CN113304584A - 一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统 - Google Patents

一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，涉及废气净化领域，包括等离子体分选器和废气反应器，等离子体分选器包括等离子体发生器、磁场发生装置和等离子体运动通道，等离子体运动通道被磁场发生装置产生的磁场覆盖，废气反应器通过连接装置与等离子体分选器连接，废气反应器的两端分别为废气进气口和废气出气口；本发明提供的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，通过外加磁场分选出高能量的电子，避免了净化过程中电子的湮灭，提高了净化处理的效率，降低了能耗，其次，通过外加磁场分选出的正电粒子定向移动产生电流，补充等离子体激发时所需的电能，即“自电再生”，进一步降低了能耗。

Description

一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统
技术领域
本发明属于废气净化领域，尤其涉及一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统。
背景技术
焦炉煤气，又称焦炉气，由于可燃成分多，属于高热值煤气，粗煤气或荒煤气。但是，焦炉煤气净化过程中冷凝鼓风、脱硫、硫铵、粗苯等工段都会有较低浓度的VOCs尾废气溢散，影响大气环境，因此焦炉煤气的废气净化问题越来越受到重视。
VOCs控制技术基本可分为两大类：第一类是以改进工艺技术、更换设备、使用替代品和防止泄露为主的预防性措施；第二类是以末端治理为主的控制性措施。在第二类方法中又分为两个大方向：一是回收方法，主要针对中高浓度的VOCs排放物；二是处理方法，主要是针对低浓度VOCs排放物。目前我国加大了清洁生产的力度，对有条件的企业尽可能的要求其使用第一类控制VOCs技术。但由于第一类控制技术投入比较大，企业负担比较重，因此目前我国在VOCs控制方面主要采用第二类技术，特别是以末端处理方法为主，包括直接燃烧法、催化氧化、吸收法、吸附法以及冷凝法。
低温等离子体技术在处理低浓度的有机废气方面，具有效率高，能耗低，使用范围广，处理量大，操作简单等优点，显示出良好的发展前景，受到人们广泛关注。
等离子体就是在高压和电压的条件下被电离的气体，是由电子、离子等带电粒子和原子、分子等中性粒子构成的，宏观上系统成准中性的流体，等离子体中正负电荷数目相同，并且具有导电性和电磁性。
等离子体按照产生的方式不同，分成天然形成的和人工制成的。宇宙中绝大多数恒星星系和星云都是处于等离子体状态，地球上出现的极光和余晖也是等离子体的一种形态；人工等离子体多出现在日常生活中常见的霓虹灯、日光灯以及工业上焊接、材料制备采用的等离子体炬。
依据热力学平衡分类，完全热力学平衡等离子体的体系温度超过5×103K，同时离子温度和电子温度都达到热平衡；非热力学平衡等离子体中电子的温度高达10×103K，但离子的温度只有300～500K。
工业生产和实验室一般采用气体放电的方式产生低温等离子体，即两个电极上施加足够高的电压使得电极间的气体被电离来产生低温等离子体。
传统的处理焦炉煤气净化过程中产生的低浓度VOCs排放物的方法，如吸收法、吸附法存在投资较大、处理低浓度废气效率低下、应用面较窄等问题，为解决这一难题，开发了一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，来处理VOCs尾废气。
发明内容
等离子体技术净化VOCs尾废气，起作用的主要是高能量电子，气体放电产生的等离子体包含电子和正电粒子，现有技术处理尾废气时，是在一个装置里，处理过程中不可避免的会发生电子湮灭的现象，即电子和正电粒子结合，增加了处理能耗，降低了处理效率。
本发明的目的在于提供一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，包括等离子体分选器和废气反应器；
所述等离子体分选器包括等离子体发生器、磁场发生装置和等离子体运动通道；
所述等离子体发生器位于所述等离子体分选器的上部，所述等离子体运动通道位于所述等离子体分选器的下部并与所述等离子体发生器相连接，所述等离子体运动通道被所述磁场发生装置产生的磁场覆盖；
所述废气反应器通过连接装置与所述等离子体分选器连接；
所述废气反应器的两端分别为废气进气口和废气出气口。
进一步地，所述等离子体发生器的放电方式为介质阻挡放电、辉光放电、电晕放电或射频放电中的一种。
工业生产和实验室一般采用气体放电的方式产生低温等离子体，即两个电极上施加足够高的电压使得电极间的气体被电离来产生低温等离子体。
等离子体技术净化VOCs机理为，通过介质阻挡放电、辉光放电、电晕放电、射频放电等产生的低温等离子体，其体系中电子的温度高达上万摄氏度，当具有高能量的电子与VOCs分子发生碰撞，会直接轰碎这些挥发性有机化合物分子使其降解，伴随着激发、电离、解离等反应的发生，这些VOCs大分子转化成无毒无害的H2O和CO2等分子，从而达到净化效果。电子在电场中的能量决定着作用挥发性有机化合物分子的选择性，只有当电子能量达到一定程度，电子将会与VOCs分子发生非弹性碰撞，将绝大多数能量传递给大分子。
进一步地，所述等离子体发生器的放电方式为平板式介质阻挡放电，介质材料覆盖在正极端，负极端接地。
通过负极接地降低实验风险。
进一步地，所述废气反应器为线筒型式反应器，所述废气反应器的材质为石英玻璃管材质。
进一步地，所述废气反应器的两端用橡胶塞塞住，废气反应器的一端橡胶塞上开设废气进气口，另一端橡胶塞上开设废气出气口。
所述废气反应器的两端用橡胶塞塞住，确保气体在废气反应器中充分反应不会泄露出去，废气反应器的一端橡胶塞上开设废气进气口，另一端橡胶塞上开设废气出气口，通过在橡胶塞上开设废气进气口或废气出气口保证气体流通。
进一步地，所述等离子体分选器的结构呈长方体，所述等离子体运动通道对立的两侧面分别开设电子出口和正电粒子出口，所述废气反应器的侧面开设电子进口，所述连接装置的一端与电子出口连接，另一端与电子进口连接。
进一步地，所述磁场发生装置产生的磁场为匀强磁场。
进一步地，所述等离子体发生器产生的电子和正电粒子的运动方向与磁感应强度方向相垂直。
