CN201750986U - 微波等离子体分解氟利昂无害化处理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微波等离子体分解氟利昂无害化处理***，包括原料气混合用混气室、氟利昂反应分解装置，冷却洗涤吸收装置及过滤池，混气室的出气口与氟利昂反应分解装置进气口连接，氟利昂反应分解装置的反应生成气出气口与冷却洗涤吸收装置的反应生成气进气口连接、冷却洗涤吸收装置的吸收液出液口与过滤池连接，其特征在于所述氟利昂反应分解装置是微波等离子体反应器；微波发生器的输出功率为0.5～5kW连续可调，微波频率为2.45GHz。本实用新型的优点是：反应完全、无次生污染，氟利昂分解率高；反应温度远低于高频等离子体分解时的超高温，分解条件温和并具有设备成本低和节能优势，易于实现工业化应用。

Description

微波等离子体分解氟利昂无害化处理***

技术领域

本实用新型涉及有毒有害废气处理技术领域，尤其涉及一种微波等离子体分解氟利昂无害化处理***。

背景技术

氟利昂(CFCs)是一种工业化生产的含有氟、氯、碳、氢的化合物，曾被广泛用作致冷剂、泡沫塑料发泡剂、电子元件清洗剂、气溶胶喷射剂及灭火剂。然而，氟利昂会破坏大气臭氧层，同时也是导致全球气候变暖的温室气体之一。解决氟利昂导致的环境问题有三条途径：(1)实现氟利昂的零排放；(2)开展氟利昂替代品合成的研究；(3)将氟利昂分解转化为无害物质。现在世界上还有225万吨氟利昂存在于废旧设备中，一旦这些氟利昂未经任何处理而直接排入大气，必将使臭氧层危机更趋严重，因此，开发分解现存氟利昂的技术成了当务之急。

对于氟利昂的分解技术目前主要有焚烧法和高频等离子体分解法。处理***主要包括混气室、氟利昂反应分解装置，冷却洗涤吸收装置及过滤池，分别完成原料气混合、氟利昂反应分解、反应生成气的冷却洗涤吸收及最终获得无害的氟化钙、碳酸钙以及氯化钠等对环境无害并可再利用的物质。焚烧法是利用燃烧热产生的高温使氟利昂分解，其在焚烧过程中可能导致出现特别危险的二次化合物。如二喔星、二氟光气、氯光气、八氟异丁烯、苯芘等等。高频等离子体分解法是利用8000～10000℃超高温下的热等离子体使氟利昂得到快速分解，其条件较为苛刻，设备成本高。由于上述原因，氟利昂的分解技术还未形成足够规模的工业化应用。

等离子体是由分别带有正、负电荷的两种粒子所组成的电中性的粒子体系。利用微波激发可电离气体放电可产生微波等离子体，保持微波持续作用于等离子体，则微波能量可维持等离子体稳定运行。随着微波等离子体技术的发展，目前已出现微波等离子体反应器，主要包括微波发生器，内设短路活塞的矩形波导管，微波调控装置及等离子体反应器，等离子体反应器主要由石英反应管，点火电极，空气冷却装置构成。等离子体反应器的石英反应管被矩形波导管包拢部分形成谐振腔，通过调节短路活塞使谐振腔频率与微波发生器的发生频率一致，使微波能量耦合于谐振腔，点火电极激发等离子体反应器内的载气形成持续的高密度等离子体。微波等离子体的电离度高，气体具有更高的活化程度，因而能在1000-1200℃相对低的温度下获得和维持具有更高能量的等离子体。在同等能量下，微波等离子体比高频等离子体更能有效激发气体分子的电离和离解过程，激发的亚稳态活性粒子多，反应性强，不会生成新的难降解的污染物质。微波等离子体中自由电子的温度高于离子的温度，其中的化学反应具有更高的反应平衡常数，反应效率更高，因此如能将微波等离子体反应器应用于氟利昂的分解，将为氟利昂的无害化处理提供一种分解条件温和、无次生污染、高速高效，易于实现工业化应用的新途径。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于针对上述问题，提供一种分解条件温和、反应完全充分、无次生污染、节能、成本低且易于实现工业化应用的微波等离子体分解氟利昂无害化处理***。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微波等离子体分解氟利昂无害化处理***，包括原料气混合用混气室、氟利昂反应分解装置，冷却洗涤吸收装置及过滤池，混气室的出气口与氟利昂反应分解装置进气口连接，氟利昂反应分解装置的反应生成气出气口与冷却洗涤吸收装置的反应生成气进气口连接、冷却洗涤吸收装置的吸收液出液口与过滤池连接，其特征在于所述氟利昂反应分解装置是微波等离子体反应器。

