不高于4m/s，或者不高于3m/s，或者不高于 2m/s，或者不高于1m/s。 [0011] 在一些实施方案中，相邻片状构件之间的间距与片状构件在气流流动方向上的长 度的比值小于0.5、小于0.2、小于0.1、或小于0.05。 [0012] 在一些实施方案中，所述废气的相对湿度大于等于60％、大于等于80％或大于等 于90％。 [0013] 在一些实施方案中，所述冷却装置是板式换热器。 [0014] 在一些实施方案中，所述冷却装置是翅片管换热器，换热器上的翅片构成所述片 状构件。 [0015] 在一些实施方案中，所述翅片管换热器是翅片热管换热器。 [0016] 在一些实施方案中，所述冷却装置由金属材料制成。 [0017] 在一些实施方案中，所述冷却装置中的钢、铜、铝材质的金属构件经防腐材料喷涂 处理或钝化处理。 [0018] 在一些实施方案中，所述片状构件是半导体热电片，所述冷却装置包括两个冷端 相对的半导体热电片，废气从两个半导体热电片的冷端之间通过。 [0019] 在一些实施方案中，在使废气通过冷却装置之前对废气进行预处理，所述预处理 包括提高废气中的蒸气含量、向废气中添加酸性物质、对废气进行氧化处理、向废气中添加 碱性物质、对废气进行加压中的任意一项或几项。 [0020] 在一些实施方案中，所述提高废气中的蒸气含量包括向废气中喷入可在废气中形 成蒸气的物质。在优选的实施方案中，这些物质优选在废气降温冷却的过程中温度降至其 露点温度以下，从而能够形成液滴。在一些实施方案中，这些物质是水、乙醇、乙二醇、其它 可在废气中以蒸气状态存在的物质(例如有机物)、或含有其中任何一种的溶液，或者这些 物质的蒸气。 [0021] 在一些实施方案中，所述酸性物质是可在废气中与水蒸气结合形成具有高露点温 度的酸雾的酸性物质，例如SO ，HCl和/或醋酸中的一种或更多种。 3 [0022] 在一些实施方案中，所述碱性物质是可以与部分气态污染物反应，产生沸点更高 和/或更易溶于水的物质，例如氨气NH 、碳酸钠、生石灰CaO、或者氢氧化钠或氢氧化钠溶液 3 中的一种或更多种。 [0023] 在一些实施方案中，所述氧化处理包括向废气中添加氧化性物质和/或使废气通 过光催化氧化装置。 [0024] 在一些实施方案中，所述氧化性物质是可以使部分气态污染物氧化为沸点更高 和/或更易溶于液滴的物质，例如臭氧、亚氯酸钠中的一种或更多种。 [0025] 在一些实施方案中，所述方法还包括向所述片状构件的外表面上喷淋水、水溶液、 4 4 CN 112642265 A 说明书 3/20页 有机溶剂中的任意一种或多种的混合物。 [0026] 在一些实施方案中，所述气态污染物去除装置包括在废气流动方向的横截面上并 列布置的一组冷却装置。 [0027] 在一些实施方案中，所述气态污染物去除装置包括沿废气流动方向上布置的多组 冷却装置，每组冷却装置并列布置于废气流动方向的一个横截面上。 [0028] 在一些实施方案中，相邻两组冷却装置错排布置或顺排布置。 [0029] 在一些实施方案中，在所述废气通过所述冷却装置之后，利用其它颗粒物捕集装 置进一步去除大粒径液滴颗粒物。 [0030] 在一些实施方案中，所述其它颗粒物捕集装置是除雾器或除尘器。 [0031] 在一些实施方案中，所述方法进一步包括使湿沉降到片状构件外表面的液滴滴落 或流走。在一些实施方案中，回收滴落或流走的液滴。 [0032] 在一些实施方案中，使湿沉降到片状构件外表面的液滴流走是通过喷淋将湿沉降 到片状构件外表面的液滴冲洗脱离片状构件外表面，再通过引流通道使其流走。 [0033] 本发明的另一方面提供去除废气中气态污染物的系统，包括：供废气通过并进行 处理的气态污染物去除装置，所述气态污染物去除装置包括气流通道及布置在气流通道中 的冷却装置，所述冷却装置包括至少两个片状构件，所述片状构件基本上相互平行且基本 上平行于气流走向。 [0034] 在一些实施方案中，相邻片状构件之间的间距与片状构件在气流流动方向上的长 度的比值小于0.5、小于0.2、小于0.1、或小于0.05。。 [0035] 在一些实施方案中，所述冷却装置是板式换热器。 [0036] 在一些实施方案中，所述冷却装置是翅片管换热器，换热器上的翅片构成所述片 状构件。 [0037] 在一些实施方案中，所述翅片管换热器是翅片热管换热器。 [0038] 在一些实施方案中，所述冷却装置由金属材料制成。 [0039] 在一些实施方案中，所述冷却装置中的钢、铜、铝材质的金属构件经防腐材料喷涂 处理或钝化处理。 [0040] 在一些实施方案中，所述片状构件是半导体热电片，所述冷却装置包括两个冷端 相对的半导体热电片。 [0041] 在一些实施方案中，在所述冷却装置的上游侧设置有喷入装置，用于向废气中喷 入可在废气中形成蒸气的物质、氧化性物质、酸性物质、碱性物质中的任意一种或几种。 [0042] 在一些实施方案中，在冷却装置的上游侧设置有氧化装置，用于对废气进行氧化 处理。 [0043] 在一些实施方案中，所述氧化装置是光催化氧化装置。 [0044] 在一些实施方案中，在冷却装置的上游侧设置有加压装置，用于对废气进行加压 处理。 [0045] 在一些实施方案中，在所述气态污染物去除装置的一侧或两侧设置有喷淋装置， 用于向所述片状构件的外表面上喷水、水溶液、有机溶剂中的一种或几种的混合物。 [0046] 在一些实施方案中，所述气态污染物去除装置包括在气流通道的横截面上并列布 置的一组冷却装置。 5 5 CN 112642265 A 说明书 4/20页 [0047] 在一些实施方案中，所述气态污染物去除装置包括沿着气流通道走向上布置的多 组冷却装置，每组冷却装置并列布置于气流通道的一个横截面上。 [0048] 在一些实施方案中，相邻两组冷却装置错排布置或顺排布置。 [0049] 在一些实施方案中，冷却装置之后设置其它颗粒物捕集装置。 [0050] 在一些实施方案中，所述其它颗粒物捕集装置是除雾器或除尘器。 [0051] 在一些实施方案中，所述系统还包括引流通道，用于使液滴通过所述引流通道引 出和/或回收。 [0052] 本发明利用气态污染物去除装置处理废气，其结构有利于让蒸气凝结形成液滴， 借助液滴高比表面积高效吸附气态污染物；进一步采用金属片状构件，其导热性能强，作为 冷却器时，可在片状构件表面与废气间形成较大的温度梯度，利用热泳力推动吸附了气态 污染物的液滴向片状构件表面移动；液滴湿沉降在片状构件外表面，聚集到一定量后滴落， 实现气态污染物在废气中被去除。 [0053] 具体而言，本发明涉及以下方案： [0054] 方案1.去除废气中的气态污染物的方法，包括：使废气通过气态污染物去除装置， 所述气态污染物去除装置包括气流通道以及布置在气流通道中的冷却装置，所述冷却装置 包括至少两个片状构件，所述片状构件基本上相互平行且基本上平行于废气的流动方向， 废气从相邻片状构件之间通过，废气流速不高于10m/s；片状构件外表面温度低于废气中至 少部分蒸气成分的露点温度，通过对废气进行冷却使得废气中的至少部分蒸气凝结成液 滴，废气中的气态污染物吸附在所述液滴上并随所述液滴湿沉降在片状构件外表面。 [0055] 方案2.根据权利要求1的方法，进一步包括：回收湿沉降到片状构件外表面的液 滴。 [0056] 方案3.根据权利要求1或2的方法，其中所述废气的流速不高于5m/s。 [0057] 方案4.根据权利要求1-3任一项的方法，其中相邻片状构件之间的间距与片状构 件在气流流动方向上的长度的比值小于0.5。 [0058] 方案5.根据权利要求1-4任一项的方法，其中所述废气的相对湿度大于等于60％。 [0059] 方案6.