CN108043182A - 一种采用多介质阻挡的放电基本单元及反应器及废气处理方法 - Google Patents

一种采用多介质阻挡的放电基本单元及反应器及废气处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用多介质阻挡的放电基本单元及反应器及废气处理方法，放电基本单元包括导线和一对电极，两个电极通过金属导线分别与电源的输入端和输出端连接，每个电极的至少一个表面部分或全部覆盖第一非金属介质，所述第一非金属介质表面部分或全部覆盖第二非金属介质，第二非金属介质之间形成放电空间，放电空间带有至少一个进气口和一个出气口。本发明将介质阻挡放电的介质表面覆盖第二非金属介质，从而达到保护介质和提高放电均匀性的目的。同时由于第二非金属介质本身具有一定的气体吸附性，能够达到提高气体停留时间的目的，能够产生均匀放电，从而在单位空间体积提高废气净化效率。

Description

一种采用多介质阻挡的放电基本单元及反应器及废气处理 方法
技术领域
本发明设计一种废气处理设备，具体涉及一种采用多介质阻挡的放电基本单元及反应器。
背景技术
介质阻挡放电反应器的应用已经有160年的历史，它已经广泛应用于杀菌、消毒、材料制备、废气治理、臭氧产生等领域。由于介质阻挡放电很难做到均匀放电，所以气体处理的效果受到一定的抑制；另外，由于介质阻挡放电反应器的放电空间较小，易被废气中夹带的细颗粒堵住，影响其使用寿命。目前的介质阻挡放电，采用单介质的阻挡放电，即电极的表面被一层非金属介质覆盖，这种放电方式主要的缺点是放电难以均匀，很难对气体进行有效处理，因此气体停留时间较长，细颗粒物也因长气体停留时间而被收集在介质阻挡放电反应器上。于是，需要一种能够产生均匀放电的介质阻挡放电反应器，从而在单位空间体积提高废气净化效率，以降低气体停留时间和细颗粒的收集率，延长介质阻挡反应器的使用寿命。。
发明内容
本发明提供一种采用多介质阻挡的放电基本单元及反应器能够产生均匀放电，从而在单位空间体积提高废气净化效率，以降低气体停留时间和细颗粒的收集率，延长介质阻挡反应器的使用寿命。
一种采用多介质阻挡的放电基本单元，包括导线和一对电极，两个电极通过金属导线分别与电源的输入端和输出端连接，其特征在于，
每个电极的至少一个表面部分或全部覆盖第一非金属介质，所述第一非金属介质表面部分或全部覆盖第二非金属介质，第二非金属介质之间形成放电空间，放电空间带有至少一个进气口和一个出气口。
优选地，所述一对电极之间相互平行或呈套筒状。进一步优选地，两个电极之间的间距为0.5mm～500mm；进一步优选地，电极与电极之间的距离为20～50mm。相互平行时，电极形状为平板型，呈套筒状时，电极形状为圆柱形或圆板形。
本发明中，所述电源为交流电源或者脉冲电源或者前述两种电源的复合电源，电压在1kV～200kV之间，频率在50Hz～500000Hz之间，额定功率在1W～10000000W之间。进一步优选地，电源为脉冲电源，电压为20～40kV,频率为500～1500Hz。
优选地，所述电极的材质为金、银、铂、铁、不锈钢、铜和铝中的至少一种。即可为金、银、铂、铁、不锈钢、铜或铝或任意几种的复合物。
优选地，所述第一非金属介质的材质为氧化铝、氧化硅、云母、玻璃、氧化锆、氧化钛、橡胶、胶水、塑料或前述非金属介质的复合物。
优选地，所述第二非金属介质的材质为陶瓷、活性炭、云母、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化铈、氧化锰、氧化钴或氧化锆中的至少一种或贵金属的氧化物。即为铂、银、铜或钯等贵金属的氧化物或为活性炭、云母、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化铈、氧化锰、氧化钴、氧化锆中的一种或任意几种的复合物。
进一步优先地，第一非金属介质采用玻璃与第二非金属介质采用氧化铈或氧化钛能够产生非常好的放电效果。
优选地，第一非金属介质和第二非金属介质的形状为致密性膜或板、或多孔性膜或板、或前述两种形状的复合物。
优选地，第一非金属介质的厚度为1～10mm，第二非金属介质的厚度为1～20微米。采用优选厚度时能够提高放电均匀性，从而对废气的净化产生积极效果。
本发明还提供一种采用多介质阻挡的放电反应器，所述放电反应器内包括相互独立的一个或多个所述的放电基本单元，每个放电基本单元的导线与高压电源连接。
优选地，相邻放电基本单元之间的连接方式为：
当电极的其中一个表面依次覆盖第一非金属介质和第二非金属介质时，相邻两个放电基本单元并联，各放电基本单元内的两个第二非金属介质之间构成独立的放电空间；
