CN203886398U - 一种一体式等离子体催化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式等离子体催化反应装置，包括壳体，还包括：等离子体反应段，位于壳体内的下半部，该等离子体反应段内沿竖直向并列设置若干个放电单元，所有放电单元构成电晕放电区；两块均布板，分别位于所述等离子体反应段的底部和顶部；吸附催化段，位于壳体内的上半部，所述吸附催化段内设有若干层可拆卸吸附催化层；进气口，位于所述壳体的底部；出气口，位于所述壳体的顶部。本实用新型讲等离子体反应段和吸附催化段两个反应段集于一个反应壳体内，等离子体反应和吸附催化反应之间相互协同，共同促进，既增强了废气的处理效果，又降低了处理成本。

Description

一种一体式等离子体催化反应装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体催化治理气态污染物的反应系统，具体涉及一种治理有机废气的一体式等离子体催化反应装置。

背景技术

等离子体多相吸附催化反应器一般分为一段式（IPC）和两段式（PPC），例如，公开号为CN102179145A的中国发明专利申请公开了一种等离子体催化协同治理VOCs的反应器，包括筒体，筒体为石英玻璃管，石英玻璃管的外壁面包裹金属导电物，金属导电物接交流高压电源作为介质阻挡放电的外电极；筒体内部正中间设置不锈钢管，不锈钢管接地作为介质阻挡放电的内电极；不锈钢管管壁开孔，并连接外部气源；石英玻璃管和不锈钢管之间形成放电气隙，放电气隙内填充吸附剂和催化剂；筒体的一端为进气口端，另一端为出气口端，进气口端和出气口端分别设有气流均布板。

公开号为CN101920156A公开了一种能够有效降低能耗和控制副产物的两段式低温等离子体废气净化装置，包括高速等离子体氧化器、气溶胶生长器和低速等离子体收集处理器，所述高速等离子体氧化器包括第一反应器和第一电源，所述低速等离子体收集处理器包括第二反应器和第二电源，所述气溶胶生长器前后与第一反应器和第二反应器分别连接。废气进入第一反应器进行氧化处理，得到的初步净化后的气体和固相副产物进入气溶胶生长器，固相副产物在气溶胶生长器中凝并、成长后被收集在第二反应器中，从而达到充分利用活性物质和去除副产物的目的，实现能耗低，无二次污染的效果。

对于一段式等离子体催化反应器在工程化应用过程中存在难以克服的缺点，就是催化剂的钝化和吸附剂的饱和问题。在等离子体多相吸附催化反应器中，由于长时间的气态污染物及其副产物在吸附剂和催化剂表层堆积，吸附剂开始慢慢饱和，催化剂也将逐渐钝化，后续污染物的处理效率开始慢慢降低，直至系统中污染物的尾气排放浓度超过一定值。因而需要定期更换反应器中的催化剂和吸附剂，而期间气态污染物尾气浓度将有超标的风险，甚至在更换吸附剂和催化剂时废气处理装置需要停运一段时间。然而，二段式等离子体催化反应器吸附催化剂一般置于放电等离子体反应器之后，通过对吸附催化段的改造，可以做到易于催化剂和吸附剂的更换，保证了吸附催化效果，不仅节约了运行成本，而且简化了工程操作。

实用新型内容

本实用新型提供了一种一体式等离子体催化反应装置，解决了废气的净化效率低、吸附催化剂的寿命短且不便于更换的问题。

一种一体式等离子体催化反应装置，包括壳体，还包括：

等离子体反应段，位于壳体内的下半部，该等离子体反应段内沿竖直向并列设置若干个放电单元，所有放电单元构成电晕放电区；

两块均布板，分别位于所述等离子体反应段的底部和顶部；

吸附催化段，位于壳体内的上半部，所述吸附催化段内设有若干层可拆卸吸附催化层；

进气口，位于所述壳体的底部；

出气口，位于所述壳体的顶部。

废气由壳体底部送入，依次经过等离子体反应段和吸附催化段，最后由壳体顶部排除，本实用新型基于等离子体空间富集了大量极活泼的高活性物种，如离子、电子、激发态的原子、分子及自由基等，这些高活性物种在普通的热化学反应中不易得到，但在等离子体中可源源不断地产生。这些活性物种（特别是高能电子）含有巨大的能量，可以引发位于等离子体附近的催化剂，并可降低反应的活化能。同时，催化剂还可选择性地促进等离子体产生的副产物反应，得到无污染的物质。两个反应段集于一个反应壳体内，等离子体反应和吸附催化反应之间相互协同，共同促进，既增强了废气的处理效果，又降低了处理成本。