根据权利要求1-5任一项的方法，其中所述冷却装置是板式换热器。 [0060] 方案7.根据权利要求1-5任一项的方法，其中所述冷却装置是翅片管换热器，换热 器上的翅片构成所述片状构件。 [0061] 方案8.根据权利要求7的方法，其中所述翅片管换热器是翅片热管换热器。 [0062] 方案9.根据权利要求6-8任一项的方法，其中所述冷却装置由金属材料制成。 [0063] 方案10.根据权利要求9的方法，其中所述冷却装置中的钢、铜、铝材质的金属构件 经防腐材料喷涂处理或钝化处理。 [0064] 方案11.根据权利要求1-5任一项的方法，其中所述片状构件是半导体热电片，所 述冷却装置包括两个冷端相对的半导体热电片，废气从两个半导体热电片的冷端之间通 过。 [0065] 方案12.根据权利要求1-11任一项的方法，其中在使废气通过冷却装置之前对废 气进行预处理，所述预处理包括提高废气中的蒸气含量、向废气中添加酸性物质、对废气进 行氧化处理、向废气中添加碱性物质、对废气进行加压中的任意一项或几项。 [0066] 方案13.根据权利要求12的方法，其中所述提高废气中的蒸气含量包括向废气中 6 6 CN 112642265 A 说明书 5/20页 喷入可在废气中形成蒸气的物质。 [0067] 方案14.根据权利要求13的方法，其中所述氧化处理包括向废气中添加氧化性物 质和/或使废气通过光催化氧化装置。 [0068] 方案15.根据权利要求1-14任一项的方法，还包括向所述片状构件的外表面上喷 淋水、水溶液、有机溶剂中的任意一种或多种的混合物。 [0069] 方案16.根据权利要求1-15任一项的方法，其中所述气态污染物去除装置包括在 废气流动方向的横截面上并列布置的一组冷却装置。 [0070] 方案17.根据权利要求1-16任一项的方法，其中所述气态污染物去除装置包括沿 废气流动方向上布置的多组冷却装置，每组冷却装置并列布置于废气流动方向的一个横截 面上。 [0071] 方案18.根据权利要求17的方法，其中相邻两组冷却装置错排布置或顺排布置。 [0072] 方案19.根据权利要求1-18任一项的方法，其中在所述废气通过所述冷却装置之 后，利用其它颗粒物捕集装置进一步去除大粒径液滴颗粒物。 [0073] 方案20.根据权利要求19的方法，其中所述其它颗粒物捕集装置是除雾器或除尘 器。 [0074] 方案21.根据权利要求1-19的方法，其中进一步包括使湿沉降到片状构件外表面 的液滴滴落或流走。 [0075] 方案22.根据权利要求21的方法，其中使湿沉降到片状构件外表面的液滴流走是 通过喷淋将湿沉降到片状构件外表面的液滴冲洗脱离片状构件外表面，再通过引流通道使 其流走。 [0076] 方案23.去除废气中气态污染物的系统，包括：供废气通过并进行处理的气态污染 物去除装置，所述气态污染物去除装置包括气流通道及布置在气流通道中的冷却装置，所 述冷却装置包括至少两个片状构件，所述片状构件基本上相互平行且基本上平行于气流走 向。 [0077] 方案24.根据权利要求23的系统，其中相邻片状构件之间的间距与片状构件在气 流流动方向上的长度的比值小于0.5。 [0078] 方案25.根据权利要求23或24的系统，其中所述冷却装置是板式换热器。 [0079] 方案26.根据权利要求23或24的系统，其中所述冷却装置是翅片管换热器，换热器 上的翅片构成所述片状构件。 [0080] 方案27.根据权利要求26的系统，其中所述翅片管换热器是翅片热管换热器。 [0081] 方案28.根据权利要求23-27任一项的系统，所述冷却装置由金属材料制成。 [0082] 方案29.根据权利要求28的系统，其中所述冷却装置中的钢、铜、铝材质的金属构 件经防腐材料喷涂处理或钝化处理。 [0083] 方案30.根据权利要求23的系统，其中所述片状构件是半导体热电片，所述冷却装 置包括两个冷端相对的半导体热电片。 [0084] 方案31.根据权利要求23-30任一项的系统，其中在所述冷却装置的上游侧设置有 喷入装置，用于向废气中喷入可在废气中形成蒸气的物质、氧化性物质、酸性物质、碱性物 质中的任意一种或几种。 [0085] 方案32.根据权利要求23-31任一项的系统，其中在冷却装置的上游侧设置有氧化 7 7 CN 112642265 A 说明书 6/20页 装置，用于对废气进行氧化处理。 [0086] 方案33.根据权利要求32的系统，其中所述氧化装置是光催化氧化装置。 [0087] 方案34.根据权利要求23-33任一项的系统，其中在冷却装置的上游侧设置有加压 装置，用于对废气进行加压处理。 [0088] 方案35.根据权利要求23-34任一项的系统，其中在所述气态污染物去除装置的一 侧或两侧设置有喷淋装置，用于向所述片状构件的外表面上喷水、水溶液、有机溶剂中的一 种或几种的混合物。 [0089] 方案36.根据权利要求23-35任一项的系统，其中所述气态污染物去除装置包括在 气流通道的横截面上并列布置的一组冷却装置。 [0090] 方案37.根据权利要求23-35任一项的系统，其中所述气态污染物去除装置包括沿 着气流通道走向上布置的多组冷却装置，每组冷却装置并列布置于气流通道的一个横截面 上。 [0091] 方案38.根据权利要求37的系统，其中相邻两组冷却装置错排布置或顺排布置。 [0092] 方案39.根据权利要求23-38任一项的系统，其中冷却装置之后，设置其它颗粒物 捕集装置。 [0093] 方案40.根据权利要求39的系统，其中所述其它颗粒物捕集装置是除雾器或除尘 器。 [0094] 方案41.根据权利要求23-40任一项的系统，还包括引流通道，用于使液滴通过所 述引流通道引出和/或回收。 附图说明 [0095] 图1是气态污染物去除装置的示意图。 [0096] 图2是气态污染物去除装置的一个实施方案的结构示意图。 [0097] 图3是一组冷却装置的排列方式示意图。 [0098] 图4是多组冷却装置的排列方式示意图。 [0099] 图5是翅片管换热器的结构示意图。 [0100] 图6是气态污染物去除装置的另一实施方案的示意图。 [0101] 图7是气态污染物去除装置的另一实施方案的示意图。 [0102] 图8是气态污染物去除装置的另一实施方案的示意图。 [0103] 图9是气态污染物去除装置的另一实施方案的示意图。 具体实施方式 [0104] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参 照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发 明的范围。此外，在以下说明中，省略了对部分公知结构和技术的描述，以避免不必要地混 淆本发明的概念。 [0105] 除另有说明外，本发明中的术语均应按照本领域中通常的理解方式理解其含义。 本发明中关于理论和具体实施方案的说明是为了更好地理解本发明，不应视为对本发明保 护范围的限制。 8 8 CN 112642265 A 说明书 7/20页 [0106] 本发明人发现，可以通过小粒径液滴对气态污染物的吸附和/或吸收作用实现对 废气中气态污染物的去除。 [0107] 本发明中，气态污染物是指在废气中以分子形式存在的污染物。气态污染物包括 气体污染物和/或蒸气污染物。 [0108] 本文所述的气体污染物是在废气中以气体形式存在的污染物。气体污染物的沸点 低于废气温度，因而以气体形式存在。气体污染物包括但不限于CO、SO 、NO、NH 、HS、低沸点 2 3 2 有机物(如低沸点烷烃，如丙烷、丁烷、异丁烷、新戊烷等)中的任意一种或几种。部分挥发性 有机物(简称VOCs)在废气中也可以以气体形式存在，构成气体污染物。