双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的装置及方法，装置包括反应器筒体，所述反应器筒体一端带有气体进口、另一端带有气体出口；还包括设于所述反应器筒体内气路上的至少一个反应单元，所述反应单元包括沿气路依次设置的等离子体放电单元和催化剂单元；所述等离子体放电单元与催化剂单元之间的间距为5～10cm。将待处理有机废气依次经等离子体放电单元和催化剂单元处理或交替经等离子体放电单元和催化剂单元处理，净化后的废气排出。本发明专利技术解决现有单一等离子体废气治理技术和等离子体协同催化废气治理设备净化效率较低，能耗较大的问题。

Device and Method for Treatment of Organic Waste Gas by Catalytic Gas Phase Reaction Excited by Double Dielectric Barrier Discharge Plasma

The invention discloses a device and a method for treating organic waste gas by catalytic gas phase reaction stimulated by double dielectric barrier discharge plasma. The device comprises a reactor cylinder, one end of which has a gas inlet and the other end has a gas outlet, and at least one reaction unit on the gas path in the reactor cylinder, which comprises a reaction unit arranged sequentially along the gas path. The distance between the plasma discharge unit and the catalyst unit is 5-10 cm. The organic waste gas to be treated is treated by plasma discharge unit and catalyst unit in turn or alternately by plasma discharge unit and catalyst unit, and the purified waste gas is discharged. The invention solves the problems of low purification efficiency and high energy consumption of the existing single plasma waste gas treatment technology and the plasma synergistic catalytic waste gas treatment equipment.

