CN103084048B - 准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法与装置，所用反应器包括四层石英介质层，分别为由内向外依次设置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管，内电极设置在第一石英管内，外电极设置在第三石英管外侧面；第一石英管与第二石英管之间的空间为A区反应区；第三石英管的上、下两端端口烧结在第二石英管的外侧面，从而第二石英管与第三石英管之间形成密闭的环形空腔，该密闭的环形空腔为气体填充B区；第四石英管与第三石英管之间的空间为C区反应区；经过A区的气体在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下发生一系列复杂的物理、化学反应而被降解，经过C区的气体在紫外辐射下发生光解。
Description
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法与装置。
背景技术
随着科技发展，废气的处理方法越来越多，目前废气的处理方法有吸收法、吸附法、催化氧化法、光催化法和等离子体技术等。在当今倡导清洁生产、节约资源的形势下，无需化学品、无需耗用大量水和能源、成本低和对环境友好的低温等离子体技术颇具吸引力。
等离子体是继固态、液态、气态之后被称为物质的第四态，它是气体在放电过程中产生的包括大量正负带电粒子、电子和中性粒子以及自由基组成的表现出集体行为的一种准中性气体。在这个体系中如果电子的温度和重粒子的温度差不多，则为高温等离子，或称为平衡态等离子体；如果电子的温度远远大于重粒子的温度，整个体系呈现一种常温状态，此时产生的等离子体为低温等离子体，也称非平衡态等离子体，一般气体放电产生的等离子体属于这一类型。
产生低温等离子体的方式有介质阻挡放电（Dielectric barrier discharge,以下简称DBD）、辉光放电、电晕放电、微波放电和射频放电等。目前已有文献报道介质阻挡放电产生的等离子体可用于降解挥发性有机化合物（VOCs）、温室气体、氟氯烃化合物和烟气脱硫脱硝等；但是这些研究大部分是基础研究，应用研究相对较少。目前产业化应用只查阅到两例，一是Fujistu公司用DBD处理二噁英气体；二是DBD用于上海月季化纤有限公司的硫化氢和二硫化碳废气的工业化治理。
DBD等离子体降解废气的产业化应用没有得到有效推广的主要原因是能量利用率低、外施电压高（一般要大于9000V）和电源寿命短。因此，很多学者开始从单独DBD等离子体降解污染物转向DBD与其它技术联合降解污染物的研究，包括：DBD-催化、DBD-UV、DBD-O3等。然而，上述这些联合降解技术需额外加入一些物质或设备，使得体系变得复杂化，要想将两者紧密地结合在一起发挥作用在实际应用中存在一定困难。
例如中国专利文献CN 201969473U（申请号201120053678.8）公开了一种UV等离子废气净化器，包括主壳体，主壳体的前、后端分别设有主进气口、主出气口；所述主壳体的内部从主进气口到主出气口依次设有进气段、UV净化段、等离子体净化段、出气段；UV净化段内设有若干个呈阵列排布的紫外线灯管以及用于所述紫外线灯管启动的若干个镇流器；等离子体净化段包括至少一个等离子体废气净化装置。可见这种DBD-UV联合降解技术为了将UV与等离子体联合降解废气，增加了UV净化段的设备，使得整个净化体系复杂化。
因此，开发一项污染物降解效率高、能量利用率高、设备简单的新型等离子体降解废气技术非常必要。
中国专利文献CN 100540121C（申请号200610028018.8）公开了一种双等离子体处理工业废气的方法与装置，该方法由原来的双层石英介质改为三层石英介质层，使三层石英介质分隔形成两个放电区域即常压气体放电区和低压气体紫外辐射区；工业废气由常压气体放电区进入系统，经过低压气体紫外辐射区，实现去除污染物、净化气体的效果。该方法比等离子体单独降解废气时能率提高了30%左右。但是该专利中紫外光区域在内侧（电场强），等离子体在外侧，电能主要用于产生紫外辐射，削弱了等离子体降解废气的效果，能量利用率很难达到最优化。同时，紫外区域在内侧，灯管表面温度高，介质容易击穿而导致灯管寿命缩短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用一个电源同时产生等离子体和准分子紫外辐射，耦合一体化降解废气的方法与装置。
