專利名稱：一種兩段式低溫等離子體處理工業廢氣的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及氣體污染物凈化的領域，尤其涉及一種兩段式低溫等離子體處理工業 廢氣的裝置及方法。
背景技術：
在工業廢氣處理方法中，低溫等離子體技術與其他污染治理技術相比，具有能效 高、處理流程短、占地面積小、氣阻小、適用范圍廣等特點。等離子體技術被認為是實現復合 污染物同時去除的有效途徑之一。采用脈沖電暈放電和介質阻擋放電產生的等離子體區域 平均電子能量達到10 12ev，局部場強達到150kV/cm，并伴隨產生多種活性物質(如0， H0)，在高能電子和活性物質的作用下，氣體污染物得以降解。低溫等離子體技術在凈化大風量、低濃度廢氣時表現出獨特的優勢，但是現有的 等離子體處理工藝在降解廢氣過程中會產生氣溶膠固相副產物，這些固相副產物的濃度范 圍一般在IO6個/cm3，粒徑在1 μ m左右。這些副產物如若排放到大氣中，會污染環境并損 害人體健康。中國發明專利申請CN101700462A公開了一種兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置 及方法，包括高速干式等離子體氧化器、氣溶膠生長器和低速濕式等離子體收集處理器，該 專利中低速濕式等離子體收集處理器中采用循環液實現對固、氣相副產物的捕集，反應從 氣相進入液相。但該專利技術方案存在一些不足，例如①循環液會對設備造成腐蝕，不利 于系統穩定可靠的運行；②循環液的消耗會增加成本；③采用循環液系統需要增加一些設 備，如水泵、水槽等。
發明內容
為了克服現有的低溫等離子體技術在降解廢氣過程中產生的固相副產物，本發明 提供了一種兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置和方法，該裝置和方法可以有效的收集固相 副產物。一種兩段式低溫等離子體廢棄凈化裝置，包括高速等離子體氧化器、氣溶膠生長 器和低速等離子體收集處理器。所述的高速等離子體氧化器包括相互連接的第一反應器和第一電源，其中第一反 應器為線筒式等離子體反應器或介質阻擋式等離子體反應器；第一電源為脈沖電源或交流 高壓電源，其中脈沖電源為峰值電壓在1 士 120kV、脈寬在0. 05 900 μ S、頻率在1 2000Hz的正負脈沖高壓電源，交流高壓電源的峰 峰值電壓在1 150kV、頻率在IHz IOMHz。高速等離子體氧化器中的廢氣流速在2 50m/s。所述的低速等離子體收集處理器包括依次連接的第二電源和第二反應器，其中第 二電源為直流高壓電源或交直流疊加電源，直流高壓電源為-150 150kV，交直流疊加電 源峰值的電壓在1 200kV、頻率在1 2000Hz ；第二反應器為針板式等離子體反應器。低 速等離子體收集處理器的氣流速度可調整在0. 01 2m/s之間。低速等離子體收集處理器可對在高速等離子體處理器和氣溶膠生長器中經荷電、凝并后的固相副產物進行收集，從 而達到充分利用活性物質和去除二次污染物的目的，實現能耗低，無二次污染的效果。第一反應器、氣溶膠生長器和第二反應器依次連接。氣溶膠生長器可根據要處理的廢氣種類的不同而調整長度，氣溶膠生長器為分別 連接高速等離子體氧化器與低速等離子體收集處理器的容器，其作用主要是使在高速等離 子體氧化器產生的固相副產物凝并、成長，以使固相副產物在低速等離子體收集處理器中 易于捕集。 本發明還提供了 一種兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置凈化廢氣的方法，包括以 下步驟a)氧化處理將待處理的廢氣通入高速等離子體氧化器中的第一反應器(5)內進 行氧化處理，廢氣被等離子體氧化，形成氣溶膠固相副產物，氣溶膠固相副產物在強電場作 用下被荷電，得到初步凈化后的氣體和被荷電后的固相副產物；b)凝并、成長初步凈化后的氣體和被荷電的固相副產物在氣溶膠生長器(2)中 凝并、成長；c)收集、處理出氣溶膠生長器的氣體和凝并、成長后的固相副產物進入低速等 離子體收集處理器，由第二反應器進一步凈化廢氣并收集凝并、成長后的固相副產物，反應 均在氣相中進行，得到凈化后的廢氣。