【技术实现步骤摘要】
双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的装置及方法
本专利技术涉及有机废气治理
，具体涉及一种双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的装置。
技术介绍
低温等离子体处理有机废气，在常温常压下即可利用高能电子以及活性物质破坏污染物分子，但存在很多问题，比如矿化率低、能量消耗大、存在NOx和臭氧副产物。而这些年国内外研究人员将等离子体与催化剂协同工作，提高了处理效果和能量利用率，降低了副产物的产生。研究数据表明，一定能量密度下，针对不同污染物种类，采用不同的反应器类型及催化剂参数，较单独低温等离子体技术，低温等离子体协同催化技术的能量效率大幅度提高。例如，公开号为CN105457488A的中国专利技术专利文献公开了一种催化剂联合等离子体脱除氮氧化物的装置及方法。烟气与氨气混合后通至反应器下部的气体入口，反应器为双介质层结构，外介质管外侧包裹一层金属网作为外电极，内介质管内部设有金属内电极，内电极连接电源正极，外电极连接电源负极，形成等离子体发生器；反应器中部，外介质管和内介质管之间的腔内设有带通气孔的隔板，隔板上填加催化剂Fe-Cu/CNTs；混合气体在反应器内通过催化剂和等离子体的共同作用，联合脱硝。催化剂在等离子体技术中的作用主要体现为：当催化剂在等离子场中时，被称作一段式等离子体协同催化反应器，催化剂表面极化会增强放电，在表面形成场强加强区；催化剂会吸附挥发性有机物，这样就会延长协同降解作用的时间，有利于污染物去除；当催化剂在等离子场外部，被称作两段式等离子体协同催化反应器，该反应器中，废气分子在催化剂上反应，可以降低等离子体中高能活性粒子反应的活化能，同时放电模块放电参数稳定，系统工程化设计较为方便。尽管低温等离子体技术处理有机废气研究已经取得了显著进展，但该技术还存在能耗高、较低功耗下VOCs处理效率低等问题。为此，目前研究主要集中于等离子体协同催化方式，利用等离子体模块产生的高能活性物质，在催化剂中对VOCs物质进行深度氧化分解，以满足工程化应用所需求的安全、高效、经济要求。由于目前等离子体协同催化技术主要研究催化氧化过程，主要利用臭氧副产物的氧化作用，使用臭氧催化剂以构成臭氧协同催化反应，为达到废气治理的目标效率，系统能耗较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的装置，解决现有单一等离子体废气治理技术和等离子体协同催化废气治理设备净化效率较低，能耗较大的问题。一种双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的装置，包括反应器筒体，所述反应器筒体一端带有气体进口、另一端带有气体出口；还包括设于所述反应器筒体内气路上的至少一个反应单元，所述反应单元包括沿气路依次设置的等离子体放电单元和催化剂单元；所述等离子体放电单元与催化剂单元之间的间距为5～10cm。本专利技术采用高频电源驱动的双介质阻挡放电为等离子体源和两段式的催化剂设置方式，调整催化剂和等离子体放电区域的间距，调整后间距为5～10cm，使气体经放电后，停留极短的时间(0.1s)即到达催化剂，此时气体中的高能量物质能量衰减较少，将主要净化反应转移至催化剂单元上，与催化剂碰撞后，导致催化剂出现电荷缺陷，激励催化反应，使系统催化氧化反应效率较高，废气治理的目标效率能耗大幅下降。间距进一步优选为5～8cm；最优选为5cm。本专利技术研究发现，放电区域和催化剂之间距离越近，放电产生的活性中间体到达催化剂上的时间就越短，活性中间体能量衰减越小，催化剂表面电子温度就会越高，催化剂的电子温度一旦提高，则产生更多的自由电子-空穴对，其催化活性也就会提高，从而进一步催化降解有机物质，提高降解效率。本专利技术通过调整等离子体单元和催化剂单元之间的间距，控制放电后废气停留时间，使其在0.1s内到达催化剂表面，废气分子的电子温度衰减较少，催化剂接触废气，产生更多的自由电子-空穴对，激励催化剂产生更高的催化活性，从而进一步催化降解有机物，提高降解效率。优选地，所述反应器筒体内气体沿筒体轴向流动；所述反应单元设置在与气流方向相垂直的截面上，若干个反应单元沿与气流方向相垂直的方向依次叠置。进一步优选地，沿气体流向的至少两个径向截面上设置依次叠置的反应单元。待处理气体可交替进行放电处理和催化剂处理。优选地，所述等离子体放电单元为若干个沿垂直于气体流向方向依次叠置的管式电极组件或为若干个沿垂直于气体流向方向依次叠置的板式电极组件。等离子体放电单元的一种优选方式，所述管式电极组件包括位于同一竖直平面内平行布置的接地电极芯棒和高压电极芯棒以及分别包覆在接地电极芯棒和高压电极芯棒外的阻挡介质管；单个管式电极组件内阻挡介质管之间区域以及相邻管式电极组件的阻挡介质管之间区域均为放电区域，放电区域供气体穿过；所有的接地电极芯棒并联后接地，所有的高压电极芯棒并联后外接高频高压电源。进一步地，所有的电极芯棒中，接地电极芯棒和高压电极芯棒交替排布，位于两边侧的电极芯棒均为接地电极芯棒。所述电极芯为金属导体电极、铜电极、导电石墨等中的一种；介质层为石英材质。等离子体放电单元的另一种优选方式，所述等离子体放电单元所述板式电极组件包括相平行且水平设置的高压电极板和接地电极板以及分别设置在高压电极板两侧和接地电极板两侧的阻挡介质层；单个板式电极组件的阻挡介质层之间以及相邻板式电极组件的阻挡介质层之间为放电区域，放电区域供气体穿过；所有的接地电极板并联后接地；所有的高压电极板并联后外接高频高压电源。进一步地，所有的电极板中，接地电极板和高压电极板交替排布，位于两边侧的电极板均为接地电极板。高压电极板为金属板、铜板、导电石墨板等中的一种；阻挡介质层为石英板。优选地，所述催化剂单元采用负载型催化剂，分布于与等离子体放电单元相平行的截面上；所述催化剂单元与反应器筒体的内壁滑动安装。实现催化剂位置可调，便于根据实际工况调整催化剂单元与等离子体放电单元之间的间距。催化剂切割为与电极单元尺寸相适应的板状，分布在于等离子体放电单元相平行的截面上，板面与筒体的轴线相垂直。本专利技术还提供一种双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的方法，优选采用本专利技术装置实现，包括如下步骤：在反应器设备中，将待处理有机废气依次经等离子体放电单元和催化剂单元处理或交替经等离子体放电单元和催化剂单元处理，净化后的废气排出；所述等离子体放电单元和催化剂单元处理之间的间距为5～10cm。所述等离子体放电单元采用高频高压电源，放电电压为15000V及以上、频率为10kHz及以上。15000V、10kHz以上重复频率的高压交流电源驱动近似平面放电效果。优选地，待处理有机废气经过等离子体放电单元和催化剂单元处理的流速为0.5～1.0m/s。优选地，所述待处理有机废气中的有机污染物为乙酸乙酯、甲苯或甲硫醇。本专利技术采用15000V、10kHz以上重复频率的高压交流电源驱动顺序排列的管式双介质阻挡放电反应器，使反应器得到全平面均匀放电的效果，废气经过反应器时可均匀地获取能量。电子作为轻粒子受高频交变电场驱动，被电场加速，部分电子与分子分离，此时废气分子电子温度较高，电子温度介于1～20eV，相当于10000～200000K(开尔文)。所述催化剂组件中所采用的催化剂为负载型催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的装置，包括反应器筒体，所述反应器筒体一端带有气体进口、另一端带有气体出口；其特征在于，还包括设于所述反应器筒体内气路上的至少一个反应单元，所述反应单元包括沿气路依次设置的等离子体放电单元和催化剂单元；所述等离子体放电单元与催化剂单元之间的间距为5～10cm。

【技术特征摘要】
1.一种双介质阻挡放电等离子体激励催化气相反应处理有机废气的装置，包括反应器筒体，所述反应器筒体一端带有气体进口、另一端带有气体出口；其特征在于，还包括设于所述反应器筒体内气路上的至少一个反应单元，所述反应单元包括沿气路依次设置的等离子体放电单元和催化剂单元；所述等离子体放电单元与催化剂单元之间的间距为5～10cm。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述反应器筒体内气体沿筒体轴向流动；所述反应单元设置在与气流方向相垂直的截面上，若干个反应单元沿与气流方向相垂直的方向依次叠置。3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，沿气体流向的至少两个径向截面上设置依次叠置的反应单元。4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述等离子体放电单元为若干个沿垂直于气体流向方向依次叠置的管式电极组件或为若干个沿垂直于气体流向方向依次叠置的板式电极组件。5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，；所述管式电极组件包括位于同一竖直平面内平行布置的接地电极芯棒和高压电极芯棒以及分别包覆在接地电极芯棒和高压电极芯棒外的阻挡介质管；单个管式电极组件内阻挡介质管之间区域以及相邻管式电极组件的阻挡介质管之间区域均为放电区域，放电区域供气体穿过；所有的接地电极芯棒并联后接...

【专利技术属性】
技术研发人员：管政，邵卫伟，吴建，陆建海，周荣，周敏捷，
申请(专利权)人：浙江省环境保护科学设计研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33