实现本发明第一目的的技术方案是一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，所用反应器包括四层石英介质层、内电极、外电极和高压电源。
所述四层石英介质层包括同轴线的、由内向外依次设置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管；内电极设置在第一石英管内，外电极设置在第三石英管外侧面。
第一石英管与第二石英管之间的空间为A区反应区；第三石英管的上、下两端端口烧结在第二石英管的外侧面，从而第二石英管与第三石英管之间形成密闭的环形空腔，该密闭的环形空腔为气体填充B区；第四石英管与第三石英管之间的空间为C区反应区。
抽真空后，向气体填充B区充入稀有气体或者稀有气体-卤素混合气体或者汞-卤素混合气体；接通高压电源后，气体填充B区的气体被激发产生准分子紫外光向A区反应区和C区反应区辐射，A区反应区内气体放电产生等离子体。
待降解的废气全部经过A区反应区，在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解；或者待降解的废气分流进入A区反应区和C区反应区，进入A区反应区的气体在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解，进入C区反应区的气体在准分子紫外辐射下进行光解；气体从A区反应区或C区反应区流出后，由引风机抽出排放。
作为优选的，当处理难降解的废气时，待降解的废气全部进入A区反应区，同时向C区反应区通入空气，空气在紫外光作用下分解为活性粒子；从C区反应区流出的气体与A区反应区处理后流出的废气混合时，活性粒子与A区反应区处理后的废气进一步反应，使得A区反应区流出的气体得到进一步降解。
优选的，从废气发生器或者废气储气罐流出的待降解的废气经过旋风分离装置初步混合，再经过多孔分流后进入A区反应区或C区反应区进行降解。
所述高压电源为中频脉冲方波电源，放电电压在0kV～15kV范围内可调。
上述气体填充B区充入的稀有气体为Xe2；气体填充B区充入的稀有气体-卤素混合气体为Ar/F2、Kr/Cl2、Kr/Br2或Kr/I2的混合气体；气体填充B区充入的汞-卤素混合气体为Hg/F2或Hg/Cl2的混合气体。
实现本发明第二目的的技术方案是一种如上所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法所用的装置，包括集气罩、气体分配器、反应器和引风机；集气罩包括第一集气罩和第二集气罩；气体分配器包括第一气体分配器和第二气体分配器；第一集气罩、第一气体分配器、反应器、第二气体分配器和第二集气罩由下向上依次设置。
第一集气罩的进气口与待降解气体的废气发生器出气口或者储气罐相连，第一集气罩的的出气口与第一气体分配器的进气口相连；反应器设置在第一气体分配器和第二气体分配器之间；第二集气罩安装固定在第二气体分配器上方，第二集气罩的进气口与第二气体分配器的所有出气口相连通；引风机的进气端口与第二集气罩的出气口相连。
所述反应器包括四层石英介质层、内电极、外电极和高压电源；所述四层石英介质层包括同轴线的、由内向外依次设置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管；内电极设置在第一石英管内，外电极设置在第三石英管外侧面。
第二石英管和第三石英管的紫外光的透过率达85%以上；第一石英管和第四石英管的紫外光的透过率＜40％。第一石英管的壁厚为1～2mm，第四石英管的壁厚为1～2mm。
第一石英管的两端封闭，通过支撑架固定在第二石英管内部。所述支撑架的主体为一圆板。支撑架包括安装孔和通气孔，安装孔设置在支撑架的主体中央且与支撑架的主体同轴；通气孔设置在安装孔的外周。
支撑架与第二石英管的内壁紧配合；第一石英管与支撑架的安装孔紧配合，从而第一石英管通过支撑架固定在第二石英管52内部。
第一石英管与第二石英管之间的空间为A区反应区；第三石英管的上、下两端端口烧结在第二石英管的外侧面，从而第二石英管与第三石英管之间形成密闭的环形空腔，该密闭的环形空腔为气体填充B区，气体填充B区内充有稀有气体或者稀有气体-卤素混合气体或者汞-卤素混合气体；第四石英管与第三石英管之间的空间为C区反应区。
