CN108246059A - 挥发性有机物耦合净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种挥发性有机物耦合净化装置，包括低温等离子体反应器、引风机和连接低温等离子体反应器和引风机的纳米陶瓷吸附装置。低温等离子体反应器内设置有等离子体放电板，等离子体放电板包括两个接地层、设置在两个接地层之间的放电层以及包括固定部分接地层的壳体，壳体内设有连接放电层的导线。该挥发性有机物耦合净化装置使废气通过进气口进入低温等离子体反应器，经导流板疏散的废气在反应器内部均匀分布，等离子体放电板产生大量具有强氧化性的活性粒子与废气中的VOCs分子发生一系列物理化学反应，随后VOCs降解生成无毒或低毒性小分子物质，并在引风机作用下进入纳米陶瓷吸附装置内并吸附在纳米陶瓷蜂窝板上，从而达到净化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种挥发性有机物耦合净化装置，属于环保设备领域。
背景技术
随着化学工业快速发展，石化、电镀、印染等行业每年产生大量挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)，其对大气产生多重环境效应，严重危害人体健康。目前工业源是VOCs主要排放源，其显著特征是排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长，对区域大气环境产生较大影响，当前VOCs治理已成为我国大气污染防治重点和难点。
低温等离子体技术作为处理VOCs的有效手段，在常温常压条件下即可产生大量高能电子、羟基自由基、臭氧等具有强氧化性的活性粒子，与VOCs分子反应降解生成CO、CO2、H2O等其他无毒或低毒性小分子物质，该技术具有净化效率高、运行管理方便、工艺流程简单等诸多优点被广泛应用在烟气净化系统。
在工程实践中低温等离子体反应器采用的放电方式主要为介质阻挡放电，反应原理是将绝缘介质插入放电空间产生一种气体放电形式，具体反应过程可分为放电的击穿、电荷的传递、分子或原子的激发三个阶段，放电的击穿和电荷的传递可以产生微放电，在外加电场能量供应下微放电产生的电子与周围气体分子发生碰撞，使气体分子激发电离引起电子雪崩，形成微放电通道，从而实现对VOCs分子连续稳定降解过程。
现有的净化装置存在电极易腐蚀、使用寿命短、反应器内磁场干扰作用强、处理效率相对较低，且处理后的气体残留较多有机气溶胶，部分污染物未能彻底分解，会产生二次污染等问题。针对现有处理设备存在的不足，本发明提出一种挥发性有机物耦合净化装置，经过对低温等离子体反应器的优化改进和工艺完善，使得上述问题得到有效解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种挥发性有机物耦合净化装置，经过对等离子体放电板的优化，具有改进结构简单、操作方便、处理效率高、占地面积小、能耗低、抗干扰性强、使用寿命长、无二次污染等优点。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种挥发性有机物耦合净化装置，依次包括低温等离子体反应器、纳米陶瓷吸附装置和引风机，所述纳米陶瓷吸附装置连接所述低温等离子体反应器和引风机；所述低温等离子体反应器内设置有等离子体放电板；所述等离子体放电板包括壳体、放电层和两个接地层，所述放电层设置在两个所述接地层之间，所述壳体包裹固定部分所述接地层，所述壳体内设有导线，所述导线连接所述放电层。
进一步地，所述等离子体放电板采用三层结构形式，其中，上下两层为接地层，中间一层为放电层，所述放电层通过所述导线连接电源，以形成中心放电的双电场模式。
进一步地，中心放电可以避免相邻等离子体放电板之间的磁场干扰，具有较强的抗干扰性，且更易形成均匀电场，使其能与污染物分子充分反应，从而提高能量的利用率。
进一步地，所述放电层的表面电镀有高介电常数填料。
进一步地，所述高介电常数填料为纳米Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料，所述纳米Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料均匀电镀在所述放电层表面。
进一步地，所述纳米Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料是在BaTiO3中掺入一定量的锶、锌、锆和锡，这些掺杂离子均匀进入母体晶格，该填料的介电常数在常温下就能达到12000以上，比BaTiO3纯相提高10倍，这使得Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料在较小的电场强度下就可以发生极化，极大增强等离子体反应器的放电强度，获得大量的高能电子、羟基自由基、臭氧等具有强氧化性的活性粒子，有效提高能量利用效率，降低系统能耗。
进一步地，所述放电层和接地层由若干列管排列形成，所述列管包括放电层列管和接地层列管。
进一步地，所述列管外部套设有石英玻璃管，以避免污染物与放电层列管和接地层列管的直接接触，防止电极腐蚀现象的发生，延长所述等离子体放电板的使用寿命。
