CN109316916A - 一种放电反应器用于去除碳氢或碳氢氧气态污染物 - Google Patents

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黄立维
陈金媛
张宏华
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Abstract

本发明公开了一种放电反应器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

一种放电反应器用于去除碳氢或碳氢氧气态污染物
技术领域
本发明涉及一种放电反应器用于去除碳氢氧气态污染物，特别涉及从气流中去除气态碳氢或碳氢氧污染物，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，所述的放电反应器的壳体内为中空的长方体，所述的壳体上设有气体入口和气体出口，所述的长方体内部构成气体通道，所述的气体通道内沿气流方向的中心轴为对称安装有若干齿形圆柱电极，所述的齿形圆柱电极在气体通道内呈均匀分布，相互对称的齿形圆柱电极之间在所述中心轴位置设有圆棒放电电极，所述相互对称的齿形圆柱电极与所述的圆棒放电电极布置在同一平面上，所述的圆棒放电电极与所述的高压电源连接，所述齿形圆柱电极与电机轴连接并接地，所述的反应器整体呈气密闭。
进一步，所述的应用为：对所述的圆棒放电电极施加高电压，在电机的作用下带动齿形圆柱电极转动，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放电反应区时，当所述的电极对之间空间距离缩短到一定时，电极间的气体瞬间被电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气体放电反应区，气流中的碳氢或碳氢氧气态污染物被氧化和降解，最终转化为二氧化碳和水，净化后气体通过设置在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。
再进一步，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，本发明所述的齿形圆柱电极和所述的圆棒放电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圆棒放电电极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，本发明所述圆棒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为本发明所述的旋转放电反应器结构示意图；
图2为本发明所述的旋转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圆棒放电电极；5齿形圆柱电极；6气体出口；7密封板。
实施例1：本发明所述的接地电极旋转的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％。气体流道两侧各有4个均匀分布的Φ50×250(高)齿形圆柱(八个齿条，均布)电极，所述的齿形圆柱电极5外设密封板7使得所述的放电反应器整体呈气密闭，所述齿形圆柱电极5与电机3轴连接并接地，在电机3带动下旋转，通过调整齿形圆柱电极5转速调整气体放电频率，相邻两组电极距离约为80mm，通道中心线上内共有4组Φ5×250(高)的圆棒放电电极4，与齿形圆柱电极5一对一对称分布，电极材质均为不锈钢，放电电极表面为合金钢。
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与圆棒放电电极4连接，把所述反应器的气体流道两侧内衬圆棒放电电极4和齿形圆柱电极5接地，把电机3通电后，电机带动齿形圆柱电极5旋转，当所述的距离最近时，所述圆棒放电电极4和齿形圆柱电极5之间的气体瞬间被电离，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：4m3/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
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，所述的放电反应器的壳体内为中空的长方体，所述的壳体上设有气体入口(1)和气体出口(6)，所述的长方体内部构成气体通道，所述的气体通道内沿气流方向的中心轴为对称安装有若干齿形圆柱电极(5)，所述的齿形圆柱电极(5)在气体通道内呈均匀分布，相互对称的齿形圆柱电极(5)之间在所述中心轴位置设有圆棒放电电极(4)，所述相互对称的齿形圆柱电极(5)与所述的圆棒放电电极(4)布置在同一平面上，所述的圆棒放电电极(4)与所述的高压电源连接，所述齿形圆柱电极(5)与电机轴连接并接地，所述的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：对所述的圆棒放电电极(4)施加高电压，在电机的作用下带动齿形圆柱电极(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放电反应区时，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1或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：所述齿形圆柱电极(5)或圆棒放电电极(4)的材料包括不锈钢、钛、锆、钽、钨、铅或合金及相关导电材料。
7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述电机的转速为50～300转/分。
8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的圆棒放电电极(4)的供电方式为直流、脉冲或交流。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：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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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2161004Y (zh) * 1993-05-28 1994-04-06 肖茂如 电极位移式脉冲电晕发生器
CN201728049U (zh) * 2010-07-20 2011-02-02 上海锦惠复洁环境工程有限公司 活性氧废气净化装置

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Non-Patent Citations (1)

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Title
竹涛著: "《低温等离子体技术处理工业源VOCs》", 31 May 2015, 北京：冶金工业出版社 *

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