CN101091871A

CN101091871A - 低温等离子体工业废气处理装置

Info

Publication number: CN101091871A
Application number: CN 200710022826
Authority: CN
Inventors: 万京林
Original assignee: Wan Ronglin
Current assignee: Wan Ronglin
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2007-12-26

Abstract

本发明属于环境保护技术领域，是低温等离子体工业废气处理装置，包括低温等离子体放电板、电源、外壳中框、上接口、下接口，上接口与下接口分别位于外壳中框的下上端，下接口接有进气管，上接口接有排气管，低温等离子体放电板至少设有一块，且位于外壳中框内，每块低温等离子体放电板由金属电极与介质板组成，金属电极至少设有一对，成对的对称的均匀分布在介质板的两面，并与电源相连。本发明可以在常压下处理废气，可以在废气流速达15米/秒的状态下工作，可以高速大流量处理废气。本发明处理废气范围广，不但适用于H₂S、CS₂等废气的处理，还可用于烃类、SO₂、芳香烃类、多环芳香烃、氟里昂、哈龙等废气的处理。

Description

低温等离子体工业废气处理装置

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种工业废气处理装置，具体的说是低温等离子体工业废气处理装置。

背景技术

随着社会工业化程度的不断提高，由工业废气造成的环境污染问题也日益严重。寻求一种切实可行又经济实惠的方法来降解有机污物以及H₂S、CS₂、SO₂、碳氢化合物、氟里昂、哈龙等物质是一项很有意义的工作。在已有的方法中焚烧处理这类物质不太合适，因为氟里昂，哈龙，多环芳烃等物质具有很高的耐热稳定性。使用焚烧法必须将整个体系的温度加热到很高才能破坏它们，这样造成能源的浪费，又会产生比较严重的二次污染，且有腐蚀问题，催化燃烧法对氟里昂，哈龙是不合适的，虽对有机污染有效，但是对大流量，高流速废气的治理，仍存在气阻大，效率低等问题，而且，硫，磷，卤素等易使催化剂中毒，从而使催化剂寿命缩短性能降低。吸附一解吸方法也存在吸附容量，气阻，普适性等问题。

经研究表明，等离子体中存在大量活性粒子，这些粒子可以破坏污染气体中的难降解物质。如何利用等离子体来处理环境中的有毒及难解物质是近年来研究的热点，已经有人做了不少工作。例如，Clements J.S等人用脉冲电晕放电产生常压等离子体对降解NO、SO₂进行研究，他们在有2.6％H₂O存在的条件下，起始浓度为1000ppm的SO₂在放电5.2S后90％被去除，Li Jing等人用介质隔阻放电(即简称DBD)技术产生非平衡等离子体处理模拟烟道废气，他们得出去除每千克SO₂需耗电75 KWh。Chang M.B等人用DBD放电的方法降解了甲醛等易挥发性有机物，他们得出HCHO的起始浓度为100ppm在19KV的电压下可获得97％的解离率。也有人用同样方法降解了HCHO和苯酚。我国也有在这方面进行过不少研究。但是目前的这些研究工作均未达到工业实用化阶段，其主要问题如下：①大多数研究工作要在低压下进行，不能在大气(常温常压)中进行；②不能产生高功率大体积等离子区域，无实用价值；③不能在高速流动态进行，也就不能用于实际的体系；④没有高效的电源转换系统，能量利用率低，缺乏经济价值；⑤反应器制作复杂，难于维护；⑥难于承受高温的废气处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在大气常压下处理流动状态废气的高功率低温等离子体工业废气处理装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

低温等离子体工业废气处理装置，包括低温等离子体放电板、电源、外壳中框、上接口、下接口，上接口与下接口分别位于外壳中框的下上端，下接口接有进气管，上接口接有排气管，低温等离子体放电板至少设有一块，且位于外壳中框内，每块低温等离子体放电板由金属电极与介质板组成，金属电极至少设有一对，成对的对称的均匀分布在介质板的两面，并与电源相连。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述低温等离子体放电板设有1～1000块，平行排列于外壳中框内。