與現有技術相比，本發明的有益效果是采用高速等離子器與低速等離子器相結 合，在低速等離子體收集處理器中，初步凈化后的氣體及副產物的停留時間為0. 3 10s， 在高速等離子體處理器和氣溶膠生長器中被荷電、凝并的固相副產物有足夠的時間在第二 反應器中被收集，從而達到充分利用活性物質和去除二次污染物的目的，實現能耗低，無二 次污染的效果。同時與現有技術相比較，本發明裝置設備簡單，成本低，系統運行穩定可靠。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是本發明兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置示意圖。圖1中1-高速等離子體氧化器2-氣溶膠生長器3-低速等離子體收集處理器4-第一電源5-第一反應器6-第二電源7-第二反應器。
具體實施例方式為了更好的理解本發明，下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步說明。參照圖1，本發明的兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置主要包括高速等離子體氧 化器1、低速等離子體收集處理器3和置于高速等離子體氧化器1與低速等離子體收集處理 器3之間的氣溶膠生長器2。高速等離子體氧化器1由第一電源4和第一反應器5組成；低速等離子體收集處理器3由第二電源6和第二反應器7組成。高速等離子體氧化器中的廢氣流速可在2 50m/s，它包括相互連接的第一反應 器5和第一電源4，其中第一反應器5為線筒式反應器或介質阻擋反應器；第一電源4可為 峰值電壓在1 士 120kV、脈寬在0. 05 900 μ S、頻率在1 2000Hz的正負脈沖高壓電源 或峰 峰值電壓在1 150kV、頻率在IHz IOMHz的交流高壓電源。廢氣被等離子過程產 生的高能電子、0或OH自由基等活性物質轟擊、氧化，氣溶膠固相副產物開始形成并在強電 場作用下被荷電；氣溶膠生長器2可根據要處理的廢氣種類的不同，而調整長度在1 10 米范圍內，氣溶膠生長器2為分別連接高速等離子體氧化器1與低速等離子體收集處理器 3的容器，其作用主要是使在高速等離子體氧化器1產生的固相副產物凝并、成長，以使固 相副產物在低速等離子體收集處理器3中易于捕集；低速等離子體收集處理器3的氣流速 度可調整在0. 01 2m/s之間，它包括相互連接的第二反應器7和第二電源6，其中第二反 應器7為針板式反應器，第二電源6可為-150 150kV的直流高壓電源或峰值電壓在1 200kV、頻率在1 2000Hz的交直流疊加電源，低速等離子體收集處理器3可對在高速等離 子體處理器1和氣溶膠生長器2中經荷電、凝并后的固相副產物進行收集，從而達到充分利 用活性物質和去除二次污染物的目的，實現能耗低，無二次污染的效果。以下是采用本發明的兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置對揮發性有機氣體苯乙 烯進行處理的具體實例。苯乙烯的初始濃度lOOppm，氣量為305Nm3/h，溫度為35°C，所用 的電源運行參數為第一電源為脈沖電源，峰值電壓為40kV，脈沖上升沿為7. 5μ s，頻率為 120Hz ；第二電源為直流高壓電源，電壓為-34KV。處理時間為30min。具體步驟如下(1)廢氣進入高速等離子體氧化器1的第一反應器5進行氧化處理，得到初步凈化 后的氣體和固相副產物，所述固相副產物被荷電；(2)初步凈化后的氣體和固相副產物進入氣溶膠生長器2中，所述被荷電的固相 副產物在氣溶膠生長器中凝并、成長；(3)初步凈化后的氣體和凝并、成長后的固相副產物進入由第二反應器7和第二 電源6組成的低速等離子體收集處理器，由第二反應器進一步凈化廢氣并收集凝并、成長 后的固相副產物。