CN101920156A

CN101920156A - 一种两段式低温等离子体处理工业废气的装置及方法

Info

Publication number: CN101920156A
Application number: CN 201010230403
Authority: CN
Inventors: 冯卫强; 章旭明; 李晓颖; 闫克平; 朱继保; 李树然
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2010-12-22

Abstract

本发明公开了一种能够有效降低能耗和控制副产物的两段式低温等离子体废气净化装置，包括高速等离子体氧化器、气溶胶生长器和低速等离子体收集处理器，所述高速等离子体氧化器包括第一反应器和第一电源，所述低速等离子体收集处理器包括第二反应器和第二电源，所述气溶胶生长器前后与第一反应器和第二反应器分别连接。本发明还公开了一种使用上述两段式低温等离子体废气净化装置处理废气的方法，废气进入第一反应器进行氧化处理，得到的初步净化后的气体和固相副产物进入气溶胶生长器，固相副产物在气溶胶生长器中凝并、成长后被收集在第二反应器中，从而达到充分利用活性物质和去除副产物的目的，实现能耗低，无二次污染的效果。

Description

一种两段式低温等离子体处理工业废气的装置及方法

技术领域

本发明涉及气体污染物净化的领域，尤其涉及一种两段式低温等离子体处理工业废气的装置及方法。

背景技术

在工业废气处理方法中，低温等离子体技术与其他污染治理技术相比，具有能效高、处理流程短、占地面积小、气阻小、适用范围广等特点。等离子体技术被认为是实现复合污染物同时去除的有效途径之一。采用脉冲电晕放电和介质阻挡放电产生的等离子体区域平均电子能量达到10～12ev，局部场强达到150kV/cm，并伴随产生多种活性物质(如O，HO)，在高能电子和活性物质的作用下，气体污染物得以降解。

低温等离子体技术在净化大风量、低浓度废气时表现出独特的优势，但是现有的等离子体处理工艺在降解废气过程中会产生气溶胶固相副产物，这些固相副产物的浓度范围一般在10⁶个/cm³，粒径在1μm左右。这些副产物如若排放到大气中，会污染环境并损害人体健康。

中国发明专利申请CN101700462A公开了一种两段式低温等离子体废气净化装置及方法，包括高速干式等离子体氧化器、气溶胶生长器和低速湿式等离子体收集处理器，该专利中低速湿式等离子体收集处理器中采用循环液实现对固、气相副产物的捕集，反应从气相进入液相。但该专利技术方案存在一些不足，例如：①循环液会对设备造成腐蚀，不利于系统稳定可靠的运行；②循环液的消耗会增加成本；③采用循环液系统需要增加一些设备，如水泵、水槽等。

发明内容

为了克服现有的低温等离子体技术在降解废气过程中产生的固相副产物，本发明提供了一种两段式低温等离子体废气净化装置和方法，该装置和方法可以有效的收集固相副产物。

一种两段式低温等离子体废弃净化装置，包括高速等离子体氧化器、气溶胶生长器和低速等离子体收集处理器。

所述的高速等离子体氧化器包括相互连接的第一反应器和第一电源，其中第一反应器为线筒式等离子体反应器或介质阻挡式等离子体反应器；第一电源为脉冲电源或交流高压电源，其中脉冲电源为峰值电压在1～±120kV、脉宽在0.05～900μs、频率在1～2000Hz的正负脉冲高压电源，交流高压电源的峰～峰值电压在1～150kV、频率在1Hz～10MHz。高速等离子体氧化器中的废气流速在2～50m/s。

所述的低速等离子体收集处理器包括依次连接的第二电源和第二反应器，其中第二电源为直流高压电源或交直流叠加电源，直流高压电源为-150～150kV，交直流叠加电源峰值的电压在1～200kV、频率在1～2000Hz；第二反应器为针板式等离子体反应器。低速等离子体收集处理器的气流速度可调整在0.01～2m/s之间。低速等离子体收集处理器可对在高速等离子体处理器和气溶胶生长器中经荷电、凝并后的固相副产物进行收集，从而达到充分利用活性物质和去除二次污染物的目的，实现能耗低，无二次污染的效果。

第一反应器、气溶胶生长器和第二反应器依次连接。

气溶胶生长器可根据要处理的废气种类的不同而调整长度，气溶胶生长器为分别连接高速等离子体氧化器与低速等离子体收集处理器的容器，其作用主要是使在高速等离子体氧化器产生的固相副产物凝并、成长，以使固相副产物在低速等离子体收集处理器中易于捕集。

本发明还提供了一种两段式低温等离子体废气净化装置净化废气的方法，包括以下步骤：

a)氧化处理：将待处理的废气通入高速等离子体氧化器中的第一反应器(5)内进行氧化处理，废气被等离子体氧化，形成气溶胶固相副产物，气溶胶固相副产物在强电场作用下被荷电，得到初步净化后的气体和被荷电后的固相副产物；

b)凝并、成长：初步净化后的气体和被荷电的固相副产物在气溶胶生长器(2)中凝并、成长；

c)收集、处理：出气溶胶生长器的气体和凝并、成长后的固相副产物进入低速等离子体收集处理器，由第二反应器进一步净化废气并收集凝并、成长后的固相副产物，反应均在气相中进行，得到净化后的废气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用高速等离子器与低速等离子器相结合，在低速等离子体收集处理器中，初步净化后的气体及副产物的停留时间为0.3～10s，在高速等离子体处理器和气溶胶生长器中被荷电、凝并的固相副产物有足够的时间在第二反应器中被收集，从而达到充分利用活性物质和去除二次污染物的目的，实现能耗低，无二次污染的效果。同时与现有技术相比较，本发明装置设备简单，成本低，系统运行稳定可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明两段式低温等离子体废气净化装置示意图。

