CN106925086A - 一种有机废气等离子处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保技术领域，具体涉及到一种有机废气的等离子降解处理装置。一种有机废气的等离子处理装置，该等离子处理装置为等离子反应器，包括反应器筒体、位于反应器筒体顶端的气体进口、反应器底端的气体出口、位于反应器筒体内的等离子放电电极、用于给等离子放电装置供电的电源接口；所述反应器筒体上设置有使滑动电弧面积及长度得以扩大的能量利用装置。所述能量利用装置为扩弧杆、扩弧板或者二者联合使用。本发明可以提高有机废气的处理量，有机废气的去除率高达99.9％，无臭氧排放问题，可以广泛应用于有机废气的处理领域。

Description

一种有机废气等离子处理装置及处理方法

技术领域：

一种有机废气的处理方法属于环保技术领域，具体涉及到一种有机废气的等离子降解处理装置和方法。

背景技术：

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds)简称VOCS指碳氢化合物及其衍生物，是大气污染的主要污染源之一。VOCS给生态环境和人体健康带来了严重危害，对全球经济发展乃至人类的生存提出了严峻的挑战。

有机废气的治理技术有两类，一类是非破坏性方法，即将有机废气净化并回收。这类方法有吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法等。该类方法存在设备费及维护费高，工艺流程复杂、有机物去除率不高等缺点。第二类是破坏性方法，如化学或生物反应，用光、热、催化剂和微生物等将有机物转化为二氧化碳和水等无害物质，主要包括直接氧化焚烧、催化燃烧、生物处理、光分解和低温等离子分解等方法。该类方法中的非低温等离子技术存在设备投资大、能耗高、有机物去除不彻底等缺点。由于低温等离子技术具有高VOCS去除率、操作弹性大、设备费用低、产物为对环境无害的气体等优点而逐渐代替一类非破坏性方法和二类非等离子技术被广泛采用。

低温等离子技术的原理是施加电能将气体电离以加速气相化学反应，特别是生成高氧化性的自由基来进行气态氧化反应，将有害气体污染物氧化成无害物或低毒物。

低温等离子的处理方法主要有以下几种：电子束放电、辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、滑动弧放电。电子束放电存在设备运行费用高，会产生射线，工业应用时必须建有防辐射工程等缺点；电晕放电存在能量利用率低、放电能量不均匀、处理效率易受电极形状的影响等缺点；介质阻挡放电存在能量利用率低，沿面放电反应器内的非平衡等离子区域小，不易实现工业化等缺点；辉光放电由于需要在真空状态下工作，***较为复杂，工作过程为批处理，无法在线连续生产，效率难以提高。滑动电弧放电用在处理有机废气领域，主要经历击穿阶段、平衡阶段、平衡与非平衡转化阶段和非平衡四个阶段，能量的75％-85％的消耗多集中在非平衡阶段，而能量的转化多集中在平衡与非平衡转化阶段。滑动电弧虽然优于有机废气的非破坏性处理方法和现有的破坏性处理方法，但仍然存在单位处理量小，单位处理量降解能耗偏高、臭氧处理不干净等问题，严重制约了滑动电弧等离子有机废气处理方法的工业化进程。

因此需要开发一种新的等离子技术以解决现有有机废气治理领域存在的能量利用率低，处理量小，单位处理能耗高的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种采用滑动电弧等离子处理有机废气的方法，本发明通过在等离子反应装置内设置能量利用装置，以增加放电电弧面积，扩大反应区面积，延长滑动电弧放电的平衡与非平衡转化阶段，调整废气处理过程的工艺参数，在提高能量利用率的同时，提高有机废气的去除率。

本发明的技术方案如下：一种有机废气的等离子处理装置，该等离子处理装置为等离子反应器，包括反应器筒体、位于反应器筒体顶端的气体进口、反应器底端的气体出口、位于反应器筒体内的等离子放电电极、用于给等离子放电装置供电的电源接口；所述反应器筒体上设置有使滑动电弧面积及长度得以扩大的能量利用装置。

