CN116004315A - 等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废变压器油降解处理技术，具体涉及等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置及方法，该装置包括反应装置和循环装置；反应装置包括高压电极、绝缘介质管、进气口、出气口、绝缘反应容器、低压电极、含催化剂待处理液和曝气装置；循环装置包括蠕动泵、管道和水槽；反应装置与循环装置通过管道连接。该降解方法利用放电生成的活性粒子、光催化剂在等离子体伴随产生的紫外光照下生成的自由基将废变压器油安全有效地降解处理，双重降解途径共同作用，并采用循环装置使反应更加充分，实现废变压器油的绿色高效处理，实用性强、绿色环保、效率高且造价低。
Description
技术领域
本发明属于废变压器油降解处理技术领域，特别涉及等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置及方法。
背景技术
随着用电需求的增长，投入运行的电力设备也越来越多，变压器油在油浸式变压器及其他少油设备(套管、互感器)等油浸式电力设备中起着重要的绝缘、散热作用，对设备的安全稳定运行至关重要。但是在一些已经多年运行的变电站中，由于管理方式不完善，且运行时间长、检修次数多，存在一定的油浸式电力装备渗漏油现象；另外变压器事故油池作为油浸式电力变压器发生故障时的排油装置，平常会有雨水流入，当大量的雨水流入事故池时，自动排水装置会排除事故池中的水，排出的水中含有变压器油。然而变压器油不仅具有毒性而且难以自然降解，对生态环境有着负面影响：若是流入土壤中，会破坏土质抑制植被生长；若是流入水源，会污染水资源影响水生生物；若是直接焚烧，会产生有害气体导致二次污染。等且变压器油作为石油加工产物依旧具有不菲资源回收利用的潜力。除此之外，随着绿色电工装备技术的快速发展，新型绿色环保植物油大有逐渐替代变压器油的趋势，大量被替代下来的绝缘油也存在污染环境的风险以及无法处理的棘手问题。因此，如何处理废变压器油对于环境保护和资源利用都具有重大意义。
目前，对于废变压器油的一种处理方式依旧为直接丢弃或排放，这种做法不仅会破坏当地生态环境而且浪费资源，另外还有例如物理处理、生物处理及化学处理等不同方式，但是这些方法都存在着各自不同缺陷：物理法处理如膜分离和吸附，其存在着处理不彻底、使用寿命不长的缺陷；生物法处理存在着时间周期长、效率不够的缺陷；化学法处理存在着二次污染、成本高的缺陷。因此，为弥补上述问题，本发明提出一种利用等离子体联合催化剂降解处理废变压器油的装置及其方法。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种利用等离子体联合催化剂降解处理废变压器油的装置及其方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置，包括反应装置1和循环装置2；反应装置1包括高压电极1.1、绝缘介质管1.2、进气口1.3、出气口1.4、绝缘反应容器1.5、低压电极1.6、含催化剂待处理液1.7和曝气装置1.8；循环装置2包括蠕动泵2.1、管道2.2和水槽2.3；反应装置1与循环装置2通过管道2.2连接。
在上述等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置中，绝缘介质管1.2位于绝缘反应容器1.5中央；高压电极1.1位于绝缘介质管1.2中央；绝缘介质管1.2上端位于绝缘反应容器1.5顶部之上、下端与曝气装置1.8相连，曝气装置1.8位于绝缘反应容器1.5底部中央；进气口1.3与出气口1.4分别位于绝缘介质管1.2高出绝缘反应容器1.5的部分与绝缘反应容器1.5上顶部。
在上述等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置中，高压电极1.1为长棒状，绝缘介质管1.2为空心筒状，高压电极1.1置于绝缘介质管1.2内部，并与绝缘介质管1.2两侧存在间隙；高压电极1.1外接高压端，绝缘介质管1.2作为阻挡介质，低压电极1.6采用铝箔缠绕在绝缘反应容器1.5外部并接地，进气口1.3通入空气或氧气，采用DBD方式利用气体放电在高压电极1.1与绝缘介质管1.2两侧的间隙中产生活性粒子及高能电子。
在上述等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置中，含催化剂待处理液1.7中催化剂为光反应催化剂，与待处理液体混合后置于绝缘反应容器1.5内部。
一种等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置的降解方法，该降解方法利用放电生成的活性粒子、光催化剂在等离子体伴随产生的紫外光照下生成的自由基将废变压器油降解处理；包括以下步骤：