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述金属电极设有1～1000对，介质板每面的金属电极相互连接在一起。

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述两金属电极和介质板表面之间的距离为0.1～15毫米。

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述两金属电极和介质板表面之间的距离小于等于3毫米。

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述金属电极为不锈钢、镍或镍铬合金的丝、棒或板，介质板为石英板、陶瓷板或其它绝缘材料板。

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述上接口与下接口为喇叭状，喇叭状大口分别与外壳中框两侧固定连接，喇叭状小口分别接有进气管和排气管，(进气)下接口中部设置了两块气流匀流板。

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述电源为差分输出高压电源，电源的两高压输出端分别与各介质板两面的金属电极相连，电源的两输出端对地电压大小近似相等，幅度误差小于±50％，相位差为135度～225度。

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述电源为单端输出高压电源，电源的高压输出端和各介质板一面的金属电极相连接，电源的低压端和各介质板另一面的金属电极相连接并接地。

前述的低温等离子体工业废气处理装置，其中所述电源为各种频率的正弦交流波形、方波、调制波形或具有重复频率的脉冲波形及这些波形的任意组合，电压范围为2KV～40KV。

本发明的优点为：本发明的低温等离子体工业废气处理装置可以在-30℃～+300℃的常压下处理废气，可以在废气流速达15米/秒的状态下工作。由于是大体积等离子体区域，可以高速大流量处理废气。一个单元反应器，每小时可处理100m³～2000m³以上的废气。能源利用率高，约为4W/m³.h左右。处理废气范围广，不但适用于H₂S、CS₂等废气的处理，还可用于烃类、SO₂、芳香烃类、多环芳香烃、氟里昂、哈龙等废气的处理。另外，还可与催化剂协同，降解其它有机污染物。在结构上本装置由于采用了线板结构单元，安装和维护简单。因此，本装置已达到等离子体处理废气的工业实用化要求，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为一块低温等离子体放电板的侧面图。

图3为图2的正面图。

图4为本发明的各金属电极和差分高压电源的连接示意图。

图5为本发明的各金属电极和单端输出高压电源的连接示意图。

具体实施方式

实施例一

本发明为一种低温等离子体工业废气处理装置，其结构如图1所示，本发明的低温等离子体废气处理装置采用了线板结构，由低温等离子体放电板4，电源及相应的外壳中框1、上接口2和下接口3等组成。其中低温等离子体放电板4数量为1～1000块，平行排列于外壳中框1内。从理论上说，外壳中框1内可以平行排列更多低温等离子体放电板4。上接口2和下接口3为喇叭状，喇叭状大口分别与外壳中框1两侧固定连接，喇叭状小口分别与进气管和排气管连接，下接口3的喇叭状小口接进气管，上接口2的喇叭状小口接出气管。低温等离子体放电板4的排列从横截面看为均匀排列。在下接口3的喇叭状的中部设置了两块气流匀流板5和6，可以使输入的气流能均匀的通过平行排列的各低温等离子体放电板4。

本实施例的低温等离子体放电板4的单板结构如图2、图3所示。图2是低温等离子体放电板4的横截面图，图3是低温等离子体放电板4的正面图。金属电极7、8为成对的对称的均匀分布在介质板9的两面，数量为1～1000对，从理论上说可以任意多对金属电极。介质板9每面的金属电极相互连接在一起。金属电极7、8的形状可以是丝、棒，也可以为板。介质板9一般采用石英或陶瓷等绝缘材料制作而成，板厚0.5～6mm。金属电极7、8材料可采用不锈钢、镍或镍铬合金等金属丝、棒或板。金属电极7、8和介质板表面之间的距离为0.1～15mm。图4为各金属电极和差分高压电源的连接示意图，差分输出高压电源10的两高压输出端分别与金属电极7、金属电极8相连。介质板9的表面到两金属电极7、8之间的间隙11为放电区域，开启差分输出高压电源10，调节输出电压至间隙放电，即可产生放电低温等离子体。

