准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法与装置，所用反应器包括四层石英介质层，分别为由内向外依次设置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管，内电极设置在第一石英管内，外电极设置在第三石英管外侧面；第一石英管与第二石英管之间的空间为A区反应区；第三石英管的上、下两端端口烧结在第二石英管的外侧面，从而第二石英管与第三石英管之间形成密闭的环形空腔，该密闭的环形空腔为气体填充B区；第四石英管与第三石英管之间的空间为C区反应区；经过A区的气体在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下发生一系列复杂的物理、化学反应而被降解，经过C区的气体在紫外辐射下发生光解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废气处理
，具体涉及一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法与装置。
技术介绍
随着科技发展，废气的处理方法越来越多，目前废气的处理方法有吸收法、吸附法、催化氧化法、光催化法和等离子体技术等。在当今倡导清洁生产、节约资源的形势下，无需化学品、无需耗用大量水和能源、成本低和对环境友好的低温等离子体技术颇具吸引力。等离子体是继固态、液态、气态之后被称为物质的第四态，它是气体在放电过程中产生的包括大量正负带电粒子、电子和中性粒子以及自由基组成的表现出集体行为的一种准中性气体。在这个体系中如果电子的温度和重粒子的温度差不多，则为高温等离子，或称为平衡态等离子体；如果电子的温度远远大于重粒子的温度，整个体系呈现一种常温状态，此时产生的等离子体为低温等离子体，也称非平衡态等离子体，一般气体放电产生的等离子体属于这一类型。产生低温等离子体的方式有介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge,以下简称DBD)、辉光放电、电晕放电、微波放电和射频放电等。目前已有文献报道介质阻挡放电产生的等离子体可用于降解挥发性有机化合物(VOCs)、温室气体、氟氯烃化合物和烟气脱硫脱硝等；但是这些研究大部分是基础研究，应用研究相对较少。目前产业化应用只查阅到两例，一是Fujistu公司用DBD处理二噁英气体；二是DBD用于上海月季化纤有限公司的硫化氢和二硫化碳废气的工业化治理。DBD等离子体降解废气的产业化应用没有得到有效推广的主要原因是能量利用率低、外施电压高(一般要大于9000V)和电源寿命短。因此，很多学者开始从单独DBD等离子体降解污染物转向DBD与其它技术联合降解污染物的研究，包括:DBD-催化、DBD-UV,DBD-O3等。然而，上述这些联合降解技术需额外加入一些物质或设备，使得体系变得复杂化，要想将两者紧密地结合在一起发挥作用在实际应用中存在一定困难。例如中国专利文献CN 201969473U (申请号201120053678.8)公开了一种UV等离子废气净化器，包括主壳体，主壳体的前、后端分别设有主进气口、主出气口 ；所述主壳体的内部从主进气口到主出气口依次设有进气段、UV净化段、等离子体净化段、出气段；uv净化段内设有若干个呈阵列排布的紫外线灯管以及用于所述紫外线灯管启动的若干个镇流器；等离子体净化段包括至少一个等离子体废气净化装置。可见这种DBD-UV联合降解技术为了将UV与等离子体联合降解废气，增加了 UV净化段的设备，使得整个净化体系复杂化。因此，开发一项污染物降解效率高、能量利用率高、设备简单的新型等离子体降解废气技术非常必要。中国专利文献CN 100540121C(申请号200610028018.8)公开了一种双等离子体处理工业废气的方法与装置，该方法由原来的双层石英介质改为三层石英介质层，使三层石英介质分隔形成两个放电区域即常压气体放电区和低压气体紫外辐射区；工业废气由常压气体放电区进入系统，经过低压气体紫外辐射区，实现去除污染物、净化气体的效果。该方法比等离子体单独降解废气时能率提高了 30%左右。但是该专利中紫外光区域在内侧(电场强)，等离子体在外侧，电能主要用于产生紫外辐射，削弱了等离子体降解废气的效果，能量利用率很难达到最优化。同时，紫外区域在内侧，灯管表面温度高，介质容易击穿而导致灯管寿命缩短。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用一个电源同时产生等离子体和准分子紫外辐射，耦合一体化降解废气的方法与装置。实现本专利技术第一目的的技术方案是一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，所用反应器包括四层石英介质层、内电极、外电极和高压电源。所述四层石英介质层包括同轴线的、由内向外依次设置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管；内电极设置在第一石英管内，外电极设置在第三石英管外侧面。