CN101239269A - 旋转放电低温等离子体有机废气净化装置 - Google Patents

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本发明涉及旋转放电低温等离子体有机废气净化装置，该装置由交流高压电源4、中心电极8、外电极9、磁场线圈11、气路等组成。磁场和切向有机废气流使放电电弧绕中心电极8高速旋转，在旋转的同时被快速推向下游并熄灭，与此同时，电弧又在电极间的距离最小处点燃，并重复上述过程，形成脉冲式旋转电弧放电14，从而产生包含O、O2 －、O3、H、OH、HO2、NO等活性粒子、紫外线UV及其他成分的大面积旋转放电低温等离子体，有机废气中的有机污物在活性粒子氧化作用下降解为小分子有机物，甚至直接转化为二氧化碳和水等。当在中心电极的下游设有附着TiO2的载体15时，旋转放电等离子体激发TiO2，形成TiO2光催化反应，继续氧化分解未被等离子体降解的有机污物。

Description

旋转放电低温等离子体有机废气净化装置
技术领域
本发明涉及一种旋转放电低温等离子体有机废气净化装置，属于环境技术和废气处理领域。
背景技术
从1990年后，应用低温等离子体技术控制空气污染物的研究在国际学术界蓬勃发展，相关的低温等离子体技术陆续出现，如电子束、辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、微波放电、滑动弧放电等。低温等离子体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，已被证实能可有效的用于含氮氧化物NOx、二氧化硫SO2、挥发性有机物VOCs等多种气态污染物的去除。黄立维提出一种有机废气的净化方法，利用电晕放电净化含氯、硫、氮和氟的有机物(中国专利00116307.8)；侯惠奇等提出一种低温等离子体工业废气处理技术，主要利用介质阻挡放电来降解有机污物以及硫化氢H2S、二硫化碳CS2、氟里昂等物质(中国专利97106747.3)。1988年法国人Lesueur H.和Czemichowski A.等提出了用气流驱动和冷却电弧的滑动弧放电装置(法国专利2639172)，后续研究发现该种滑动弧放电可处理气态有机污物，如净化含甲醛、甲苯、庚烷、四氯化碳、多环芳烃、碳黑颗粒等物质的有机废气(CzemichowskiA.，et al.Chemtech.1996，26(4)：45-49.；Krawczyk K.，et al.Plasma Chem.PlasmaProcess.2003，24(2)：155-167.；杜长明，等.中国电机工程学报.2006，26(1)：77-81.)，他们的产生技术是在至少2个电极间加上高电压并通过气流，利用气动力来推动电弧，使它向下游移动并形成脉冲放电，这种方法的缺点是电弧在放电空间分布不均匀、电弧放电与气流之间掺混不充分、形成的放电等离子体区域较小，从而导致有机废气处理能力小、净化率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种放电空间分布均匀、放电等离子体区域大、处理能力强的旋转放电低温等离子体有机废气净化装置。
本发明的所设计的旋转放电低温等离子体有机废气净化装置，包括旋转放电低温等离子体发生器、给低温等离子体发生器电极供电的交流高压电源4、向电极之间输入有机废气流的气路和动力风机2等。旋转放电低温等离子体发生器电极包括一圆锥状中心电极8、及环绕中心电极并与中心电极间隔的圆筒状外电极9，在外电极外设置的一个磁场线圈11；在两电极之间距离最小处13，外电极上设置一切向导气管3，致使有机废气流沿切线方向进入电极之间；为了提高有机废气的净化效率，可在中心电极的下游设置一附着光催化剂二氧化钛TiO2的催化剂载体15。
所述的交流高压电源4，为具有升压和限流功能的变压器，输出的电压控制在6-10kV范围内。
所述的中心电极8和外电极9之间的最小距离在1-5mm范围内；制作电极的材料可选用紫铜、黄铜等金属；两电极通过绝缘支座7来固定；分别通过螺杆6和5与高压线相连，接通交流高压电源4；两电极的具体尺寸根据低温等离子体产生装置功率及废气处理量的大小来确定。
所述的磁场线圈11通过直流磁场电源12供电，磁场电流可以连续调节，从而改变磁场强度；它采用螺旋管形状，套装在低温等离子体发生器的外9电极上。
所述的附着TiO2的载体，可以选用蜂窝陶瓷、玻璃球等材料。
旋转放电低温等离子体有机废气处理方法是：
1)打开动力风机2，利用管路中的阀门控制有机废气1的流量和流速，然后有机废气通过外电极上的切向导气管3沿切线方向进入电极之间；
2)接通交流高压电源4和直流磁场电源12，调节交流高压电源4的高压端输出电压，利用电极间的电位差形成放电电弧。这时电弧在切向有机废气流和磁场的双重驱动下绕中心电极8高速旋转，在旋转的同时被快速推向下游，由于越向下游，电极之间的距离越大，当达到一定距离时，电弧的热耗损使电弧由平衡态过渡到非平衡态，当电弧继续向下游移动时，电极间的距离进一步扩大，最后由于受电源功率的限制，电弧无法维持而熄灭；与此同时，电弧又在电极间的距离最小处点燃，并重复上述过程，形成脉冲式旋转电弧放电14，从而产生包含O、O2 -、O3、H、OH、HO2、NO等活性粒子、紫外线UV及其他成分的大面积旋转放电低温等离子体，有机废气中的有机污物在活性粒子氧化作用下降解为小分子有机物，甚至直接转化为二氧化碳和水等；当在中心电极的下游设有附着TiO2的催化剂载体15时，旋转放电等离子体产生含有UV的光线能够激发附着在载体上的TiO2的电子从价带跃迁至导带，形成具有强化学活性的电子一空穴对，并进一步诱导一系列氧化还原反应的进行，其中产生的空穴具有很强的得电子能力，可与TiO2表面的H2O发生反应生成羟基自由基OH，形成TiO2光催化反应，继续氧化分解未被等离子体降解的有机污物。
本发明所述的旋转放电低温等离子体装置可以应用于环境工程中的有机废气净化，有机废气可含有下列挥发性有机物中的一种或多种：1)烃类，包括烷烃(甲烷除外)、烯烃和芳烃等；2)含氧有机物，如醛、醇、酮及酯等；3)含氮有机物，如胺、酰胺和腈等；4)含卤有机物，包括卤代烃、酰氯等；5)含硫有机物，包括硫醇、硫醚、硫脲、硫酚及二硫化碳等。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图中：1有机废气，2动力风机，3导气管，4交流高压电源，5，6螺杆，7绝缘支座，8中心电极，9外电极，10排气口，11磁场线圈，12直流磁场电源，13电极之间距离最小处，14旋转电弧放电，15载体。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
参考附图，中心电极8和外电极9所用的材料分别为黄铜和紫铜；中心电极长120mm；外电极外直径60mm，厚4mm，长400mm；两电极之间最小处间隔4mm；磁场强度0.011T；有机废气1为含甲苯废气，浓度2000mg/m3，流量10.8m3/h；交流高压电源4的输出电压控制在10kV；实验过程中通过活性炭吸附二硫化碳解吸气相色谱法测定甲苯浓度。在中心电极的下游不设置附着TiO2的催化剂载体15时，甲苯去除率为56.4％；设置附着TiO2的蜂窝陶瓷载体15时，甲苯去除率为81.3％。
实施例2
参考附图，中心电极8和外电极9所用的材料分别为黄铜和紫铜；中心电极长120mm；外电极外直径60mm，厚4mm，长400mm；两电极之间最小处间隔4mm；磁场强度0.011T；有机废气1为含四氯化碳废气，浓度5500mg/m3，流量10.8m3/h；交流高压电源4的输出电压控制在10kV。在中心电极的下游不设置附着TiO2的催化剂载体15时，甲苯去除率为66.4％；设置附着TiO2的蜂窝陶瓷载体15时，甲苯去除率为88.4％。
实施例3
参考附图，中心电极8和外电极9所用的材料均为紫铜；中心电极长180mm；外电极外直径102mm，厚4mm，长500mm；两电极之间最小处间隔5mm；磁场强度0.03T；有机废气1为含二甲苯废气，浓度3000mg/m3，流量60m3/h；交流高压电源4的输出电压控制在10kV；实验过程中通过活性炭吸附二硫化碳解吸气相色谱法测定甲苯浓度。在中心电极的下游不设置附着TiO2的催化剂载体15时，甲苯去除率为50.1％；设置附着TiO2的蜂窝陶瓷载体15时，甲苯去除率为74.5％。