所述能量利用装置为能量利用板和能量利用杆的组合或者能量利用板。

所述能量利用板距离反应器筒体底端的高度应该小于或者等于等离子放电电极底端距离反应器筒体低端的高度；所述能量利用杆距离反应器筒体底端的高度应该大于或者等于能量利用板底端距离反应器筒体低端的高度。

所述能量利用板为弧形板。

一种利用上述等离子处理装置的有机废气的处理方法，有机废气和背景气体进入等离子反应器，启动电源，有机废气在等离子反应器内发生降解反应，处理后的气体直接从等离子反应器出口排出。

背景气体，可通过加湿装置进行加湿处理，背景气体的流量为25-50L/S；背景气体的相对湿度为：0-20％

背景气体可以为惰性气体、空气或者氧气中的一种或多种。

等离子反应器的电源为直流电或者交流电。

有机废气的有机物含量为200-20000ppm；有机废气流量为不大于11112L/S。

等离子反应器的电源为高频高压电源，频率为10-30KHz，电压为10-100KV。

有益效果

1、扩弧装置的存在使放电电弧面积增大，平衡与非平衡转化阶段的能力利用率大大提高，有机废气处于高温处理状态的时间延长，可提高有机废气的处理量。

2、扩弧装置和工艺参数的结合使等离子反应器可处理量提高，提高有机废气的去除率，有机废气的去除率高达99.9％。

3、使用本发明等离子装置处理有机废气，等离子装置废气排放口温度，比废气进口温度仅提高几十度，安全可靠。

4、处理效果好：二噁英等难以处理的物质，瞬间完全分解，实现达标排放。

5、无臭氧排放问题(现有技术中低温等离子设备存在臭氧排放问题)。

附图说明

图1为有机废气的处理流程示意图

其中1-气体出口、2-反应器筒体、3-能量利用杆、4-放电电极、5-喷嘴、6-高压电源接口、7-气体进口、8-绝缘基座、9-能量利用板、10-混合气体缓冲罐、11-废气缓冲罐、12-背景气缓冲罐、13-加湿装置

具体实施例

一种有机废气等离子处理装置，包括反应器筒体2、气体进口7、气体出口1、能量利用杆3、能量利用板9、绝缘基座8、高压电源接口6、放电电极4和喷嘴5。气体进口7位于反应器筒体2的顶部，气体出口1位于反应器筒体2的底部。放电电极位于反应器筒体2内，与反应器筒体通过绝缘基座相连。能量利用杆3与绝缘基座8相连，放电电极4的个数为2，横向距离最大处为5mm，能量利用杆3的个数为两个，在放电电极两侧成对称分布。能量利用杆距离反应器筒体2底部的距离比放电装置距离反应器筒体2底部的距离小等离子体。位于筒体横向位置的能量利用板9紧邻放电电极4。

实施例1

启动高压电源，电源频率为25KHz，电压为80KV开启风机，苯、甲苯类有机物含量为20000ppm，流量为11112L/S的凹版印刷废气和流量为45L/S、相对湿度为2％的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，苯、甲苯类有机物被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为45ppm，有机物清除率为99.7％，等离子设备和风机的功率仅为45千瓦。

实施例2

启动高压电源，电源频率为22KHz，电压为70KV开启风机，丙酮、异丙醇、氨含量为15150ppm，流量为8556L/S的凹版印刷废气和流量为37L/S、相对湿度为2％的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，苯、甲苯类有机物被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为40ppm，有机物清除率为99.7％，等离子设备和风机的功率仅为38千瓦。

实施例3

启动高压电源，电源频率为10KHz，电压为10KV开启风机，含有正丁烷、正戊烷等直链烷烃的有机物含量为10000ppm，流量为5530L/S的凹版印刷废气和流量为30L/S、相对湿度为5％的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，苯、甲苯类有机物被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为10mg/m3，有机物清除率为99.9％，等离子设备和风机的功率仅为20千瓦。

实施例4

启动高压电源，电源频率为30KHz，电压为100KV开启风机，含有烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类、丁二烯、二氯甲烷等有机物废气中的有机物含量为6580ppm，流量为4530L/S的凹版印刷废气和流量为30L/S、相对湿度为0的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，苯、甲苯类有机物被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为27ppm，有机物清除率为99.6％，等离子设备和风机的功率仅为50千瓦。

