CN111467960B - 一种低温等离子体催化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的低温等离子体催化装置，包括第一段低温等离子体催化绝缘介质腔和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔通过催化剂装卸管连接，催化剂装卸管的一端安装有催化剂装卸管气体密封件。本发明的低温等离子体催化装置，配有两段低温等离子体催化区，VOCs在第一段低温等离子体催化降解区域深度降解，把大分子降解成小分子，降解后的产物在第二段低温等离子体催化区，根据催化剂的选择生成相应的目标产物，可以有效达到VOCs的治理和转化，可有效提高工作效率及目标产物的选择性。

Description

一种低温等离子体催化装置
技术领域
本发明涉及低温等离子体催化技术领域，具体为一种新型的低温等离子体催化装置。
背景技术
当前全球环境和能源领域面临巨大挑战，低温等离子体催化技术在挥发性有机物(VOCs)降解、温室气体转化和利用及新能源领域的开发应用有独特的优势。利用低温等离子体和催化剂相互作用产生的协同作用，可以在低温条件下提高VOCs的降解效率并降低能耗。CO2作为温室气体之一，其转化和利用是目前国际上研究的热点。与传统的催化技术相比，借助低温等离子体催化技术可以在低温条件下实现CO2转化成具有高附加值的燃料和化工产品。近年来，低温等离子体催化治理VOCs技术凭借其设备简单、去除效率高、能耗低等优势，备受国内外专家学者们的关注，已被广泛应用于工业废气的实验室模拟研究。通过优化等离子体发生器的结构有效提高去除率和能量利用率，通过催化剂的选择性实现VOCs的深度氧化，有效抑制NOX等副产物的产生，提高CO2的选择性，并且避免了反应器内产生积碳。现有的研究主要集中在提高VOCs的去除效率和降低能耗这两个方面，对于VOCs降解后的产物的转化利用鲜有研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的低温等离子体催化装置，配有两段低温等离子体催化区，VOCs在第一段低温等离子体催化降解区域深度降解，把大分子降解成小分子，降解后的产物在第二段低温等离子体催化区，根据催化剂的选择生成相应的目标产物，可以有效达到VOCs的治理和转化，可有效提高工作效率及目标产物的选择性，可以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型的低温等离子体催化装置，包括第一段低温等离子体催化绝缘介质腔和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔，所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔通过催化剂装卸管连接，所述催化剂装卸管的一端安装有催化剂装卸管气体密封件，所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔的一端设置有第一段低温等离子体催化区域气体密封件，所述第一段低温等离子体催化区域气体密封件上安装有VOCs进样管，所述VOCs进样管与第一段低温等离子体催化绝缘介质腔连通，所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔的外围安装有第一段低温等离子体催化外电极，所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔的内侧设置有第一段低温等离子体催化内电极，所述第一段低温等离子体催化内电极安装在第一段低温等离子体催化催化剂床层上，所述第二段低温等离子体催化绝缘介质腔的一端设置有第二段低温等离子体催化区域气体密封件，所述第二段低温等离子体催化区域气体密封件上安装有目标产物导出管，所述目标产物导出管与第二段低温等离子体催化绝缘介质腔连通，所述第二段低温等离子体催化绝缘介质腔的外围安装有第二段低温等离子体催化外电极，所述第二段低温等离子体催化绝缘介质腔的内侧设置有第二段低温等离子体催化内电极，所述第二段低温等离子体催化内电极安装在第二段低温等离子体催化催化剂床层上。
优选的，所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔、第二段低温等离子体催化绝缘介质腔和催化剂装卸管任意两者之间有夹角其呈Y型结构。
优选的，所述第一段低温等离子体催化内电极和第二段低温等离子体催化内电极串联，第一段低温等离子体催化内电极和第二段低温等离子体催化内电极均为不锈钢棒且套有规则的螺纹。
优选的，所述催化剂装卸管内还设置有辅助气体进样管，所述辅助气体进样管的一端位于第二段低温等离子体催化绝缘介质腔内，所述辅助气体进样管的另一端贯穿催化剂装卸管气体密封件延伸至催化剂装卸管的外侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明的低温等离子体催化装置，配有两段低温等离子体催化区，VOCs在第一段低温等离子体催化降解区域深度降解，把大分子降解成小分子，降解后的产物在第二段低温等离子体催化区，根据催化剂的选择生成相应的目标产物，诸如甲醇、乙醇、氢气等高附加值的燃料及化工产品，可以有效达到VOCs的治理和转化。
2、本发明的低温等离子体催化装置，采用一种类似“Y”型的结构，在两段低温等离子体催化区域间引入一段装卸催化剂的催化剂装卸管，通过催化剂装卸管可以高效的进行两段低温等离子体催化区内的催化剂更换，避免了对低温等离子体放电装置的拆卸，有效提高工作效率。
3、本发明的低温等离子体催化装置，采用一种类似“Y”型的结构，在两段低温等离子体催化区域引入一段装卸催化剂的催化剂装卸管，通过在催化剂装卸管的催化剂装卸管气体密封件内引入辅助气体进样管，可以根据所要选择合成的目标产物引入辅助气体进入第二段低温等离子体催化区并参与反应，有效提高目标产物的选择性。
