CN104096464B - 一种栅栏电晕簇射放电处理挥发性有机污染物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种栅栏电晕簇射放电处理挥发性有机污染物的方法。该方法将电极板接入高压电源，电极喷嘴与电极板间形成电晕放电，产生电晕区：将湿空气通过湿空气通入管通入电极板正极、电极板负极到达电极喷嘴，作为电极气直接簇射进入电晕区，解离成活性自由基。含VOCs的待处理气经含VOCs待处理气通入栅栏通道中；活性自由基与VOCs发生化学反应，将VOCs高效降解为无害气体，脱除效率可达90﹪以上。本发明方法通过将含VOCs的待处理气直接喷射入电晕区，显著提高放电效率，同时采用栅栏通道式结构设计，使降解反应时间延长50﹪以上，进一步提高脱除效率，从而降低放电能耗。本发明方法工艺相对简单，可操作性强。

Description

一种栅栏电晕簇射放电处理挥发性有机污染物的方法
技术领域
本发明属于气体污染物处理技术领域，涉及一种处理挥发性有机污染物(VOCs)的低温等离子体技术方法，具体是一种栅栏电晕簇射放电处理挥发性有机污染物的方法。
背景技术
随着人们环保意识的提高，煤燃烧过程中产生的挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds,VOCs)的排放控制问题也逐渐被提上日程。VOCs的种类非常繁多，主要有脂环烃、直链烃、苯系物和低沸点的多环芳烃。虽然VOCs的排放量不大，然而绝大多数的VOCs都是有害有毒物质，对植物及动物都有直接毒害作用，对人体则有致癌，引发白血病等严重危害。1990年美国＜清洁空气法＞修正案列举了大气中的189种有毒物质，其中大部分是VOCs。并且，VOCs进入大气平流层后，在紫外线照射下，容易引发严重消耗臭氧的光化学反应，导致臭氧层的破坏，引起温室效应。近几年来，随着大气臭氧层的破坏及全球性变暖等问题的出现，使得对VOCs的排放控制问题更加备受关注。
目前，VOCs排放控制的研究主要集中在燃烧后烟气脱除，目前主要有分离法和转化法两大类。分离法是把VOCs从气体中分离出来，从而实现排放控制，主要包括有冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法等。转化法则是通过处理把废气中的有机物转化为其它无害物质，如CO2、H2O等，主要有热力焚烧法、催化燃烧法、生物处理技术、光化学降解技术及低温等离子体降解技术等。其中，低温等离子体降解技术，凭借其脱除效果良好且易于推广应用的优点，被认为是更具前景更受欢迎的VOCs处理技术。
低温等离子体降解技术主要是通过电子束放电、电晕放电、介质阻挡放电或滑动弧放电等各种低温等离子体放电技术产生各种强氧化性的O3、OH及OOH等自由基团，然后由这些活性自由基氧化降解挥发性有机污染物(VOCs)，生成无害的CO2、H2O等气体。对于低温等离子体处理VOCs技术，其核心问题是放电能耗较大，这也是阻碍其进一步发展的主要障碍。本发明旨在提供一种放电能耗相对较低的处理VOCs的低温等离子体技术方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前低温等离子体处理VOCs技术放电能耗较大的特点，提供一种栅栏电晕簇射放电处理挥发性有机污染物的方法，该方法脱除效率较高且放电能耗较低。
本发明方法应用于以下装置：
该装置包括湿空气通入管、含VOCs待处理气通入管、水冷却外壳、电极板、尾气输出管；
所述的水冷却外壳为中空封闭结构，空腔内设有电极板，该水冷却外壳可将整个装置置于水冷却状态，防止放电室温度过高，抑制臭氧分解；湿空气通入管、含VOCs待处理气通入管、尾气输出管均设在水冷却外壳外部；湿空气通入管、含VOCs待处理气通入管与水冷却外壳的一端连通，且湿空气通入管的一端与水冷却外壳内电极板正极、两个电极板负极的一端连通；尾气输出管与水冷却外壳的另一端连通；
所述的电极板包括一个电极板正极、两个电极板负极，电极板正极上下两侧均设有多个等距排列的电极喷嘴，电极板负极的一侧设有多个等距排列的电极喷嘴，两个电极板负极各设于电极板正极的上下两侧，且电极板负极上的电极喷嘴与电极板正极上的电极喷嘴错位设置，构成栅栏通道；电极板正极、电极板负极、电极喷嘴均为中空结构；