所述微波等离子体反应器的微波发生器的输出功率为0.5～5kW连续可调，微波频率为2.45GHz。

本实用新型的有益效果是：微波等离子体的电离度高，气体具有更高的活化程度，因而能在相对低的温度下获得和维持具有更高能量的等离子体。微波等离子体对气体的电离和离解程度高，氟利昂分解率达到99％以上；与焚烧分解相比，具有反应完全、无次生污染的优势；与高频等离子体分解氟利昂相比，本实用新型反应温度在1000-1200℃，远低于高频等离子体分解时的超高温，分解条件温和并具有设备成本低和节能优势，易于实现工业化应用。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构及工艺流程示意图；

图2是微波等离子体反应器的结构示意图。

图中：1蒸汽发生器，11质量流量计，2混气室，21体积流量计，3等离子体反应器，31点火电极，321上封盖，322下封盖，33空气冷却夹套，34石英反应管，35出气口，36进气口，4冷却洗涤吸收装置，5过滤池，6矩形波导管，7微波调控装置，8微波发生器，9谐振腔，10短路活塞。

以下结合附图和实施例对本实用新型详细说明。

具体实施方式

图1示出一种微波等离子体分解氟利昂无害化处理***，包括原料气混合用混气室2、氟利昂反应分解装置，冷却洗涤吸收装置4及过滤池5，混气室2的出气口与氟利昂反应分解装置的进气口连接，氟利昂反应分解装置的反应生成气出气口与冷却洗涤吸收装置3的反应生成气进气口连接、冷却洗涤吸收装置4的吸收液出液口与过滤池5连接，其特征在于上述氟利昂反应分解装置是微波等离子体反应器A。

如图2所示，本发明采用的微波等离子体反应器A主要包括微波发生器8、微波调控装置7，矩形波导6及等离子体反应器3，等离子体反应器3由针状点火电极31，竖直设置的石英反应管34，环绕石英反应管的空气冷却夹套33构成，石英反应管34的上封盖321上设有进气口36，用于通入氟利昂、水蒸气及载气的混合气，下封盖322上设有出气口35，用于引出反应生成气；点火电极31通过与上封盖321螺纹连接***石英反应管中，可以上下自由移动以调节在管内的高度。等离子体反应器3在位于矩形波导管6的中心位置垂直贯穿矩形波导管6的上下宽面，石英反应管34被矩形波导管6包拢的部分形成谐振腔9；矩型波导管一端通过微波调控装置7连接微波发生器8，另一端设置短路活塞10。空气冷却夹套33用于在工作时从冷却空气进口331吹入冷却空气并从冷却空气出口332吹出，确使等离子体反应器在大功率高温状态下及时散热，正常工作。上述微波等离子体反应器A的微波发生器8的输出功率为0.5～5kW连续可调，微波频率为2.45GHz。载气可采用氩气或氮气。

将上述微波等离子体反应器组合到本实用新型中时，将混气室2的出气口与等离子体反应器3的石英反应管34的上封盖321上的进气口36连接，石英反应管34下封盖322上的反应生成气出气口35与冷却洗涤吸收装置3的反应生成气进气口连接。

上述微波等离子体反应器工作原理为：微波发生器8产生的微波经微波调控装置7由矩型波导管6导入谐振腔9，通过调节短路活塞10，使谐振腔9的谐振频率与微波发生器8的发射频率一致，使微波能量耦合于谐振腔，在微波谐振作用下，点火电极31伸至谐振腔9激发等离子体反应器3内的载气形成持续的高密度等离子体，密度约为10¹²-10¹⁵/cm³；等离子体、水蒸汽和氟利昂进行反应分解。