第一气体分配器设有A区进气通孔和C区进气通孔，第二气体分配器设有A区出气通孔和C区出气通孔；第一气体分配器的A区进气通孔与A区反应区和第二气体分配器的A区出气通孔相连通，第一气体分配器的C区进气通孔与C区反应区和第二气体分配器的C区出气通孔相连通。
优选的，第一气体分配器还包括空气通道；空气通道的进气端与空气管）相连，空气管上设有阀门；空气通道的出气口与C区反应区相连通。
作为优选的，第一气体分配器的C区进气通孔的出口上方和空气通道的出气口上方还设有多孔筛板。
所述多孔筛板为环形，多孔筛板的圆周方向设置一圈通气孔，多孔筛板的通气孔设置在反应器的C区反应区下方；第一气体分配器的C区进气通孔通过多孔筛板的通气孔与反应器的C区反应区相连通；空气通道的出气口通过多孔筛板的通气孔与反应器的C区反应区相连通。
作为优选的，第一气体分配器的进气口下方还设有旋风分离装置；第一集气罩的出气口与旋风分离装置的进气口相连，旋风分离装置的出气端口与第一气体分配器的进气口相连通。
上述第一石英管的内壁紧贴一层卷制的金属片作为内电极，或者第一石英管的内部填满金属粉末作为内电极。
第三石英管的外侧面上缠绕片状金属作为外电极，或者第三石英管的外侧面上包裹金属网作为外电极。
所述高压电源为中频脉冲方波电源，放电电压在0kV～15kV范围内可调。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的装置包括由内外向同轴线设置的四层石英介质层，第三石英介质层的两端烧结固定在第二石英介质层的外侧表面上，从而第三石英介质层与第二石英介质层之间形成密封的环形空腔，环形空腔内根据所要处理的废气种类填充具有一定压力的稀有气体、稀有气体与卤素或汞蒸汽与卤素的混合气体。作为第三石英介质层的石英套管外缠绕作为外电极的片状金属或包裹作为外电极的网状金属，第一石英介质层内壁紧贴一层金属片或填满金属粉末作为内电极。
接通电源后，在高压电源激发下，内外电极之间产生介质阻挡放电等离子体和准分子紫外辐射，流经第一石英介质层和第二石英介质层之间（A区反应区）的废气在介质阻挡放电等离子体和准分子紫外辐射的协同作用下降解；达到最佳的污染物去除率。
与此同时，第三石英介质层和第四石英介质层之间（C区反应区）还存在准分子紫外辐射，流经C区的废气在准分子紫外辐射作用下被降解。
因此，本发明的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化废气降解的装置中，准分子紫外辐射可以单独降解废气；也可以作为光电离剂，与等离子体耦合，降低气体击穿电压，提高能量利用率。
（2）本发明的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的装置的反应器进气端设有分流式气体分配器，可以实现废气以分流或不分流的模式进入反应器。
C区进气口由活塞关闭后，废气不分流进入反应器的A区反应区进行紫外辐射/等离子体联合降解。C区进气口的活塞打开后，废气通过气体分配器分成两路进入A区反应区和C区反应区，进入A区反应区的气体在紫外辐射与等离子体的联合作用下降解；进入C区反应区的气体在紫外辐射的作用下降解。
（3）当所要处理的废气比较难降解时，C区进气口由活塞关闭，空气通道阀门开启，通入空气至C区，废气通过气体分配器进入A区进行紫外辐射/等离子体联合降解，空气通过气体分配器和多孔筛板进入C区在紫外辐射下解离。
C区通入空气可以起到两个作用：一是降低准分子灯表面的温度，使灯管持续发光；二是空气在紫外光作用下分解为活性粒子，包括O·、·OH和O3等，与A区处理后的废气在第二集气罩内混合时反应，从而使A区气体得到进一步降解。
（4）本发明的装置的内外电极通过三层介质分开，可以通过改变电极材料和电极形状改变介质阻挡放电的效果和准分子灯的光效，最大程度提高能量利用率。
（5）本发明待处理的废气通过旋风分离装置+气体分配器两级混合，实现均匀进气，保证处理效果稳定。
（6）本发明中装置的四层石英介质层通过支撑架、第一气体分配器和第二气体分配器实现同轴，材质均为耐高温、性质稳定的聚四氟乙烯。支撑架形状为多孔圆环形，既可保证最内层石英管和外层石英套管同轴，又可使气体均匀通过A区反应区。
（7）本发明的装置结构简单、占地面积少、准分子紫外辐射波长范围宽（λ=108-345nm）、紫外灯寿命长、能量利用率高、废气处理效果好、应用范围广，可用于多种废气的治理。