在栅栏通道内，电极喷嘴与电极板正负极的间隙距离为电极板正负极之间距离的20～30﹪，而电极板正极电极喷嘴与相邻的电极板负极电极喷嘴的横向距离为电极板正极与电极板负极距离的70～120﹪，栅栏通道的设计可使活性自由基与VOCs的反应时间延长50﹪以上。
所述的电极喷嘴的一端与电极板正极或电极板负极相连通，另一端由于曲率半径很小，使其在电极喷嘴与异相电极板间形成电晕放电，并产生电晕区；
所述的湿空气通入管靠近水冷却外壳端设有风泵，该风泵的作用是使得湿空气分别送入上下负极板与中间正极板；
所述的含VOCs待处理气通入管靠近水冷却外壳端设有引风泵，作用是含VOCs待处理气输送至水冷却外壳空腔内。
本发明方法如下：
步骤(1).将电极板接入高压电源，电极喷嘴与电极板间形成电晕放电，并产生电晕区：同时将湿空气通过湿空气通入管在风泵的作用下通入电极板正极、电极板负极到达电极喷嘴，作为电极气直接簇射进入电晕区，通过高能电子的撞击被解离成O3、OH及OOH等活性自由基，主要的电子碰撞反应有：e+O2＝O+O+e，e+O2＝O+O(1D)+e，e+H2O＝OH+H+e；
所述的湿空气的相对湿度为10～90﹪，其流量(即电极气流量)为含VOCs待处理气流量的10～50﹪，可根据含VOCs待处理气流量及其VOCs浓度进行实时调整；
所述的高压电源电压在2200V以上，直流电交流电均可；
步骤(2).含VOCs的待处理气经含VOCs待处理气通入管在引风泵的作用下，通入电极板负极上电极喷嘴与电极板正极上电极喷嘴构成的栅栏通道中；此时，步骤(1)簇射放电产生的活性自由基与含VOCs的待处理气中VOCs在栅栏通道内发生充分地化学反应，将VOCs高效降解为无害的CO2、H2O等气体，脱除效率可达90﹪以上。
本发明的有益效果是：本发明方法通过将电极气直接喷射入电晕区，显著提高放电效率，同时采用栅栏通道式结构设计，使降解反应时间延长50﹪以上，进一步提高脱除效率，从而降低放电能耗，本发明工艺相对简单，可操作性强，放电能耗较低，脱除效率可达90﹪以上。
附图说明
图1是本发明方法采用的装置结构示意图；
其中，1为湿空气通入管，2为含VOCs待处理气通入管，3为水冷却外壳；4为电极板正极，5为电极板负极，6为电极喷嘴，7为尾气输出管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。
本发明方法应用于以下装置，该装置如图1所示：
该装置包括湿空气通入管(1)、含VOCs待处理气通入管(2)、水冷却外壳(3)、电极板、尾气输出管(7)；
所述的水冷却外壳(3)为中空封闭结构，空腔内设有电极板，该水冷却外壳可将整个装置置于水冷却状态，防止放电室温度过高，抑制臭氧分解；湿空气通入管(1)、含VOCs待处理气通入管(2)、尾气输出管(7)均设在水冷却外壳(3)外部；湿空气通入管(1)、含VOCs待处理气通入管(2)与水冷却外壳(3)的一端连通，且湿空气通入管(1)的一端与水冷却外壳(3)内电极板正极(4)、两个电极板负极(5)的一端连通；尾气输出管(7)与水冷却外壳(3)的另一端连通；
所述的电极板包括一个电极板正极(4)、两个电极板负极(5)，电极板正极(4)上下两侧均设有多个等距排列的电极喷嘴(6)，电极板负极(5)的一侧设有多个等距排列的电极喷嘴(6)，两个电极板负极(5)各设于电极板正极(4)的上下两侧，且电极板负极(5)上的电极喷嘴(6)与电极板正极(4)上的电极喷嘴(6)错位设置，构成栅栏通道；电极板正极(4)、电极板负极(5)、电极喷嘴(6)均为中空结构；
在栅栏通道内，电极喷嘴(6)与电极板正负极的间隙距离为电极板正负极之间距离的20～30﹪，而电极板正极(4)电极喷嘴(6)与相邻的电极板负极(5)电极喷嘴(6)的横向距离为电极板正极(4)与电极板负极(5)的横向距离为正负极板之间距离的70～120﹪，栅栏通道的设计可使活性自由基与VOCs的反应时间延长50﹪以上。
所述的电极喷嘴(6)的一端与电极板正极(4)或电极板负极(5)相连通，另一端由于曲率半径很小，使其可以在电极喷嘴(6)与电极板间形成电晕放电，并产生电晕区；