当电极的两个表面均依次覆盖第一非金属介质和第二非金属介质时，相邻两个放电基本单元并联，各放电基本单元内侧的两个第二非金属介质之间构成独立的放电空间，同时，相邻两个放电基本单元外侧的第二非金属介质之间构成放电空间。
优选地，所述放电反应器的气体进口处设置气流导流板，气体进口前设置除湿塔和除尘装置，气体出口后设置尾气吸附装置或尾气吸收装置。
气流导流板使进入反应器内的气流均匀，所述除湿塔为填料塔、冷凝塔、活性炭吸附装置、分子筛吸附装置或硅藻土吸附装置；除尘装置为布袋除尘、滤网除尘、电除尘、旋风除尘或者前述除尘装置相互结合的复合除尘装置；尾气吸附装置为活性炭吸附装置、分子筛吸附装置或硅藻土吸附装置；尾气吸收装置中的吸收液体为pH值1-14之间的液体。
本发明还提供一种利用如权利要求5所述放电反应器进行废气处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将含恶臭气体的废气通过引风机进入颗粒物去除器；
(2)细颗粒去除后的废气进入所述放电反应器，介质阻挡放电对废气中的恶臭气体进行氧化；
(3)被步骤(2)处理过的废气进入吸收塔或吸附塔，在吸收剂或吸附剂的配合下对剩余的废气进一步深度处理，最后由烟囱达标排放。
本发明的方法中放电反应器利用其高密度等离子体产生的高密度短寿命活性物质，如自由基，和长寿命活性物质，如双氧水和臭氧对含恶臭气体的空气中的恶臭气体进行氧化产生SO2，NOx，CO2和水等物质；同时，放电反应器中的气体流速极大，有效防止剩余的细颗粒在反应器中的沉积；被步骤(2)处理过的废气进入吸收塔或吸附塔，进入吸收塔或吸附塔的臭氧、双氧水等长寿命活性物质被充分利用，在吸收剂或吸附剂的配合下对剩余的废气进一步深度处理；将无污染物质通过烟囱达标排放。
优选地，颗粒物去除器为除雾塔、冷却塔、布袋除尘器或静电除尘器。
优选地，放电反应器中的气体流速在5m/s～50m/s之间，气体停留时间在0.1ms～2s之间。
优选地，吸收塔或者吸附塔的气体停留时间在0.1ms～20s之间。
优选地，废气的种类包括含氮或含硫的有机物或者无机物。
在优选参数下，某无害化处理厂产生的氨气去除率能够达到95％以上。
本反应器将介质阻挡放电的介质表面覆盖另第二非金属介质，从而达到保护介质和提高放电均匀性的目的。同时，由于第二非金属介质本身具有一定的气体吸附性，能够达到提高气体停留时间的目的。这样就得到一种能产生均匀放电、降低气体停留时间的介质阻挡放电反应器。
附图说明
图1是平板式多介质阻挡放电基本单元。
图2是筒状多介质阻挡放电基本单元。
图3是平板式多介质阻挡放电反应器。
图4是筒状多介质阻挡放电反应器。
图中所示附图标记如下：
1-电极 2-第一非金属介质 3-导线
4-放电空间 5-第二非金属介质 6-导线连接点
7-电源
具体实施方式
如图1所示，一种平板式多介质阻挡放电单元，包括一对相互平行的电极1，电极为平板电极，两个电极之间的间距为0.5mm～500mm，平板电极的两面均依次全部覆盖第一非金属介质2和第二非金属介质5，两个电极分别由导线3连接电源的输入端和输出端，相邻两个第二非金属介质5之间的间隙为放电空间4，放电空间4一端为进气口，另一端为出气口。
如图2所示，一种筒状多介质阻挡放电单元，包括两个电极1，一个电极为圆柱状，一个电极为圆筒状，圆柱状电极位于圆筒状电极的中心处，内侧电极的表面依次覆盖第一非金属介质2和第二非金属介质5，外侧电极的内表面上依次覆盖第一非金属介质2和第二非金属介质5，两个第二非金属介质之间为放电空间4，放电空间的一端为进气口、另一端为出气口，两个电极分别通过导线连接电源的输入端和输出端。
如图1和图2所示的两个放电单元中，电极的材质可为金、银、铂、铁、不锈钢、铜或铝或任意几种的复合物；第一非金属介质的材质为陶瓷、氧化铝、氧化硅、云母、玻璃、氧化锆、氧化钛、橡胶、胶水、塑料或前述非金属介质的复合物；第二非金属介质的材质为铂、银、铜或钯等贵金属的氧化物或为陶瓷、活性炭、云母、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化铈、氧化锰、氧化钴、氧化锆中的一种或任意几种的复合物；电源为交流电源或者脉冲电源，电压在1kV～200kV之间，频率在50Hz～500000Hz之间，额定功率在1W～10000000W之间。
第一非金属介质和第二非金属介质的形状为致密性膜或板、或多孔性膜或板、或前述两种形状的复合物。
如图3所示，一种包含如图1所示放电单元的多介质阻挡放电反应器，包括反应器壳体和位于反应器壳体内的若干个如图1所示的放电单元，放电单元之间并联连接，每个放电单元内两个第二非金属介质5之间以及相邻两个放电单元外侧的第二非金属介质之间均为放电空间4，放电空间一侧进气、另一侧出气，各放电单元的电极均通过导线独立的连接电源7。