图1中：1-高速等离子体氧化器

2-气溶胶生长器

3-低速等离子体收集处理器

4-第一电源

5-第一反应器

6-第二电源

7-第二反应器。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明的两段式低温等离子体废气净化装置主要包括高速等离子体氧化器1、低速等离子体收集处理器3和置于高速等离子体氧化器1与低速等离子体收集处理器3之间的气溶胶生长器2。高速等离子体氧化器1由第一电源4和第一反应器5组成；低速等离子体收集处理器3由第二电源6和第二反应器7组成。

高速等离子体氧化器中的废气流速可在2～50m/s，它包括相互连接的第一反应器5和第一电源4，其中第一反应器5为线筒式反应器或介质阻挡反应器；第一电源4可为峰值电压在1～±120kV、脉宽在0.05～900μs、频率在1～2000Hz的正负脉冲高压电源或峰～峰值电压在1～150kV、频率在1Hz～10MHz的交流高压电源。废气被等离子过程产生的高能电子、O或OH自由基等活性物质轰击、氧化，气溶胶固相副产物开始形成并在强电场作用下被荷电；气溶胶生长器2可根据要处理的废气种类的不同，而调整长度在1～10米范围内，气溶胶生长器2为分别连接高速等离子体氧化器1与低速等离子体收集处理器3的容器，其作用主要是使在高速等离子体氧化器1产生的固相副产物凝并、成长，以使固相副产物在低速等离子体收集处理器3中易于捕集；低速等离子体收集处理器3的气流速度可调整在0.01～2m/s之间，它包括相互连接的第二反应器7和第二电源6，其中第二反应器7为针板式反应器，第二电源6可为-150～150kV的直流高压电源或峰值电压在1～200kV、频率在1～2000Hz的交直流叠加电源，低速等离子体收集处理器3可对在高速等离子体处理器1和气溶胶生长器2中经荷电、凝并后的固相副产物进行收集，从而达到充分利用活性物质和去除二次污染物的目的，实现能耗低，无二次污染的效果。

以下是采用本发明的两段式低温等离子体废气净化装置对挥发性有机气体苯乙烯进行处理的具体实例。苯乙烯的初始浓度100ppm，气量为305Nm³/h，温度为35℃，所用的电源运行参数为：第一电源为脉冲电源，峰值电压为40kV，脉冲上升沿为7.5μs，频率为120Hz；第二电源为直流高压电源，电压为-34KV。处理时间为30min。具体步骤如下：

(1)废气进入高速等离子体氧化器1的第一反应器5进行氧化处理，得到初步净化后的气体和固相副产物，所述固相副产物被荷电；

(2)初步净化后的气体和固相副产物进入气溶胶生长器2中，所述被荷电的固相副产物在气溶胶生长器中凝并、成长；

(3)初步净化后的气体和凝并、成长后的固相副产物进入由第二反应器7和第二电源6组成的低速等离子体收集处理器，由第二反应器进一步净化废气并收集凝并、成长后的固相副产物。

结果显示：当相对湿度为40％时，使用两段式低温等离子体废气净化装置比单独采用高速等离子体氧化器装置去除率提高了42％，比单独采用低速等离子体收集处理器装置去除率提高了34％；当相对湿度为60％时，使用两段式低温等离子体废气净化装置比单独采用高速等离子体氧化器装置去除率提高了40％，比单独采用低速等离子体收集处理器装置去除率提高了30％。使用两段式低温等离子体废气净化装置比仅采用单段式等离子废气净化装置能量效率均提高10％以上，在废气净化中产生的气、固相副产物被有效去除并达到国家排放标准，效果显著。

本发明可广泛应用到单一或多种混合有机废气和工业中产生的臭气、NOx等的处理，是一种低能耗，无二次污染的净化新工艺。

Claims

1.一种两段式低温等离子体废气净化装置，包括高速等离子体氧化器(1)、气溶胶生长器(2)和低速等离子体收集处理器(3)，其特征在于：所述的高速等离子体氧化器(1)为带有第一电源(4)的第一反应器(5)；所述的低速等离子体收集处理器(3)为带有第二电源(6)的第二反应器(7)；所述的气溶胶生长器(2)的两端分别与第一反应器(5)和第二反应器(7)相连接。

2.根据权利要求1所述的两段式低温等离子体废气净化装置，其特征在于：所述的第一反应器(5)为线筒式反应器或介质阻挡反应器；所述的第一电源(4)为脉冲电源或交流高压电源。

3.根据权利要求1所述的两段式低温等离子体废气净化装置，其特征在于：所述的第二反应器(7)为针板式反应器，所述的第二电源(6)为直流高压电源或交直流叠加电源。

4.一种使用权利要求1所述的两段式低温等离子体废气净化装置净化废气的方法，其特征在于：

包括以下步骤：

a)氧化处理：将待处理的废气通入高速等离子体氧化器(1)内进行氧化处理，废气被等离子体氧化，形成气溶胶固相副产物，气溶胶固相副产物在强电场作用下被荷电，得到初步净化后的气体和被荷电后的固相副产物；

c)收集、处理：出气溶胶生长器(2)的气体和凝并、成长后的固相副产物进入低速等离子体收集处理器(3)，凝并、成长后的固相副产物被收集处理，得到净化后的废气。

5.根据权利要求4所述的使用权利要求1所述的两段式低温等离子体废气净化装置净化废气的方法，其特征在于：所述的步骤a)中的废气流速为2～50m/s；所述的步骤c)中的废气流速为0.01～2m/s。