对本领域技术人员 而言，根据常识即可判断废气中的某种气体组分是否属于气体污染物，可以根据该气体组 分的种类、沸点和废气的温度等容易地进行判断。 [0109] 本文所述的蒸气污染物是指在废气中以蒸气形式存在的污染物。蒸气污染物的沸 点高于废气温度，但露点低于废气温度，因而在废气中以蒸气形式存在。蒸气污染物包括但 不限于部分挥发性有机物(，例如异戊烷、苯、乙酸、糠醛等)、挥发性重金属(如汞、砷、硒蒸 气)、SO 蒸气(也可被称为硫酸蒸气)等中的任意一种或几种。本领域技术人员而言，根据常 3 识即可判断废气中的某种组分是否属于蒸气污染物，可以根据该组分的种类、沸点和废气 的温度等容易地进行判断。 [0110] 当气体分子(吸附质)运动到液滴(吸附剂)表面时，由于气体分子和液滴表面分子 之间的相互作用，气体分子停留在液滴表面上，这种现象称为气体分子在液滴表面的吸附。 如气体分子(吸附质)进一步进入到液滴内部形成溶液，这个过程叫做吸收。通常来说液滴 (吸附剂)的吸附要与其表面自由能和比表面积正相关。常见液体中水的表面自由能 最大；液滴的比表面积通常与其粒径大小成反比，液滴粒径越小，液滴的比表面积越大，因 此纳微米级的液滴(例如雾滴，其粒径通常在微米量级)是一种很好的吸附剂。大气环境科 学研究中发现雾对于气态污染物，哪怕是疏水(难溶于水)性气态污染物都有很好的吸附效 果，雾滴中的疏水性有机化合物的含量较雨滴(粒径通常在毫米量级)中的含量高十至上千 倍。 [0111] 受到上述现象的启发，本发明人发现，可以通过对废气进行降温冷却获得大量小 粒径液滴，这些小粒径液滴可以进一步吸附和/或吸收废气中的其它气态污染物，通过热泳 力等作用使这些液滴实现湿沉降，聚集形成较大的液珠或液膜并除去，可以有效去除废气 中的气态污染物。 [0112] 含有所述气态污染物的液珠或液膜可以被收集并回收，以对所述气态污染物成分 进行再利用。例如油气污染物、焦油污染物等的成分主要成分是有机混合物，将其回收后可 以再次添加到汽油或其它油类中，实现再利用。 [0113] 含有蒸气的废气在降温冷却时能够形成液滴，使废气降温至所含蒸气的露点或露 点以下，由于这些蒸气在露点温度发生相变，便可形成液滴。在蒸气具有较高的过饱和度的 条件下，可形成小粒径液滴，所述小粒径液滴的粒径可以是纳微米量级的，本发明中，所形 成的纳微米量级的小粒径液滴也可被称为雾滴。 [0114] 本发明的构思可以通过如下非限制性的说明得到更好地理解。为了通过小粒径液 滴对气态污染物的吸附和/或吸收作用去除废气中的气态污染物，废气中应当存在A物质和 B物质，A物质是指一种或更多种在废气中以蒸气态存在的物质，A物质的温度在废气降温冷 9 9 CN 112642265 A 说明书 8/20页 却的过程中降至其自身的露点或露点以下，由此形成大量液滴。这些由A物质形成的液滴进 一步吸附和/或吸收B物质，湿沉降后进一步聚集成较大的液珠或液膜，随后被除去。A物质 可以包含部分蒸气污染物、水蒸气和/或其它任何可以在废气中以蒸气状态存在的物质(例 如酒精)，B物质是指蒸气污染物中除作为A物质存在的其它蒸气污染物和/或气体污染物。 判断废气中哪些物质属于A物质，哪些物质属于B物质，需要依据各物质的沸点温度、露点温 度、目标降温温度等确定，简而言之，露点温度高于目标降温温度的蒸气属于A物质，露点温 度低于目标降温温度的蒸气和气体属于B物质。在一些实施方案中，废气中的气态污染物的 一部分包含在A物质中，一部分包含在B物质中。在一些实施方案中，A物质包含水蒸气和部 分蒸气污染物，B物质包含气体污染物和部分蒸气污染物，在废气降温冷却的过程中，A物质 凝结为液滴，吸收和/或吸附B物质并湿沉降到冷却装置外表面，最终A物质和B物质被有效 除去。 [0115] 为了加强去除效果，可以通过以下两种途径对废气进行预处理：一、增加A物质的 量，例如向废气中添加水蒸气或其它可以在废气中以蒸气状态存在的物质(例如酒精)，来 增加废气中的蒸气含量，或者向废气中添加酸性物质引入酸雾，或者对废气加压从而提高A 物质的分压(相对湿度)；二、对B物质进行改性，以使得B物质更易于被A物质形成的液滴吸 收和/或吸附，例如对废气进行氧化处理和/或向废气中添加碱性物质等，这种改性例如可 以通过化学反应使至少部分B物质转化为沸点更高的物质和/或在液滴中溶解度更高的物 质。 [0116] 露点温度指在某气体(蒸气)含量和气压都不改变的条件下，冷却到该气体饱和时 的温度。露点温度可以根据该气体的不同温度下饱和蒸气分压图查得。以水为例，水的露点 温度是水蒸气分压所对应的饱和温度，对于空气所含有的水蒸气而言，其露点温度即是其 变为露珠时候的温度。水蒸气的露点温度可被称为水露点温度，酸性气体与废气中的水蒸 气结合形成酸雾的露点温度可被称为酸露点温度。本发明中，露点温度可以指废气中存在 的任何蒸气的露点温度，既可以指水露点温度或蒸气露点温度，也可以指酸露点温度。 [0117] 所述蒸气也可以称为蒸气类物质，在本发明中，它是指沸点高于废气温度但露点 低于废气温度、在废气中以蒸气状态存在的物质。废气中可以包含一种或更多种蒸气，所述 蒸气可以是水蒸气、任何蒸气污染物和/或其它任何可以在废气中以蒸气状态存在的物质 (例如乙醇、SO、Hg等)，因此，废气中可以包含水蒸气、一种或更多种蒸气污染物和/或其它 3 任何可以在废气中以蒸气状态存在的物质(例如乙醇蒸气、SO 蒸气、Hg蒸气等)，或它们的 3 混合物。 [0118] 液滴由废气中的蒸气降温冷却而形成。废气中所含的不同种类的蒸气的露点温度 不同，在废气降温冷却过程中，露点较高的蒸气先形成液滴。本发明中，使废气中的所有蒸 气均降温至露点或露点以下不是必需的，可以使废气中至少一部分蒸气降温至露点或露点 以下形成液滴。 [0119] 用于形成液滴的蒸气可以是废气中包含的水蒸气、任何蒸气污染物和/或其它任 何可以在废气中以蒸气状态存在的物质(例如乙醇)，而不限于水蒸气。应当理解，废气中并 不必需含有水蒸气，含有蒸气(任何蒸气类物质)即可。 [0120] 废气中蒸气的含量没有特别限制，只要在废气降温冷却时能够形成小粒径液滴即 可。应当理解，废气中所含有的蒸气越多，在降温冷却时形成的液滴越多，其吸附和/或吸收 10 10 CN 112642265 A 说明书 9/20页 的其它气态污染物越多，去除效果越好。在一些实施方案中，高湿废气是优选的，例如相对 湿度大于等于60％、湿度大于等于80％、或湿度大于等于90％的废气。在一些实施方案中， 可以对废气进行预处理，以提高废气中的蒸气含量，例如向废气中添加可在废气中形成蒸 气的物质，这些物质优选在废气降温冷却的过程中温度降至其露点温度以下，从而能够形 成液滴。这些物质例如可以是水、乙醇、乙二醇、其它可在废气中以蒸气状态存在的物质(例 如有机物)、或含有其中任何一种的溶液，或者这些物质的蒸气。在一些实施方案中，例如可 以向废气中喷入这些物质，以提高废气中的蒸气含量。在一些实施方案中，可以使废气的相 对湿度达到大于等于60％、大于等于80％、或大于等于90％。所形成的液滴组成随废气中蒸 气种类、蒸气露点温度、废气温度、降温温度的不同而不同，可以包括水滴、蒸气污染物降温 后形成的液滴、蒸气污染物的水溶液液滴、以及蒸气污染物的乙醇溶液液滴中的一种或多 种。 [0121] 在一些实施方案中，预处理还可以包括对废气进行加压，以提高其中所含蒸气的 分压。加压后废气中各组分的分压等比例提高，原不饱和的蒸气组分分压增加后一部分可 达到过饱和，从而凝结成液滴，其他蒸气组分即使未达到过饱和，其分压更高也更易于通过 小幅度降温凝结成液滴。