CN106902620A - 电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法及装置 - Google Patents

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Abstract

电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法及装置，属于废气净化技术领域。该装置包括低温等离子体反应器、配气***和尾气检测及回收装置，低温等离子体反应器采用电晕和介质阻挡协同放电，其高能粒子产生量大，起始击穿电压低。本发明经反应器气路检测、反应器工作条件设定、有机废气的消解、吹脱与尾气处理四个过程实现有机废气净化处理，具有装置结构简单、操作简便、能耗低、处理效率高等优点。本发明可以空气为气源，廉价易得，方法绿色环保，有效提高废气的净化处理效果。

Description

电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法及装置
技术领域
本发明属于废气净化技术领域，具体涉及一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法及装置。
背景技术
有机污染物（VOCS）中非甲烷碳氢化合物、酸类、醇类等化合物易与大气中OH、O3反应，吸入人体，引发头晕、恶心、晕厥等症状，长期吸入甚至导致生命危险，不仅造成大气环境污染，还会危及人体健康。现有VOCS治理技术，如吸附法、吸收法、冷凝法、生物处理法、膜分离法，主要将有机污染物从一个空间转移到另一空间，或由气相变成液相、固相，污染物未彻底降解，易造成二次污染。电晕-介质阻挡放电低温等离子体技术是将电晕放电与介质阻挡放电协同作用于废气净化中，是近年来新兴的一种废气净化技术，主要通过电极两端施加的高电压U（U≤U击穿）、形成高电场，击穿电极附近空气分子，产生高能量活性粒子，与VOCS碰撞，发生氧化还原反应，从而实现VOCS的降解处理。
现有低温等离子体净化废气的方法及装置，如2015年4月22日公布的公布号为CN104524932A的一种采用低温等离子技术处理工业废气的方法及设备。该发明利用介质放电，经预处理装置、低温等离子体净化装置、喷淋塔三级处理实现工业废气的净化。该发明的主要缺点在于：（1）该发明采用单一的介质放电方式，导致高能活性物质产生少，废气处理时间延长，影响废气净化效果；（2）该发明设计2-6个反应室串并联组合的构型，虽可增加高能活性粒子数量，但同时增加了设备箱体体积及其生产成本，且当处理低浓度废气时，易造成反应室的闲置；（3）该发明选用电极为金属钛，增加设备成本，不利于大规模生。
发明内容
本发明目的是：针对现有废气净化装置不足，提出一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气的方法及装置，具有装置结构简单、操作简便、能耗低、处理效率高等优点。
本发明采用的原理是：采用电晕-介质阻挡放电低温等离子体技术，在电晕-介质阻挡放电的协同作用下，空气经等离子体反应装置的高电压场放电击穿，产生具有高内能和动能的活性粒子，这些高能粒子与废气污染物分子直接撞击、发生氧化作用，被彻底氧化成H2O和CO2，实现去除污染物的目的。该方法与现有技术相同的是采用高电压场击穿空气，放电产生高能活性粒子，通过电晕与介质阻挡协同放电代替单一放电方式，提高高能粒子产生量及其能量，减少处理时间，提高处理效果。
实现发明目的的技术方案是：一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气装置，包括低温等离子体反应器、配气***和尾气检测及回收装置构成。所述低温等离子体反应器设有高压交流电源、电晕-介质阻挡放电管和固定架；所述电晕-介质阻挡放电管包括带针尖可调正极不锈钢棒和负电极装置，可多个并联；所述带针尖为四角星型、六角星型、八角星型以及针状型；所述负电极装置包括介质阻挡和不锈钢丝，可环列于正极不锈钢棒周围；所述阻挡介质为石英、陶瓷、聚四氟乙烯；所述固定架可为十字固定架或圆柱固定架。所述配气***设有背景气源、废气源、鼓泡装置、流量计、气体缓冲装置。所述尾气检测及回收装置设有采样瓶及换向阀、流量计、尾气吸收瓶，所述尾气吸收瓶可多个串联。
一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法，经反应器气路检测、反应器工作条件设定、有机废气的消解、吹脱与尾气处理四个过程实现有机废气净化处理。所述方法具体步骤如下：
（1）反应器气路检测
第（1）步骤，先打开钢瓶，调节减压阀0.2～1.2 MPa，通过转子流量计通入背景气体，其流速为0.7～3.0 L/min，待尾气回氧气或惰性气体。
（2）反应器工作条件设定
第（1）步骤完成后，选定电晕-介质阻挡放电管数量1～6个，再设置工作电压为8～11KV，打开电源，臭氧分析仪器检测反应器中臭氧浓度为60~136ppm，表明反应器中高能粒子稳定产生。
（3）有机废气的消解
第（1）步骤完成后，在第（1）步骤基础上通入有机废气，按有机废气流速（L/min）：背景气体风量（L/min）比为1：70～100 L/min，调节好有机废气流速和背景气体风量后，放电处理20～100min后，关闭反应器电源。所述有机废气可为单一有机气体，也可为混合气体。
