CN203899429U - 一种催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，包括电磁式空压机、水汽鼓泡瓶、恶臭物质鼓泡瓶、气体混合器、低温等离子体反应器、催化氧化反应器和填料吸收塔；所述的恶臭物质鼓泡瓶、气体混合器、低温等离子体反应器、催化氧化反应器和填料吸收塔通过管路依次连通，在所述气体混合器上设有管路直接与填料吸收塔连通，在所述填料吸收塔上干净气体出口；所述的电磁式空压机通过管路与气体混合器相连，在电磁式空压机和气体混合器之间的连通管路上连接有水汽鼓泡瓶的回路管路。该装置在提高净化效率的同时，能大大降低等离子体净化中间产物生成，缩小装置体积，节约成本，延长催化剂使用寿命，实现对恶臭气体快速、彻底、高效净化。

Description

一种催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置

技术领域

本实用新型属于环保设备技术领域，涉及一种处理恶臭气体的装置，具体是一种催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，可应用于生产工艺、污水处理站及其他有恶臭气体产生的场所。 

背景技术

《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中关于恶臭污染物的定义是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质。常见恶臭污染物按组成可分为含硫化合物、含氮化合物、卤素及衍生物、烃类以及含氧有机化合物等。

恶臭污染物常可采用稀释扩散法、中和法、吸收法、吸附法、热破坏法、微生物法等治理，但上述方法都有缺陷，比如吸收法需要消耗吸收剂，且处理效率不高，恶臭污染物仅由气相转移到液相，无法彻底消除。吸附法对低浓度恶臭气体脱除效率较高，但吸附剂需及时更换或再生，恶臭污染物仅由气相转移到固相，也无法彻底消除。热破坏法虽然能彻底消除污染物，但由于设备易腐蚀，消耗燃料，处理成本高，易形成二次污染等缺陷极大限制了其应用。 

低温等离子体是近年来新兴的一种废气处理方法，主要通过等离子体放电过程中产生的大量活性物种，这些活性物种和由活性物种产生的臭氧轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后能引发一系列复杂的物理、化学反应，使复杂的大分子污染物转变为简单的小分子安全物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。但是，等离子体在净化过程中可产生毒性更高的中间产物或者是分子更大，比原分子更难降解的中间产物，存在氧化不完全和臭氧残留导致二次污染的问题，同时过高的处理成本也是制约其应用的关键。 

催化氧化法是指在一定压力和常温条件下，以金属材料为催化剂，废气中的污染物与空气、氧气、臭氧等氧化剂进行氧化反应，从而将废气中有害可燃组分氧化分解。由于催化剂的存在，可在较低温度下进行，起燃温度约为250℃-300℃。相对于其它方法，更高效节能，减少了二次污染。催化燃烧方法由于操作温度低和易燃烧完全，成为目前最有应用前景的用于较低浓度的废气处理方法之一。当使用催化氧化法处理废气时，某些气体污染物氧化反应条件苛刻，必须需要高温、高空、高水蒸气分压，因此选择的催化剂必须具备高活性、高热稳定性和高水热稳定性，以及一定的抗中毒能力；常用的催化剂是金、银、钌、铑、钯等贵金属催化剂，但这些贵金属价格昂贵、易烧结，增加了催化氧化处理成本。 

实用新型内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，以期实现将低温等离子体方法与催化氧化方法有机结合，提高净化效率的同时，大大降低了等离子体净化中间产物生成，实现对恶臭气体快速、彻底、高效的净化。 

技术方案：为了实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案为： 

一种催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，包括电磁式空压机、水汽鼓泡瓶、恶臭物质鼓泡瓶、气体混合器、低温等离子体反应器、催化氧化反应器和填料吸收塔；所述的恶臭物质鼓泡瓶、气体混合器、低温等离子体反应器、催化氧化反应器和填料吸收塔通过管路依次连通，在所述气体混合器上设有管路直接与填料吸收塔连通，在所述填料吸收塔上干净气体出口；所述的电磁式空压机通过管路与气体混合器相连，在电磁式空压机和气体混合器之间的连通管路上连接有水汽鼓泡瓶的回路管路。

在所述的电磁式空压机和气体混合器之间的连通管路上设有玻璃转子流量计。 

所述的恶臭物质鼓泡瓶通过管路与高纯氮气钢瓶相连，在该管路上设有质量流量控制器。 

所述的低温等离子体反应器与高压低功率变频电源相连。 

所述的水汽鼓泡瓶的回路管路通过三通阀与电磁式空压机和气体混合器之间的连通管路相连。 

在所述的电磁式空压机和气体混合器之间的连通管路上、水汽鼓泡瓶的回路管路上均设有质量流量控制器。 

所述气体混合器至少包括第一进气通道、第二进气通道、气体混合通道及出气通道，第一进气通道和第二进气通道分别与气体混合通道相连，在第一进气通道和第二进气通道底部均设有气孔；在所述的气体混合通道内设有楔形导流板；所述的气体混合通道与出气通道相连，在所述的出气通道内设有分布均匀的导流槽。 

