CN2683236Y - 有机污染物高频放电催化分解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有机污染物高频放电催化分解装置，它包括由晶控高频电源(1)、电源匹配网络(2)、电感耦合线圈(3)构成的射频等离子发生系统以及由预过滤器(4)、内装固体催化剂(6)的反应器(5)、水蒸气发生器(7)、真空泵(10)、化学清洗装置(11)等构成的污染气体反应系统；本装置利用高频放电等离子体与催化反应的协同作用，大大提高污染物去除率。

Description

有机污染物高频放电催化分解装置

技术领域

本实用新型涉及一种有机污染物高频放电催化分解装置，特别是涉及一种高频放电等离子体与固体催化剂的协同作用下高效分解有机有毒污染物的装置。

背景技术

现代工业、交通工具、各种垃圾的焚烧处理，每天都排放大量有毒的有机废气，严重污染了大气环境。有害气态有机污染物种类多，成分复杂，危害范围广，而且部分污染物化学稳定性强，在环境中能持续存在，属于持续性有机污染物(POP)。这些有机污染物进入人体后达到一定程度将导致多种恶性病变，危害人体健康。因此有毒有机污染物的治理日益受到人们重视。

目前有机气体污染物的净化方法主要有：吸收法、吸附法、燃烧法等。但这些方法控制难度大、能耗高、引起二次污染，在技术上或经济上都有许多缺陷，尤其是大气量、低浓度、高流速的有机废气的处理难度更大。

近年来利用放电等离子体净化空气污染物受到了一定的重视。放电等离子体去除空气污染物是利用等离子体的高能电子和O、OH等活性粒子，对有害物质分子进行氧化、分解，使有机污染物转化为无害物。目前研究人员已在等离子体源、反应器匹配、反应过程等方面获得了一些结果，表明等离子体放电产生高能电子与中性气体分子和原子进行碰撞，使这些中性粒子激发、分解、电离。空气等离子体中的氧化性物种可使被高能电子激活了的有机污染物分子发生深度氧化降解，最终氧化为CO₂和H₂O。但是，等离子体反应的缺点是化学反应选择性较差、定向控制能力弱，如何达到高的有机污染物降解率、避免副产物形成和降低能耗，尚有较多问题有待解决，因此目前的实际工业应用还较为有限。

发明的内容

本实用新型的目的是为了克服目前等离子体反应裂解装置化学反应选择性较差、定向控制能力弱的缺点，提供一种能够高效分解有机污染物的高频放电催化分解装置。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括由晶控高频(RF)电源、电源匹配网络、电感耦合线圈构成的射频等离子发生系统以及由有机污染物气体预过滤器、石英材料制成的内装固体催化剂的反应器、水蒸气发生器、取样阀门、真空泵、酸性气体化学清洗装置构成的污染气体反应系统；晶控高频(RF)电源1的输出端与电源匹配网络的输入端电连接，电源匹配网络的输出端正负极与电感耦合线圈的正负极电连接，电感耦合线圈缠绕在反应器上；反应器的上部连接有机污染物气体预过滤器和导入管；水蒸气发生器通过蒸气管和阀门接至反应器和预过滤器之间；反应器的下端管接至真空泵的抽气口，真空泵的排气口管接至化学清洗装置，取样阀门安装在真空泵的排气口和化学清洗装置之间。

所述催化剂选自铁电体钛酸钡、负载于多孔氧化铝或分子筛的铂、铑、银、铜、铝金属或它们中的1-3种混合物。

本实用新型的工作原理是利用高频放电等离子体与催化反应的协同作用，以达到几方面作用：

(1)有机污染物及其反应中间物在催化剂表面的吸附使其在反应区有更长停留时间和更高的氧化降解率；

(2)表面吸附物种的化学反应(如吸附态碳氢化合物的氧化)比气相反应更容易进行；

(3)高频放电等离子体产生的高活性粒子可激活有机污染物分子，降低催化反应所需要的起燃温度；

(4)高频放电等离子体高能电子的作用可能促进催化剂表面上新的活性中心的形成。

本实用新型的优点和积极效果是高频放电等离子体与固体催化剂协同作用，相对于单纯的等离子体法，可以依靠催化作用实现化学反应定向控制，提高污染物去除率；另一方面，相对于通常的催化燃烧法，可以用等离子体激活催化反应，降低起燃温度。等离子体可通过如下途径激活催化反应：第一，等离子体放电使反应物分子获得能量，有利于其在催化剂活性中心上进行化学吸附，然后发生化学反应。第二，各种活性粒子直接作用于催化剂的活性中心，激活催化剂参与反应。第三，更重要的是，等离子体活性粒子尤其是高能电子的作用有利于反应产物和其它强吸附性物质(如某些催化剂毒物)从催化剂表面脱附。