例如可以使废气先通过加压装置加压后，再通过气态污染物去除 装置。所述加压装置例如可以是空气压缩机，对废气进行等温加压，废气的气压例如可以从 正常的1个大气压升为大于等于2个大气压、大于等于3个大气压、大于等于4个大气压、或大 于等于5个大气压等。 [0122] 当废气中有酸性气体(如SO ，HCl，醋酸等)时，会与废气中的水蒸气结合，所形成 3 的物质被称为酸雾，酸雾的凝结温度称为酸露点，它比水露点要高很多。以SO为例，其浓度 3 含量越高，酸露点就愈高，废气中的酸露点可达140～160℃，甚至更高。SO 酸露点可按如下 3 公式计算： [0123] tp＝20LgVso+α 3 [0124] 式中tp是酸露点温度℃ [0125] Vso 烟气中SO 体积份数％ 3 3 [0126] α——水分常数， [0127] 当水分为5％，α＝184 [0128] 当水分为10％，α＝194 [0129] 当水分为15％，α＝201 [0130] 因此，如果废气中的酸性气体比较多，则能够更快形成小粒径液滴，并且形成更多 的小粒径液滴，气态污染物去除效率会更高。 [0131] 在一些实施方案中，对废气的预处理还可以包括向含有水蒸气的废气(例如高湿 废气)中添加可在废气中与水蒸气结合形成具有高露点温度的酸雾的酸性物质，从而更快 形成小粒径液滴，并且形成更多的小粒径液滴，提高气态污染物去除效率。。本领域技术人 员根据常规的物理化学知识即可知哪些酸性物质可在废气中与水蒸气结合形成具有高露 点温度的酸雾，其实例包括SO ，HCl和/或醋酸等。在一些实施方案中，还可以向废气中同时 3 添加水蒸气和上述的酸性物质。在一些实施方案中，可以向含有水蒸气的废气中喷入上述 的酸性物质。 [0132] 废气中的蒸气降温所形成的的液滴会进一步吸附其它的气态污染物。如果在吸附 11 11 CN 112642265 A 说明书 10/20页 剂表面上吸附的气体仅仅只有一分子的厚度，则称作单分子层吸附；如果吸附层厚度超过 一分子，则称为多分子层吸附。当吸附质的温度低于其正常沸点时，往往发生多分子层吸 附，所以气态污染物的沸点越高，其越容易被吸附。 [0133] 液滴对于吸附到的气态污染物可进一步的吸收，吸收程度与气态污染物分子的扩 散速率、气态污染物在液滴(例如水滴)中的溶解度，在液滴(例如水溶液)中的反应性有关， 通常气态污染物在液滴中的溶解度越高，在液滴中能发生反应转化为其他物质，则雾滴对 于该类气态污染物的吸收程度越高。 [0134] 被吸附的气态污染物可以是在废气降温冷却过程中尚未达到其露点温度的那些 气态污染物，可以包括尚未达到其露点温度的蒸气污染物和/或气体污染物。。 [0135] 为了使废气中的其余气态污染物更容易被吸附和/或吸收，对废气的预处理还可 以包括将废气中包含的气态污染物转化成具有更高沸点的气态物质(沸点更高的气态物质 更容易吸附到液滴上)，或者将废气中包含的气态污染物转化为更易溶于液滴(例如当液滴 由水或水溶液组成时，即为更易溶于水)，即在液滴中溶解度更高的气态污染物，这些转化 例如可以通过化学反应实现。例如可以向废气添加(例如喷入)氧化性物质和/或碱性物质。 所述氧化性物质可以使部分气态污染物氧化为沸点更高和/或更易溶于液滴的物质，氧化 性物质的选择取决于废气中的气态污染物成分，例如加入臭氧O 、亚氯酸钠NaClO可以将NO 3 2 氧化为NO ，本领域技术人员可以根据气态污染物的成分和一般的物理化学知识确定所使 2 用的氧化性物质。所述氧化性物质的非限制性的实例包括臭氧、亚氯酸钠中的一种或更多 种。作为非限制性的实例，例如可以向废气喷入氧化性物质，如臭氧、亚氯酸钠，将废气中的 NO氧化为沸点更高，也更易溶于水的NO 、NO ，以便于被液滴更好地吸收和/或吸附。作为另 2 2 5 一个非限制性的实例，，例如可以向废气喷入臭氧，将沸点为167度的糠醛氧化为沸点为232 度的糠酸，氧化后形成的糠酸更易形成液滴，通过湿沉降被捕集。所述碱性物质可以与部分 气态污染物反应(例如与所述气态污染物一同被液滴吸附并进一步反应)，产生沸点更高 和/或更易溶于水的物质。例如可以向废气中添加碱性物质，以使其吸收部分酸性气态污染 物。本领域技术人员可以根据气态污染物的成分和一般的物理化学知识确定所使用的碱性 物质。所述碱性物质的实例包括氨气NH 、碳酸钠、生石灰CaO、或者氢氧化钠或氢氧化钠溶 3 液等。作为非限制性的实例，可以向废气中喷入氨气，氨气被液滴吸附，并在液滴中与NO 、 2 N O 等物质发生反应，从而使得液滴吸附和/或吸收的NO 、NO 更多。还可以是通过其他方式 2 5 2 2 5 对废气进行氧化处理，例如使废气通过光催化氧化装置等，以实现将部分气态污染物氧化 为沸点更高和/或更易溶于液滴的物质。 [0136] 对废气进行降温冷却可以使用冷却装置(例如换热器)实现，可以使冷却装置外表 面(即冷却装置与废气接触的表面)温度(在本发明中也被称为目标降温温度)低于废气中 至少一部分蒸气的露点温度(这部分蒸气也可被称为A物质)，使得所述至少一部分蒸气在 冷却过程中形成液滴。使冷却装置外表面保持一定温度的手段是本领域技术人员熟知的， 例如可以通过冷却液或冷却气或其它任何适合的冷源。冷却装置外表面的温度可以依据废 气中所含蒸气的种类、含量、露点温度等确定，其可以低于废气中所含的至少一种、至少两 种、至少三种或更多种蒸气的露点温度，其至少应低于废气中最高的露点温度，所述废气中 最高的露点温度是指在其它条件不变的情况下，废气冷却过程中开始出现冷凝液滴的温 度，也可以被理解为废气所含的不同组分中露点温度最高的那种组分的露点温度，这里所 12 12 CN 112642265 A 说明书 11/20页 说的不同组分指具有露点温度的组分，例如酸雾、水蒸气、或其它蒸气组分等。例如，对于含 有酸雾的蒸气，可以使冷却装置外表面的温度低于废气的酸露点温度，即废气中所含酸雾 的露点温度，如果废气中存在多种酸雾，则相应地存在多种酸露点温度，此时可使冷却装置 外表面的温度低于任何一种更多种酸露点温度，例如低于最高的酸露点温度。例如对于一 种废气，水分为10％，含有SO 的体积浓度为10PPm，另具有5PPm难溶性有机蒸气，依据上述 3 酸露点温度计算公式，其SO 酸露点温度为94℃，其水露点温度为47℃，可使这种废气通过 3 板式换热器，板式换热器另一侧走20℃循环水，此时板式换热器气侧壁面温度在25℃，废气 通过冷壁面，既形成了一定量的硫酸雾滴，也形成了更大量的水雾滴，可对有机蒸气进行高 效地吸附。 [0137] 废气降温冷却过程中形成的液滴大小与其中降温后能形成液滴的蒸气的过饱和 度有关。以水蒸气为例，由水汽变为液态水的相变过程称为核化过程。在特定过饱和度下， 多个水汽分子可以组成分子团(或称胚芽)。胚芽的形成可以看作是靠水汽分子的随机凝聚 而成，其能否稳定地继续存在下去，主要看胚滴的粒径大小与废气中水汽过饱和度大小。研 究表明，过饱和度越高，能够稳定存在的胚滴粒径越小，所形成水雾的比表面积越大，吸附 能力越强(其理论可参见《大气环境化学.第二版》，高等教育出版社，2006年5月，第五章第 三节)。当废气通过冷却装置时，由于在冷却装置表面只有在边界层内才有温度梯度和蒸汽 压梯度，只有在边界层内才稳定存在过饱和的蒸气，且越接近冷却装置外表面，其过饱和度 越高。所以要使形成的液滴粒径尽量小，发挥液滴的吸附能力，需要冷却装置外表面有较大 的边界层空间。 [0138] 边界层是当流体流过固体壁面时，固体壁面上形成的流动薄层，又称流动边界层、 附面层。通常认为温度梯度、流速梯度主要存在在边界层内，边界层以上的流体流动可看作 同温同流速的。