CN109316910B - 一种湿式放电反应器及其在降解气态污染物中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种湿式放电反应器及其在降解气态污染物中的应用，所述的放电反应器包括中空的壳体、所述壳体内的放电反应区和通过所述壳体与所述放电反应区连接的吸收液循环装置，吸收液可通过所述的吸收液循环装置沿接地电极板自上而下流动形成吸收液液膜。所述的放电电极与接地电极板之间的距离构成被处理气体的气流通道，所述空间距离可以动态调节，含硫、氮和卤素类气态污染物的气流经过所述的电极对之间的气体放电反应区时，所述污染物被氧化和降解，降解产物或中间产物被所述的吸收液液膜吸收，净化后的气流通过气体出口排出。本发明所述的装置降低了设备和使用成本，提高了可靠性。

Description

一种湿式放电反应器及其在降解气态污染物中的应用
技术领域
本发明涉及一种湿式放电反应器及其在降解气态污染物中的应用，特别涉及从气流中去除含硫、氮和卤素类气态污染物，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、石化和其他各种工业过程产生的含硫、氮和卤素类气态污染物有害物，包括如硫醇、硫醚、卤代烃、胺和相关杂环化合物等挥发性有机物，二硫化碳、硫化氢和氨等无机物。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。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，其基本原理是利用气体放电产生大量高能电子、原子和自由基。这些高能电子、原子和自由基与有害气体分子反应并使其氧化或离解。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，因而难以在工业中大规模应用。
发明内容
本发明目的是一种湿式放电反应器及其在降解气态污染物中的应用。
本发明所述的放电反应器，其特征在于：所述的放电反应器包括中空的壳体、所述壳体内的放电反应区和通过所述壳体与所述放电反应区连接的吸收液循环装置，所述的放电反应器的壳体为中空的长方体结构，所述的长方体结构的相对应上底面和下底面与水平面成同一夹角，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与所述的上底面平行气流通道，所述的气体通道内安装有相互平行的放电电极和接地电极，所述的放电电极靠近所述的上底面并与所述的上底面平行，所述的接地电极安装在所述的下底面上，所述的放电电极由放电电极板和均匀设置在所述放电电极板上的针电极构成；所述的接地电极由接地电极板和均匀设置在所述接地电极板上的挡水坎构成；所述的针电极与所述的挡水坎相对并且一一对应；所述高压电源与所述的放电电极电连接；所述的下底面上端部设有吸收液入口，所述的下底面下端部设有吸收液出口；
所述的吸收液循环装置包括一端与所述的放电反应区连接的进液管、与所述进液管连接的循环泵，吸收液循环槽及导流板组成，所述进液管一端与吸收液入口连接，另一端通过所述的循环泵与所述吸收液循环水槽连通，所述的吸收液出口与所的循环水槽连接，所述的导流板设在放电反应区内吸收液入口液流出口处，所述的导流板的位置使所述吸收液入口进入的液流通过所述的导流板引导沿所述的接地电极板表面均匀地自上而下流动；
所述针电极与高压电源电连接；所述的放电反应器整体呈气密闭。
进一步，所述的导流板与所述的接地电极板上半部分形成夹角，且所述的夹角为锐角，所述的导流板与所述的接地电极板之间留有使所述的吸收液通过导流板顺着所述的接地电极板流动的缝隙，所述的长方形板与所述的壳体尺寸相匹配。
进一步，所述的挡水坎与所述长方体结构沿气流方向的中心轴垂直。
进一步，所述的吸收液循环槽上设有加液口和排液口。
本发明所述电极材料一般为不锈钢、钛、钨、铅和合金等导电良好且耐腐蚀的金属材料以及相关复合材料，所述材料的气体放电性能大体相当。
进一步，所述放电电极的供电方式一般为直流(含高频脉冲)，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，所述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。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，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。
本发明所述的放电反应器应用于降解气态污染物，所述的气态污染物为含硫、氮和卤素类中的一种或任意几种的气态污染物，所述的气态污染物不包括二氧化硫和氮氧化物。
