用于廢氣處理的具有催化涂層的雙介質阻擋放電裝置的制作方法

本發明屬于氣體污染物控制設備制造技術領域，具體地說是涉及一種用于廢氣處理的具有催化涂層的雙介質阻擋放電裝置。

背景技術：

低溫等離子體技術是一種有效的廢氣治理技術，可在室溫下產生高能電子和OH·、O·、N·自由基等大量具有強化學反應活性的物質，對氮氧化物、揮發性有機物均有較好的處理效果。輝光放電、電暈放電、射頻放電、滑動電弧放電以及介質阻擋放電等均可產生低溫等離子體，其中在氣體污染物控制領域使用較為廣泛的是介質阻擋放電。

介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,DBD)是將絕緣介質插入放電空間的一種非平衡態氣體放電，又被稱為無聲放電或者介質阻擋電暈放電。介質阻擋放電電源形式包括脈沖和交流兩類，電源頻率范圍為50Hz～1MHz；反應器結構設計形式多樣，典型結構可分為板式、線筒式和填充床式三大類。板式反應器具有結構簡單、氣流均布性好、壓降小和放電均勻等優點，其中雙介質阻擋平板放電反應器，高壓電極和接地電極均覆蓋介質層，污染物與電極不直接接觸，可有效防止電極腐蝕現象、延長系統使用壽命，被廣泛應用于工業生產中廢氣的處理。

但是，目前為止該技術仍存在能耗較高、易生成副產物以及反應器內壁碳沉積等問題，給實際推廣應用帶來了困難。Kim等研究了填充床型等離子體催化反應器中苯蒸汽的降解過程，發現在較低能量密度下，反應器中生成了主要成分為甲酸的氣溶膠納米顆粒物。Zhang等人對DBD降解苯乙烯過程進行了研究，發現在介質阻擋放電反應器內壁生成了棕色油狀副產物，使用GC-MS對難揮發性副產物成分進行解析，指出主要副產物為苯甲醛和苯乙醛。鑒于低溫等離子體處理工業廢氣過程中存在的上述問題，研究者開發了以等離子體-催化協同技術為代表的一系列污染物復合脫除技術。等離子體-催化協同技術既利用了低溫等離子體常溫條件下的高反應活性有利用了催化劑的高反應選擇性，在提高污染物轉化效率的同時實現對副產物生成的抑制。

根據等離子體反應器與催化劑的相對位置，等離子-催化協同技術可分為兩種形式，一段式和兩段式。傳統的一段式等離子體催化裝置，在等離子放電區域內放置催化劑層，造成的氣流壓降損失較大，且未放置催化劑部分反應器內壁仍會有沉積現象發生；在處理揮發性有機廢氣時，能有效抑制放電反應器內壁的沉積物的出現；兩段式等離子催化裝置在等離子模塊后置催化劑模塊，利用放電反應生成的長壽命活性物質(主要是O₃等)，在催化劑層進一步降解污染物分子，不能充分利用等離子產生的瞬態活性物質，能量利用率較低。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的不足，本發明提供了一種用于廢氣處理的具有催化涂層的雙介質阻擋放電裝置。

一種用于廢氣處理的具有催化涂層的雙介質阻擋放電裝置，所述雙介質阻擋放電裝置包括殼體、板式電極以及與板式電極配套的介質板若干，所述板式電極包括高壓電極和接地電極，所述高壓電極、接地電極均覆蓋相應的介質板；所述殼體兩端分別設有進氣口和出氣口，殼體側面設有用于放置板式電極和介質板的卡槽；所述介質板表面涂覆有催化層。

本發明高壓電極和接地電極均覆蓋介質板，為雙介質阻擋放電反應器，采用雙介質阻擋放電結構，這種結構高壓電極和接地電極均覆蓋介質板，污染物與電極不直接接觸，可有效防止電極腐蝕現象、延長系統使用壽命。其中催化層的催化劑配方可根據處理廢氣組分的不同而進行適當調整。

作為優選，進氣口后置混流裝置。

作為優選，所述殼體為長方形殼體。

作為優選，所述介質板表面催化層為雙面涂覆。各介質板在氣體兩面(上下兩介質板接觸廢氣側)均用催化劑涂覆，可以更有效抑制污染物處理過程中反應器內壁上的沉積物的生成，保證反應器的長期運行效率。

作為優選，所述高壓電極和接地電極間隔布置，高壓電極、接地電極的電極板尾部分別有用于連接電源和地線的連接點。

作為優選，相鄰介質板間距不超過50mm。保證催化劑與氣體分子的接觸效果，可以有效保證催化效果。

作為優選，板式電極采用不銹鋼材料制成，介質板采用有絕緣介質制成，如有機玻璃等。

作為優選，所述高壓電極、接地電極與殼體外側的連接處分別對應設有絕緣陶瓷。

作為優選，所述高壓電極和接地電極分別插入介質板內，并通過卡槽固定在長方形殼體內。

作為優選，所述雙介質阻擋放電裝置由二套以上裝置并聯組成。本發明的放電裝置可模塊化組裝，根據使用的現場條件可進行適當進行參數調整，氣量較大時可多套裝置并聯使用。

本發明采用等離子-催化協同技術，離子體-催化協同技術既利用了低溫等離子體常溫條件下的高反應活性，又利用了催化劑的高反應選擇性，在提高污染物轉化效率的同時實現對副產物生成的抑制，在處理揮發性有機物時，通過涂覆催化劑配方優化，可實現污染物分子的深度氧化對CO₂的產物選擇性可達90％以上，尾氣中O₃的濃度低于50ppm。本發明采用催化涂層介質板，在上下介質板與氣流接觸側涂覆催化劑，簡化了反應器結構，在處理廢氣時氣流壓降損失較小，提高了能量使用效率，抑制了污染物處理過程中反應器內壁上的沉積物的生成，保證了反應器的長期運行效率。本發明所使用的催化劑，可根據實際情況中待處理廢氣組分進行配方調整，保證催化效果。