附图说明
图1为本发明的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的装置示意图；
图2为图1中的反应器的俯视图；
图3为图1中的第一气体分配器的立体示意图；
图4为图1中的支撑架的俯视图；
图5为图1中的多孔筛板的俯视图；
图6为本发明的装置只有A区通待降解气体时的工作原理图；
图7为本发明的装置A区和C区同时通待降解气体时的工作原理图；
图8为本发明的装置A区通待降解气体、C区通空气时的工作原理图；
图9为本发明的废气降解工艺流程图；
上述附图中的标记如下：
集气罩1，第一集气罩11，第二集气罩12；
旋风分离装置2，进气口21；
第一气体分配器3，主体31，盲孔32，圆柱基台33-1，圆环柱体33-2，环形槽34，环形凸台35，A区进气通孔36，空气通道37，出气口37-1，空气管37-2，阀门37-3，C区进气通孔38，活塞通道39，活塞39-1；
第二气体分配器4，主体41，A区出气通孔42，C区出气通孔43；
反应器5，第一石英管51，第二石英管52，第三石英管53，第四石英管54，气体填充区55，支撑架56，安装孔56-1，通气孔56-2；
内电极61，外电极62，高压电源63；
多孔筛板7，通气孔71。
具体实施方式
（实施例1、准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的装置）
见图1，本实施例的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的装置包括集气罩1、旋风分离装置2、气体分配器、反应器5和引风机。集气罩1包括第一集气罩11和第二集气罩12；气体分配器包括第一气体分配器3和第二气体分配器4。第一集气罩11、旋风分离装置2、第一气体分配器3、反应器5、第二气体分配器4和第二集气罩12由下向上依次设置。
第一集气罩11的进气口与待降解气体的废气发生器出气口或者储气罐相连，第一集气罩11的的出气口与旋风分离装置2的进气口21相连。旋风分离装置2设置在第一集气罩11的内部，旋风分离装置2由其上方的安装座固定在第一集气罩11的上方安装台上从而由第一集气罩11支撑并固定在第一集气罩11上。
第一气体分配器3由其下部固定在旋风分离装置2的出气端口上，第一气体分配器3下端的进气口与旋风分离装置2的出气端口相连通。
见图3，第一气体分配器3包括主体31、盲孔32、圆柱基台33-1、圆环柱体33-2、环形槽34、环形凸台35、A区进气通孔36、空气通道37、C区进气通孔38、活塞通道39和多孔筛板7。
主体31为圆柱体形，从主体31的上底面向下设有盲孔32；盲孔32与主体31同轴线。盲孔32的中央设有与盲孔32同轴线的圆柱基台33-1和圆环柱体33-2；所述圆柱基台33-1为一圆柱体；圆环柱体33-2的与圆柱基台33-1相连接的下底面为圆环，由该圆环沿着圆柱基台的轴线向上延伸即得圆环柱体33-2。圆柱基台33-1和圆环柱体33-2一体成型，圆柱基台33-1和圆环柱体33-2的外径相同。
盲孔32的孔壁与圆柱基台33-1和圆环柱体33-2的外侧面之间形成环形槽34，也即环形槽34的内侧槽壁为圆柱基台33-1和圆环柱体33-2的外侧面，外侧槽壁为盲孔32的孔壁。环形凸台35沿着盲孔32的孔壁设置在环形槽34内，从而环形凸台35与环形槽34之间形成一台阶。
A区进气通孔36以筛孔状分布设置在圆环柱体33-2所对应的主体31部分，A区进气通孔36从圆柱基台33-1的上表面向下贯穿主体31，各A区进气通孔36的轴线与主体31的轴线平行。A区进气通孔36的上端出气口均位于圆环柱体33-2的内部。
见图1和图3，空气通道37设置在主体31内部的左侧，空气通道37由径向设置的一段通道和轴向设置的一段通道连接组成。轴向设置的通道的出口位于环形槽34内并与外界相通，该出口也是空气通道37的出气口37-1。
空气通道37的径向设置的通道的进气端为空气通道37的进气端，空气通道37的进气端与空气管37-2相连，空气管37-2上设有阀门37-3。空气管37-2与气泵相连。
C区进气通孔38设置在主体31的右侧，C区进气通孔38的轴线与主体31的轴线平行并完全贯穿主体31；C区进气通孔38的出气端口位于环形槽34内。