进气口持续通入气体作为DBD反应源；
出气口外接气体膜及集气瓶，对产生气体进行分类收集，再用气相色谱仪判定气体性质；
绝缘介质管中产生等活性粒子通过射流方式经曝气装置后以微小气泡形式进入待处理液并发生反应；
将催化剂混合于待处理液中成为含催化剂待处理液，DBD产生等离子体时伴随的紫外光进行光降解反应，促使光催化剂与待处理液发生反应，实现等离子体与光降解同时发生；
循环系统使待处理液在反应容器中保持循环，并控制待处理液循环速度，从而促进反应程度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明装置在绝缘介质管中不断产生活性粒子，并经曝气装置进入待处理液与液体进行降解反应，反应过程绿色环保，且反应产物可得到低烃类气体，可作为气体能源收集利用；在待处理液中混入光催化剂，利用等离子体产生时伴随的紫外光进行光降解反应，使得等离子降解与光降解同时发生进行，双重降解进一步提高反应效率。同时，本发明装置使用循环系统使待处理液在反应容器中保持持续循环状态，使得待处理液得到充分的反应。本发明提供的降解废变压器油的装置将等离子体技术与光催化技术相结合，结构简单、操作便捷、原理简单、绿色环保，不仅能够显著地提高降解效率，而且在符合环保要求的同时进行有效地降解处理废变压器油，为高校等科研机构开展废变压器油处理提供一种行之有效的技术方案。
附图说明
图1为本发明实施例利用等离子体联合催化剂降解处理废变压器油的装置示意图；
其中，1-反应装置，2-循环装置，1.1-高压电极，1.2-绝缘介质管，1.3-进气口，1.4-出气口，1.5-绝缘反应容器，1.6-低压电极，1.7-含催化剂待处理液，1.8-曝气装置，2.1-蠕动泵，2.2-管道，2.3-水槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施例基于利用空气放电产生等离子体活性粒子的放电装置与光照下发生氧化还原反应的光催化剂，组成等离子体-光协同降解装置。该降解装置利用放电生成的活性粒子、光催化剂在等离子体伴随产生的紫外光照下生成的自由基将废变压器油安全有效地降解处理，双重降解途径共同作用，并采用循环装置使反应更加充分，实现废变压器油的绿色高效处理。本实施例提供的废变压器油降解处理装置及方法实用性强、绿色环保、效率高且造价低。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种利用等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置，包括反应装置以及循环装置，反应装置与循环装置相连。
其中，反应装置包括高压电极、绝缘介质管、进气口、出气口、绝缘反应容器、低压电极、催化剂及曝气装置，该反应装置采用介质阻挡放电(DBD)方式产生等离子体。绝缘介质管位于绝缘反应容器中央且高于绝缘反应容器，所采用的高压电极置于绝缘介质管中，绝缘介质管既作为DBD的阻挡介质又作为反应发生器。低压电极为铝箔，低压电极缠绕于绝缘反应容器外部并接地处理。进气口位于绝缘介质管高出绝缘反应容器的部分，持续地通入气体作为DBD反应源。出气口位于绝缘反应容器的顶端，所述出气口外接气体膜及集气瓶，对产生气体进行分类收集，再用气相色谱仪判定气体性质。曝气装置位于绝缘反应容器底部中央，曝气装置与绝缘介质管下端相连，绝缘介质管中所产生的等活性粒子通过射流方式经曝气装置后以微小气泡形式进入待处理液并发生反应。本实施例采用的催化剂为光催化剂，催化剂混合于待处理液中，DBD产生等离子体时伴随的紫外光可促使催化剂与待处理液发生反应，实现等离子体与光催化双重降解。
循环装置包括管道、蠕动泵及水槽，管道连接反应装置与循环装置，蠕动泵可控制液体循环速度，循环装置可促进反应程度。
具体实施时，如图1所示，本发明提供一种利用等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置及方法，该装置主要包括反应装置1以及循环装置2，反应装置1与循环装置2相连；反应装置1主要包括高压电极1.1、绝缘介质管1.2、进气口1.3、出气口1.4、绝缘反应容器1.5、低压电极1.6、含催化剂待处理液1.7及曝气装置1.8；循环装置主要包括蠕动泵2.1、管道2.2及水槽2.3。
高压电极1.1与绝缘介质管1.2分别为长棒状与空心筒状，高压电极1.1置于绝缘介质管1.2内部，并与绝缘介质管两侧存在间隙；高压电极1.1外接高压端，绝缘介质管1.2作阻挡介质，低压电极1.6采用铝箔缠绕在所述绝缘反应容器1.5外部并接地，进气口1.3通入空气或氧气，采用DBD方式利用气体放电在高压电极与绝缘介质管两侧的间隙中产生O3等活性粒子及高能电子；该放电方式产生的活性粒子密度高、作用面积大且持续保持稳定，有益于降解反应。