边界层厚度的计算公式为： [0139] [0140] 其中θ是边界层厚度，L是特征长度，Re是雷诺数。雷诺数越小边界层厚度越大。 [0141] 特征长度和雷诺数的计算在本领域技术人员掌握的技术之内。雷诺数是在流动条 件下流体的惯性力与粘性力的无量纲比值。雷诺数可以表征流体流动特性(即层流或湍 流)。 [0142] 雷诺数Re的计算公式为： [0143] [0144] 式中：ρ是流体密度，v是流体流速，μ是＝流体粘度，L是特征长度。 [0145] 术语“特征长度”是本领域技术人员熟知的。例如，当气体流过圆形管道时，术语 “特征长度”为管道的当量直径。当流体流过平板时，术语“特征长度”为自板端向后流过的 距离。 [0146] 本发明的方法中，优选废气流速小于等于10m/s，更优选小于等于9m/s，更优选小 于等于8m/s，更优选小于等于7m/s，更优选小于等于6m/s，更优选小于等于5m/s，更优选小 于等于4m/s，更优选小于等于3m/s，更优选小于等于2m/s，更优选小于等于1m/s。 [0147] 本发明的冷却装置采用片状构件。在一些实施方案中，所述冷却装置包括至少两 13 13 CN 112642265 A 说明书 12/20页 个平行的片状构件，所述片状构件基本上相互平行且基本上平行于废气的流动方向，相邻 片状构件之间形成通道，以使得废气在通道间通过。该片状构件外表面的温度低于废气中 至少一部分蒸气的露点温度。片状构件可以提供较大的与废气的接触面积，从而提供较大 的边界层面积。优选相邻片状构件形成的通道在气流流动方向上的长度较长为好，例如至 少30mm，优选至少45mm，更优选为至少60mm，更优选为至少90mm，以使得气流通过片状构件 的停留时间足够长。优选片状构件之间的间距较小为好，例如45mm以下，更优选为30mm以 下，更优选为15mm以下，更优选为10mm以下，更优选为5mm以下，以使得边界层在冷却装置所 占空间中的占比较大。进一步优选地，相邻片状构件之间的间距与片状构件在气流流动方 向上的长度的比值小于0.5、小于0.2、小于0.1、或小于0.05。相邻片状构件之间的间距可以 是相邻片状构件的中心线之间的间距；也可以是相邻片状构件的相邻外表面之间的间距， 例如上部片状构件的下表面与下部片状构件的上表面之间的间距(当片状构件上下相邻放 置时)，或者外侧片状构件的内表面与内侧片状构件的外表面之间的间距(当片状构件内外 相邻放置时，所述内外是指相对于观察者而言，靠近观察者的一侧称为外，远离观察者的一 侧称为内)。 [0148] 当使用片状构件形式的冷却装置时，当片状构件的表面温度低于至少一部分蒸气 组分的露点温度时，该蒸气组分一部分凝结在冷却装置壁面上，另一部分会在边界层内凝 结形成液滴，由于边界层内可形成很高的该蒸气组分的过饱和度(可达200％以上)，此情况 下该蒸气组分可通过均相成核，形成的液滴粒径小于1微米，甚至只有10纳米左右，数浓度 5 7 3 可达到10-10个/cm ，比表面积很高，从而吸附和/或吸收尚未达到其露点温度的其它气态 污染物。即使其它气态污染物难于被该蒸气组分的液滴吸收，也能有很高的吸附捕集效果。 吸附完的液滴多小于10微米，难于重力沉降，但可在适宜的风速下(例如10m/s，优选5m/s以 下)通过边界层内的热泳力和蒸气压梯度力湿沉降并到冷却装置壁面上，随后可被除去。 [0149] 湿沉降和干沉降通常是指大气中颗粒物的两种主要自净机制。干沉降也叫重力沉 降，是指颗粒物通过重力沉降，与干扰物表面相碰撞而被捕获的过程，统称干沉降(dry  deposition)，重力沉降仅对直径大于10微米的颗粒物有效。湿沉降是指作气体中的污染物 凝结成核后再从气体中被清除的过程，分为云内清除和云下清除两个阶段。云下清除指的 是液滴在降落过程中，通过惯性碰并过程和布朗扩散作用俘获气体中颗粒物，使之从气体 中清除，主要对较大颗粒有效。云内清除是指细颗粒物充当凝结核，凝结增长，通过布朗运 动、泳移(包括热泳、蒸气压梯度力的推动等)或惯性碰并过程，在气体内清除大量细颗粒 物，主要对1微米以下的细颗粒物有效。本发明中所使用的术语“湿沉降”是指废气中的气态 污染物凝结成核之后，再通过惯性碰并、布朗运动和/或泳移而被清除的过程。 [0150] 本发明所使用的术语“热泳力”是指由于冷却装置外表面与气流之间的温度梯度 (由冷却装置外表面与气流之间的温差而导致)形成的推动微小颗粒物(如液滴)向冷壁运 动的力，温差越大，温度梯度越大，热泳力越大。 [0151] 颗粒物在具有温度梯度的流体中运动时，由于冷热区分子与其碰撞时传递的动量 不同，而表现为受到与温度梯度方向相反的力(即热泳力)的作用，使颗粒物产生与温度梯 度相反的运动速度，并沉积于低温表面上，这被称为热泳效应。由于温度梯度存在于冷壁面 的边界层内，热泳效应是短程效应，仅在壁面边界层中发生。 [0152] 热泳力的计算公式(参见《气溶胶力学》，科学出版社，1960年)为： 14 14 CN 112642265 A 说明书 13/20页 [0153] [0154] 式中F是热泳力，Xa是气体导热系数，Xi是颗粒物导热系数，η是气体粘性系数，R是 颗粒物半径，Γa是温度梯度，ρ是气体密度，T是气体温度。由于温度梯度存在于边界层内， 在相同边界层厚度的情况下，温差越大，则温度梯度越大。 [0155] 根据流体力学理论，粘性曳力是气体流动中对所接触的颗粒物(例如液滴)形成的 力，粘性曳力的大小与流速的平方成正比，与颗粒物直径的平方成正比。粘性曳力的计算公 式为： [0156] [0157] 2 式中：F是粘性曳力，ξ是曳力系数，πR -颗粒物投影面积，ρ-气体密度，U-气体流 速。 [0158] 由热泳力和粘性曳力的计算公式可知，热泳力大小与温度梯度成正比，与液滴直 径的一次方成正比，而粘性曳力的大小与液滴直径的平方成正比，因此在相同条件下，液滴 直径越小，热泳力相对粘性曳力的比值越大，利用热泳力实现沉降的效果越明显。气流流速 越低，粘性曳力越小，利用热泳力实现沉降的效果越明显。 [0159] 对于露点温度高于冷却装置外表面温度的蒸气而言，其一部分冷凝在壁面上，壁 面处蒸气压下降，另一部分在边界层中被降温从而形成过饱和蒸气，该过饱和蒸气与冷却 装置外表面间会产生蒸汽压梯度差，此时液滴会受到指向冷却装置外表面的蒸汽压梯度 力，此力可以推动该液滴沉降到冷却装置外表面上。 [0160] 蒸气压梯度力的原理是，过饱和蒸气在冷凝时，会引起气流与冷凝壁面间的蒸气 压梯度，并形成向着冷凝壁面的气体分子流，造成气体对其中的颗粒物相对两面的分子碰 撞不同并致使颗粒物迁移，其运动方向指向冷凝面。与热泳力一样，蒸气压梯度力也是微观 力，蒸气压梯度主要存在于冷壁面的边界层内。蒸汽压梯度力的计算较为复杂，可以看做介 于不考虑其他气体成分分压，仅存在蒸气压力梯度时，所产生的气压梯度力，与假定气体总 气压不变，蒸气分压变化时产生的斯蒂芬流的推动力这两个计算数值之间的一个数值。简 单地说，蒸气压梯度力大小与蒸气压梯度成正比，。废气中可冷凝成液滴的蒸气含量越高， 边界层厚度越小，蒸气压梯度越大。 [0161] 蒸汽压梯度力可与热泳力叠加，共同推动液滴湿沉降到冷却装置外表面上。 [0162] 湿沉降到冷却装置外表面上的液滴可以聚集成较大的液滴，可以使其自然滴落或 流走，从而被去除，实现气态污染物的去除。在一些方案中，可以通过喷淋将这些液滴冲洗 脱离片状构件外表面，使其流走。在一些实施方案中，可以使这些液滴通过引流通道流走。 在一些实施方案中，可以收集滴落或流走的液滴，以进行回收，便于再利用。在一些实施方 案中，可以将滴落或流走的液滴收集到容器中。