CN109289456A - 一种放电反应器在去除碳氢或碳氢氧气态污染物中的应用 - Google Patents

一种放电反应器在去除碳氢或碳氢氧气态污染物中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种放电反应器应用于去除碳氢或碳氢氧气态污染物，所述的碳氢气态污染物中不包括甲烷和乙烯；所述的放电反应器包括中空的长方体结构壳体和所述壳体内的放电反应区构成；所述的碳氢或碳氢氧气态污染物在所述的放电反应区内氧化或降解，克服了高压脉冲电源的技术难度高、可靠性差的缺点，从而提高了反应器的能源利用效率和经济性。

Description

一种放电反应器在去除碳氢或碳氢氧气态污染物中的应用
技术领域
本发明涉及一种放电反应器可应用于去除碳氢或碳氢氧气态污染物，特别涉及从气流中去除碳氢或碳氢氧气态污染物，属于大气污染控制和环境保护技术领域。
背景技术
化学、制药、冶金、涂装和半导体等各种工业过程产生的废气中的气态污染物，如烃、醇、醛、醚、酚、酮、酯和杂环化合物等挥发性有机物。这些污染物不仅对人体有害，有些还是致癌物质，大量排放将对大气环境产生严重的影响，是大气光化学雾形成的原因之一。
但是这些物质或者水溶性不好、挥发性强或者化学结构稳定、不易降解的特点，给净化带来很大的困难。如机械、电器仪表、轻工、建筑和机车等各行业的喷漆房和工作台在涂装、印刷等过程产生大量含漆雾和挥发性有机物(VOCs)的废气，其中的漆雾通常采用水帘、水幕或水洗式等处理装置来处理。而其中的三苯类、醇、酮和酯等有机溶剂由于其难溶于水而被直接排入周围大气。
由气体放电产生的非平衡等离子体作为一项新型废气治理技术，已开始在工业过程应用。非平衡等离子体通常由脉冲气体放电等方式产生的，虽然脉冲气体放电是一种非常有效的等离子体的产生方式，但是由于脉冲电源的技术要求高，在处理低浓度、大气量的有害气体时能耗高，因而难以在工业中大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种放电反应器应用于去除碳氢或碳氢氧气态污染物，所述的碳氢气态污染物中不包括甲烷和乙烯；
所述的放电反应器包括中空的壳体和所述壳体内的放电反应区，所述的壳体上设有气体入口和气体出口，所述的壳体内部构成气流通道；所述的壳体内壁设有接地电极板，所述的接地电极板之间设置有一组或多组与所述气流方向平行或垂直的放电电极组，所述的放电电极组由中心电极棒和固定在所述中心电极棒上的若干平行排布的放电电极组成，所述的放电电极以中心电极棒为对称轴自上而下均匀分布，所述的接地电极板与放电电极之间的气体通道构成所述的放电反应区；所述的中心电极棒与电机轴连接，所述中心电极棒与高压电源电连接；所述的放电反应器整体呈气密闭。
进一步，优选的，所述的放电反应器包括中空的壳体和所述壳体内的放电反应区，所述的放电反应器的壳体内为中空的长方体结构，所述的壳体上设有气体入口和气体出口，所述的壳体内部构成气流通道，所述的气流通道两侧内壁沿着气流方向对称设有接地电极板，所述的接地电极板之间设置有一组或多组与所述气流方向平行的放电电极组，所述的放电电极组由中心电极棒和固定在所述中心电极棒上的若干平行排布的放电电极组成，所述的放电电极以中心电极棒为对称轴自上而下均匀分布，所述的接地电极板与放电电极之间的气体通道构成所述的放电反应区；所述的中心电极棒与电机轴连接，所述高压电源与所述的中心电极棒电连接，所述的放电反应器整体呈气密闭。
进一步，优选的，所述的放电反应器包括中空的壳体和所述壳体内的放电反应区，所述的壳体上设有气体入口和气体出口，所述的壳体内为中空的筒体结构，所述筒体结构的横截面呈中心对称的正多边形，所述的筒体内壁为接地电极板，所述的筒体内部构成气流通道，所述的气流通道内设有一组或多组与气流方向垂直的放电电极组，所述放电电极组由中心电极棒和固定在所述中心电极棒上的若干平行排布的放电电极组成，所述的放电电极以中心电极棒为对称轴自上而下均匀分布，所述的中心电极棒与电机轴连接，所述高压电源与所述的中心电极棒电连接，所述的放电反应器整体呈气密闭。