反应器壳体的气体进口处设置气体导流板，气体进口前端设置除湿塔和除尘装置，气体出口后方设置气体吸收装置，此部分图中未示出。
如图4所示，一种包含如图2所示放电单元的多介质阻挡放电反应器，包括反应器壳体和位于反应器壳体内的若干个如图2所示的放电单元，放电单元之间并联连接，每个放电单元的电极分别通过导线连接电源7的输入端和输出端，每个放电单元内的两个第二非金属介质5之间为放电空间4，放电空间一端进气、另一端出气。
反应器壳体的气体进口处设置气体导流板，气体进口前端设置除湿塔和除尘装置，气体出口后方设置气体吸收装置，此部分图中未示出。
实施例1
如图3所示的平板式多介质阻挡放电反应器中，平板式多介质阻挡放电基本单元并联布置，电极为不锈钢，第一非金属介质为胶水，第二非金属介质为多孔氧化铝膜，电极与电极之间的距离为30mm，电源为脉冲电源，电压为25kV,频率为1000Hz。第一非金属介质厚度为2mm，第二非金属介质的厚度为10微米，气体停留时间在10ms，放电反应器的进口设有除雾塔，出口处设有循环液体pH值为12的吸收塔。
在某无害化处理厂的实验结果显示，在放电空间气体为含尘恶臭气体时放电均匀，而且很好地预防了介质阻挡放电反应器被腐蚀，阻止了细颗粒在放电反应器表面的收集，延长了介质阻挡反应器的使用寿命。另外，由于采用了吸收塔，放电反应器的活性物质被充分利用，时恶臭气体(无量纲)指数从1450下降到200.
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种采用多介质阻挡的放电基本单元，包括导线和一对电极，两个电极通过金属导线分别与电源的输入端和输出端连接，其特征在于，
每个电极的至少一个表面部分或全部覆盖第一非金属介质，所述第一非金属介质表面部分或全部覆盖第二非金属介质，第二非金属介质之间形成放电空间，放电空间带有至少一个进气口和一个出气口。
2.根据权利要求1所述放电基本单元，其特征在于，所述一对电极之间相互平行或呈套筒状，第一非金属介质和第二非金属介质的形状为致密性膜或板、或多孔性膜或板、或前述两种形状的复合物。
3.根据权利要求1所述放电基本单元，其特征在于，所述电极的材质为金、银、铂、铁、不锈钢、铜和铝中的至少一种；所述第一非金属介质的材质为氧化铝、氧化硅、云母、玻璃、氧化锆、氧化钛、橡胶、胶水、塑料或任意几种的复合物；所述第二非金属介质的材质为活性炭、玻璃、云母、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化铈、氧化锰、氧化钴或氧化锆中的至少一种或贵金属的氧化物。
4.根据权利要求1所述放电基本单元，其特征在于，第一非金属介质的厚度为1～10mm，第二非金属介质的厚度为1～20微米。
5.一种采用多介质阻挡的放电反应器，其特征在于，所述放电反应器内包括一个或相互独立的多个如权利要求1～4任一权利要求所述的放电基本单元，每个放电基本单元的导线与高压电源连接。
6.根据权利要求5所述放电反应器，其特征在于，相邻放电基本单元之间的连接方式为：
当电极的其中一个表面依次覆盖第一非金属介质和第二非金属介质时，相邻两个放电基本单元并联，各放电基本单元内的两个第二非金属介质之间构成独立的放电空间；
当电极的两个表面均依次覆盖第一非金属介质和第二非金属介质时，相邻两个放电基本单元并联，各放电基本单元内侧的两个第二非金属介质之间构成独立的放电空间，同时，相邻两个放电基本单元外侧的第二非金属介质之间构成放电空间。
7.根据权利要求5所述放电反应器，其特征在于，所述放电反应器的气体进口截面为长方形、正方形或圆形，气体进口处设置气流导流板，气体进口前设置除湿塔和/或除尘装置，气体出口后设置尾气吸附装置或尾气吸收装置。
8.一种利用如权利要求5所述放电反应器进行废气处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将含恶臭气体的废气通过引风机进入颗粒物去除器；
(2)细颗粒去除后的废气进入所述放电反应器，介质阻挡放电对废气中的恶臭气体进行氧化；
(3)被步骤(2)处理过的废气进入吸收塔或吸附塔，在吸收剂或吸附剂的配合下对剩余的废气进一步深度处理，最后由烟囱达标排放。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述放电反应器中的气体流速在5m/s～50m/s之间，气体停留时间在0.1ms～2s之间。
10.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述吸收塔或者吸附塔内的气体停留时间在0.1ms～20s之间。
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