在另一些实施方案中，还可以通过引流通道 将流走的液滴引流收集。 [0163] 如图1所示，本发明的气态污染物去除装置1具有供废气通过的气流通道，气流通 道中设置冷却装置2，冷却装置包括至少两个片状构件，所述片状构件基本上相互平行且基 本上平行于气流走向。 15 15 CN 112642265 A 说明书 14/20页 [0164] 为去除废气中的气态污染物，可使废气通过气态污染物去除装置并从相邻片状构 件之间通过，控制废气流速不高于10m/s；并控制片状构件外表面温度低于废气中至少部分 蒸气组分的露点温度，其温差足以使得废气中的至少部分蒸气凝结成液滴，通过对废气进 行冷却使得废气中的至少部分蒸气凝结成液滴，废气中的气态污染物吸附在所述液滴上并 随所述液滴湿沉降在片状构件外表面。 [0165] 去除湿沉降在片状构件外表面的液滴即可实现气态污染物的去除。例如可以使湿 沉降在片状构件外表面的液滴滴落或流走，还可以进一步使这些液滴通过引流通道流走。 在一些实施方案中，可以回收这些液滴，以便于对某些气态污染物组分进行再利用。例如可 以通过引流通道收集这些液滴，或者还可以进一步将这些液滴收集到容器中，例如将这些 液滴引流至容器中。 [0166] 使用时，可以将本发明的气态污染物去除装置放置在废气的气流通路上，使废气 流过该气态污染物去除装置。例如，如果废气通过封闭的气流通道(如烟道)，则可以将该气 态污染物去除装置安插在该气流通道中间，例如可以以该气态污染物去除装置取代一部分 气流通道，或者可以使该气流通道从中间截断，并分别与该气态污染物去除装置的气流入 口和气流出口相连。应当理解，本发明的气态污染物去除装置也可以应用于非封闭的废气 流，只要使废气流过该气态污染物去除装置即可。 [0167] 冷却装置中的片状构件为至少2个，即可以是2个或更多个，例如3个、4个、5个或更 多个。 [0168] 本发明的“片状构件”是指基本上为片状的构件，该构件的外表面可以具有一定的 弧度或角度，例如可以经压制形成波纹形状，只要整体上大体是片状的即可。当使用本发明 的装置去除废气中的气态污染物时，所述装置放置的位置应当使得平行构件基本上平行于 气流走向。 [0169] 本发明中所述的“基本上平行”并不排除相互平行的线和/或面上存在弧度或相对 呈一定角度，仅要求形成它们之间有大致相同的距离，总的来说，“基本上平行”包括完全平 行的状态和并非完全平行但基本上平行的状态，在该并非完全平行但基本上平行的状态， 基本上可以获得期望的效果。具体地，术语“基本上平行”包括线和面或者面和面完全平行 的状态，以及它们从完全平行状态相对移动0°至约10°-20°的情况。 [0170] 片状构件之间可以通过任何可以将其固定为基本上平行的状态的方式相互连接， 例如可在片状构件的边缘处通过连接件相互连接，或者可以在片状构件的板面上的任何位 置处通过连接件相互连接，所述连接件可以是板状、条状、管状、柱状或任何适宜连接片状 构件的形状。连接件应当不会阻挡气流流动的方向，但连接件对气流流动的扰动是允许的。 [0171] 可以通过本领域已知的任何适当的方式使得片状构件外表面保持所需的温度，例 如通过冷却气、冷却液或冷源与片状构件的接触或半导体制冷原理使得片状构件外表面温 度低于至少部分蒸气组分的露点温度。例如，可以使废气流过片状构件一侧，而使片状构件 另一侧通有冷却气或冷却液。例如，可以使片状构件四周密封，形成周向封闭的通道，废气 从通道内部通过，通道外侧接冷源或冷却液。或者，例如，可以在片状构件中设置贯穿片状 构件的空心管或导热实心管，空心管中可以流动冷却液，实心管可以外接冷源。冷却液是本 领域公知的，例如可以是水、氟利昂、甲醇、乙醇、丙酮、氨水等液体中的任意一种或多种的 混合物。冷却气例如可以是空气、烟气或其它任何气体中的一种或多种的混合物。 16 16 CN 112642265 A 说明书 15/20页 [0172] 由于金属材料的导热能力高于非金属材料，为了保证较大的温差，以利于热泳效 应的实现，所述冷却装置的片状构件优选为金属材料，例如由铝、铜和钢中的一种或几种复 合制成。为了进一步提高金属构件的使用寿命，还可对金属构件作专门的防腐处理。如对 钢、铜、铝等材质的金属构件作防腐材料喷涂处理或钝化处理。 [0173] 在一些实施方案中，所述片状构件是半导体热电片，所述冷却装置包括两个冷端 相对的半导体热电片。如图2所示，在气态污染物去除装置1中，冷却装置冷却装置包括上部 半导体热电片7和下部半导体热电片10，利用上部电源6在上部半导体热电片7中接通直流 电源后，形成上部热端9和上部冷端8，利用下部电源13在下部半导体热电片10中接通直流 电源后，形成下部热端12和下部冷端11，废气从上部冷端8和下部冷端11之间通过。 [0174] 术语“半导体热电片”也叫半导体制冷片。它是以帕尔帖效应为基础的一种制冷技 术。它的简单工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在 这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸 收热量，成为冷端；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。半导体制冷片冷热 端的温差可以达到40～65℃之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度 也会相应的下降，从而达到更低的温度。当两个冷端相对的半导体热电片处于工作状态时， 使废气流过两个半导体热电片的冷端之间的通道，废气与冷端接触并与冷端之间形成温 差。 [0175] 在另一些实施方案中，所述冷却装置为板式换热器或翅片管换热器， [0176] 板式换热器是用薄金属板压制成具有一定波纹形状的换热板片，然后叠装，用夹 板、螺栓紧固而成的一种换热器。板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。工作 流体在两块板片间形成的窄小而曲折的通道中流过。循环冷却水与废气分别通过相邻的两 个通道，中间有一隔层板片将两者分开，并通过此板片进行换热。板式换热器间距小，行程 长，利于形成较高比例的边界层空间。使用板式换热器时，换热板片构成所述的片状构件。 [0177] 如图5所示。使用翅片管换热器时，翅片构成所述的片状构件，翅片外径D相应于片 状构件长度。为了便于测量和计算，在使用翅片管换热器时，可以用翅片节距代表片状构件 外表面之间的间距。翅片节距t优选为小于15mm，更优选为小于10mm，更优选小于9mm，更优 选小于8mm，更优选为小于5mm。翅片高h优选为大于10mm，更优选为大于15mm，更优选为大于 18mm。 [0178] “翅片管换热器”是本领域技术人员所熟知的。翅片管又称鳍片管或肋片管，通常 由基管和其表面上增加的翅片组合而成，使得基管表面得到扩展，管内、外流体通过管壁及 翅片进行热交换，由于翅片扩大了传热面积，从而提高了换热效率。基管通常为圆管，也可 以是扁平管或椭圆管。翅片形状可以是任何适合的形状，翅片可以装设在管内侧和/或管外 侧，取决于换热器应用的场合以及换热器基管内外的具体流体种类。翅片管换热器的基管 中可通入冷却液，废气在管外翅片间流动，废气的热量经过翅片、管壁传给管内的冷却液， 从而实现了翅片管内外的热量交换。 [0179] 更优选地，在本发明中，所采用的翅片管换热器是翅片热管换热器。热管又称“封 闭两相传热系统”，即在一个封闭体系内，依靠流体的相态变化(液相变成汽相和汽相变成 液相)传递热量的装置。热管由于靠工质的相变传热，具有优异的传热特性。