作为优选，所述放电单元包括圆柱体外壳及位于圆柱体外壳正中央的放电电极，所述放电电极为突点电极。

进一步优选，所述突点电极包括：位于圆柱体外壳内的不锈钢内芯；包覆在不锈钢内芯上的不锈钢铁皮；位于不锈钢铁皮上的若干个突刺。

更进一步优选，所述突刺为半圆形或锥形突点。

更进一步优选，所述的突点电极的不锈钢内芯直径为5～10mm，突刺高度为0.5～1mm。放电间隙为100～200mm。

电晕放电区为线筒式结构，放电发生在处于同轴的放电电极突点状电极与接地极(接地极为圆的金属反应器筒体)之间的环形区域内，电晕放电区为若干个圆柱体组成的蜂窝状结构，每个圆柱体作为一个放电单元。放电单元包括圆柱体外壳及位于圆柱体外壳正中央的放电电极，放电电极为突点状电极。突点电极先由不锈钢薄板表面冲击出半圆形或锥形突点，之后不锈钢板包裹在实心铁棒上，并且突点朝外。所述的突点电极的实心铁棒直径为5～10mm，突点高度为0.5～1mm。本发明的反应装置采用本发明的放电电极后，放电均匀且强烈，电晕填充度明显好于芒刺类的放电电极，对废气的处理效果更好，废气的净化效率大大提高，更好的节约资源。

作为优选，所述可拆卸吸附催化层为抽屉式吸附催化层。

作为优选，所述可拆卸吸附催化层的下表面为拒水抗油型过滤层，上表面不封闭。

作为优选，每层可拆卸吸附催化层的厚度为100～200mm。

吸附剂为选择性活性炭，并在其上负载贵金属催化（如Au、Ag、Pt等），活性炭颗粒为0.4～0.8mm。

所述的吸附催化层为多层固定床结构。每层吸附催化层设计成抽屉形式，可自下而上进行定期更换，并在抽屉的一端设置把手，便于更换，保证吸附催化效果。所述的吸附催化层为长方体结构，下表面为过滤层，上表面不封闭，过滤层能够防止等离子体放电有机废气降解过程中产生的气溶胶态物质进入吸附层，从而避免堵塞吸附剂孔隙，影响吸附催化效果。所述的过滤层优选为拒水防油型过滤材料，并配套支撑龙骨。所述的活性炭层每层的厚度优选为100～200mm。

所述的多层吸附剂选用的材料为选择性活性炭，根据有机废气的实际组分，将特殊的贵金属（Au、Ag、Pt等）催化剂负载在活性炭上，形成选择性活性炭，使活性炭能在常温下发挥催化氧化作用。活性炭颗粒的粒径优选为0.4～0.8mm。吸附催化层利用粒状活性炭的多孔结构，将废气中的有机物捕获，同时在催化剂的作用下发生分解，最后氧化成CO₂等无害气体；抽屉式的催化剂层，可以实现吸附催化剂的快速更换，保证废气处理装置的高效运行。

本发明提供的多层吸附剂叠加增长了有机废气在一体式等离子体催化反应装置的停留时间，同时在催化剂的作用下，使其氧化强度增高，实现了有机废气的深度氧化。作为优选，所述等离子体反应段上设有旁路进气口，该旁路进气口位于电晕放电区的上方。当等离子体氧化段发生故障时，废气直接经吸附催化段进行处理，实现了反应装置的连续运行。

作为优选，所述进气口处设置有密封挡板。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型将等离子体反应段和吸附催化段集于一个反应壳体内，等离子体空间富集了大量极活泼的高活性物种，如离子、电子、激发态的原子、分子及自由基等，这些高活性物种在普通的热化学反应中不易得到，但在等离子体中可源源不断地产生。这些活性物种（特别是高能电子）含有巨大的能量，可以引发位于等离子体附近的催化剂，并可降低反应的活化能。同时，催化剂还可选择性地促进等离子体产生的副产物反应，得到无污染的物质。等离子体反应和吸附催化反应之间相互协同，共同促进，既增强了废气的处理效果，又降低了处理成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型电晕放电区的截面图。

图3是本实用新型突点电极的结构示意图。

图中所示附图标记如下：

1-电晕放电区	2-均布板	3-连接段
			4-吸附催化层	5-主进气口	6-主进气阀
7-旁路气管	8-旁路进气阀	9-旁路进气口
			10-出气口	101-放电单元	101a-放电电极。

具体实施方式

如图1所示，一种一体式等离子体催化反应装置，包括壳体，壳体内分为上下两个反应段，位于下半部的为等离子体反应段，位于上半部的为吸附催化段，壳体的底部设置主进气口5，主进气口5连接主进气管，主进气管上设置主进气阀6，壳体的顶部设置出气口10。