本發明相對于兩段式等離子催化裝置減少了催化劑模塊，節省了空間，提高了污染物脫除效率；相對于傳統的一段式等離子體催化裝置，造成的氣流壓降損失較小，能量利用效率更高；在處理揮發性有機廢氣時，能有效抑制放電反應器內壁的沉積物的出現。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明介質板催化劑涂層示意圖；

圖3是二套具有催化涂層的雙介質阻擋放電裝置的并聯使用示意圖；

圖4普通反應器與裝有催化電極的反應器的能效對比圖；

圖5普通反應器與裝有催化電極的反應器的穩定性對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明所要保護的范圍并不限于此。

實施例1

參照圖1，圖2，一種用于廢氣處理的具有催化涂層的雙介質阻擋放電裝置，所述雙介質阻擋放電裝置包括長方形殼體1、板式電極以及與板式電極配套的介質板2若干，板式電極采用不銹鋼材料制成，介質板采用有機玻璃制成。所述板式電極包括高壓電極3和接地電極4，所述高壓電極3、接地電極4均覆蓋相應的介質板；所述高壓電極和接地電極間隔布置，高壓電極、接地電極的電極板尾部分別有用于連接電源和地線的連接點；所述高壓電極、接地電極與殼體外側的連接處分別對應設有絕緣陶瓷9。電源接通后，氣路內污染物氣體和背景氣體可在高壓下被擊穿，形成大量細微的快脈沖放電通道，可在室溫下產生高能電子和OH·、O·、N·自由基及O₃等大量具有強化學反應活性的物質，對氮氧化物、揮發性有機物均有較好的裂解效果。

所述殼體1兩端分別設有進氣口5和出氣口6，進氣口5后置混流裝置8，殼體1側面設有用于放置板式電極和介質板的卡槽；不銹鋼材質的高壓電極3和接地電極4分別插入介質板2內，并通過卡槽固定在長方形殼體1內，形成氣路。

所述介質板2表面涂覆有催化層7，所述介質板表面催化層為雙面涂覆，各介質板在氣體兩面(上下兩介質板接觸廢氣側)均用催化劑涂覆，可以更有效抑制污染物處理過程中反應器內壁上的沉積物的生成，保證反應器的長期運行效率，其中催化層的催化劑配方可根據處理廢氣組分的不同而進行適當調整。相鄰介質板間距不超過50mm，保證催化劑與氣體分子的接觸效果，可以有效保證催化效果。

本發明高壓電極和接地電極均覆蓋介質板，為雙介質阻擋放電反應器，采用雙介質阻擋放電結構，這種結構高壓電極和接地電極均覆蓋介質板，污染物與電極不直接接觸，可有效防止電極腐蝕現象、延長系統使用壽命。

普通反應器與裝有催化電極的反應器的能效對比如他4所示(背景氣體為空氣，模型污染物為甲苯，污染物濃度為300ppm，氣體在反應器內停留時間為1.5s)；結果顯示，本發明在提高污染物轉化效率的同時實現對副產物生成的抑制，在處理揮發性有機物時，可實現污染物分子的深度氧化對CO₂的產物選擇性可達95％以上。普通反應器與裝有催化電極的反應器的穩定性對比如圖5所示(能量密度為500J/L條件下持續運行)，結果顯示，本發明在處理廢氣時氣流壓降損失較小，本發明提高了能量使用效率，抑制了污染物處理過程中反應器內壁上的沉積物的生成，保證了反應器的長期運行效率。

實施例2

參照圖3，對于用于廢氣處理的具有催化涂層的雙介質阻擋放電裝置的設計，不僅要注重等離子體放電的穩定發生和氣體污染物的高效脫除，還應注意到適應不同氣量的處理，雙介質阻擋放電裝置由二套以上裝置并聯組成，本發明的放電裝置可模塊化組裝，根據使用的現場條件可進行適當進行參數調整，在大風量條件下可通過多套設備并聯使用提高廢氣處理量。

本發明具有等離子體-催化模塊一體化的結構特點，用于廢氣治理，可實現揮發性有機物、氮氧化物等多種氣體污染物的等離子體-催化高效協同脫除，并且針對不同廢氣組分，可通過催化劑配方調整實現對污染物的深度氧化。本發明相對于兩段式等離子催化裝置減少了催化劑模塊，節省了空間，提高了污染物脫除效率；相對于傳統的一段式等離子體催化裝置，造成的氣流壓降損失較小，能量利用效率更高；在處理揮發性有機廢氣時，能有效抑制放電反應器內壁的沉積物的出現。