曝气装置1.8置于绝缘反应容器底部，同时与绝缘介质管下端相连，曝气装置1.8表面布满气孔，通气时会形成大量气泡；在绝缘介质管中产生的O3活性粒子及高能电子通过曝气装置进入待处理溶液中，在溶液中发生下式反应生成·OH、H2O2及
等物质，O3和·OH都是强氧化剂，其中H2O2虽然氧化性比·OH弱一点，但其衰减周期长，有利于增大降解范围；这些强氧化性物质与待处理液中废变压器油接触并发生脱氢、断键等反应，使废变压器油被分解为CO2、H2O及低烃类气体等小分子物质；另外当通入气体为氮氧混合气体时还会生成氮氧自由基和亚硝酸根离子，进一步强化反应。
H2O+e-→·H+·OH+e- (1)
·OH+·OH→H2O2 (2)
含催化剂待处理液1.7中催化剂采用光催化剂，混合于待处理液中，在光照下可以诱发其他物质发生氧化还原反应；在DBD发生的同时会产生紫外光，含催化剂待处理液1.7中光催化剂可利用紫外光形成生成氧化性很高的·OH羟基自由基、O2-活性氧自由基,产生的自由基将与待处理液中废变压器油发生降解反应，形成无污染的小分子物质；催化剂的光降解与等离子体降解协同合作，可提高降解效率。
出气口1.4外接气体膜与集气瓶，用于将反应后产生气体进行分类收集，并用气相色谱仪进行成分判定；将降解废变压器油产生的低烃类气体作为气体能源进行收集，可达到资源利用回收的效果。
管道2.2将反应装置与循环装置连接；蠕动泵2.1可控制循环速度；利用循环装置控制待处理液循环反应，使得反应更加充分全面。
本实施例装置结构简单，使用方便，绿色环保，可以有效地降解处理废变压器油，为高校等科研机构开展废变压器油处理提供一种行之有效的技术方案。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置，其特征在于，包括反应装置(1)和循环装置(2)；反应装置(1)包括高压电极(1.1)、绝缘介质管(1.2)、进气口(1.3)、出气口(1.4)、绝缘反应容器(1.5)、低压电极(1.6)、含催化剂待处理液(1.7)和曝气装置(1.8)；循环装置(2)包括蠕动泵(2.1)、管道(2.2)和水槽(2.3)；反应装置(1)与循环装置(2)通过管道(2.2)连接。
2.根据权利要求1所述等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置，其特征在于，绝缘介质管(1.2)位于绝缘反应容器(1.5)中央；高压电极(1.1)位于绝缘介质管(1.2)中央；绝缘介质管(1.2)上端位于绝缘反应容器(1.5)顶部之上、下端与曝气装置(1.8)相连，曝气装置(1.8)位于绝缘反应容器(1.5)底部中央；进气口(1.3)与出气口(1.4)分别位于绝缘介质管(1.2)高出绝缘反应容器(1.5)的部分与绝缘反应容器(1.5)上顶部。
3.根据权利要求2所述等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置，其特征在于，高压电极(1.1)为长棒状，绝缘介质管(1.2)为空心筒状，高压电极(1.1)置于绝缘介质管(1.2)内部，并与绝缘介质管(1.2)两侧存在间隙；高压电极(1.1)外接高压端，绝缘介质管(1.2)作为阻挡介质，低压电极(1.6)采用铝箔缠绕在绝缘反应容器(1.5)外部并接地，进气口(1.3)通入空气或氧气，采用DBD方式利用气体放电在高压电极(1.1)与绝缘介质管(1.2)两侧的间隙中产生活性粒子及高能电子。
4.根据权利要求2所述等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置，其特征在于，含催化剂待处理液(1.7)中催化剂为光反应催化剂，与待处理液体混合后置于绝缘反应容器(1.5)内部。
5.根据权利要求1-4任意一项所述等离子体技术联合催化剂降解废变压器油的装置的降解方法，其特征在于，该降解方法利用放电生成的活性粒子、光催化剂在等离子体伴随产生的紫外光照下生成的自由基将废变压器油降解处理；包括以下步骤：
进气口持续通入气体作为DBD反应源；
出气口外接气体膜及集气瓶，对产生气体进行分类收集，再用气相色谱仪判定气体性质；
绝缘介质管中产生等活性粒子通过射流方式经曝气装置后以微小气泡形式进入待处理液并发生反应；
将催化剂混合于待处理液中成为含催化剂待处理液，DBD产生等离子体时伴随的紫外光进行光降解反应，促使光催化剂与待处理液发生反应，实现等离子体与光降解同时发生；
循环系统使待处理液在反应容器中保持循环，并控制待处理液循环速度，从而促进反应程度。
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