結果顯示當相對濕度為40%時，使用兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置比單獨 采用高速等離子體氧化器裝置去除率提高了 42%，比單獨采用低速等離子體收集處理器裝 置去除率提高了 34% ；當相對濕度為60%時，使用兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置比單 獨采用高速等離子體氧化器裝置去除率提高了 40%，比單獨采用低速等離子體收集處理器 裝置去除率提高了 30%。使用兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置比僅采用單段式等離子廢 氣凈化裝置能量效率均提高10%以上，在廢氣凈化中產生的氣、固相副產物被有效去除并 達到國家排放標準，效果顯著。本發明可廣泛應用到單一或多種混合有機廢氣和工業中產生的臭氣、NOx等的處 理，是一種低能耗，無二次污染的凈化新工藝。
權利要求
一種兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置，包括高速等離子體氧化器(1)、氣溶膠生長器(2)和低速等離子體收集處理器(3)，其特征在于所述的高速等離子體氧化器(1)為帶有第一電源(4)的第一反應器(5)；所述的低速等離子體收集處理器(3)為帶有第二電源(6)的第二反應器(7)；所述的氣溶膠生長器(2)的兩端分別與第一反應器(5)和第二反應器(7)相連接。
2.根據權利要求1所述的兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置，其特征在于所述的第 一反應器(5)為線筒式反應器或介質阻擋反應器；所述的第一電源(4)為脈沖電源或交流 高壓電源。
3.根據權利要求1所述的兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置，其特征在于所述的第 二反應器(7)為針板式反應器，所述的第二電源(6)為直流高壓電源或交直流疊加電源。
4.一種使用權利要求1所述的兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置凈化廢氣的方法，其 特征在于包括以下步驟a)氧化處理將待處理的廢氣通入高速等離子體氧化器(1)內進行氧化處理，廢氣被 等離子體氧化，形成氣溶膠固相副產物，氣溶膠固相副產物在強電場作用下被荷電，得到初 步凈化后的氣體和被荷電后的固相副產物；b)凝并、成長初步凈化后的氣體和被荷電的固相副產物在氣溶膠生長器(2)中凝并、 成長；c)收集、處理出氣溶膠生長器(2)的氣體和凝并、成長后的固相副產物進入低速等離 子體收集處理器(3)，凝并、成長后的固相副產物被收集處理，得到凈化后的廢氣。
5.根據權利要求4所述的使用權利要求1所述的兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置凈 化廢氣的方法，其特征在于所述的步驟a)中的廢氣流速為2 50m/s ；所述的步驟c)中 的廢氣流速為0.01 2m/s 0
全文摘要
本發明公開了一種能夠有效降低能耗和控制副產物的兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置，包括高速等離子體氧化器、氣溶膠生長器和低速等離子體收集處理器，所述高速等離子體氧化器包括第一反應器和第一電源，所述低速等離子體收集處理器包括第二反應器和第二電源，所述氣溶膠生長器前后與第一反應器和第二反應器分別連接。本發明還公開了一種使用上述兩段式低溫等離子體廢氣凈化裝置處理廢氣的方法，廢氣進入第一反應器進行氧化處理，得到的初步凈化后的氣體和固相副產物進入氣溶膠生長器，固相副產物在氣溶膠生長器中凝并、成長后被收集在第二反應器中，從而達到充分利用活性物質和去除副產物的目的，實現能耗低，無二次污染的效果。
文檔編號B01D53/76GK101920156SQ20101023040
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月19日 優先權日2010年7月19日
發明者馮衛強, 朱繼保, 李曉穎, 李樹然, 章旭明, 閆克平 申請人:浙江大學