热管的相当导 热系数比铜铝高出几十甚至上百倍，因而有超导热体之称。与外形尺寸完全相同的普通翅 17 17 CN 112642265 A 说明书 16/20页 片管换热器相比，传递相同的功率时，热管具有良好的轴向等温性，可形成更大的传热温 差。典型的热管换热器由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成一定负压后充以适量的工作 液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加 热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端 受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体， 液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至 另—端。本发明中，优选使用分离式热管换热器。 [0180] 在冷却装置外表面(在本发明中也可称为片状构件外表面)和废气之间形成温差 的其它方法是本领域技术人员公知的。 [0181] 当废气的气量较大时，可以在废气流动方向的横截面上，并列布置两个或更多个 (例如三个、四个、五个或更多个)冷却装置(又称为一组冷却装置，其中多个冷却装置彼此 隔开适当的距离)，如图3所示。考虑到一组冷却装置的效果有限，可沿着废气流动方向布置 两组或更多组(例如三组、四组、五组或更多组)冷却装置，每组冷却装置位于废气流动方向 的一个横截面上，相邻两组冷却装置可以顺排布置，也可以错排布置，如图4所示。 [0182] 当使用多个冷却装置时，针对每个冷却装置单独计算雷诺数、边界层厚度、热泳力 和粘性曳力等。 [0183] 在一些实施方案中，如图6所示，可以在冷却装置2的一侧设置喷淋装置3，该喷淋 装置3用于向片状构件的外表面喷淋任何适合的液体，包括水、水溶液、有机溶剂中的任意 一种或多种的混合物，以对片状构件的外表面进行清洗，防止壁面结垢，同时也可以除去湿 沉降到壁面上的液滴。在一些实施方案中，可以在冷却装置两侧都设置向片状构件的外表 面进行喷淋的喷淋装置。该喷淋装置可以设置在气态污染物去除装置内部，也可以设置在 气态污染物去除装置外部，例如可以设置在气态污染物去除装置上游的气流通道中。优选 所述喷淋装置接近片状构件，以具有较好的冲洗效果。 [0184] 在一些实施方案中，可以设置对废气进行预处理的装置，例如冷却装置的上游还 可以设置针对废气的喷入装置，用于向废气喷入可在废气中形成蒸气的物质，以提高废气 中的蒸气含量，所述喷入装置还可以用于向废气喷入酸性物质，以产生具有高露点温度的 酸雾的喷淋装置；所述喷入装置还可以用于向废气喷入氧化性物质和/或碱性物质，以对废 气中的某些气态组分进行改性。所述可在废气中形成蒸气的物质、酸性物质、氧化性物质、 碱性物质的说明如前所述。所述针对废气的喷入装置可以是一个或更多个喷入装置，还可 以是带有两个或更多个喷嘴、且不同喷嘴可以喷入不同物质的喷入装置。所述喷入装置可 用于喷入可在废气中形成蒸气的物质、酸性物质、氧化性物质、碱性物质中的任意一种、任 意两种、或任意更多种。例如可以通过多个喷入装置分别喷入可在废气中形成蒸气的物质、 酸性物质、氧化性物质、碱性物质中的任意一种、任意两种、或任意更多种，还可以通过带有 两个或更多个喷嘴的喷入装置分别通过不同喷嘴喷入不同物质，还可以通过同一个喷入装 置的同一个喷嘴喷入不同物质的混合物，条件是所述混合物中的不同物质不会发生化学反 应(可以理解，例如酸性物质和碱性物质不能混合在一起通过一个喷嘴喷入)。可在废气中 形成蒸气的物质、酸性物质、氧化性物质、碱性物质中的任意一种，可以任选地喷入其纯物 质或溶液形式，还可以任选地以液态形式或气态形式(例如气体或蒸气形式)被喷入，例如 对于水而言，可以喷入雾化的水滴，也可以喷入水蒸气。冷却装置的上游还可以设置用于对 18 18 CN 112642265 A 说明书 17/20页 废气进行氧化处理的装置，例如光催化氧化装置。冷却装置的上游还可以设置用于对废气 进行加压的装置(例如空气压缩机)。各种喷入装置、氧化处理装置、加压装置可以根据需要 任选设置，例如可以都设置，也可以仅设置其中一种、两种或更多种。这些预处理装置可以 设置在气态污染物去除装置内部，也可以设置在其外部，例如可以设置在气态污染物去除 装置上游的气流通道中。这些预处理装置相互之间的位置没有特别限制，可以根据需要进 行设置，在一种非限制性的实例中，加压装置可以设置在喷入装置和/或氧化处理装置之 后。应当理解的是，为了增强预处理效果，这些预处理装置优选与冷却装置相距较远，以使 废气得到充分的预处理之后，再通过冷却装置。当这些预处理装置与用于喷淋片状构件外 表面的喷淋装置同时存在时，优选这些预处理装置与片状构件之间的距离大于该喷淋装置 与片状构件之间的距离。 [0185] 废气经过冷却装置后，逃逸的液滴可作为凝结核吸湿长大，因此，在一些实施方案 中，在冷却装置之后还可以设置其它颗粒物捕集装置4，如除雾器、除尘器等，对长大的液滴 再次捕集，如图7所示。所述除尘器例如可以是湿电除尘器或文丘里除尘器。该颗粒物捕集 装置可以设置在气态污染物去除装置内部，也可以设置在其外部，例如可以设置在气态污 染物去除装置下游的气流通道中。 [0186] 在一些实施方案中，可以在冷却装置的一侧或两侧设置喷淋装置3，同时在冷却装 置之后设置其它颗粒物捕集装置4，如图8所示。 [0187] 在一些实施方案中，如图9所示，可以在气态污染物去除装置下部设置引流通道5， 以便于使液滴流走，或者通过该引流通道5将液滴引入容器中回收。应当理解，所述引流通 道可以设置于本发明所述的任何一种气态污染物去除装置中，而不限于图9中所显示的具 体结构。 [0188] 本发明中所述的废气可以是任何包含气态污染物的废气，例如可以是加油站排放 的含有低沸点有机物的油气，燃煤锅炉除尘脱硫后含有有机物质的高湿净烟气，天然气燃 烧后的含有氮氧化物及有机组分的高湿烟气，糠醛生产车间排放的含有乙酸、糠醛组分的 高湿废气，木材处理车间所排放的高湿度废气及含有挥发性有机物及酸性气体的空气等。 本发明的废气包括但不限于高湿度废气，特别是经过水喷淋处理后的高湿度废气。所述废 气优选主要包含气态污染物，其中“主要包含”的含义是指废气中气态污染物的含量高于其 他任何一类污染物(例如颗粒态污染物，即在废气中以颗粒态形式存在的污染物)的含量， 或者气态污染物的含量高于所有其他类污染物含量的总和。 [0189] 如废气中所含的蒸气相对浓度不够高，不能在冷却装置内快速形成液滴时，可通 过预处理提高其蒸气含量，例如提高其水蒸气含量(即含湿率，例如可以通过加蒸汽，预降 温，喷水等等)或者喷入酒精蒸气，再通过气态污染物去除装置。例如可以在气态污染物去 除装置前增设喷嘴或喷淋装置，喷入水或乙醇或其它有机物中的一种或更多种的混合物， 增加废气中蒸气含量；也可在气态污染物去除装置前增设预换热器，对废气进行预降温，提 高废气的蒸气含量(包括提高废气的相对湿度或提高废气中其它蒸气的相对含量)。预换热 器形式可以是任何形式的换热器，例如普通光管换热器。 [0190] 本发明与常规冷凝方法、常规雾化喷淋方法的区别： [0191] 常规冷凝方法，多是利用光管换热器，废气先接触光管换热器迎风面，行程长度较 短，边界层较薄，之后接触光管换热器的背尘面，通常在光管换热器的背尘面易因涡街效应 19 19 CN 112642265 A 说明书 18/20页 形成湍流，破坏背尘面的边界层形成，所以整体来看，光管换热器外表面边界层的平均厚度 较薄，蒸气类物质冷凝达到露点后主要凝结在换热器壁面上，形成珠状或膜状凝结，在换热 器外难于形成有效的雾化区域，此冷凝过程只能对于达到露点温度的蒸气类物质进行捕 获，不能对其他的气态污染物进行捕捉。