进一步地，所述列管为不锈钢材质
进一步地，所述放电层列管的直径为5-10mm，每个所述放电层列管之间的距离为3-7mm。
进一步地，所述低温等离子体反应器还包括外壳体、电源、进气口、出气口以及导流板，所述进气口和出气口相对设置在所述外壳体两侧，所述导流板和等离子体放电板设置在所述外壳体内。
进一步地，所述低温等离子体反应器为六边体结构，在所述外壳体内设置有三个腔室，相邻所述腔室之间设置有所述导流板，每个所述腔室内设置有所述等离子体放电板，呈阵列式分布。采用六边体结构形式，在处理同等气体风量条件下，该结构形式相比普通结构类型从整体上降低了装置体积，提高了总图布设效率，可满足工业10万m3风量以上的处理要求。
进一步地，所述纳米陶瓷吸附装置包括入气口、排气口和纳米陶瓷蜂窝板，所述纳米陶瓷蜂窝板呈“W”形式交错设置在所述纳米陶瓷吸附装置内，所述入气口和排气口相对设置在所述纳米陶瓷吸附装置的两端。交错设置有“W”形式纳米陶瓷吸附蜂窝板的纳米陶瓷吸附装置可以提高纳米陶瓷蜂窝板的吸附率，从而避免二次污染的排出。
进一步地，所述壳体为不锈钢材质。
进一步地，所述外壳体为不锈钢材质。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的挥发性有机物耦合净化装置通过设置低温等离子体反应器、纳米陶瓷吸附装置和引风机，废气通过进气口进入低温等离子体反应器，经导流板疏散的废气在反应器内部均匀分布，等离子体放电板产生大量高能电子、羟基自由基、臭氧等具有强氧化性的活性粒子与废气中的VOCs分子发生电离、裂解、氧化等一系列物理化学反应，随后VOCs降解生成CO、CO2、H2O等其他无毒或低毒性小分子物质，并在引风机作用下进入纳米陶瓷吸附装置内并吸附在纳米陶瓷蜂窝板上，从而达到净化的目的。故，该挥发性有机物耦合净化装置具有改进结构简单、操作方便、处理效率高、占地面积小、能耗低、抗干扰性强、使用寿命长、无二次污染等优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一实施例所示的挥发性有机物耦合净化装置的结构示意图；
图2是图1所示的挥发性有机物耦合净化装置中的低温等离子体反应器的结构示意图；
图3和图4是图2所示的低温等离子体中的等离子体放电板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1和图2，本发明一实施例所示的挥发性有机物耦合净化装置依次包括低温等离子体反应器1、纳米陶瓷吸附装置2和引风机3，所述纳米陶瓷吸附装置2连接所述低温等离子体反应器1和引风机3。
在本实施例中，所述低温等离子体反应器1包括不锈钢外壳体11、电源(未图示)、进气口12、出气口13、等离子体放电板14以及导流板15，所述进气口12和出气口13相对设置在所述外壳体11两侧，所述导流板15和等离子体放电板14设置在所述外壳体11内。该低温等离子体反应器1为六边体结构，在所述外壳体11内设置有三个腔室，相邻所述腔室之间设置有所述导流板15，每个所述腔室内设置有所述等离子体放电板14，呈阵列式分布。采用六边体结构形式，在处理同等气体风量条件下，该结构形式相比普通结构类型从整体上降低了装置体积，提高了总图布设效率，可满足工业10万m3风量以上的处理要求。
请结合图3和图4，在本实施例中，所述等离子体放电板14包括不锈钢壳体141、放电层142、两个接地层143和设置在壳体内的导线144，所述放电层142设置在两个所述接地层143之间，所述壳体141包裹固定部分所述接地层143，所述导线144连接所述放电层142。
在本实施例中，所述放电层142和接地层143由若干不锈钢材质的列管排列形成，分别为放电层列管1421和接地层列管1431。所述列管外部套设有石英玻璃管，以避免污染物与放电层列管1421和接地层列管1431的直接接触，防止电极腐蚀现象的发生，延长所述等离子体放电板的使用寿命。
在本实施例中，所述等离子体放电板采用三层结构形式，其中，上下两层为接地层，中间一层为放电层，所述放电层通过所述导线144连接电源，以形成中心放电的双电场模式。每个所述等离子体放电板由1个电源、20个放电层列管21和40个接地层列管1431组装形成。所述等离子体放电板的尺寸为720*540*74mm，一块等离子体放电板过滤风量可达到6000—8000Nm3/h，其占据体积小，可以根据现场实际处理需求对等离子放电板进行模块化组装，有效地提高总图布设效率。
在本实施例中，在所述放电层142的表面，即每个放电层列管1421表面均匀电镀有高介电常数填料，优选地，所述高介电常数填料为纳米Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料。所述纳米Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料是在BaTiO3中掺入一定量的锶、锌、锆和锡，这些掺杂离子均匀进入母体晶格，该填料的介电常数在常温下就能达到12000以上，比BaTiO3纯相提高10倍，这使得Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料在较小的电场强度下就可以发生极化，极大增强等离子体反应器的放电强度，获得大量的高能电子、羟基自由基、臭氧等具有强氧化性的活性粒子，有效提高能量利用效率，降低系统能耗。