进一步，所述的应用为：对所述的放电电极施加高电压，在电机的作用下带动放电电极转动，从所述的放电反应器一端的气体入口通入待处理的气体和载气的混合气体经过所述的电极对之间的气体放电区时，在气体放电作用下，气流中的碳氢或碳氢氧气态污染物被氧化或降解，净化后气体通过设置在所述的放电反应器另一端的气体出口排出；所述待处理的气体为含碳氢或碳氢氧气态污染物，所述的碳氢气态污染物中不包括甲烷和乙烯；所述的载气为空气、氧化性气体或还原性气体。
进一步，所述的碳氢或碳氢氧气态污染物包括烷烃、烯烃、芳烃、醛、醇、酮、酯或杂环类中的一种或任意几种组成的有机气态污染物。
进一步，所述的碳氢或碳氢氧气态污染物优选为甲苯、二甲苯、甲醇、苯乙烯、环氧乙烷、乙醚、甲醛、乙酸乙酯、萘、四氢呋喃、丙酮或苯酚中的一种或任意几种组成的混合物。
进一步，所述的载气可以添加氧气或氢气等氧化还原性气体以提高所述污染物的降解率，具体视需要采用，优选为空气、氢气、氧气或氮气与氢气的混合气体。
进一步，本发明所述的放电电极或所述的接地电极的电极材料一般为不锈钢、钛、锆、钽、钨、铅和合金等导电良好和耐腐蚀的金属材料以及其他导电材料，所述材料的气体放电性能大体相当。
进一步，本发明所述放电电极与接地电极板之间距离的变化频率可视需要调节，无特殊要求，所述电机的转速优选为50～300转/分。
进一步，本发明所述放电电极的供电方式一般为直流(含高频脉冲)，也可以是交流和脉冲，其中以采用直流电源的成本最低，实施例中以施加直流电为例说明。其中供电电压一般为正1kV以上，或负－1kV以下，优选±10kV－±150kV，正电压和负电压的效果大体相当，正电压稍好一些；脉冲供电的脉冲重复频率一般为1Hz以上，优选10Hz－500Hz，频率增加，输入能量增加，碳氢或碳氢氧气态污染物的转化率提高，脉冲重复频率为500Hz以上时，实际效果提高幅度不太，交流供电的电压一般为1kV以上，优选10kV－150kV，频率一般为1Hz以上，优选10Hz－1000Hz，频率为1000Hz以上时，实际效果提高幅度不太。电极施加电压与电极间距有关，电极间距离越大，施加电压可越高，一般电极距离每增加10mm，电压可增加5kV—10kV，电压高能量释放大，碳氢或碳氢氧气态污染物的降解率高，电极对越多，输入功率越大，去除效果越好。
本发明被处理气体在放电等离子体区的停留时间一般为0.2s以上，停留时间越长，效果越好，优选3s－120s，超过120s，降解效果提高幅度变小。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明所述的放电反应器通过放电电极与接地电极之间距离变化，实现气体的瞬间电离放电，使含碳氢或碳氢氧气态污染物得到降解，可采用直流电源替代了高压脉冲电源，克服了高压脉冲电源的技术难度高、可靠性差的缺点，从而提高了反应器的能源利用效率和经济性。
附图说明
图1为本发明所述的一种气体放电反应器结构示意图；
图2为上述的一种气体放电反应反应器的剖面图；
图3为本发明所述的直筒形气体放电反应器结构示意图；
图4为本发明所述的直筒形气体放电反应器结构剖面图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
图中：1气体入口；2高压电源连接线；3电机；4中心电极棒；5放电电极；6气体出口；7接地电极板。
实施例1：本发明所述的一种气体放电反应反应器如图1和图2所示。结构参数：反应器长约450mm，气体放电区有效长度约250mm，宽约120mm，高约220mm，整体密封，漏风量小于1％。气体流道为单通道，通道两侧内衬接地电极板，通道内共有3组电极，相邻两组电极距离约为100mm，每组电极由9根对称放电电极5(两相邻放电电极间隔约20mm)和中心电极棒4组成，材质为不锈钢，放电电极表面为合金钢，放电电极尺寸为Φ5×50mm，两端为半圆球，沿中心电极棒4轴向均布，所述的中心电极棒4尺寸为Φ10×250mm，所述的中心电极棒4与高压电源和电机3轴连接，在电机带动下旋转，通过调整放电电极5的转速调整气体放电频率。