（4）吹脱与尾气处理
第（2）步骤完成后，调节转子流量计，继续通入背景气体，控制流速为3.0～5.0 L/min，继续吹脱反应器中残留气体；将吹脱气体导入尾气回收装置中尾气吸收液，检测尾气中臭氧浓度达标后，关闭气阀。所述尾气吸收液包括过饱和Ca(OH)2、饱和KI水溶液或过饱和Ca(OH)2和KI的混合水溶液。
本发明采用上述方案后，主要有以下效果：
（1）本发明采用电晕和介质阻挡协同放电，高能粒子产生量大，提高废气降解效率。电晕和介质阻挡协同作用，高能粒子如电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等，使反应器高能粒子数量和能量增加，反应器中仅单位能量臭氧生成量可达52.14~68.14 mg/kw·h，为氧化有机废气提供足够数量和能量的活性粒子，增加了与污染物分子的有效碰撞次数，有效缩短废气净化时间，有机废气的降解率提高30～45%。
（2）本发明采用电晕介质阻挡协同放电，降低起始击穿电压，操作更安全。起始击穿电压降低促使操作更安全。单一介质阻挡放电则需要的起始电压较高，其电晕放电区域小，效率低；本发明装置初始放电电压由10kV降低到7.8kV，较低的起始电压降低工作放电的危险程度，也保证反应器热故障的产生，有利于设备的工业化生产与应用。
（3）本发明采用的反应器设计为介质阻挡放电管多并联箱体构型，缩减有机废气净化的运行成本。采用的介质阻挡放电管为一阳多阴的电极结构设计，有利于降低风阻，提高有机废气净化，且介质阻挡放电管为多并联箱体构型，有效利用箱体空间，减少闲置装置运行生产成本，便于检修与维护。
（4）本发明以空气为气源，廉价易得，操作简单，无臭氧逸散，方法绿色环保。
附图说明
图1 本发明的电晕-介质阻挡放电管的结构示意图。
图2 本发明的电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化装置***。
图中标号说明如下：1-出气口 2-进气口 3-负电极装置 4-带针尖可调正极不锈钢棒 5-十字固定架 6-圆柱固定架 7-接地电极 8-高压电源线接头。
具体实施方式
下面介绍具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1。
一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气装置由低温等离子体反应器、配气***和尾气检测及回收装置构成。低温等离子体反应器中，电晕-介质阻挡放电管负电极装置的介质阻挡为内径5mm的石英管，并套于直径为3mm的不锈钢丝；带针尖可调正极不锈钢棒直径为4mm，径向长度25 cm；带针尖为八角星型，间距为16mm；电极间距为8mm；4个负电极装置环列于带针尖可调正极不锈钢棒；反应器正电极接交流高压电源，负电极接地。配气***气源为空气。尾气吸收瓶为3个串联。
一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法如下：
（1）反应器气路检测
第（1）步骤，先打开钢瓶，调节减压阀0.4 MPa，通过转子流量计通入背景气体空气，其流速为1.5L/min，待尾气回收装置有稳定连续气泡出现，表明等离子体反应器通气顺畅。
（2）反应器工作条件设定
第（1）步骤完成后，选定电晕-介质阻挡放电管数量为1个，再设置工作电压为10KV，打开电源，臭氧分析仪器检测反应器中O3浓度为118ppm，表明反应器中高能粒子稳定产生。
（3）有机废气的消解
第（2）步骤完成后，在第（1）步骤基础上，通入有机单一废气丙酮，按有机废气流速（L/min）：背景气体风量（L/min）比为1：75 L/min，调节好有机废气流速和背景气体风量后，放电处理30min后，关闭反应器电源。单一电晕-介质阻挡放电管放电降解丙酮的消解率为37.32%。
（4）吹脱与尾气处理
第（3）步骤完成后，调节转子流量计，继续通入背景气体空气，控制流速为4.0 L/min，继续吹脱反应器中残留气体；将吹脱气体导入尾气回收装置中尾气吸收液，检测尾气中臭氧浓度达标后，关闭气阀。
实施例2。
一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法及装置，同实施例1，其中：
第（1）步骤，调节减压阀0.2 MPa，背景气体空气的流速设定为0.7L/min。
第（2）步骤，设置工作电压为8KV，反应器中检测O3浓度为59ppm。
第（3）步骤，有机废气流速（L/min）：背景气体风量（L/min）比为1：70 L/min，放电处理时间为60min，丙酮的消解率为18.3%。
第（4）步骤，空气控制流速为3.0 L/min。
实施例3。
一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法及装置，同实施例1，其中：
第（1）步骤，调节减压阀1.2 MPa，背景气体空气的流速设定为3.0L/min。
第（2）步骤，设置工作电压为11KV，反应器中检测O3浓度为136ppm。
第（3）步骤，有机废气流速（L/min）：背景气体风量（L/min）比为1：100 L/min，放电处理时间为20min，丙酮的消解率为22.5%。
第（4）步骤，空气控制流速为5.0 L/min。