4、本发明的低温等离子体催化装置，采用一种类似“Y”型的结构，两段放电区域共用一套内电极，可以有效实现两段放电区共用一套放电电源，同时把第一段低温等离子体催化内电极和第二段低温等离子体催化内电极上加工上有规则的螺纹，可以有效提高放电效率。
5、本发明的低温等离子体催化装置，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔均采用石英玻璃管或陶瓷管制作而成，不但具有良好的隔热性能，还具有良好的绝缘性能，并且制作加工容易，价格便宜。
附图说明
图1为本发明的实施例一的低温等离子体催化装置的示意图；
图2为本发明的实施例二的低温等离子体催化装置的示意图。
图中：1、目标产物导出管；2、第二段低温等离子体催化区域气体密封件；3、第二段低温等离子体催化绝缘介质腔；4、第二段低温等离子体催化内电极；5、第二段低温等离子体催化外电极；6、第二段低温等离子体催化催化剂床层；7、第一段低温等离子体催化外电极；8、第一段低温等离子体催化催化剂床层；9、第一段低温等离子体催化内电极；10、第一段低温等离子体催化区域气体密封件；11、VOCs进样管；12、第一段低温等离子体催化绝缘介质腔；13、催化剂装卸管；14、催化剂装卸管气体密封件；15、辅助气体进样管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参阅图1，一种新型的低温等离子体催化装置，包括第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3通过催化剂装卸管13连接，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12、第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3和催化剂装卸管13均采用石英玻璃管或陶瓷管制成，不但具有良好的隔热性能，还具有良好的绝缘性能，并且制作加工容易，价格便宜，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12、第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3和催化剂装卸管13任意两者之间有夹角其呈Y型结构，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12、第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3和催化剂装卸管13三者之间任意的二者夹角不能为90度和180度，三者之间任意二者的夹角为120度最好，催化剂装卸管13的一端安装有催化剂装卸管气体密封件14，设置的催化剂装卸管13在实验操作过程中无需对装置进行拆卸，便可以实现催化剂的装卸与更换，可便于催化剂的装卸及更换，可以有效地提高工作效率，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12的一端设置有第一段低温等离子体催化区域气体密封件10，第一段低温等离子体催化区域气体密封件10上安装有VOCs进样管11，VOCs进样管11与第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12连通，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12的外围安装有第一段低温等离子体催化外电极7，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12的内侧设置有第一段低温等离子体催化内电极9，第一段低温等离子体催化内电极9安装在第一段低温等离子体催化催化剂床层8上，第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3的一端设置有第二段低温等离子体催化区域气体密封件2，第二段低温等离子体催化区域气体密封件2上安装有目标产物导出管1，目标产物导出管1与第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3连通，第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3的外围安装有第二段低温等离子体催化外电极5，第一段低温等离子体催化外电极7和第二段低温等离子体催化外电极5的外周均包覆绝缘介质，第一段低温等离子体催化外电极7和第二段低温等离子体催化外电极5均由规定目数的铁丝网环绕而成，第一段低温等离子体催化外电极7和第二段低温等离子体催化外电极5各自独立，共同与供电电源的另一端相连，第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3的内侧设置有第二段低温等离子体催化内电极4，第一段低温等离子体催化内电极9和第二段低温等离子体催化内电极4串联，可以实现一台电源同时控制两段装置，可降低能耗，第一段低温等离子体催化内电极9和第二段低温等离子体催化内电极4均为不锈钢棒且套有规则的螺纹，第一段低温等离子体催化内电极9或第二段低温等离子体催化内电极4的一端与供电电源的一端相连，第二段低温等离子体催化内电极4安装在第二段低温等离子体催化催化剂床层6上，配有两段低温等离子体催化区，VOCs在第一段低温等离子体催化降解区域深度降解，把大分子降解成小分子，降解后的产物在第二段低温等离子体催化区，根据催化剂的选择生成相应的目标产物，诸如甲醇、乙醇、氢气等高附加值的燃料及化工产品，可以有效达到VOCs的治理和转化。
实施例二