所述的低温等离子体反应器由若干个低温等离子体净化单元串联或并联联通组成。

在所述的催化氧化反应器中设有催化剂；所述催化剂包括载体和活性组分；所述载体为孔内涂有Al₂O₃涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；所述活性组分包括金属氧化物和/或贵金属；所述金属氧化物包括锰、钴、铜、锆或铈等一种或多种；所述贵金属为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂等一种或多种。所述催化剂活性组分在蜂窝陶瓷的总负载量为10%—20%，所述催化剂活性组分与载体γ-Al₂O₃质量之比为0.1—0.3，所述贵金属占固溶体重量的百分比为1~5%。 

在所述的催化氧化反应器进口处设有电加热装置，内部设有换热器。 

本实用新型处理恶臭气体的机理为：恶臭气体首先在低温等离子体反应器内被高压放电产生的O₃、·OH、H₂O₂、O·和高能电子等强氧化性物质分解为小分子物质，同时生成的臭氧、一氧化碳、小分子物质在催化氧化反应器上被氧化得到碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、卤化氢、水等低毒或无毒产物，最后经填料塔喷淋吸收后排放。 

有益效果：与现有装置相比，本实用新型的显著优点包括：1）本实用新型有机态污染物经过低温等离子体反应器大部分被氧化为无机态气体，少量形成易降解中间副产物，还有特定副产物臭氧；中间产物可在催化剂表面完全矿化，矿化后的反应产物经旋流板净化塔处理后排放，避免了二次污染的发生；臭氧可极大提高催化剂的活性和选择性，降低催化反应温度，既减少催化氧化反应器能耗，又延长催化剂使用寿命；3）本实用新型催化剂活性高，催化能力强，起燃温度低，更高效节能，催化剂成本较常规催化剂低；4）含恶臭气体的气流经本实用新型装置处理后，各恶臭气体的去除率均高达95%以上。 

附图说明

图1是催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置示意图。 

图2是气体混合装置示意图。 

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本实用新型进一步说明，应当指出，对于本领域的普通方法人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。 

如图1所示，催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，主要设备部件包括玻璃转子流量计1、电磁式空压机2、水汽鼓泡瓶3、高纯氮气钢瓶4、恶臭物质鼓泡瓶5、气体混合器6、高压低功率变频电源7、低温等离子体反应器8、催化氧化反应器9、三通阀10、填料吸收塔11和质量流量控制器12。高纯氮气钢瓶4、恶臭物质鼓泡瓶5、气体混合器6、低温等离子体反应器8、催化氧化反应器9和填料吸收塔11通过管路依次连通，电磁式空压机2、玻璃转子流量计1和气体混合器6通过管路依次相连，在玻璃转子流量计1和气体混合器6之间的连通管路上通过三通阀10连接有水汽鼓泡瓶3回路管路，高压低功率变频电源7与低温等离子体反应器8相连；在玻璃转子流量计1和气体混合器6之间的连通管路上、水汽鼓泡瓶3回路管路上、气体混合器6与低温等离子体反应器8之间的连通管路上、高纯氮气钢瓶4与恶臭物质鼓泡瓶5之间的连通管路上均设有质量流量控制器12。气体混合器6设有管路直接与填料吸收塔11连通，在填料吸收塔11上干净气体出口。 

低温等离子体反应器8可以采用现有的种类（根据实际需要可选择辉光放电型、电晕放电型、介质阻挡放电型、电弧放电型、射流放电型、射频放电型低温等离子体的一种或多种），优选采用CN202206642U专利文献所公开的装置，以下数据均以此装置为例进行说明，该低温等离子体反应器可由若干个低温等离子体净化仓串联或并联联通组成；该低温等离子体净化仓包含若干个圆筒式低温等离子腔体。低温等离子体反应器5主要设计参数：内电极外径30mm，外电极内径90mm，环形间隙长度1000mm，外电极和内电极材质均有不锈钢，尖齿材质为钛电极，相邻齿距和间距均为10mm，齿高为8mm，峰值电压为10~20kV。 

催化氧化反应器9内部采用模块化设计，可满足多种催化剂空速要求，在气流进口处设有电加热装置，在内部设有换热器。等离子体尾气先进入换热器与催化氧化尾气换热后再进入催化氧化反应区，催化氧化尾气进入换热器与等离子体尾气换热后再进入填料净化塔。在该催化氧化反应器9中设有催化剂；催化剂包括载体和活性组分；载体为孔内涂有Al₂O₃涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；活性组分包括金属氧化物和/或贵金属；金属氧化物包括锰、钴、铜、锆或铈等一种或多种；贵金属为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂等一种或多种。催化剂活性组分在蜂窝陶瓷的总负载量为10—20%，催化剂活性组分与载体γ-Al₂O₃质量之比为0.1—0.3，贵金属占固溶体重量的百分比为1~5%。该催化氧化反应器9主要参数包括：催化剂使用空速30000h^-1，堇青石蜂窝陶瓷载体参数为孔数250孔/口寸²，壁厚0.25mm，开孔率50%，容重0.5g/cm³，气孔率60-150%，比表面积10-20cm²/cm³。催化剂为Pd_0.001/ (Ce₄La₁O_9.5)_0.03/(Cu₅Mn₇Zr₁O₂₂)_0.08/ (γ-Al₂O₃)_0.1/堇青石蜂窝陶瓷，催化剂起燃温度设置为120℃。其他主要条件包括：①输入功率：60W；②气体流量（停留时间）：5m³/h（2.11s）；③气体温度：25℃；④气体相对湿度：40-70%。 