第一石英管与第二石英管之间的空间为A区反应区；第三石英管的上、下两端端口烧结在第二石英管的外侧面，从而第二石英管与第三石英管之间形成密闭的环形空腔，该密闭的环形空腔为气体填充B区；第四石英管与第三石英管之间的空间为C区反应区。抽真空后，向气体填充B区充入稀有气体或者稀有气体-卤素混合气体或者汞-卤素混合气体；接通高压电源后，气体填充B区的气体被激发产生准分子紫外光向A区反应区和C区反应区辐射，A区反应区内气体放电产生等离子体。待降解的废气全部经过A区反应区，在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解；或者待降解的废气分流进入A区反应区和C区反应区，进入A区反应区的气体在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解，进入C区反应区的气体在准分子紫外辐射下进行光解；气体从A区反应区或C区反应区流出后，由引风机抽出排放。作为优选的，当处理难降解的废气时，待降解的废气全部进入A区反应区，同时向C区反应区通入空气，空气在紫外光作用下分解为活性粒子；从C区反应区流出的气体与A区反应区处理后流出的废气混合时，活性粒子与A区反应区处理后的废气进一步反应，使得A区反应区流出的气体得到进一步降解。优选的，从废气发生器或者废气储气罐流出的待降解的废气经过旋风分离装置初步混合，再经过多孔分流后进入A区反应区或C区反应区进行降解。所述高压电源为中频脉冲方波电源，放电电压在OkV 15kV范围内可调。上述气体填充B区充入的稀有气体为Xe2 ;气体填充B区充入的稀有气体-卤素混合气体为Ar/F2、Kr/Cl2、Kr/Br2或Kr/I2的混合气体；气体填充B区充入的汞-卤素混合气体为Hg/F2或Hg/Cl2的混合气体。实现本专利技术第二目的的技术方案是一种如上所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法所用的装置，包括集气罩、气体分配器、反应器和引风机；集气罩包括第一集气罩和第二集气罩；气体分配器包括第一气体分配器和第二气体分配器；第一集气罩、第一气体分配器、反应器、第二气体分配器和第二集气罩由下向上依次设置。第一集气罩的进气口与待降解气体的废气发生器出气口或者储气罐相连，第一集气罩的的出气口与第一气体分配器的进气口相连；反应器设置在第一气体分配器和第二气体分配器之间；第二集气罩安装固定在第二气体分配器上方，第二集气罩的进气口与第二气体分配器的所有出气口相连通；弓I风机的进气端口与第二集气罩的出气口相连。所述反应器包括四层石英介质层、内电极、外电极和高压电源；所述四层石英介质层包括同轴线的、由内向外依次设置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管；内电极设置在第一石英管内，外电极设置在第三石英管外侧面。第二石英管和第三石英管的紫外光的透过率达85%以上；第一石英管和第四石英管的紫外光的透过率< 40%。第一石英管的壁厚为I 2mm，第四石英管的壁厚为I 2mm。第一石英管的两端封闭，通过支撑架固定在第二石英管内部。所述支撑架的主体为一圆板。支撑架包括安装孔和通气孔，安装孔设置在支撑架的主体中央且与支撑架的主体同轴；通气孔设置在安装孔的外周。支撑架与第二石英管的内壁紧配合；第一石英管与支撑架的安装孔紧配合，从而第一石英管通过支撑架固定在第二石英管52内部。第一石英管与第二石英管之间的空间为A区反应区；第三石英管的上、下两端端口烧结在第二石英管的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于：所用反应器（5）包括四层石英介质层、内电极（61）、外电极（62）和高压电源（63）；所述四层石英介质层包括同轴线的、由内向外依次设置的第一石英管（51）、第二石英管（52）、第三石英管（53）和第四石英管（54）；内电极（61）设置在第一石英管（51）内，外电极（62）设置在第三石英管（53）外侧面；第一石英管（51）与第二石英管（52）之间的空间为A区反应区；第三石英管（53）的上、下两端端口烧结在第二石英管（52）的外侧面，从而第二石英管（52）与第三石英管（53）之间形成密闭的环形空腔，该密闭的环形空腔为气体填充B区；第四石英管（54）与第三石英管（53）之间的空间为C区反应区；抽真空后，向气体填充B区充入稀有气体或者稀有气体?卤素混合气体或者汞?卤素混合气体；接通高压电源（63）后，气体填充B区的气体被激发产生准分子紫外光向A区反应区和C区反应区辐射，A区反应区内气体放电产生等离子体；待降解的废气全部经过A区反应区，在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解；或者待降解的废气分流进入A区反应区和C区反应区，进入A区反应区的气体在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解，进入C区反应区的气体在准分子紫外辐射下进行光解；气体从A区反应区或C区反应区流出后，由引风机抽出排放。...