如果金属电极7、8到介质板9表面的距离比较小，一般小于3mm，也可以采用图5的单端输出高压电源激励的方式，单端输出高压电源12的高压输出端和各介质板9一面的金属电极7相连接，单端输出高压电源12的低压端和各介质板9另一面的金属电极8相连接并接地。介质板9的表面到两金属电极7、8之间的间隙11为放电区域，开启差分输出高压电源10，调节输出电压至间隙放电，即可产生放电低温等离子体。

本发明在低温等离子体放电板4的两金属电极7、8上施加的高压电源可以为各种频率的正弦交流波形、方波或具有重复频率的脉冲波形及这些波形的任意组合，电压在2KV～40KV范围。高压电源两输出端对地电压大小近似相等，幅度误差小于±50％，相位差接近180度(135°～225°)。

本发明的低温等离子体工业废气处理装置工作原理如下：本发明采用的是一种高气压的非平衡放电，这种放电产生于两个金属电极7、8之间，在两个金属电极7、8的中间任何位置设置一块介质板9。当接上差分输出高压电源10后，高电压加在两金属电极7和8上，两金属电极7、8之间的气体在高电压交变电场作用下放电而产生低温等离子体，在低温等离子体区域，存在大量平均能量在5～15ev的电子，电子轰击H₂S、CS₂等，使H₂S或CS₂等转变成各种活性粒子，如H^-、S、HS⁺等，而H^-与空气中O₂结合成H₂O，HS⁺与O₂也可产生H₂O和S或SO₂等等，达到了去除H₂S、CS₂的效果。又如，电子轰击CF₂ClBr后，产生CF₂、CL、Br、CF₂ClB_r ⁺、CF₂Cl⁺等活性粒子，这些粒子与空气中O₂作用，产生COF₂、Br₂、Cl₂等气体，达到去除CF₂CLBr的效果。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.低温等离子体工业废气处理装置，包括低温等离子体放电板、电源、外壳中框、上接口、下接口，上接口与下接口分别位于外壳中框的下上端，下接口接有进气管，上接口接有排气管，低温等离子体放电板至少设有一块，且位于外壳中框内，其特征在于：所述每块低温等离子体放电板由金属电极与介质板组成，所述金属电极至少设有一对，成对的对称的均匀分布在介质板的两面，并与电源相连。

2.如权利要求1所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述低温等离子体放电板设有1～1000块，平行排列于外壳中框内。

3.如权利要求1所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述金属电极设有1～1000对，介质板每面的金属电极相互连接在一起。

4.如权利要求1或2或3所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述两金属电极和介质板表面之间的距离为0.1～15毫米。

5.如权利要求4所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述两金属电极和介质板表面之间的距离小于等于3毫米。

6.如权利要求1或2或3所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述金属电极为不锈钢、镍或镍铬合金的丝、棒或板，所述介质板为石英板、陶瓷板或其它绝缘材料板。

7.如权利要求1或2或3所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述上接口与下接口为喇叭状，喇叭状大口分别与外壳中框两侧固定连接，喇叭状小口分别接有进气管和排气管，下接口中部设置了两块气流匀流板。

8.如权利要求1所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述电源为差分输出高压电源，电源的两高压输出端分别与各介质板两面的金属电极相连，电源的两输出端对地电压大小近似相等，幅度误差小于±50％，相位差为135度～225度。

9.如权利要求1所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述电源为单端输出高压电源，电源的高压输出端和各介质板一面的金属电极相连接，电源的低压端和各介质板另一面的金属电极相连接并接地。

10.如权利要求8或9所述的低温等离子体工业废气处理装置，其特征在于：所述电源为各种频率的正弦交流波形、方波、调制波形或具有重复频率的脉冲波形及这些波形的任意组合，电压范围为2KV～40KV。