射频等离子发生系统与污染气体反应系统相互分离，射频等离子由线圈耦合而成，污染气体对射频等离子的发生影响较小；反应器由石英材料制成，催化剂置于反应器中，污染气体可在等离子和催化剂协同作用下发生分解；催化剂包括铁电体钛酸钡材料以及金属负载于多孔氧化铝或分子筛；水蒸气发生器与反应器通过蒸汽管相连，提供降解反应所需的H、O元素；反应器下方依次连接真空泵以及化学清洗装置，保持反应系统的真空度及对处理后的气体排入大气前进行清洗。采用由铁电体钛酸钡材料以及金属负载于多孔氧化铝或分子筛混合构成的固体催化剂。铁电体钛酸钡材料在电场作用下可形成微放电，改善局部电场分布。多孔氧化铝或分子筛载体主要起到吸附有机污染物的作用。

图面说明

图1是本实用新型的结构原理图。

具体实施的方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但对本实用新型不应该构成限制。

实施例

图1所示有机污染物高频放电催化分解装置，包括由晶控高频(RF)电源1、电源匹配网络2、电感耦合线圈3构成的射频等离子发生系统以及由有机污染物气体预过滤器4、石英材料制成的内装固体催化剂6的反应器5、水蒸气发生器7、取样阀门9、真空泵10、酸性气体化学清洗装置11构成的污染气体反应系统；晶控高频(RF)电源1的输出端与电源匹配网络2的输入端电连接，电源匹配网络2的输出端正负极与电感耦合线圈3的正负极电连接，电感耦合线圈3缠绕在反应器5上；反应器5的上部连接有机污染物气体预过滤器4和导入管；水蒸气发生器7通过蒸气管和阀门8接至反应器5和预过滤器4之间；反应器5的下端管接至真空泵10的抽气口，真空泵10的排气口管接至化学清洗装置11，取样阀门9安装在真空泵10的排气口和化学清洗装置11之间。催化剂采用由铁电体钛酸钡和金属铂负载于多孔氧化铝的1∶1的混合物。

所述的晶控RF高频电源、电源匹配网络为公开技术，由长春星达电子设备厂生产、销售。水蒸气发生器、真空泵为通用设备。

使用有机污染物高频放电催化分解装置分解有机污染物过程如下：工作气体(Ar等中性气体，O₂等氧化性气体、H₂等还原性气体)携带有机污染物经过污染气体预过滤器4初步过滤其中的尘埃等进入反应器5，经线圈3感应耦合成压力范围50-10³Pa、温度范围150-500℃的低温冷等离子，在催化剂6协同作用下发生分解，真空泵10保持系统真空范围，同时水蒸气发生器7产生的过热水蒸气经过与蒸汽管8进入反应器，提供降解反应所需的H、O元素，分解反应产生的产物经过化学清洗装置11进一步的化学清洗，最后气体生成物为CO₂、CH₄、CO、C₂H₂等，可直接排入大气。

Claims (2)

1.一种有机污染物高频放电催化分解装置，其特征是它包括由晶控高频电源(1)、电源匹配网络(2)、电感耦合线圈(3)构成的射频等离子发生系统以及由有机污染物气体预过滤器(4)、石英材料制成的内装固体催化剂(6)的反应器(5)、水蒸气发生器(7)、取样阀门(9)、真空泵(10)、酸性气体化学清洗装置(11)构成的污染气体反应系统；晶控高频电源(1)的输出端与电源匹配网络(2)的输入端电连接，电源匹配网络(2)的输出端正负极与电感耦合线圈(3)的正负极电连接，电感耦合线圈(3)缠绕在反应器(5)上；反应器(5)的上部连接有机污染物气体预过滤器(4)和导入管；水蒸气发生器(7)通过蒸气管和阀门接至反应器(5)和预过滤器(4)之间；反应器(5)的下端管接至真空泵(10)的抽气口，真空泵(10)的排气口管接至化学清洗装置(11)，取样阀门(9)安装在真空泵(10)的排气口和化学清洗装置(11)之间。

2.根据权利要求1中所述的有机污染物高频放电催化分解装置，其特征是催化剂选自铁电体钛酸钡、负载于多孔氧化铝或分子筛的铂、铑、银、铜、铝金属或它们中的1-3种混合物。