Claims (5)

1.一种旋转放电低温等离子体有机废气净化装置，其特征是包括：旋转放电低温等离子体发生器、给低温等离子体发生器电极供电的交流高压电源4、向电极之间输入有机废气流的气路和动力风机2等。旋转放电低温等离子体发生器电极包括一圆锥状中心电极8、及环绕中心电极并与中心电极间隔的圆筒状外电极9，在外电极外设置的一个磁场线圈11；在两电极之间距离最小处13，外电极上设置一切向导气管3，致使有机废气流沿切线方向进入电极之间；为了提高有机废气的净化效率，可在中心电极的下游设置一附着光催化剂二氧化钛TiO2的催化剂载体15。
2.据权利要求1所述的旋转放电低温等离子体有机废气净化装置，其特征在于：所述的交流高压电源4，为具有升压和限流功能的变压器，输出的电压控制在6-10kV范围内。
3.据权利要求1所述的旋转放电低温等离子体有机废气净化装置，其特征在于：所述的中心电极8和外电极9之间的最小距离在1-5mm范围内；制作电极的材料可选用紫铜、黄铜等金属；两电极的具体尺寸根据低温等离子体产生装置功率及废气处理量的大小来确定。
4.据权利要求1所述的旋转放电低温等离子体有机废气净化装置，其特征在于：所述的磁场线圈11通过直流磁场电源12供电，磁场电流可以连续调节，从而改变磁场强度。
5.据权利要求1所述的旋转放电低温等离子体有机废气净化装置，其特征在于：所述的附着TiO2的载体，可以选用蜂窝陶瓷、玻璃球等材料。
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