进一步，本发明所述的含硫、氮和卤素类气态污染物包括硫醇、硫醚、卤代烃、胺和相关杂环化合物等挥发性有机物或二硫化碳、硫化氢或氨等无机物中一种或任意几种的混合气。
进一步，所述的应用为：对所述的放电电极施加高电压，启动吸收液循环装置，所述的吸收液通过加压泵循环从吸收液入口沿着接地电极板流入所述的放电反应器的内腔，所述的接地电极表面形成一层均匀的吸收液液膜，从所述的反应器一端的气体入口通入待处理的气体，当吸收液经过所述的挡水坎时，所述的放电电极与接地电极之间的距离缩短，所述针电极和接地电极板挡水坎液面之间的气体瞬间被电离，气流中的待处理的气体被氧化或降解，降解过程的水溶性中间产物或水溶性终产物被所述的接地电极上形成的吸收液液膜吸收，从而达到降解的目的。
再进一步，反应过程还可以添加空气、或氧化性气体或还原性气体，可以为空气、氮气、氢气或氢气与氮气的混合物，以提高所述污染物的降解率，具体视需要采用。
再进一步，本发明所述的吸收液包括清水、碱性溶液或酸性溶液，具体可根据不同的处理对象和处理要求选择相应的吸收液，对含硫和含卤素类等有机物的去除可采用碱性吸收液，以有利吸收有害气体降解产生的酸性气体。对含氨或胺的有机物的去除可采用酸性吸收液，以有利吸收有害气体降解产生的碱性气体，一般所述吸收液的流量在电极表面的形成的液膜厚度为1－5mm，具体可视需要调节。
再进一步，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：通过动态调节接地电极板与放电电极之间的距离使气体放电，可采用直流电源替代了高压脉冲电源，达到了同样的效果，气流中的气态污染物被氧化或降解后，水溶性中间产物或产物被接地电极板表面的吸收液液膜所吸收，降低了设备和使用成本，提高了可靠性。
附图说明
图1为本发明采用的湿式放电反应器示意图；
图2为本发明采用的湿式放电反应器的剖面图。
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回水管；4进液管；5中心电极棒；6导流板；7气体出口；8加液口；9吸收液循环槽；10排液口；11针电极；12接地电极板；13循环泵；14连接管；15放电电极板；16挡水坎。
实施例1：一种湿式气体放电反应器如图1和2所示。放电反应器长约500mm，宽约250mm，高约80mm，放电反应区有效长度约250mm，整体密封，漏风量小于1％，整体倾斜约15°放置，以利吸收液液膜流动。气体流道为单通道，电极对为针—板式，其中针电极11固定在放电极电极板15上，沿气流方向和垂直气流方向各有9组针电极(两相放电电极距离约为20mm，均布)，针放电电极为合金钢，尺寸为Φ3×20，施加正或负高电压，另一接地电极板12上设置9道挡水坎16(垂直高均为15mm，宽为5mm)，与针电极11对称分布，所述接地电极板12前端设置有导流板6，使所述反应器的接地电极板12表面形成吸收液液膜，所述吸收液的流量大小可随时间按预定频率调节，从而使得吸收液流过接地电极板12的挡水坎16时，使所述电极对之间的距离发生变化。所述吸收液由反应器下部的吸收液循环槽收集，可通过循环泵13循环使用。
其处理工艺流程是把待处理的含气态污染物的气流通过气体入口1导入所述放电反应器，把针电极11通过放电电极板15与高压电源线2连接，接地电极板12接地，同时，通过导流板6导入吸收液使所述接地电极板12表面形成吸收液液膜，吸收液的流量大小随时间按预定频率变化，当吸收液过所述的挡水坎16时，放电电极与接地电极距离缩短，所述放电针电极11和接地电极板12的挡水坎16液面之间的气体瞬间被电离，气体放电，从所述的气体入口导入的含气态污染物的气流经过所述的电极对之间的气体放电区后，气流中的含硫、氮和卤素类气态污染物被氧化或降解，水溶性的降解产物或中间产物被在接地极表面的吸收液液膜吸收，从气流中得到去除，净化后的气流通过设置在反应器另一端的气体出口7排出，从而达到气体净化的目的。所述吸收液经反应器下部的回水管3进入吸收液循环槽9后，再通过连接管15、循环泵14和进液管4导入气体放电反应器前部的导流板6，循环使用。
实验条件为：
气态污染物载气为空气，气体流量约为：4m3/h，气体温度为常温。
吸收液为氢氧化钠碱性溶液，pH约为9－10。吸收液加入频率为0.3次/s，吸收液累计流量约为30L/h，在挡水坎上最大液面高度约为10mm。
电机转速：约50转/分。
电源参数：电极供电方式为正直流电源，直流电压约25kV，电源功率约60W。
实验结果如表1所示。
表1气态污染物去除效果
Figure BDA0001822754400000051
Figure BDA0001822754400000061
实施例2：气态污染物分别为四氯化碳和三氟乙烯，载气为氮气+1％氢气，其他条件同实施例1。得到四氯化碳和三氟乙烯的进口浓度分布约为279mg/m3和235mg/m3时，四氯化碳和三氟乙烯去除率分布约为89％和75％。