发明人为实现电源与反应器达到最佳匹配和深度净化污染物的效果，经过多次研究和改进，发现当放电层列管1421直径为5-10mm，每个放电层列管1421之间距离3-7mm时，系统处理效率达到较高水平，且系统能耗较低。同时，在工作过程中该反应器采用高频电源(3-30kHz)，可以有效提高等离子体发生密度。
在本实施例中，所述纳米陶瓷吸附装置2包括入气口21、排气口22和纳米陶瓷蜂窝板23，低温等离子体反应器1的出气口13与纳米陶瓷吸附装置2的入气口21连通。所述纳米陶瓷蜂窝板23呈“W”形式交错设置在所述纳米陶瓷吸附装置2内，所述入气口21和排气口22相对设置在所述纳米陶瓷吸附装置2的两端。交错设置有“W”形式纳米陶瓷吸附蜂窝板23的纳米陶瓷吸附装置2可以提高纳米陶瓷蜂窝板23的吸附率，从而避免二次污染的排出。
综上所述：
本发明的挥发性有机物耦合净化装置通过设置低温等离子体反应器、纳米陶瓷吸附装置和引风机，废气通过进气口进入低温等离子体反应器，经导流板疏散的废气在反应器内部均匀分布，等离子体放电板产生大量高能电子、羟基自由基、臭氧等具有强氧化性的活性粒子与废气中的VOCs分子发生电离、裂解、氧化等一系列物理化学反应，随后VOCs降解生成CO、CO2、H2O等其他无毒或低毒性小分子物质，并在引风机作用下进入纳米陶瓷吸附装置内并吸附在纳米陶瓷蜂窝板上，从而达到净化的目的。并且，该低温等离子体反应器通过设置三层结构形式的等离子体放电板，其包括上下两层接地层，中间一层放电层的三层结构，采用双介质阻挡放电的方式，形成中心放电的双电场模式，可以有效地避免相邻等离子体放电板之间的磁场干扰，具有较强的抗干扰性，且更易形成均匀电场，使其能与污染物分子充分反应，从而提高能量的利用率。同时，该纳米陶瓷吸附装置通过交错设置有“W”形式纳米陶瓷吸附蜂窝板的纳米陶瓷吸附装置可以提高纳米陶瓷蜂窝板的吸附率，从而避免二次污染的排出。
故，该挥发性有机物耦合净化装置具有改进结构简单、操作方便、处理效率高、占地面积小、能耗低、抗干扰性强、使用寿命长、无二次污染等优点。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于：依次包括低温等离子体反应器、纳米陶瓷吸附装置和引风机，所述纳米陶瓷吸附装置连接所述低温等离子体反应器和引风机；所述低温等离子体反应器内设置有等离子体放电板；所述等离子体放电板包括壳体、放电层和两个接地层，所述放电层设置在两个所述接地层之间，所述壳体包裹固定部分所述接地层，所述壳体内设有导线，所述导线连接所述放电层。
2.如权利要求1所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述放电层的表面电镀有高介电常数填料。
3.如权利要求2所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述高介电常数填料为纳米Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料，所述纳米Ba0.8Sr0.2Zr0.1Ti0.9O3填料均匀电镀在所述放电层表面。
4.如权利要求1所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述放电层和接地层由若干列管排列形成，所述列管包括放电层列管和接地层列管。
5.如权利要求4所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述列管外部套设有石英玻璃管。
6.如权利要求5所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述列管为不锈钢材质。
7.如权利要求6所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述放电层列管的直径为5-10mm，每个所述放电层列管之间的距离为3-7mm。
8.如权利要求1至7中任一项所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述低温等离子体反应器还包括外壳体、电源、进气口、出气口以及导流板，所述进气口和出气口相对设置在所述外壳体两侧，所述导流板和等离子体放电板设置在所述外壳体内。
9.如权利要求8所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述低温等离子体反应器为六边体结构，在所述外壳体内设置有三个腔室，相邻所述腔室之间设置有所述导流板，每个所述腔室内设置有所述等离子体放电板。
10.如权利要求1至7中任一项所述的挥发性有机物耦合净化装置，其特征在于，所述纳米陶瓷吸附装置包括入气口、排气口和纳米陶瓷蜂窝板，所述纳米陶瓷蜂窝板呈“W”形式交错设置在所述纳米陶瓷吸附装置内，所述入气口和排气口相对设置在所述纳米陶瓷吸附装置的两端。
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