一種柵欄電暈簇射放電處理揮發(fā)性有機(jī)污染物的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柵欄電暈簇射放電處理揮發(fā)性有機(jī)污染物的方法。該方法將電極板接入高壓電源，電極噴嘴與電極板間形成電暈放電，產(chǎn)生電暈區(qū)：將濕空氣通過濕空氣通入管通入電極板正極、電極板負(fù)極到達(dá)電極噴嘴，作為電極氣直接簇射進(jìn)入電暈區(qū)，解離成活性自由基。含VOCs的待處理氣經(jīng)含VOCs待處理氣通入柵欄通道中；活性自由基與VOCs發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將VOCs高效降解為無害氣體，脫除效率可達(dá)90﹪以上。本發(fā)明方法通過將含VOCs的待處理氣直接噴射入電暈區(qū)，顯著提高放電效率，同時(shí)采用柵欄通道式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使降解反應(yīng)時(shí)間延長50﹪以上，進(jìn)一步提高脫除效率，從而降低放電能耗。本發(fā)明方法工藝相對簡單，可操作性強(qiáng)。
【專利說明】一種柵欄電暈簇射放電處理揮發(fā)性有機(jī)污染物的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣體污染物處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種處理揮發(fā)性有機(jī)污染物（V0CS) 的低溫等離子體技術(shù)方法，具體是一種柵欄電暈簇射放電處理揮發(fā)性有機(jī)污染物的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，煤燃燒過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds, VOCs)的排放控制問題也逐漸被提上日程。VOCs的種類非常繁多，主 要有脂環(huán)烴、直鏈烴、苯系物和低沸點(diǎn)的多環(huán)芳烴。雖然VOCs的排放量不大，然而絕大多數(shù) 的VOCs都是有害有毒物質(zhì)，對植物及動(dòng)物都有直接毒害作用，對人體則有致癌，引發(fā)白血 病等嚴(yán)重危害。1990年美國<清潔空氣法>修正案列舉了大氣中的189種有毒物質(zhì)，其中 大部分是VOCs。并且，VOCs進(jìn)入大氣平流層后，在紫外線照射下，容易引發(fā)嚴(yán)重消耗臭氧的 光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致臭氧層的破壞，引起溫室效應(yīng)。近幾年來，隨著大氣臭氧層的破壞及全球 性變暖等問題的出現(xiàn)，使得對VOCs的排放控制問題更加備受關(guān)注。
[0003] 目前，VOCs排放控制的研究主要集中在燃燒后煙氣脫除，目前主要有分離法和轉(zhuǎn) 化法兩大類。分離法是把VOCs從氣體中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)排放控制，主要包括有冷凝法、 吸收法、吸附法、膜分離法等。轉(zhuǎn)化法則是通過處理把廢氣中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為其它無害物 質(zhì)，如C0 2、H20等，主要有熱力焚燒法、催化燃燒法、生物處理技術(shù)、光化學(xué)降解技術(shù)及低溫 等離子體降解技術(shù)等。其中，低溫等離子體降解技術(shù)，憑借其脫除效果良好且易于推廣應(yīng)用 的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是更具前景更受歡迎的VOCs處理技術(shù)。
[0004] 低溫等離子體降解技術(shù)主要是通過電子束放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電或滑動(dòng) 弧放電等各種低溫等離子體放電技術(shù)產(chǎn)生各種強(qiáng)氧化性的〇 3、0H及00H等自由基團(tuán)，然后 由這些活性自由基氧化降解揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs)，生成無害的C02、H 20等氣體。對于 低溫等離子體處理VOCs技術(shù)，其核心問題是放電能耗較大，這也是阻礙其進(jìn)一步發(fā)展的主 要障礙。本發(fā)明旨在提供一種放電能耗相對較低的處理VOCs的低溫等離子體技術(shù)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對目前低溫等離子體處理VOCs技術(shù)放電能耗較大的特點(diǎn)，提 供一種柵欄電暈簇射放電處理揮發(fā)性有機(jī)污染物的方法，該方法脫除效率較高且放電能耗 較低。