处理工艺流程是把含碳氢或碳氢氧气态污染物的气流通过气体入口1导入所述反应反应器，把高压电源连接线2与高压电源连接，把反应反应器的气体流道两侧内衬接地电极板7接地，把电机3通电后，电机通过中心电极棒4带动放电电极5旋转，当放电电极两端半球距离接地电极板距离最近时，所述放电电极和接地电极板之间的气体瞬间被电离，气体放电，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气体放电区，从所述的气体入口1导入的含碳氢或碳氢氧气态污染物的气流经过所述的电极对之间的气体放电区时，气流中的所述污染物被氧化和降解，净化后的气流通过设置在反应器另一端的气体出口6排出。实验条件为：
载气：空气；
气体流量约为：5m3/h，气体温度为常温；
电机转速：约100转/分；
电源参数：电极供电方式为直流电源，直流电压约35kV，电源功率约100W；
实验结果如表1所示。
表1有害气体去除效果
实施例2：污染物为苯乙烯，载气为氮气+1％氢气，其他条件同实施例1。得到进口浓度约为300mg/m3的苯乙烯的降解率约为91％。
实施例3：
本发明所述的一种直筒形气体放电反应反应器如图3和图4所示。所述的放电反应器为六边直筒形，结构参数：反应器高约300mm，筒体材料为不锈钢并作为接地电极板7，所述六边型的外接圆的直径约为Φ120mm，气体放电区有效高度约200mm。筒体中心电极由9根对称放电电极(两相邻放电电极间隔约20mm)和中心电极棒组成，材质为不锈钢，所述的放电电极5表面为合金钢，尺寸约为Φ5×35mm，两端为半圆球，沿中心电极棒4轴向均布，中心电极棒尺寸为Φ10×300mm，所述的中心电极棒4与高压电源和电机3轴连接，在电机3带动下旋转，通过调整放电电极5转速调整气体放电频率。
处理工艺流程是把含碳氢或碳氢氧气态污染物的气流通过气体入口1导入所述反应反应器，把高压电源连接线2与高压电源连接，把反应反应器的气体流道两侧内衬接地电极板7接地，把电机3通电后，所述的电机3通过中心电极棒4带动放电电极5旋转，当放电电极5两端半球距离接地电极板7距离最近时，所述放电电极5和接地电极板7之间的气体瞬间被电离，气体放电，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气体放电区，从所述的气体入口1导入的含碳氢或碳氢氧气态污染物的气流经过所述的放电反应区时，气流中的所述污染物被氧化或降解，净化后的气流通过设置在所述的放电反应器另一端的气体出口6排出。
实验条件为：
载气：空气；
气体流量约为：3m3/h，气体温度为常温；
电机转速：约50转/分；
电源参数：电极供电方式为直流电源，直流电压约25kV，电源功率约60W；
实验结果如表1所示。
表1有害气体去除效果
应该说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，本发明的保护范围不限于此。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行任何等同替换、修改、变化和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种放电反应器应用于去除碳氢或碳氢氧气态污染物，所述的碳氢气态污染物中不包括甲烷和乙烯；
所述的放电反应器包括中空的壳体和所述壳体内的放电反应区，所述的壳体上设有气体入口和气体出口，所述的壳体内部构成气流通道；所述的壳体内壁设有接地电极板，所述的接地电极板之间设置有一组或多组与所述气流方向平行或垂直的放电电极组，所述的放电电极组由中心电极棒和固定在所述中心电极棒上的若干平行排布的放电电极组成，所述的放电电极以中心电极棒为对称轴自上而下均匀分布，所述的接地电极板与放电电极之间的气体通道构成所述的放电反应区；