活塞通道39沿着径向设置在主体31内，活塞通道39与C区进气通孔38相连通。活塞通道39内设有活塞39-1；当活塞39-1由右向左运动到达最左端时，活塞39-1将C区进气通孔38堵住；而当活塞39-1向右运动时，C区进气通孔38恢复畅通。
空气通道37的出气口37-1上方和C区进气通孔38上方设置多孔筛板7。见图5，所述多孔筛板7为环形，沿着多孔筛板7的圆周方向设置一圈通气孔71。多孔筛板7的外径与主体31的盲孔32的直径相同或略小于主体31的盲孔32的直径；多孔筛板7的中央孔径与主体31的圆柱基台33-1的外径相同或略大于圆柱基台33-1的外径。
见图1，多孔筛板7套在主体31的圆柱基台33-1外侧，并且固定设置在环形凸台35上。从空气通道37的出气口37-1流出的空气经过多孔筛板7的通气孔71后流入C区，在紫外辐射作用下解离。
从C区进气通孔38的出气端口流出的废气经过多孔筛板7的通气孔71后进入C区。废气在经过多孔筛板7时得到进一步混合。
见图1，第二气体分配器4包括主体41，盲孔、圆环柱体、环形槽、A区出气通孔42和C区出气通孔43。
主体41为圆柱体形，从主体41的下底面向上设有盲孔，盲孔与主体41同轴线。第二气体分配器4的主体41的盲孔直径与第一气体分配器3的主体31的盲孔32的直径相同，也与第一气体分配器3的环形凸台35的外径相同。
主体41的盲孔的中央设有与盲孔同轴线的圆环柱体；第二气体分配器4的主体41的圆环柱体的内径与第一气体分配器3的主体31的圆环柱体33-2的内径相同。
盲孔的孔壁与圆环柱体的外侧面之间形成环形槽，也即环形槽的内侧槽壁为圆环柱体的外侧面，外侧槽壁为盲孔的孔壁。
A区出气通孔42以筛孔状分布设置在圆环柱体所对应的主体41部分，A区出气通孔42从圆环柱体的上底面所在平面向上贯穿主体41，各A区出气通孔42的轴线与主体41的轴线平行。A区出气通孔42的下端进气口均位于圆环柱体的内部。
C区出气通孔43位于环形槽所对应的主体41部分，C区出气通孔43上下贯穿主体41。
第二集气罩12安装固定在第二气体分配器4上方，第二集气罩12的进气口与第二气体分配器4的所有出气口相连通。引风机（图中未画出）的进气端口与第二集气罩12的出气口相连通。
反应器5设置在第一气体分配器3和第二气体分配器4之间，且反应器5设置在第一气体分配器3的多孔筛板7的上方。
反应器5包括四层石英介质层、内电极61、外电极62和高压电源63。
见图2，所述四层石英介质层包括同轴线的、由内向外依次设置的第一石英管51、第二石英管52、第三石英管53和第四石英管54。第二石英管52和第三石英管53的紫外光（200nm附近）的透过率达85%以上；第一石英管51和第四石英管54采用国产石英管，其紫外光（200nm附近）的透过率＜40%。第一石英管51的壁厚为1～2mm，第四石英管54的壁厚为1～2mm。
第二石英管52的两端敞口，第二石英管52的外径与第一气体分配器3的圆环柱体33-2的内径相同。第二石英管52的下端套装在第一气体分配器3的圆环柱体33-2内，第二石英管52的上端套装在第二气体分配器4的圆环柱体内；从而第二石英管52固定在第一气体分配器3和第二气体分配器4之间。
第一石英管51的两端封闭，通过支撑架56固定在第二石英管52内部。见图4，所述支撑架56的主体为一圆板。支撑架56包括安装孔56-1和通气孔56-2，安装孔56-1设置在支撑架56的主体中央且与支撑架56的主体同轴；通气孔56-2设置在安装孔56-1的外周。
支撑架56与第二石英管52的内壁紧配合；第一石英管51与支撑架56的安装孔56-1紧配合，从而第一石英管51通过支撑架56固定在第二石英管52内部。
第一石英管51与第二石英管52之间的空间为A区反应区，所述A区反应区为准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解区。
支撑架56不仅使得第一石英管51与第二石英管52同轴，而且其上设置的通气孔56-2使得废气均匀通过A区反应区。
第三石英管53套装在第二石英管52外，第三石英管53的上、下两端端口烧结在第二石英管52的外侧面，从而第二石英管52与第三石英管53之间形成密闭的环形空腔，将该密闭的环形空腔作为气体填充B区。
气体填充B区内根据待降解废气的种类填充不同的气体，例如Xe2、Ar/F2、Kr/Cl2、Kr/Br2、Kr/I2、Hg/F2或Hg/Cl2等，以产生不同波长的准分子紫外辐射，与等离子体耦合降解废气。