等离子体反应段的底部和顶部各设置一块均布板2，位于底部的一块均布板与壳体的底部间隔一定的距离，构成进气段，两块均布板之间为电晕放电区1，电晕放电区1的底部与顶部与对应的均布板之间均间隔一定的距离，电晕放电区1的顶部与对应均布板之间的空间构成连接段3，经过电晕放电区处理后的废气经连接段3后再经均布板均布后进入吸附催化段，连接段3上设有旁路进气口9，旁路进气口9连接旁路气管7，旁路气管7上设置旁路进气阀8。

电晕放电区1的截面如图2所示，电晕放电区为若干个圆柱体组成的蜂窝状结构，每个圆柱体作为一个放电单元101。放电单元包括圆柱体外壳及位于圆柱体外壳正中央的放电电极101a，放电电极101a的结构如图3所示，放电电极为突点状电极，突点电极先由不锈钢薄板表面冲击出半圆形或锥形突点，之后不锈钢板包裹在实心铁棒上，并且突点朝外，突点电极的实心铁棒直径为5～10mm，突点高度为0.5～1mm。放电间隙100～200mm。

吸附催化段为多层固定床结构。每层吸附催化层设计成抽屉形式，可自下而上进行定期更换。吸附催化层为长方体结构，下表面为过滤层，上表面不封闭，过滤层能够防止等离子体放电有机废气降解过程中产生的气溶胶态物质进入吸附层，从而避免堵塞吸附剂孔隙，影响吸附催化效果。过滤层优选为拒水防油型过滤材料，并配套支撑龙骨。每层吸附催化层的厚度优选为100～200mm。设置层数根据实际处理可自行调整。

多层吸附剂选用的材料为选择性活性炭，根据有机废气的实际组分，将特殊的贵金属催化剂（Au、Ag、Pt等）负载在活性炭上，形成选择性活性炭，使活性炭能在常温下发挥催化氧化作用。活性炭颗粒的粒径为0.4～0.8mm。抽屉式的催化剂层，可以实现吸附催化剂的快速更换，保证废气处理装置的高效运行。

本实用新型的操作流程如下：

主气路：关闭旁路进气阀，打开主进气阀；废气依次进入等离子体氧化段，连接段和吸附催化段进行处理；处理后的烟气由出气口排出。

运行一段时间后，吸附层由下自上进行更换；保证吸附催化效果。经过等离子体氧化和吸附催化后，废气中有害物质转化为无害物质，完成废气的净化。此时等离子体和吸附催化发生协同作用，废气的净化效率大大提高，吸附催化剂的寿命也大大延长。

旁路：关闭主进气阀，打开旁路阀门；废气依次进入连接段和吸附催化段进行处理；处理后的烟气由反应装置的出气口排出。当等离子体氧化段发生故障时，废气直接经吸附催化段进行处理，实现了反应装置的连续运行。

Claims (10)

1.一种一体式等离子体催化反应装置，包括壳体，其特征在于，还包括： 

等离子体反应段，位于壳体内的下半部，该等离子体反应段内沿竖直向并列设置若干个放电单元，所有放电单元构成电晕放电区； 

两块均布板，分别位于所述等离子体反应段的底部和顶部； 

吸附催化段，位于壳体内的上半部，所述吸附催化段内设有若干层可拆卸吸附催化层； 

进气口，位于所述壳体的底部； 

出气口，位于所述壳体的顶部。 

2.根据权利要求1所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于，所述放电单元包括圆柱体外壳及位于圆柱体外壳正中央的放电电极，所述放电电极为突点电极。 

3.根据权利要求2所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于，所述突点电极包括：位于圆柱体外壳内的不锈钢内芯；包覆在不锈钢内芯上的不锈钢铁皮；位于不锈钢铁皮上的若干个突刺。 

4.根据权利要求3所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于，所述突刺为半圆形或锥形突点。 

5.如权利要求4所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于，所述的突点电极的不锈钢内芯直径为5～10mm，突刺高度为0.5～1mm。 

6.根据权利要求1所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于，所述可拆卸吸附催化层为抽屉式吸附催化层。 

7.根据权利6所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于，所述可拆卸吸附催化层的下表面为拒水抗油型过滤层，上表面不封闭。 

8.根据权利6所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于，每层可拆卸吸附催化层的厚度为100～200mm。 

9.根据权利要求1所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于，所述等离子体反应段上设有旁路进气口，该旁路进气口位于电晕放电区的上方。 

10.根据权利要求1所述一体式等离子体催化反应装置，其特征在于， 所述进气口处设置有密封挡板。