所述的中心电极棒与电机轴连接，所述中心电极棒与高压电源电连接；所述的放电反应器整体呈气密闭。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的应用为：对所述的放电电极(5)施加高电压，在电机(3)的作用下带动放电电极(5)转动，从所述的放电反应器一端的气体入口(1)通入待处理的气体和载气的混合气体经过所述的电极对之间的气体放电区时，气流中的碳氢或碳氢氧气态污染物被氧化或降解，净化后气体通过设置在所述的放电反应器另一端的气体出口(6)排出；所述待处理的气体为含碳氢或碳氢氧气态污染物，所述的碳氢气态污染物中不包括甲烷和乙烯；所述的载气为空气、氧化性气体或还原性气体。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的碳氢或碳氢氧气态污染物包括烷烃、烯烃、芳烃、醛、醇、酮、酯或杂环类中的一种或任意几种组成的有机气态污染物。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述的碳氢或碳氢氧气态污染物为甲苯、二甲苯、甲醇、苯乙烯、环氧乙烷、乙醚、甲醛、乙酸乙酯、萘、四氢呋喃、丙酮或苯酚中的一种或任意几种组成的混合物。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的载气为空气、氢气、氧气或氮气与氢气的混合气体。
6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的放电反应器包括中空的壳体和所述壳体内的放电反应区，所述的放电反应器的壳体内为中空的长方体结构，所述的壳体上设有气体入口(1)和气体出口(6)，所述的壳体内部构成气流通道，所述的气流通道两侧内壁沿着气流方向对称设有接地电极板(7)，所述的接地电极板(7)之间设置有一组或多组与所述气流方向平行的放电电极组，所述的放电电极组由中心电极棒(4)和固定在所述中心电极棒(4)上的若干平行排布的放电电极(5)组成，所述的放电电极(5)以中心电极棒(4)为对称轴自上而下均匀分布，所述的接地电极板(7)与放电电极(5)之间的气体通道构成所述的放电反应区；所述的中心电极棒(4)与电机(3)轴连接，所述高压电源与所述的中心电极棒(4)电连接，所述的放电反应器整体呈气密闭。
7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的放电反应器包括中空的壳体和所述壳体内的放电反应区，所述的壳体上设有气体入口(1)和气体出口(6)，所述的壳体内为中空的筒体结构，所述筒体结构的横截面呈中心对称的正多边形，所述的筒体内壁为接地电极板(7)，所述的筒体内部构成气流通道，所述的气流通道内设有一组或多组与气流方向垂直的放电电极组，所述放电电极组由中心电极棒(4)和固定在所述中心电极棒(4)上的若干平行排布的放电电极(5)组成，所述的放电电极(5)以中心电极棒(4)为对称轴自上而下均匀分布，所述的中心电极棒(4)与电机(3)轴连接，所述高压电源与所述的中心电极棒(4)电连接，所述的放电反应器整体呈气密闭。
8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述接地电极或放电电极(5)的材料包括不锈钢、钛、锆、钽、钨、铅或合金及相关导电材料。
9.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述放电电极(5)的供电方式为直流、脉冲或交流；所述直流供电的电压为±10kV～±150kV；所述脉冲供电的电压为±10kV～±150kV，脉冲供电的脉冲重复频率为10Hz～500Hz；所述交流供电的电压为1kV～300kV，频率为10Hz～1000Hz。
10.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的待处理气体在所述的放电反应区的停留时间为3s～120s。
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