第四石英管54的两端敞口，第四石英管54的外径与第一气体分配器3的盲孔32的直径相同。第四石英管54的的下端套装在第一气体分配器3的盲孔32内，并且支撑在环形凸台35上；第四石英管54的的上端套装在第二气体分配器4的盲孔内；从而第四石英管54固定在第一气体分配器3和第二气体分配器4之间。
第四石英管54与第三石英管53之间的空间为C区反应区，所述C区反应区为准分子紫外辐射降解区。
内电极61设置在第一石英管51的内部，第一石英管51的内壁紧贴一层卷制的金属片作为内电极61，或者第一石英管51的内部填满金属粉末作为内电极61；本实施例中是将第一石英管51的内部填满金属粉末作为内电极61。
外电极62设置在第三石英管53的外侧面上。第三石英管53的外侧面上缠绕片状金属作为外电极62，或者第三石英管53的外侧面上包裹金属网作为外电极62。外电极62与内电极61同轴线设置，使得放电更均匀。
外电极62、内电极61与高压电源63连通。所述高压电源63为中频脉冲方波电源，放电电压在0～15kV范围内可调。在高压电源63激发下，内外电极之间产生介质阻挡放电等离子体和准分子紫外辐射，流经A区反应区的废气在两者作用下降解，流经C区反应区的废气或空气在准分子紫外辐射作用下发生解离。
本实施例中为了使得装置结构简单，也可也不设置旋风分离装置2，将第一气体分配器3的进气口直接与第一集气罩11的出气口相连。但是待处理的废气通过旋风分离装置+气体分配器两级混合，可以实现均匀进气，保证处理效果更加稳定。
准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的装置使用时，首先对第二石英管52与第三石英管53之间的气体填充B区抽真空，然后充入一定压力的根据待降解气体而选择的稀有气体（Xe2）、稀有气体-卤素（Ar/F2、Kr/Cl2、Kr/Br2或Kr/I2）或汞-卤素（Hg/F2或Hg/Cl2）混合气体。
另外，通过改变气体填充B区内填充气体的配比和总压，可以改变高压电源63用于激发等离子体和准分子辐射的能量分配，最大程度地提高废气降解效果和能率。
打开引风机，引风机将待降解废气抽入反应器5内，待降解废气经过旋风分离装置2混合后经过第一气体分配器3时，分流进入反应器5的A区反应区和C区反应区，或者仅进入A区反应区，经反应器5反应后气体在第二集气罩12内再次混合，然后由引风机抽出排放。
（实施例2、准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法）
本实施例的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法使用实施例1所述的装置。
见图9，准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的流程为：废气发生器或废气储气罐出来的废气经过旋风分离装置2初步混合，再经过第一气体分配器3进一步混合均匀后，在引风机作用下进入准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化反应器5内进行净化。在反应器5的出口距离反应器1m的地方，设置采样口，反应后的气体通过在线气体分析仪器检测其浓度，降解达标后的气体通过排气管排出。
见图6，本实施例降解流动态模拟苯乙烯废气，初始浓度为1265mg/m3，降解废气的方法具体包括以下步骤：
①对第二石英管52与第三石英管53之间的气体填充B区抽真空，然后向其中填充Kr 200torr和I2 6mg后密封。
②关闭与空气通道37连接的空气管37-2的阀门37-3，并且将活塞39-1由外向内推进以关闭C区进气通孔38。
③打开高压电源63，调节外施电压9.0kV。气体填充B区的混合气体被激发产生准分子紫外光向A区和C区辐射；准分子紫外辐射波长为206nm。随着电压进一步升高，A区内气体放电产生等离子体，所述等离子体由高能电子、活性粒子和正负离子等组成。
④打开与第二集气罩12相连的引风机，苯乙烯废气从废气发生器出气口流出，经过旋风分离装置2混合后，从第一气体分配器3的A区进气通孔36进入第二石英管52内的A区反应区；苯乙烯废气的流量为3.26m3/h。
