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等离子处理VOC废气

发布日期:2018-11-21 00:00 来源:http://www.atv-corp.com 点击:

离子体处理有机废气是一种新的技术它比吸附+脱附+催化燃烧废气处理设备更加节省运行成本,是一种全新的废气处理设备,现在我公司把这种技术的基本理论提供出来供环保行业的厂家,各设计人员参考: 一、表面放电 表面放电技术是由 Masuda[45]等提出的,这种放电反应器的主体结构为致密的陶瓷(陶瓷管或陶瓷板),在陶瓷的内部埋有金属板作为接地极,陶瓷的一侧表面上布置导电条作为高压电极,产生一个高压脉冲电源,另一侧作为反应器的散热面。在中、高频电压作用下,放电从放电极沿陶瓷表面延伸,在陶瓷表面形成许多细微的流注通道。用这种方法对苯、丙酮氟氯烃等有机物的废气处理结果表明,其处理效果较好,适合于 CHCL3和 CFC-113 等难降解的有机物的治理。但是与其他放电方式相比,表面放电的功率消耗较大,如对于甲苯,达到 85%的去除率时,反应器的能量消耗约为400Wh/m3。放电过程中发热比较严重,常常在反应器的外部强制冷却,能量利用率不高。另外,由于放电只集中在陶瓷表面附近,所提供的等离子体反应空间亦不够大,加上结构较复杂,不便于实际利用。对气态污染物的治理,一般要求在常压下进行。能在常压(105pa 左右)下产生低温等离子体的主要是电晕放电和介质阻挡放电。曾经试过用高压双电源效果不是很明显。 二、介质阻挡放电法 介质阻挡放电是产生非平衡等离子体较理想的方法,也是最早得到应用的放电方法之一。在这类放电反应器的结构中采用电解质层将两电极隔开,介质可以覆盖在电极上或放置于电极之间,在两电极间加上足够高的交流电压时,电极间隙的空气就会发生击穿,形成放电。放电形成大量细微的快脉冲放电通道,表现为均匀、漫散和稳定,与低压辉光放电相似。电解质在放电过程中起到储能作用,使放电稳定并产生延时极短的脉冲,同时它能抑制火花放电的产生。介质阻挡放电可以在常压或更高的电压下工作,但使用的电压频率相当宽,从几十赫兹到几兆赫兹。介质阻挡放电在臭氧产生的领域中有较广泛的应用。 三、直流电晕放电(高频高压电源) 直流电晕放电是在直流高电压作用下,利用电极间电场分布的不均匀性而产生的气体放电形式,该技术广泛的用于静电除尘等方面。在有机物污染的治理方面也有人作过研究,尽管有一定的净化效果,但是直流电晕放电形成的等离子体活性空间小,仅限于电晕极附近,同时在略高的操作电压下又极易击穿形成火花放电。研究表明,静电除尘过程与有机物的降解过程对放电的要求有较大差别,前者放电以提供离子源为目的,所需的电晕区较小,用直流电晕即可满足要求;而后者放电则需为有机物的降解反应提供足够多的活性物种,因而要求反应器有较大的活性空间。因此直流电晕不适合于有机废气的治理要求且需要把电源制成电源高压一体板的样式。 四、 等离子体降解 VOCs 技术及相关概念 等离子体是不同于固、液、气等状态的物质存在的第四种状态,其中含有离子、电子、激发态原子或分子、自由基等物种,由于在一定的空间范围内气体中的正、负电荷相等,故称之为等离子体。它是由大量正负带电粒子和中性粒子组成并表现出集体行为的一种准中性气体。其主要特征是:粒子间存在长程库伦相互作用;等离子体的运动与电磁场的运动紧密相耦合;存在极其丰富的集体效应和集体运动模式。等离子体可分为热力学平衡等离子体和非热力学平衡等离子体。当电子温度 Te和离子温度 Ti及中性粒子温度 Tg相等时,等离子体处于热力平衡状态,称之为平衡态等离子体或热等离子体,其温度一般在 5×103K 以上。如太阳表面,由于处于 6000℃以上的高温,所有的物质均处于等离子状。当 Te》Ti时,称为非平衡等离子体(non-thermal equilibrium plasma)。其电子温度可高达 104k 以上,而体系中的离子和中性粒子的温度却可低于 300~500K。非平衡等离子体又可称为低温等离子体(cold plasma),一般气体放电产生的等离子体属于这一类型。由于非平衡等离子体空间内只有一小部分气体分子或原子被激活,而总体上看整个气体能量基本不受影响,体系可维持在较低温度,能量消耗维持在最低限度。因此在化学和环境保护中应用非常有利。利用高能电子辐射(分解、氧化或还原)化学技术,将挥发性有机化合物(VOCs)的结构破坏,并转化为其他易回收的形式或无害的物质,这就是等离子体降解 VOCs技术。这是一种新的、非常有诱惑力的、看来切实可行的挥发性有机化合物 VOCs 净化技术,具有好的发展前景。以后处理有机废气的时候可以做成高压电源模块这样能增加设备的紧凑性,使用超小型高压电源也可达到同样的道理。 五、 脉冲电晕放电 电晕放电是使用曲率半径很小的电极,并在电极上加高电压。由于电极的曲率半径很小,靠近电极区域的电场特别强,电子逸出阴极,发生非均匀放电。20 世纪 80年代初期美国、日本等学者提出了脉冲电晕产生常压非平衡等离子体技术。该技术的基本原理与电子束照射法基本一致,都是利用高能电子的作用使气体分子激发、电离或离解,产生强氧化性的自由基。与电子束照射法相比,该法避免了电子加速器的使用,也无需辐射屏蔽,增强技术的安全性和实用性。脉冲电晕的技术特点是:采用窄脉冲高压电源供能,脉冲电压的上升前沿极陡,(上升时间为几十至几百纳秒),峰宽也窄(几微秒以内),在极端的脉冲时间内电子被加速成为高能电子,其他质量较大的离子由于惯性大在脉冲瞬间内来不及被加速而基本保持静止。因此放电所提供的能量大多用于产生高能电子,能量效率较高。与其他放电方式相比,脉冲电晕还具有以下优点:①脉冲电晕可在较高的脉冲电压下操作,而不像直流电晕那样在稍高的电压下易过渡到火花放电,其活性粒子浓度可比直流电晕提高几个数量级;②由于在高电压作用下电晕区较大及放电空间电子密度较高,同时空间电荷效应也较明显使电子在反应区内分布趋于均匀,所以其活性空间也比直流电晕大的多,注意开关要使用高压开关电源;③由于电子密度大、分布广,反应器可以设计为较大空间,可以允许较宽的反应器制造误差。Yamamoto[35]等首先报道了脉冲电晕治理有机废气的实验研究。在脉冲电压22kV,为高压稳压电源、停留时间在7.9s 时,二氯甲烷的脱除率在90%以上。Amirov[36] 等对废气中的甲醛进行了研究,当甲醛浓度在30ppm 时,去除率为50%左右,能耗仅为11.5 W?h/Nm3。浙江大学环境工程研究所的课题小组对脉冲电晕技术降解VOCs 进行了长期的的研究,结果表明,其对甲醛、乙醇、甲苯和二氯甲烷的脱除率均在70%以上。在加入催化剂的情况下,降解率能进一步提高,且能耗在30 W?h/m3 以下[37,38]。以上研究表明脉冲电晕技术不失为降解VOCs 的一种有效方法。

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