参阅图2，一种新型的低温等离子体催化装置，催化剂装卸管13内还设置有辅助气体进样管15，辅助气体进样管15的一端位于第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3内，辅助气体进样管15的另一端贯穿催化剂装卸管气体密封件14延伸至催化剂装卸管13的外侧，可以根据目标产物的生成需要，通过辅助气体进样管15引入相应的辅助气体进入第二段低温等离子体催化催化剂床层6上参与反应，采用一种类似“Y”型的结构，在两段低温等离子体催化区域引入一段装卸催化剂的催化剂装卸管13，通过在催化剂装卸管13的催化剂装卸管气体密封件14内引入辅助气体进样管15，可以根据所要选择合成的目标产物引入辅助气体进入第二段低温等离子体催化区并参与反应，有效提高目标产物的选择性。
工作原理：VOCs经VOCs进样管11进入第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12内，在第一段低温等离子体催化外电极7和第一段低温等离子体催化内电极9的放电作用下，在第一段低温等离子体催化催化剂床层8区域经低温等离子体催化降解，降解产物经第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3进入由第二段低温等离子体催化内电极4、第二段低温等离子体催化外电极5和第二段低温等离子体催化催化剂床层6组成的区域内进行低温等离子体催化反应并生成高附加值燃料及化工产品，生成的目标产物经目标产物导出管1流出装置进入后续的分离纯化，不同种类的催化剂经催化剂装卸管13分别装填到指定的第一段低温等离子体催化催化剂床层8和第二段低温等离子体催化催化剂床层6上，增加目标产物选择性的辅助气体通过配置在催化剂装卸管13上的辅助气体进样管15引入到指定的第二段低温等离子体催化催化剂床层6上参与低温等离子体催化反应。
综上所述，本发明的低温等离子体催化装置，配有两段低温等离子体催化区，VOCs在第一段低温等离子体催化降解区域深度降解，把大分子降解成小分子，降解后的产物在第二段低温等离子体催化区，根据催化剂的选择生成相应的目标产物，诸如甲醇、乙醇、氢气等高附加值的燃料及化工产品，可以有效达到VOCs的治理和转化，采用一种类似“Y”型的结构，在两段低温等离子体催化区域间引入一段装卸催化剂的催化剂装卸管13，通过催化剂装卸管13可以高效的进行两段低温等离子体催化区内的催化剂更换，避免了对低温等离子体放电装置的拆卸，有效提高工作效率，采用一种类似“Y”型的结构，在两段低温等离子体催化区域引入一段装卸催化剂的催化剂装卸管13，通过在催化剂装卸管13的催化剂装卸管气体密封件14内引入辅助气体进样管15，可以根据所要选择合成的目标产物引入辅助气体进入第二段低温等离子体催化区并参与反应，有效提高目标产物的选择性，采用一种类似“Y”型的结构，两段放电区域共用一套内电极，可以有效实现两段放电区共用一套放电电源，同时把第一段低温等离子体催化内电极9和第二段低温等离子体催化内电极4上加工上有规则的螺纹，可以有效提高放电效率，第一段低温等离子体催化绝缘介质腔12和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔3均采用石英玻璃管或陶瓷管制作而成，不但具有良好的隔热性能，还具有良好的绝缘性能，并且制作加工容易，价格便宜。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1. 一种低温等离子体催化装置，包括第一段低温等离子体催化绝缘介质腔（12）和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔（3），其特征在于：所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔（12）和第二段低温等离子体催化绝缘介质腔（3）通过催化剂装卸管（13）连接，所述催化剂装卸管（13）的一端安装有催化剂装卸管气体密封件（14），所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔（12）的一端设置有第一段低温等离子体催化区域气体密封件（10），所述第一段低温等离子体催化区域气体密封件（10）上安装有 VOCs 进样管（11），所述 VOCs 进样管（11）与第一段低温等离子体催化绝缘介质腔（12）连通，所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔（12）的外围安装有第一段低温等离子体催化外电极（7），所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔（12）的内侧设置有第一段低温等离子体催化内电极（9），所述第一段低温等离子体催化内电极（9）安装在第一段低温等离子体催化催化剂床层（8）上，所述第二段低温等离子体催化绝缘介质腔（3）的一端设置有第二段低温等离子体催化区域气体密封件（2），所述第二段低温等离子体催化区域气体密封件（2）上安装有目标产物导出管（1），所述目标产物导出管（1）与第二段低温等离子体催化绝缘介质腔（3）连通，所述第二段低温等离子体催化绝缘介质腔（3）的外围安装有第二段低温等离子体催化外电极（5），所述第二段低温等离子体催化绝缘介质腔（3）的内侧设置有第二段低温等离子体催化内电极（4），所述第二段低温等离子体催化内电极（4）安装在第二段低温等离子体催化催化剂床层（6）上；所述第一段低温等离子体催化绝缘介质腔（12）、第二段低温等离子体催化绝缘介质腔（3）和催化剂装卸管（13）任意两者之间有夹角其呈 Y 型结构；所述催化剂装卸管（13）内还设置有辅助气体进样管（15），所述辅助气体进样管（15）的一端位于第二段低温等离子体催化绝缘介质腔（3）内，所述辅助气体进样管（15）的另一端贯穿催化剂装卸管气体密封件（14）延伸至催化剂装卸管（13）的外侧。
2.根据权利要求 1 所述的一种低温等离子体催化装置，其特征在于：所述第一段低温等离子体催化内电极（9）和第二段低温等离子体催化内电极（4）串联，第一段低温等离子体催化内电极（9）和第二段低温等离子体催化内电极（4）均为不锈钢棒且套有规则的螺纹。
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