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。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 (11)

1.一种湿式放电反应器，其特征在于：所述的放电反应器包括中空的壳体、所述壳体内的放电反应区和通过所述壳体与所述放电反应区连接的吸收液循环装置，所述的放电反应器的壳体为中空的长方体结构，所述的长方体结构的相对应上底面和下底面与水平面成同一夹角，所述的壳体上设有气体入口(1)和气体出口(7)；所述的壳体内部构成与所述的上底面平行气流通道，所述的气体通道内安装有相互平行的放电电极和接地电极，所述的放电电极靠近所述的上底面并与所述的上底面平行，所述的接地电极安装在所述的下底面上，所述的放电电极由放电电极板(15)和均匀设置在所述放电电极板(15)上的针电极(11)构成；所述的接地电极由接地电极板(12)和均匀设置在所述接地电极板(12)上的挡水坎(16)构成；所述的针电极(11)与所述的挡水坎(16)相对并且一一对应；高压电源与所述的放电电极电连接；所述的下底面上端部设有吸收液入口，所述的下底面下端部设有吸收液出口；
所述的吸收液循环装置包括一端与所述的放电反应区连接的进液管(4)、与所述进液管(4)连接的循环泵(13)，吸收液循环槽(9)及导流板(6)组成，所述进液管(4)一端与吸收液入口连接，另一端通过所述的循环泵(13)与所述吸收液循环水槽连通，所述的吸收液出口与所的循环水槽连接，所述的导流板(6)设在放电反应区内吸收液入口液流出口处，所述的导流板(6)的位置使所述吸收液入口进入的液流通过所述的导流板(6)引导沿所述的接地电极板(12)自上而下流动；所述的吸收液循环装置中吸收液的流量大小随时间按预定频率调节；
所述针电极(11)与高压电源电连接；所述的放电反应器整体呈气密闭。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述的导流板(6)与所述的接地电极板(12)上半部分形成夹角，且所述的夹角为锐角，所述的导流板(6)与所述的接地电极板(12)之间留有使所述的吸收液通过导流板(6)顺着所述的接地电极板(12)流动的缝隙，所述的长方形板与所述的壳体尺寸相匹配。
3.如权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述的挡水坎(16)与所述长方体结构沿气流方向的中心轴垂直。
4.如权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述放电电极或接地电极的材料包括钛、锆、钽、钨、铅或合金。
5.如权利要求4所述的反应器，其特征在于：所述放电电极或接地电极的材料为不锈钢。
6.如权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述的放电电极的供电方式为直流、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。
7.如权利要求1所述的反应器在降解气态污染物中的应用，所述的气态污染物为含硫、氮和卤素类气态污染物，不包括二氧化硫和氮氧化物。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的气态污染物为硫醇、硫醚、卤代烃、胺、二硫化碳、硫化氢或氨。
9.如权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的应用为：对所述的放电电极施加高电压，启动吸收液循环装置，所述的吸收液通过加压泵循环从吸收液入口沿着接地电极板(12)流入所述的放电反应器的内腔，所述的接地电极表面形成一层均匀的吸收液液膜，从所述的反应器一端的气体进口通入待处理的气体，当吸收液经过所述的挡水坎(16)时，所述的放电电极与接地电极之间的距离缩短，所述针电极(11)和接地电极板(12)的挡水坎(16)液面之间的气体瞬间被电离，气流中的待处理的气体被氧化或降解，降解过程的水溶性中间产物或水溶性终产物被所述的接地电极上形成的吸收液液膜吸收，从而达到降解的目的；所述的吸收液包括清水、碱性溶液或酸性溶液。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的待处理气体在所述放电反应区的停留时间为3s～120s。
11.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述吸收液液膜的厚度为1－5mm。
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