【技术特征摘要】
1.一种准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于:所用反应器(5)包括四层石英介质层、内电极(61)、外电极(62)和高压电源(63)； 所述四层石英介质层包括同轴线的、由内向外依次设置的第一石英管(51)、第二石英管(52)、第三石英管(53)和第四石英管(54);内电极(61)设置在第一石英管(51)内，外电极(62)设置在第三石英管(53)外侧面； 第一石英管(51)与第二石英管(52)之间的空间为A区反应区；第三石英管(53)的上、下两端端口烧结在第二石英管(52)的外侧面，从而第二石英管(52)与第三石英管(53)之间形成密闭的环形空腔，该密闭的环形空腔为气体填充B区；第四石英管(54)与第三石英管(53)之间的空间为C区反应区； 抽真空后，向气体填充B区充入稀有气体或者稀有气体-卤素混合气体或者汞-卤素混合气体；接通高压电源(63)后，气体填充B区的气体被激发产生准分子紫外光向A区反应区和C区反应区辐射，A区反应区内气体放电产生等离子体； 待降解的废气全部经过A区反应区，在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解；或者待降解的废气分流进入A区反应区和C区反应区，进入A区反应区的气体在准分子紫外辐射和等离子体共同作用下被降解，进入C区反应区的气体在准分子紫外辐射下进行光解；气体从A区反应区或C区反应区流出后，由引风机抽出排放。2.根据权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于:待降解的废气全部进入A区反应区时，向C区反应区通入空气，空气在紫外光作用下分解为活性粒子；从C区反应区流出的气体与A区反应区处理后流出的废气混合时，活性粒子与A区反应区处理后的废气进一步反应，使得A区反应区流出的气体得到进一步降解。3.根据权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于:从废气发生器或者废气储气罐流出的待降解的废气经过旋风分离装置(2)初步混合，再经过多孔分流后进入A区反应区或C区反应区进行降解。4.根据权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于:所述高压电源(63)为中频脉冲方波电源，放电电压在OkV 15kV范围内可调。5.根据权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法，其特征在于:气体填充B区充入的稀有气体为Xe2 ;气体填充B区充入的稀有气体-卤素混合气体为Ar/F2、Kr/Cl2、Kr/Br2或Kr/I2的混合气体；气体填充B区充入的汞-卤素混合气体为Hg/F2或Hg/Cl2的混合气体。6.一种如权利要求1所述的准分子紫外辐射与等离子体耦合一体化降解废气的方法所用的装置，其特征在于:包括集气罩(I)、气体分配器、反应器(5)和引风机；集气罩(I)包括第一集气罩(11)和第二集气罩(12);气体分配器包括第一气体分配器(3)和第二气体分配器(4);第一集气罩(11)、第一气体分配器(3)、反应器(5)、第二气体分配器(4)和第二集气罩(12)由下向上依次设置； 第一集气罩(11)的进气口与待降解气体的废气发生器出气口或者储气罐相连，第一集气罩(11)的的出气口与第一气体分配器(3)的进气口相连；反应器(5)设置在第一气体分配器(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶招莲，赵洁，汪斌，戴亮，蒋一飞，
申请(专利权)人：江苏技术师范学院，
类型：发明
国别省市：