即使个别项目使用板式换热器换热，但其设计都从 换热效率角度出发，气流风速较高，一般都在10m/s以上(风速越高，边界层越薄，换热器外 对流换热系数越高，换热器换热效率越高)，所形成的纳微米雾滴数量少，高流速下难于有 效发挥热泳力、蒸汽压梯度力对于雾滴的捕集，对于纳微米液滴及吸附其上的其它气态污 染物无明显的捕集效果。 [0192] 常规雾化喷淋方法是通过各种雾化方法将液态物质喷入待净化气体中，受雾化能 力及捕集能力的限制，喷入液滴粒径多在20-100微米以上(便于在后面的除雾器中捕集)， 液滴的比表面积较小，气态污染物吸附到该蒸气类物质的雾滴上后，如能被其吸收，则可以 进一步被吸附，如不能被其吸收，则表面吸附完成后将不再被捕获，由于喷入液滴比表面积 较小，此时对其它气态污染物的捕集效率不高。通常气态污染物被捕集后，随着喷入液滴通 过重力沉降，或其他惯性力方法再被除雾器收集，不存在湿沉降，特别是云内清除过程。 [0193] 实施例1 [0194] 油气是汽油的挥发物，通常汽油储罐排气口会有大量油气挥发，需要进行冷凝回 收，最终控制其排放浓度。 [0195] 汽油组分为C4～C12，其中C4～C6占比为35％，C7～C12占比为65％。在油气中C4、 C5为主要成份，其中戊烷沸点36℃，异戊烷沸点28℃，常温下属于蒸气，新戊烷沸点10℃，丁 烷沸点0.50℃，异丁烷沸点-11.73℃，常温下属于气体，皆为气态污染物。 [0196] 之前的回收方案为用管式换热器，降温到-15℃，回收其冷凝液，但由于上述气态 污染物冷凝后形成细小的颗粒物，管式换热器对于细小颗粒物的拦截能力较弱，去除效率 在20％以下，如要求更高的去除效率，需要降低到更低的温度或者对油气加压，以促进起凝 结。 [0197] 更改其方案为：将汽油储罐所排放油气的通入气态污染物去除装置，此气态污染 物去除装置形式为：多排翅片管换热器，油气在翅片管外通过，气流流速7m/s，翅片管内工 质为氟利昂134A，工质温度为-15℃，翅片节距为5mm，翅片高15mm，翅片管外径55mm，翅片外 表面温度低于-10℃。翅片换热前布置有喷淋装置，喷淋乙醇溶液。 [0198] 换热器换走油气中部分热量，实现油气温度下降，导致其中戊烷、异戊烷、新戊烷 等污染物部分凝结成雾滴，雾滴形成的同时对废气中的其余气态污染如丁烷、异丁烷进行 吸附，再通过翅片管间的热泳效应，湿沉降到翅片外表面，积累到一定量后滴落，并通过排 液口回收。 [0199] 凝固点较低的乙醇溶液通过喷淋形成雾化，可对翅片外表面进行冲洗，强化对捕 捉到的油气液滴的回收。 [0200] 整体油气污染物的去除/回收效率达90％以上，回收的油气污染物可进一步溶解 入汽油中再次利用。 [0201] 实施例2 [0202] 3 一家糠醛生产厂，有渣仓工艺废气3万Nm /h，为饱和湿气，气温80℃左右，其中含 3 3 3 3 有乙酸70mg/Nm ，糠醛70mg/Nm ，甲醛5mg/Nm ，SO  12mg/Nm ，及少量粉尘，且带有显著酸臭 3 20 20 CN 112642265 A 说明书 19/20页 味。 [0203] 与渣仓排气口相连的气流通道先经过光催化氧化系统，将部分气态有机物进行氧 化处理，一部分气态有机物完全氧化分解为CO 和水，其余大部分气态有机物被氧化为更高 2 沸点的有机物，以便于被雾滴吸附。 [0204] 光催化氧化系统后设有多组气态污染物去除装置，形式为：翅片管换热器，翅片管 为金属复合轧制，翅片节距为6mm，翅片高16mm，翅片管外径64mm，基管内走20℃循环水，翅 片外表面温度约为30℃，大大低于废气的酸露点和水露点温度，气流通过气态污染物去除 装置，气流流速为4m/s。 [0205] 冷凝段(净烟道内)两侧还布置有喷淋装置，喷淋水溶液。 [0206] 翅片管换热器换走湿烟气中部分热量，实现废气降温，其中的SO 、乙酸和水汽冷 3 凝成液滴，废气中的其他气态有机污染物被液滴所吸附，液滴湿沉降到翅片管外表面，积累 到一定量后滴落，有机污染物去除效率在80％以上。 [0207] 实施例3 [0208] 一台300MW燃煤锅炉，产生的烟气经过湿法脱硫后成为近饱和湿烟气(相对湿度 3 3 95％以上)，烟气量120万m /h，烟温50℃左右，其中含有颗粒物2mg/Nm ，硫酸SO蒸气10mg/ 3 3 3 Nm ，挥发性有机物13mg/Nm ，挥发性有机物主要为脂肪烃、卤代烃、芳香烃、含氧有机物等类 型，气态污染物种类达100多种。 [0209] 与脱硫塔相连的净烟道内设有多组气态污染物去除装置，此气态污染物去除装置 形式为：金属翅片管换热器，冷却液为20℃循环水，翅片管为金属材质，翅片外表面温度约 30℃左右，大大低于烟气的酸露点和水露点，气流通过气态污染物去除装置，气流流速为 4m/s。 [0210] 气态污染物去除装置两侧还布置有喷淋装置，喷淋水溶液。 [0211] 翅片管换热器换走湿烟气中部分热量，实现湿烟气降温冷凝，形成大量液滴，其中 包括硫酸雾滴和水滴，挥发性有机物被吸附到液滴表面，液滴在热泳力、蒸汽压梯度力的推 动下，湿沉降到翅片管外表面，积累到一定量后滴落，实现对于废气中的硫酸蒸气和挥发性 有机物的去除，去除效率分别在70％以上和80％以上。 [0212] 实施例4 [0213] 一台燃气锅炉，所排放的燃烧后的烟气为近饱和湿烟气(相对湿度90％以上)，烟 3 温约80℃，其中含有NO100mg/Nm 。 [0214] 烟道内设有紫外光催化氧化装置，实现NO向NO 及N O 气态污染物(沸点更高)去除 2 2 5 的转化，之后设气态污染物去除装置形式为：普通翅片管式换热器，翅片节距为5mm，翅片高 16mm，翅片管外径64mm，翅片与烟气温差在10℃以上，烟气流速5m/s。 [0215] 换热器换走湿烟气中部分热量，实现湿烟气降温水汽冷凝成液滴，液滴吸附/吸收 NO 、NO 后，沉降到翅片管外表面，积累到一定量后滴落，NOx去除效率在40％以上。 2 2 5 [0216] 气态污染物去除装置两侧还布置有喷淋水装置，喷淋水为普通工艺水，加入适量 Na CO 或NaOH，用于冲洗翅片管，并可提高凝结水的碱性，以利于对NO 的吸收。 2 3 x [0217] 气态污染物去除装置后设置除雾器，冲洗水滴、逃逸的液滴进一步被除雾器去除。 [0218] 应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的 原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何 21 21 CN 112642265 A 说明书 20/20页 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨 在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修 改例。 22 22 CN 112642265 A 说明书附图 1/4页 图1 图2 23 23 CN 112642265 A 说明书附图 2/4页 图3 图4 图5 24 24 CN 112642265 A 说明书附图 3/4页 图6 图7 25 25 CN 112642265 A 说明书附图 4/4页 图8 图9 26 26

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