本实用新型的应用

微波发生器型号为2M210F，输出功率为0.5～5kW连续可调，微波的频率为2.45GHz。石英反应管的内径为50mm；混合气的总体积流量为0.5-5L/min。

以下应用本实用新型对市售氟利昂-22(即CHClF₂)进行无害化处理，如图1所示，具体工艺步骤如下：

应用本发明提供的微波等离子体分解氟利昂无害化处理方法，对市售氟利昂-22(R-22，即二氟一氯甲烷CHClF₂)进行无害化处理。

(1)将氟利昂-22、水蒸汽和氩气分别通入混气室2进行混合，氟利昂-22和氩气、水蒸汽混合后总体积流量为3L/min，氟利昂-22的体积流量占混合气总体积流量的5％，即其体积流量为0.15L/min，氟利昂-22与水蒸汽的摩尔比为1∶3，水蒸汽的质量流量为0.48g/min，；氩气体积流量为2.4L/min。本例中，氟利昂和载气分别由体积流量计21控制进入混气室2；水由质量流量计11控制进入蒸汽发生器1，蒸汽发生器1产生的水蒸汽进入混气室2与氟利昂和氩气进行充分混合；上述蒸汽发生器1是一个输出功率为0.3-3kw的连续可调的加热锅，开始时锅内不加水，直接加热，由质量流量计控制进水量，根据进水量选择合适的加热功率，使加入的水完全汽化。

(2)将混合气由混气室出气口经由等离子体反应器3的石英反应管34的进气口36通入管内；开启微波发生器8，产生频率为2.45GHz的微波并经由矩型波导管6传输至等离子体反应器3内的谐振腔9，调节短路活塞10使谐振腔9的谐振频率与微波发生器的频率一致，使微波能量耦合于谐振腔；在微波谐振作用下，调节点火电极31下端至谐振腔9中放电，激发氩气使之形成持续的高密度等离子体；反应管内温度为1000-1160℃，等离子体与水蒸汽和氟利昂-22进行反应并分解，产生包含HCl、HF和CO₂的反应生成气；点火完成后，调节点火电极31的高度使其离开谐振腔，以免高温烧灼损坏。

(3)反应生成气由石英反应管34出气口35通入冷却洗涤吸收装置4，由质量浓度为10％的氢氧化钠溶液进行洗涤吸收形成吸收液；上述冷却洗涤吸收装置采用填料吸收塔，塔顶设置喷头，塔中设填料段进行气液传质与传热，填料可以是散堆填料或规整填料，等离子体反应器出来的反应生成气由填料塔下部通入，氢氧化钠溶液由塔顶喷头喷淋，反应生成气经过冷却洗涤吸收后的废气由塔顶排空，塔底输出的吸收液通入内装氯化钙溶液的过滤池5，生成氟化钙、碳酸钙及NaCl等对环境无害的物质，并可进行回收再利用。

经用气相色谱法分析填料吸收塔顶排空废气中氟利昂-12的浓度，氟利昂-22分解率达到99.6％。

以上所述，仅是本实用新型的优选实施例而已，并非对本实用新型的结构作任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种微波等离子体分解氟利昂无害化处理***，包括原料气混合用混气室、氟利昂反应分解装置，冷却洗涤吸收装置及过滤池，混气室的出气口与氟利昂反应分解装置进气口连接，氟利昂反应分解装置的反应生成气出气口与冷却洗涤吸收装置的反应生成气进气口连接、冷却洗涤吸收装置的吸收液出液口与过滤池连接，其特征在于所述氟利昂反应分解装置是微波等离子体反应器。

2.根据权利要求1所述的微波等离子体分解氟利昂无害化处理***，其特征在于所述微波等离子体反应器的微波发生器的输出功率为0.5～5kW连续可调，微波频率为2.45GHz。

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