实施例5

启动高压电源，电源频率为25KHz，电压为80KV开启风机，含有烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类、丁二烯、二氯甲烷等有机物废气中的有机物含量为2580ppm，流量为1530L/S的石油化工有机废气和流量为30L/S、相对湿度为12％的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类、丁二烯、二氯甲烷被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为20ppm，有机物清除率为99.2％，等离子设备和风机的功率仅为45千瓦。

实施例6

启动高压电源，电源频率为10KHz，电压为13KV开启风机，含有烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类、丁二烯、二氯甲烷等有机物废气中的有机物含量为657ppm，流量为452L/S的石油化工有机废气和流量为30L/S、相对湿度为10％的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类、丁二烯、二氯甲烷等有机物被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为6ppm，有机物清除率为99.1％，等离子设备和风机的功率仅为23千瓦。

实施例7

启动高压电源，电源频率为22KHz，电压为30KV，开启风机，苯、甲苯类有机物含量为1500ppm，流量为823L/S的有机废气和流量为30L/S、相对湿度为0的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，苯、甲苯类有机物被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为12ppm，有机物清除率为99.2％，等离子设备和风机的功率仅为23千瓦。

实施例8

启动高压电源，电源频率为15KHz，电压为50KV，开启风机，苯、甲苯类有机物含量为200ppm，流量为108L/S的有机废气和流量为30L/S、相对湿度为0的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，苯、甲苯类有机物被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为2ppm，有机物清除率为99％，等离子设备和风机的功率仅为18千瓦。

实施例9

启动高压电源，电源频率为10KHz，电压为10KV，开启风机，含有正丁烷、正戊烷等直链烷烃的有机物含量为500ppm，流量为352L/S的有机废气和流量为30L/S、相对湿度为7％的空气由进气孔2进入反应器10，气流被电离、击穿形成放电电弧，放电电弧长度及面积随能量利用板而提高，废气由常温急剧上升至数千度高温。在高温、高电压双重作用下，工业废气处于等离子状态，苯、甲苯类有机物被电离并完全裂解，处理后废气通过气体出口1导出。经该等离子设备处理后的废气中有机物含量为0.6ppm，有机物清除率为99.9％，等离子设备和风机的功率仅为18千瓦。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种有机废气等离子处理装置，其特征在于，该等离子处理装置为等离子反应器，包括反应器筒体、位于反应器筒体顶端的气体进口、反应器底端的气体出口、通过绝缘基座与等离子反应器相连的等离子放电电极、等离子放电装置供电电源接口；所述反应器筒体上设置有使滑动电弧面积及长度得以扩大的能量利用装置。

2.如权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于所述能量利用装置为能量利用板和能量利用杆的组合或者能量利用板。

3.如权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于所述能量利用板距离反应器筒体底端的高度应该小于或者等于等离子放电电极底端距离反应器筒体低端的高度；所述能量利用杆距离反应器筒体底端的高度应该大于或者等于能量利用板底端距离反应器筒体低端的高度。

4.如权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于所述能量利用板为弧形板。

5.一种利用权利要求1-4所述的等离子处理装置的有机废气的处理方法，其特征在于有机废气和背景气体进入等离子反应器，启动电源，有机废气在等离子反应器内发生降解反应，处理后的气体直接从等离子反应器出口排出。

6.如权利要求5所述的一种有机废气的处理方法，其特征在于背景气体，经过加湿处理，背景气体的流量为25-50L/S；背景气体的相对湿度为：0-20％。

7.如权利要求5所述的一种有机废气的处理方法，其特征在于背景气体为惰性气体、空气或者氧气中的一种或多种。

8.如权利要求5所述的一种有机废气的处理方法，其特征在于，等离子反应器的电源为直流电或者交流电。

9.如权利要求5所述的一种有机废气的处理方法，其特征在于，有机废气的有机物含量为200-5000Ppm；有机废气流量为不大于11112L/S。

10.如权利要求5所述的一种有机废气的处理方法，其特征在于，所述电源为高频高压电源，频率为10-30KHz，电压为10-100KV。