通过控制等离子体发生器来控制电子和正电粒子的电荷量、运动速度和运动方向等，通过控制磁场发生装置产生的磁场的强度和方向，根据磁场相关知识，当等离子体发生器产生的电子和正电粒子的运动方向和磁感应强度方向相垂直时，电子和正电粒子将受到洛伦兹力作用，并且洛伦兹力方向始终和速度方向垂直，带电粒子在匀强磁场中将做匀速圆周运动，从而更容易控制电子和正电粒子的出射方向，将气体放电产生的等离子体分选，分选出高能量的电子，避免了净化过程中电子的湮灭，可以提高了处理效率，降低处理能耗，分选出的正电粒子，定向移动，产生电流，补充等离子体激发时所需的电能，即所谓的“自电再生”，也是降低能耗的一种表现。
有益效果：
(1)本发明提供的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，包括等离子体分选器和废气反应器，等离子体分选器包括等离子体发生器、磁场发生装置和等离子体运动通道，通过外加磁场，分选出高能量的电子，避免了净化过程中电子的湮灭，提高了净化处理的效率，降低了能耗；
(2)本发明提供的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，通过外加磁场，分选出的正电粒子，定向移动，产生电流，补充等离子体激发时所需的电能，即所谓的“自电再生”，进一步降低了能耗。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统的结构示意图；
图2为一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统的b-c剖面示意图；
图3为一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统的d-c剖面示意图；
图4为等离子体技术净化VOCs机理示意图。
附图标记如下：1-等离子体分选器；1-1-等离子体发生器；1-2-等离子体运动通道；2-废气反应器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例
如图1～4中，在一个较佳的实施例中，提供一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，包括等离子体分选器1和废气反应器2；
所述等离子体分选器1包括等离子体发生器1-1、磁场发生装置和等离子体运动通道1-2；
所述等离子体发生器1-1位于所述等离子体分选器1的上部，所述等离子体运动通道1-2位于所述等离子体分选器1的下部并与所述等离子体发生器1-1相连接，所述等离子体运动通道1-2被所述磁场发生装置产生的磁场覆盖；
所述废气反应器2通过连接装置与所述等离子体分选器1连接；
所述废气反应器2的两端分别为废气进气口和废气出气口。
所述等离子体发生器1-1的放电方式为介质阻挡放电、辉光放电、电晕放电或射频放电中的一种。
工业生产和实验室一般采用气体放电的方式产生低温等离子体，即两个电极上施加足够高的电压使得电极间的气体被电离来产生低温等离子体。
等离子体技术净化VOCs机理为，通过介质阻挡放电、辉光放电、电晕放电、射频放电等产生的低温等离子体，其体系中电子的温度高达上万摄氏度，当具有高能量的电子与VOCs分子发生碰撞，会直接轰碎这些挥发性有机化合物分子使其降解，伴随着激发、电离、解离等反应的发生，这些VOCs大分子转化成无毒无害的H2O和CO2等分子，从而达到净化效果。电子在电场中的能量决定着作用挥发性有机化合物分子的选择性，只有当电子能量达到一定程度，电子将会与VOCs分子发生非弹性碰撞，将绝大多数能量传递给大分子。
本实施例中，所述等离子体发生器1-1的放电方式为平板式介质阻挡放电，介质材料覆盖在正极端，负极端接地。
通过负极接地降低实验风险。
所述废气反应器2为线筒型式反应器，所述废气反应器2的材质为石英玻璃管材质。
所述废气反应器2的两端用橡胶塞塞住，所述橡胶塞上开设废气进气口或废气出气口。
所述废气反应器2呈圆柱体结构，废气反应器2的上下两端用橡胶塞塞住，确保气体在废气反应器2中充分反应不会泄露出去，废气反应器2的一端橡胶塞上开设废气进气口，另一端橡胶塞上开设废气出气口，通过在橡胶塞上开设废气进气口或废气出气口保证气体流通。
所述等离子体分选器1的结构呈长方体，所述等离子体运动通道1-2对立的两侧面分别开设电子出口和正电粒子出口，所述废气反应器2的侧面开设电子进口，所述连接装置的一端与电子出口连接，另一端与电子进口连接。
如图1所示，为了更好的表述磁场方向，将所述等离子体运动通道1-2的底面四个顶点分别命名为a、b、c和d，本实施例中，当磁场发生装置产生的磁场方向为由b向c时，由等离子体发生器1-1产生的电子和正电粒子垂直进入磁场中，在受到洛伦兹力作用下，高速电子从等离子体分选器1左侧经电子出口、连接装置和电子进口喷出进入废气反应器2中，正电粒子从等离子体分选器1右侧正电粒子出口喷出。
所述磁场发生装置产生的磁场为匀强磁场。
所述等离子体发生器1-1产生的电子和正电粒子的运动方向与磁感应强度方向相垂直。
通过控制等离子发生器来控制电子和正电粒子的电荷量、运动速度和运动方向等，通过控制磁场发生装置产生的磁场的强度和方向，根据磁场相关知识，当等离子体发生器1-1产生的电子和正电粒子的运动方向和磁感应强度方向相垂直时，电子和正电粒子将受到洛伦兹力作用，并且洛伦兹力方向始终和速度方向垂直，带电粒子在匀强磁场中将做匀速圆周运动，从而更容易控制电子和正电粒子的出射方向，将气体放电产生的等离子体分选，分选出高能量的电子，避免了净化过程中电子的湮灭，可以提高了处理效率，降低处理能耗，分选出的正电粒子，定向移动，产生电流，补充等离子体激发时所需的电能，即所谓的“自电再生”，也是降低能耗的一种表现。
本发明的工作原理为：等离子体分选器1上部的等离子体发生器1-1为平板式介质阻挡放电结构，介质材料覆盖在正极一侧，负极接地，当对放电电极施加足够高的电压，等离子体发生器1-1中的电离气被电离形成细丝状的等离子体，然后，等离子体垂直进入等离子体运动通道1-2，由于等离子体运动通道1-2被磁场发生装置产生的磁场覆盖，所以，高速电子和正电粒子在磁场作用下受相反方向洛伦兹力的影响发生偏转，当磁场方向为由b向c时，高速电子从等离子体分选器1左侧喷出经过连接装置进入废气反应器2中，正电粒子从等离子体分选器1右侧喷出，其中废气反应器2为线筒型式反应器，主体为石英玻璃管材质，侧面预留供高速电子喷入的电子进口，废气反应器2的上下两端用橡胶塞塞住，确保气体在废气反应器2中充分反应不会泄露出去，通过在橡胶塞上开设废气进气口或废气出气口保证气体流通；本发明提供的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，通过外加磁场，分选出高能量的电子，避免了净化过程中电子的湮灭，提高了净化处理的效率，降低了能耗，其次，通过外加磁场，分选出的正电粒子，定向移动，产生电流，补充等离子体激发时所需的电能，即所谓的“自电再生”，进一步降低了能耗。