如图2所示，气体混合器6至少包括第一进气通道61、第二进气通道62、气体混合通道64及出气通道67，第一进气通道61和第二进气通道62分别与气体混合通道64相连，两股气流通过梅花排列的气孔63以360°的方向喷射后汇集到气体混合通道64中；气体混合通道64是一条设有楔形导流板65且横截面面积不断变化的U型管道；出气通道67内设有分布均匀的导流槽66，以使出气通道截面各处气体均匀，由于加大管内气体流动的扰动，使气体混合效果大大提高。 

该装置在工作时，电磁式空压机通过玻璃转子流量计控制气体流量，气体钢瓶中氮气将恶臭污染物鼓泡瓶中污染物吹脱，两股气体经气体混合器均匀混合；混合气体通入由高压电源激发的等离子体反应器中，利用等离子体对污染物进行分解生成小分子物质；经等离子体处理后的气体通入催化氧化反应器进一步分解生成碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、卤化氢和水等低毒或无毒物质；经处理后的最终气体经填料塔喷淋吸收后排放。 

通过检测装置进出口中氨气、硫化氢以及臭气浓度等变化情况予以评价净化效果。由表1可知，氨气进口浓度在48-56mg/m³之间波动时，出口浓度均≤3mg/m³，去除率达到95%以上；硫化氢进口浓度在70-80mg/m³之间波动时，出口浓度均≤5mg/m³，去除率达到95%以上；臭气浓度进口在20000-24000之间波动时，出口浓度均≤1200，去除率达到95%。 

表1 催化型低温等离子体处理氨气、硫化氢等恶臭气体结果 

由表2可知，甲硫醇进口浓度在19-22mg/m³之间波动时，出口浓度均≤0.3mg/m³，去除率达到95%以上；三甲胺进口浓度在22-27mg/m³之间波动时，出口浓度均≤1.1mg/m³，去除率达到95%以上；臭气浓度进口在20000-22000之间波动时，出口浓度均≤1100，去除率达到95%以上。

表2 催化型低温等离子体处理甲硫醇、三甲胺等恶臭气体结果 

Claims (9)

1.一种催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：包括电磁式空压机（2）、水汽鼓泡瓶（3）、恶臭物质鼓泡瓶（5）、气体混合器（6）、低温等离子体反应器（8）、催化氧化反应器（9）和填料吸收塔（11）；所述的恶臭物质鼓泡瓶（5）、气体混合器（6）、低温等离子体反应器（8）、催化氧化反应器（9）和填料吸收塔（11）通过管路依次连通，在所述气体混合器（6）上设有管路直接与填料吸收塔（11）连通，在所述填料吸收塔（11）上干净气体出口；所述的电磁式空压机（2）通过管路与气体混合器（6）相连，在电磁式空压机（2）和气体混合器（6）之间的连通管路上连接有水汽鼓泡瓶（3）的回路管路。

2.根据权利要求1所述的催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：在所述的电磁式空压机（2）和气体混合器（6）之间的连通管路上设有玻璃转子流量计（1）。

3.根据权利要求1或2所述的催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：所述的恶臭物质鼓泡瓶（5）通过管路与高纯氮气钢瓶（4）相连，在该管路上设有质量流量控制器（12）。

4.根据权利要求1所述的催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：所述的低温等离子体反应器（8）与高压低功率变频电源（7）相连。

5.根据权利要求1所述的催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：所述的水汽鼓泡瓶（3）的回路管路通过三通阀（10）与电磁式空压机（2）和气体混合器（6）之间的连通管路相连。

6.根据权利要求1所述的催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：在所述的电磁式空压机（2）和气体混合器（6）之间的连通管路上、水汽鼓泡瓶（3）的回路管路上均设有质量流量控制器（12）。

7.根据权利要求1所述的催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：所述气体混合器（6）至少包括第一进气通道（61）、第二进气通道（62）、气体混合通道（64）及出气通道（67），第一进气通道（61）和第二进气通道（62）分别与气体混合通道（64）相连，在第一进气通道（61）和第二进气通道（62）底部均设有气孔（63）；在所述的气体混合通道（64）内设有楔形导流板（65）；所述的气体混合通道（64）与出气通道（67）相连，在所述的出气通道（67）内设有分布均匀的导流槽（66）。

8.根据权利要求1所述的催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：所述的低温等离子体反应器（8）由若干个低温等离子体净化单元串联或并联联通组成。

9.根据权利要求1所述的催化型低温等离子体处理恶臭气体的装置，其特征在于：在所述的催化氧化反应器（9）进口处设有电加热装置，内部设有换热器。