所述的湿空气通入管(1)靠近水冷却外壳(3)端设有风泵，该风泵的作用是使得湿空气分别送入上下负极板与中间正极板；
所述的含VOCs待处理气通入管(2)靠近水冷却外壳(3)端设有引风泵，作用是含VOCs待处理气输送至水冷却外壳(3)空腔内。
本发明方法如下：
步骤(1).将电极板接入高压电源，电极喷嘴(6)与电极板间形成电晕放电，并产生电晕区：同时将湿空气通过湿空气通入管(1)在风泵的作用下通入电极板正极(4)、电极板负极(5)到达电极喷嘴(6)，作为电极气直接簇射进入电晕区，通过高能电子的撞击被解离成O3、OH及OOH等活性自由基，主要的电子碰撞反应有：e+O2＝O+O+e，e+O2＝O+O(1D)+e，e+H2O＝OH+H+e；
所述的湿空气的相对湿度为10～90﹪，其流量(即电极气流量)为含VOCs待处理气流量的10～50﹪，可根据含VOCs待处理气流量及其VOCs浓度进行实时调整；
所述的高压电源电压在2200V以上，直流电交流电均可；
步骤(2).含VOCs的待处理气经含VOCs待处理气通入管(2)在引风泵的作用下，通入电极板负极(5)上电极喷嘴(6)与电极板正极(4)上电极喷嘴(6)构成的栅栏通道中；此时，步骤(1)簇射放电产生的活性自由基与含VOCs的待处理气中VOCs在栅栏通道内发生充分地化学反应，将VOCs高效降解为无害的CO2、H2O等气体，脱除效率可达90﹪以上。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。
本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (1)

1.一种栅栏电晕簇射放电处理挥发性有机污染物的方法，该方法应用于以下装置：该装置包括湿空气通入管、含VOCs待处理气通入管、水冷却外壳、电极板、尾气输出管；
所述的水冷却外壳为中空封闭结构，空腔内设有电极板；湿空气通入管、含VOCs待处理气通入管、尾气输出管均设在水冷却外壳外部；湿空气通入管、含VOCs待处理气通入管与水冷却外壳的一端连通，且湿空气通入管的一端与水冷却外壳内电极板正极、两个电极板负极的一端连通；尾气输出管与水冷却外壳的另一端连通；
所述的电极板包括一个电极板正极、两个电极板负极，电极板正极上下两侧均设有多个等距排列的电极喷嘴，电极板负极的一侧设有多个等距排列的电极喷嘴，两个电极板负极各设于电极板正极的上下两侧，且电极板负极上的电极喷嘴与电极板正极上的电极喷嘴错位设置，构成栅栏通道；电极板正极、电极板负极、电极喷嘴均为中空结构；
在栅栏通道内，电极喷嘴与电极板正负极的间隙距离为电极板正负极之间距离的20～30﹪，而电极板正极电极喷嘴与相邻的电极板负极电极喷嘴的横向距离为电极板正极与电极板负极距离的70～120﹪；
所述的电极喷嘴的一端与电极板正极或电极板负极相连通，另一端由于曲率半径相对较小，使其在电极喷嘴与异相电极板间形成电晕放电，并产生电晕区；
所述的湿空气通入管靠近水冷却外壳端设有风泵；
所述的含VOCs待处理气通入管靠近水冷却外壳端设有引风泵；
其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1).将电极板接入高压电源，电极喷嘴与电极板间形成电晕放电，并产生电晕区：同时将湿空气通过湿空气通入管在风泵的作用下通入电极板正极、电极板负极到达电极喷嘴，作为电极气直接簇射进入电晕区，通过高能电子的撞击被解离成活性自由基，主要的电子碰撞反应有：e+O2＝O+O+e，e+O2＝O+O(1D)+e，e+H2O＝OH+H+e；
所述的湿空气的相对湿度为10～90﹪，其流量为含VOCs待处理气流量的10～50﹪；
所述的高压电源电压在2200V以上，直流电交流电均可；
步骤(2).含VOCs的待处理气经含VOCs待处理气通入管在引风泵的作用下，通入电极板负极上电极喷嘴与电极板正极上电极喷嘴构成的栅栏通道中；此时，步骤(1)簇射放电产生的活性自由基与含VOCs的待处理气中VOCs在栅栏通道内发生化学反应，将VOCs高效降解为无害气体，脱除效率可达90﹪以上。
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