Claims (8)

1.一种自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，其特征在于，包括等离子体分选器(1)和废气反应器(2)；
所述等离子体分选器(1)包括等离子体发生器(1-1)、磁场发生装置和等离子体运动通道(1-2)；
所述等离子体发生器(1-1)位于所述等离子体分选器(1)的上部，所述等离子体运动通道(1-2)位于所述等离子体分选器(1)的下部并与所述等离子体发生器(1-1)相连接，所述等离子体运动通道(1-2)被所述磁场发生装置产生的磁场覆盖；
所述废气反应器(2)通过连接装置与所述等离子体分选器(1)连接；
所述废气反应器(2)的两端分别为废气进气口和废气出气口。
2.如权利要求1所述的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，其特征在于，所述等离子体发生器(1-1)的放电方式为介质阻挡放电、辉光放电、电晕放电或射频放电中的一种。
3.如权利要求2所述的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，其特征在于，所述等离子体发生器(1-1)的放电方式为平板式介质阻挡放电，介质材料覆盖在正极端，负极端接地。
4.如权利要求1所述的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，其特征在于，所述废气反应器(2)为线筒型式反应器，所述废气反应器(2)的材质为石英玻璃管材质。
5.如权利要求4所述的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，其特征在于，所述废气反应器(2)的两端用橡胶塞塞住，所述废气反应器(2)的一端橡胶塞上开设废气进气口，另一端橡胶塞上开设废气出气口。
6.如权利要求1所述的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，其特征在于，所述等离子体分选器(1)的结构呈长方体，所述等离子体运动通道(1-2)对立的两侧面分别开设电子出口和正电粒子出口，所述废气反应器(2)的侧面开设电子进口，所述连接装置的一端与电子出口连接，另一端与电子进口连接。
7.如权利要求1所述的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，其特征在于，所述磁场发生装置产生的磁场为匀强磁场。
8.如权利要求7所述的自电再生式磁旋分选等离子体净化焦化尾废气系统，其特征在于，所述等离子体发生器(1-1)产生的电子和正电粒子的运动方向与磁感应强度方向相垂直。
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