CN108325380A - 一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，净化效果好、无二次污染。包括：烟道外壳、整流格栅、滤尘部件、低温等离子体反应部件、尾部烟气吸附部件和烟道外壳侧面的轴流风机。所述的低温等离子体反应部件包括多根按一定排列方式组成的等离子体反应管、排布固定板和高压交流电源；所述的等离子体反应管主体为圆筒型玻璃管，其外壁紧密贴附一层网状电极，轴心放置有一根金属内电极，圆筒型玻璃管内部布置有两个可使烟气流通的开孔挡片，两个开孔挡片之间填充有具有一定空隙的催化剂。基于介质阻挡放电产生低温等离子体与VOCs反应，并协同吸附催化作用提高脱除效率及放电稳定性，高压交流电源电压等级为15～24kV。

Description

一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置
技术领域
本发明涉及工业烟气净化技术领域，具体为一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置。
背景技术
我国工业化过程中产生的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)已经成为我国城市雾霾和区域大气复合污染的一种重要前提物质。研究表明，我国VOCs气体排放源中34.5％来源于工业。传统VOCs净化技术如活性炭吸附法、生物过滤法、负离子技术和吸附催化技术等，存在着效率低、降解类型单一、运行成本高和易产生二次污染等缺点。
现有技术中，公开号为CN105749744A的专利文件公开了“一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置”，该装置由预除尘装置、进口通道、中间段和出口通道依次连接，中间段内设置有低温等离子体反应器，反应器内填充有催化剂和活性炭。该装置未充分考虑低温等离子反应器实际运行参数，活性炭和催化剂混合布置不利于部件更换，并可能产生臭氧二次污染问题，因而净化效果不佳、不利于工业推广运用。
公开号为CN103785276B的专利文件公开了一种“利用低温等离子体与催化剂的协同作用净化餐饮油烟的方法与装置”，该方法让油烟依次通过低温等离子体反应区和催化反应区，油烟所含VOCs在低温等离子体反应区被部分氧化，并在催化反应区进一步被氧化。该装置与方法提供处理VOCs的新思路，既可处理污染气体，并避免臭氧二次污染的产生，可推广至工业生产领域，但需根据工业生产需要进行改进。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，结构简单，处理VOCs效果好，可避免臭氧二次污染，具有可推广性。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，包括烟道外壳和沿烟气流动方向依次布置在烟道外壳内的至少一个低温等离子体反应部件；
所述的低温等离子体反应部件包括两个排布固定板，设置在两个排布固定板之间等离子体反应管，以及用于等离子体反应管供电的高压交流电源；多根平行的等离子体反应管沿烟气流动方向布置；
所述的等离子体反应管包括圆筒型玻璃管，紧密贴附在圆筒型玻璃管外壁的网状电极，沿圆筒型玻璃管轴心位置设置的金属内电极，穿过金属内电极设置在圆筒型玻璃管内部能够使烟气流通的两个开孔挡片，填充在两个开孔挡片之间的催化剂；
所述高压交流电源用于连接网状电极和金属内电极为等离子体反应管供电。
优选的，还包括沿烟气流动方向依次布置的整流格栅、滤尘部件和尾部烟气吸附部件；低温等离子体反应部件依次布置在滤尘部件和尾部烟气吸附部件之间。
优选的，烟道外壳侧面布置有与等离子体反应管垂直的轴流风机，轴流风机用于向烟道外壳通气。
优选的，轴流风机分别与低温等离子体反应部件一一对应设置，轴流风机轴线对应等离子体反应管中部设置。
优选的，所述的催化剂为粒径3～5mm的固体颗粒催化剂，呈间隙填充在等离子体反应管内。
优选的，多根平行的等离子体反应管在竖直方向上呈层状布置，上下相邻两层的等离子体反应管在水平方向上呈交错布置。
进一步，中间层的等离子体反应管数量最多，中间上下各层的数量逐层减少。
优选的，所述的圆筒型玻璃管由石英玻璃制成，壁面厚度为1～3mm；所述的网状电极由304不锈钢或金属铝制成；所述的金属内电极由304不锈钢或金属铜制成，直径为1.5～3mm。
优选的，所述的排布固定板上开设有一系列通孔和沉孔；通孔直径与等离子体反应管内径相同，用于烟气导入和排出；沉孔直径与等离子体反应管外径相同，用于固定等离子体反应管。
优选的，所述的高压交流电源电压等级为15～24kV。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明基于低温等离子体协同吸附催化的脱除VOCs基本原理，同时根据实验研究和方案设计的具体参考，具有现实可行性。本装置在进行脱除时分别在每一个等离子体反应管中进行，一方面能够保证脱除效果，另一方面能够根据需求设置低温等离子体反应部件数量；通过圆筒型玻璃管，不仅提供了网状电极和金属内电极的配合设置基础，而且使得催化剂能够均匀有效的分布在电极之间，具有脱除效果好、无二次污染、能耗低、运行成本低等优点，所采用的低温等离子体协同吸附催化技术不仅可提高VOCs的脱除效率，还有利于实现等离子体反应管均匀放电，提高装置的使用寿命。
进一步的，通过设置的其他配合部件，能够实现烟气的整流和过滤，保证烟气净化的效果。
进一步的，通过轴流风机的设置能够保证低温等离子体反应部件的工作温度恒定，提高其使用寿命。
进一步的，通过等离子体反应管的分层、交错和非等数量布置不仅保证了净化效率，而且降低了其整体的成本。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图。
图2为本发明所述的等离子体反应管和排列固定板示意图。
图3为本发明所述的等离子体反应管示意图。
图4为图3中I处的左视图。
图5a为本发明所述的等离子体反应管内有催化剂的效果图。
图5b为本发明所述的等离子体反应管内无催化剂的效果图。
图中：烟道外壳1，整流格栅2，滤尘部件3，低温等离子体反应部件4，尾部烟气吸附部件5，轴流风机6，等离子体反应管7，排布固定板8，高压交流电源9，圆筒型玻璃管71，网状电极72，金属内电极73，开孔挡片74，催化剂75。
具体实施方式
下面结合具体的实例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明基于实验研究，研发一种低温等离子体协同吸附催化技术的气体净化装置，用于处理工业生产过程中所产生并释放的VOCs。
如图1所示，本发明装置布置于烟道外壳1内，沿烟气流动方向依次包括整流格栅2、滤尘部件3、低温等离子体反应部件4和尾部烟气吸附部件5，烟道外壳1侧面布置有轴流风机6。所述的低温等离子体反应部件4由等离子体反应管7、排布固定板8和高压交流电源9组成。如图2所示，多根结构和净化效果相同的等离子体反应管7与排布固定板8按一定方式相互配合。如图3所示，等离子体反应管7主体为圆筒型玻璃管71，其外壁紧密贴附一层网状电极72，轴心位置有一根金属内电极73，如图4所示，内部布置有两个可使烟气流通的开孔挡片74，两个开孔挡片74之间填充有具有一定空隙的催化剂75。
其中，圆筒型玻璃管71材料为石英玻璃，壁面厚度为1～3mm；网状电极材料为304不锈钢或铝材；圆筒型玻璃管71的金属内电极材料为304不锈钢或铜材，直径为1.5～3mm；催化剂75为粒径3～5mm的固体颗粒；排布固定板8材料为聚四氟乙烯，并按一定方式开设有一系列通孔和沉孔。排布固定板8通孔直径与等离子体反应管内径相同，用于烟气流动和气体净化；排布固定板8沉孔直径与等离子体反应管外径相同，用于固定等离子体反应管。
实际操作时，含有VOCs的废气经集风口进入装置，气流首先经整流格栅2调整使流场均匀稳定，然后经过滤尘部件3脱除气流中含有的少量微细颗粒物，再进入两级低温等离子体反应部件4进行反应脱除VOCs，反应后的洁净气体最后经过尾部烟气吸附部件5进行处理，进一步保证排放气体清洁并避免产生二次污染，最终气流通过烟囱排入大气。烟道外壳1侧面布置有轴流风机6，用于保证低温等离子体反应部件4的工作温度恒定。
图5a和图5b所示为等离子体反应管中有无催化剂时的效果示意图，通过对比可以看出，通过放入催化剂产生低温等离子体与催化剂的协同吸附催化作用，可提高低温等离子体的放电稳定性和均匀性，同时催化剂本身具有吸附催化作用，可提高低温等离子体与VOCs基团间的反应活性，进而提高气体净化脱除效果。实际操作时，高压交流电源电压等级为15～24kV效果最佳。