气体经过第一石英管51与第二石英管52之间的A区反应区时，在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下发生一系列复杂的物理、化学反应而被降解。
A区反应区的气体从第二气体分配器4的A区出气通孔42流出后，在第二集气罩12内混合后由引风机抽出。经反应器5上方的采样口采样后，在线气体分析仪器检测显示苯乙烯气体在外施电压9.0kV时去除效率达84.4%，比传统的介质阻挡放电的去除率提高了20.6%，能率提高了5.7g/(kW·h)。
（实施例3、准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法）
本实施例所降解的是模拟流动态二甲胺废气，初始浓度1800mg/m3。
见图7，本实施例的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法其余与实施例2相同，不同之处在于：
步骤①中，向第二石英管52与第三石英管53之间的气体填充B区填充Kr 200torr和Br25torr。
步骤②中，关闭与空气通道37连接的空气管37-2的阀门37-3，并且将活塞39-1打开使得C区进气通孔38畅通。
步骤③中，打开高压电源63，调节外施电压7.5kV；准分子紫外辐射波长为207nm。
步骤④中，二甲胺废气的流量为41.1m3/h。二甲胺废气的一部分从A区进气通孔36进入第二石英管52内的A区反应区；二甲胺废气的另一部分进入C区进气通孔38，经过多孔筛板7后进入第四石英管54与第三石英管53之间的C区反应区。
进入A区反应区的二甲胺废气在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下发生一系列复杂的物理、化学反应而被降解；进入C区反应区的二甲胺废气在紫外辐射下发生光解。
从A区反应区流出的气体与从C区反应区流出的气体在第二集气罩12内混合后由引风机抽出。经反应器5上方的采样口采样后，在线气体分析仪器检测显示二甲胺废气在外施电压7.5kV时去除效率达90.5%，能率为658.6g/(k W·h)。
（实施例4、准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法）
本实施例所降解的是模拟流动态N,N二甲基甲酰胺（DMF）废气，初始浓度为1200mg/m3。
见图7，本实施例的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法其余与实施例3相同，不同之处在于：
步骤①中，向第二石英管52与第三石英管53之间的气体填充B区填充Kr 200torr和Cl2 5torr。
步骤③中，打开高压电源63，调节外施电压7.5kV；准分子紫外辐射波长为222nm。
步骤④中，N,N二甲基甲酰胺废气的流量为35.1m3/h。气体分成两路进入A区反应区和C区反应区分别进行降解。
从A区反应区流出的气体与从C区反应区流出的气体在第二集气罩12内混合后由引风机抽出。经反应器5上方的采样口采样后，在线气体分析仪器检测显示N,N二甲基甲酰胺废气在外施电压6.0kV时去除效率达67.5%，能率为45.3g/(k W·h)。
（实施例5、准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法）
本实施例所降解的是模拟流动态甲苯废气，初始浓度为1200mg/m3。
见图7，本实施例的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法其余与实施例3相同，不同之处在于：
步骤①中，向第二石英管52与第三石英管53之间的气体填充B区填充Xe2。
步骤③中，打开高压电源63，外施电压12.0kV；准分子紫外辐射波长为172nm。
步骤④中，甲苯废气的流量为35.1m3/h。气体分成两路进入A区反应区和C区反应区分别进行降解。
从A区反应区流出的气体与从C区反应区流出的气体在第二集气罩12内混合后由引风机抽出。经反应器5上方的采样口采样后，在线气体分析仪器检测显示甲苯废气在外施电压12.0kV时去除效率达69.5%，能率为29.3g/(k W·h)。
（实施例6、准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法）
本实施例所降解的是模拟流动态苯乙烯废气，初始浓度为1265mg/m3。