Claims (8)

1.一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气装置，包括低温等离子体反应器、配气***和尾气检测及回收装置构成。
2.根据权利要求1所述的一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气装置，其特征在于，所述低温等离子体反应器设有高压交流电源、电晕-介质阻挡放电管和固定架；
所述电晕-介质阻挡放电管包括带针尖可调正极不锈钢棒和负电极装置，可多个并联；所述带针尖为四角星型、六角星型、八角星型以及针状型；
所述负电极装置包括介质阻挡和不锈钢丝，可环列于正极不锈钢棒周围；
所述阻挡介质为石英、陶瓷、聚四氟乙烯；所述固定架可为十字固定架或圆柱固定架。
3.根据权利要求1所述的一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气装置，其特征在于，所述配气***设有背景气源、废气源、鼓泡装置、流量计、气体缓冲装置。
4.根据权利要求1所述的一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气装置，其特征在于，所述尾气检测及回收装置设有采样瓶及换向阀、流量计、尾气吸收瓶，所述尾气吸收瓶可多个串联。
5.一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：
（1）反应器气路检测：第（1）步骤，先打开钢瓶，调节减压阀0.2～1.2 MPa，通过转子流量计通入背景气体，其流速为0.7～3.0 L/min，待尾气回收装置有稳定连续气泡出现，表明等离子体反应器通气顺畅，所述背景气体为空气、N2、O2或惰性气体；
（2）反应器工作条件设定：第（1）步骤完成后，选定电晕-介质阻挡放电管数量1～6个，再设置工作电压为8～11KV，打开电源，臭氧分析仪器检测反应器中O3浓度为60~136ppm，表明反应器中高能粒子稳定产生；
（3）有机废气的消解：第（1）步骤完成后，在第（1）步骤基础上通入有机废气，按有机废气流速（L/min）：背景气体风量（L/min）比为1：70～100 L/min，调节好有机废气流速和背景气体风量后，放电处理20～100min后，关闭反应器电源，所述有机废气可为单一有机气体，也可为混合气体；
（4）吹脱与尾气处理：第（2）步骤完成后，调节转子流量计，继续通入背景气体，控制流速为3.0～5.0 L/min，继续吹脱反应器中残留气体；将吹脱气体导入尾气回收装置中尾气吸收液，检测尾气中臭氧浓度达标后，关闭气阀，所述尾气吸收液包括过饱和Ca(OH)2、饱和KI水溶液或过饱和Ca(OH)2和KI的混合水溶液。
6.一种电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：
（1）反应器气路检测：第（1）步骤，先打开钢瓶，调节减压阀0.2～1.2 MPa，通过转子流量计通入背景气体，其流速为0.7～3.0 L/min，待尾气回收装置有稳定连续气泡出现，表明等离子体反应器通气顺畅，所述背景气体为空气、N2、O2或惰性气体；
（2）反应器工作条件设定：第（1）步骤完成后，选定电晕-介质阻挡放电管数量1～6个，再设置工作电压为8～11KV，打开电源，臭氧分析仪器检测反应器中O3浓度为60~136ppm，表明反应器中高能粒子稳定产生；
（3）有机废气的消解：第（1）步骤完成后，在第（1）步骤基础上通入有机废气，按有机废气流速（L/min）：背景气体风量（L/min）比为1：70～100 L/min，调节好有机废气流速和背景气体风量后，放电处理20～100min后，关闭反应器电源，所述有机废气可为单一有机气体，也可为混合气体；
（4）吹脱与尾气处理：第（2）步骤完成后，调节转子流量计，继续通入背景气体，控制流速为3.0～5.0 L/min，继续吹脱反应器中残留气体；将吹脱气体导入尾气回收装置中尾气吸收液，检测尾气中臭氧浓度达标后，关闭气阀，所述尾气吸收液包括过饱和Ca(OH)2、饱和KI水溶液或过饱和Ca(OH)2和KI的混合水溶液。
7.根据权利要求5所述电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法，其特征在于：
第（1）步骤，调节减压阀0.2 MPa，背景气体空气的流速设定为0.7L/min；
第（2）步骤，设置工作电压为8KV，反应器中检测O3浓度为59ppm；
第（3）步骤，有机废气流速（L/min）：背景气体风量（L/min）比为1：70 L/min，放电处理时间为60min，丙酮的消解率为18.3%；
第（4）步骤，空气控制流速为3.0 L/min。
8.根据权利要求5所述电晕-介质阻挡放电低温等离子体净化废气方法，其特征在于：
第（1）步骤，调节减压阀1.2 MPa，背景气体空气的流速设定为3.0L/min；
第（2）步骤，设置工作电压为11KV，反应器中检测O3浓度为136ppm；
第（3）步骤，有机废气流速（L/min）：背景气体风量（L/min）比为1：100 L/min，放电处理时间为20min，丙酮的消解率为22.5%；
第（4）步骤，空气控制流速为5.0 L/min。
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