Claims (10)

1.一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：包括烟道外壳(1)和沿烟气流动方向依次布置在烟道外壳(1)内的至少一个低温等离子体反应部件(4)；
所述的低温等离子体反应部件(4)包括两个排布固定板(8)，设置在两个排布固定板(8)之间等离子体反应管(7)，以及用于等离子体反应管(7)供电的高压交流电源(9)；多根平行的等离子体反应管(7)沿烟气流动方向布置；
所述的等离子体反应管(7)包括圆筒型玻璃管(71)，紧密贴附在圆筒型玻璃管(71)外壁的网状电极(72)，沿圆筒型玻璃管(71)轴心位置设置的金属内电极(73)，穿过金属内电极(73)设置在圆筒型玻璃管(71)内部能够使烟气流通的两个开孔挡片(74)，填充在两个开孔挡片(74)之间的催化剂(75)；
所述高压交流电源(9)用于连接网状电极(72)和金属内电极(73)为等离子体反应管(7)供电。
2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：还包括沿烟气流动方向依次布置的整流格栅(2)、滤尘部件(3)和尾部烟气吸附部件(5)；低温等离子体反应部件(4)依次布置在滤尘部件(3)和尾部烟气吸附部件(5)之间。
3.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：烟道外壳(1)侧面布置有与等离子体反应管(7)垂直的轴流风机(6)，轴流风机(6)用于向烟道外壳(1)通气。
4.如权利要求1所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：轴流风机(6)分别与低温等离子体反应部件(4)一一对应设置，轴流风机(6)轴线对应等离子体反应管(7)中部设置。
5.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：所述的催化剂(75)为粒径3～5mm的固体颗粒催化剂，呈间隙填充在等离子体反应管(7)内。
6.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：多根平行的等离子体反应管(7)在竖直方向上呈层状布置，上下相邻两层的等离子体反应管(7)在水平方向上呈交错布置。
7.如权利要求6所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：中间层的等离子体反应管(7)数量最多，中间上下各层的数量逐层减少。
8.如权利要求1所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：所述的圆筒型玻璃管(71)由石英玻璃制成，壁面厚度为1～3mm；所述的网状电极由304不锈钢或金属铝制成；所述的金属内电极(73)由304不锈钢或金属铜制成，直径为1.5～3mm。
9.如权利要求1所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：所述的排布固定板(8)上开设有一系列通孔和沉孔；通孔直径与等离子体反应管(7)内径相同，用于烟气导入和排出；沉孔直径与等离子体反应管(7)外径相同，用于固定等离子体反应管(7)。
10.如权利要求1所述的一种低温等离子体协同吸附催化的气体净化装置，其特征在于：所述的高压交流电源(9)电压等级为15～24kV。
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