见图8，本实施例的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法其余与实施例2相同，不同之处在于：
步骤②中，打开与空气通道37连接的空气管37-2的阀门37-3；并且将活塞39-1由外向内推进以关闭C区进气通孔38。
步骤④中，向C区反应区通入空气；苯乙烯废气从第一气体分配器3的A区进气通孔36进入A区反应区。
进入A区反应区的苯乙烯废气在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下发生一系列复杂的物理、化学反应而被降解。
向C区反应区通入空气可以起到两个作用：一是降低第三石英管53表面的温度，使第二石英管52与第三石英管53组成的准分子灯灯管持续发光；二是空气在紫外光作用下分解为活性粒子，包括O·、·OH和O3等；从C区反应区流出的气体与A区反应区处理后的废气在第二集气罩12内混合时，活性粒子与A区反应区处理后的废气进一步反应，使得A区反应区流出的气体得到进一步降解。
经反应器5上方的采样口采样后，在线气体分析仪器检测显示苯乙烯气体在外施电压9.0kV时去除效率达90.4%，比传统的介质阻挡放电的去除率提高了25.6%，能率提高了15.7g/(k W·h)。
Claims (5)
1.一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于：所用反应器（5）包括四层石英介质层、内电极（61）、外电极（62）和高压电源（63）；
所述四层石英介质层包括同轴线的、由内向外依次设置的第一石英管（51）、第二石英管（52）、第三石英管（53）和第四石英管（54）；内电极（61）设置在第一石英管（51）内，外电极（62）设置在第三石英管（53）外侧面；
第一石英管（51）与第二石英管（52）之间的空间为A区反应区；第三石英管（53）的上、下两端端口烧结在第二石英管（52）的外侧面，从而第二石英管（52）与第三石英管（53）之间形成密闭的环形空腔，该密闭的环形空腔为气体填充B区；第四石英管（54）与第三石英管（53）之间的空间为C区反应区；
抽真空后，向气体填充B区充入稀有气体或者稀有气体-卤素混合气体或者汞-卤素混合气体；接通高压电源（63）后，气体填充B区的气体被激发产生准分子紫外光向A区反应区和C区反应区辐射，A区反应区内气体放电产生等离子体；
待降解的废气全部经过A区反应区，在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解；或者待降解的废气分流进入A区反应区和C区反应区，进入A区反应区的气体在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解，进入C区反应区的气体在准分子紫外辐射下进行光解；气体从A区反应区或C区反应区流出后，由引风机抽出排放。
2.根据权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于：待降解的废气全部进入A区反应区时，向C区反应区通入空气，空气在紫外光作用下分解为活性粒子；从C区反应区流出的气体与A区反应区处理后流出的废气混合时，活性粒子与A区反应区处理后的废气进一步反应，使得A区反应区流出的气体得到进一步降解。
3.根据权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于：从废气发生器或者废气储气罐流出的待降解的废气经过旋风分离装置（2）初步混合，再经过多孔分流后进入A区反应区或C区反应区进行降解。
4.根据权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于：所述高压电源（63）为中频脉冲方波电源，放电电压在0kV～15kV范围内可调。
5.根据权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于：气体填充B区充入的稀有气体为Xe2；气体填充B区充入的稀有气体-卤素混合气体为Ar/F2、 Kr/Cl2、 Kr/Br2或 Kr/I2的混合气体；气体填充B区充入的汞-卤素混合气体为Hg/F2或Hg/Cl2的混合气体。
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