[0006] 本發(fā)明方法應(yīng)用于以下裝置： 該裝置包括濕空氣通入管、含VOCs待處理氣通入管、水冷卻外殼、電極板、尾氣輸出 管； 所述的水冷卻外殼為中空封閉結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)設(shè)有電極板，[Ml]放電室溫度過高，抑制 臭氧分解；濕空氣通入管、含VOCs待處理氣通入管、尾氣輸出管均設(shè)在水冷卻外殼外部；濕 空氣通入管、含VOCs待處理氣通入管與水冷卻外殼的一端連通，且濕空氣通入管的一端與 水冷卻外殼內(nèi)電極板正極、兩個(gè)電極板負(fù)極的一端連通；尾氣輸出管與水冷卻外殼的另一 端連通； 所述的電極板包括一個(gè)電極板正極、兩個(gè)電極板負(fù)極，電極板正極上下兩側(cè)均設(shè)有多 個(gè)等距排列的電極噴嘴，電極板負(fù)極的一側(cè)設(shè)有多個(gè)等距排列的電極噴嘴，兩個(gè)電極板負(fù) 極各設(shè)于電極板正極的上下兩側(cè)，且電極板負(fù)極上的電極噴嘴與電極板正極上的電極噴嘴 錯(cuò)位設(shè)置，構(gòu)成柵欄通道；電極板正極、電極板負(fù)極、電極噴嘴均為中空結(jié)構(gòu)； 在柵欄通道內(nèi)，電極噴嘴與電極板正負(fù)極的間隙距離為電極板正負(fù)極之間距離的 20?30 %，而電極板正極電極噴嘴與相鄰的電極板負(fù)極電極噴嘴的橫向距離為電極板正 極與電極板負(fù)極距離的70?120 %，柵欄通道的設(shè)計(jì)可使活性自由基與VOCs的反應(yīng)時(shí)間 延長50 %以上。
[0007] 所述的電極噴嘴的一端與電極板正極或電極板負(fù)極相連通，另一端由于曲率半徑 很小，使其在電極噴嘴與異相電極板間形成電暈放電，并產(chǎn)生電暈區(qū)； 所述的濕空氣通入管靠近水冷卻外殼端設(shè)有風(fēng)泵，該風(fēng)泵的作用是使得濕空氣分別送 入上下負(fù)極板與中間正極板； 所述的含VOCs待處理氣通入管靠近水冷卻外殼端設(shè)有引風(fēng)泵，作用是含VOCs待處理 氣輸送至水冷卻外殼空腔內(nèi)。
[0008] 本發(fā)明方法如下： 步驟（1).將電極板接入高壓電源，電極噴嘴與電極板間形成電暈放電，并產(chǎn)生電暈 區(qū)：同時(shí)將濕空氣通過濕空氣通入管在風(fēng)泵的作用下通入電極板正極、電極板負(fù)極到達(dá)電 極噴嘴，作為電極氣直接簇射進(jìn)入電暈區(qū)，通過高能電子的撞擊被解離成〇 3、〇H及00H等活 性自由基，主要的電子碰撞反應(yīng)有：e+02=0+0+e，e+0 2=0+ 0 (ID) +e，e+H20=0H+H+e ; 所述的濕空氣的相對濕度為10?90 %，其流量（即電極氣流量)為含VOCs待處理氣流 量的10?50 %，可根據(jù)含VOCs待處理氣流量及其VOCs濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整； 所述的高壓電源電壓在2200V以上，直流電交流電均可； 步驟（2).含VOCs的待處理氣經(jīng)含VOCs待處理氣通入管在引風(fēng)泵的作用下，通入電 極板負(fù)極上電極噴嘴與電極板正極上電極噴嘴構(gòu)成的柵欄通道中；此時(shí)，步驟（1 )簇射放 電產(chǎn)生的活性自由基與含VOCs的待處理氣中VOCs在柵欄通道內(nèi)發(fā)生充分地化學(xué)反應(yīng)，將 VOCs高效降解為無害的C02、H20等氣體，脫除效率可達(dá)90 %以上。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明方法通過將電極氣直接噴射入電暈區(qū)，顯著提高放 電效率，同時(shí)采用柵欄通道式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使降解反應(yīng)時(shí)間延長50 %以上，進(jìn)一步提高脫除 效率，從而降低放電能耗，本發(fā)明工藝相對簡單，可操作性強(qiáng)，放電能耗較低，脫除效率可達(dá) 90 %以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明方法采用的裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 其中，1為濕空氣通入管，2為含VOCs待處理氣通入管，3為水冷卻外殼；4為電極板正 極，5為電極板負(fù)極，6為電極噴嘴，7為尾氣輸出管。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0012] 本發(fā)明方法應(yīng)用于以下裝置，該裝置如圖1所示： 該裝置包括濕空氣通入管（1)、含VOCs待處理氣通入管（2)、水冷卻外殼（3)、電極板、 尾氣輸出管（7); 所述的水冷卻外殼（3)為中空封閉結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)設(shè)有電極板，[M2]放電室溫度過高，抑 制臭氧分解；[M3];;濕空氣通入管（1 )、含VOCs待處理氣通入管（2)、尾氣輸出管（7)均設(shè) 在水冷卻外殼（3)外部；濕空氣通入管（1)、含VOCs待處理氣通入管（2)與水冷卻外殼（3) 的一端連通，且濕空氣通入管（1)的一端與水冷卻外殼（3)內(nèi)電極板正極（4)、兩個(gè)電極板 負(fù)極（5)的一端連通；尾氣輸出管（7)與水冷卻外殼（3)的另一端連通； 所述的電極板包括一個(gè)電極板正極（4)、兩個(gè)電極板負(fù)極（5)，電極板正極（4)上下兩 側(cè)均設(shè)有多個(gè)等距排列的電極噴嘴（6)，電極板負(fù)極（5)的一側(cè)設(shè)有多個(gè)等距排列的電極 噴嘴（6)，兩個(gè)電極板負(fù)極（5)各設(shè)于電極板正極（4)的上下兩側(cè)，且電極板負(fù)極（5)上的 電極噴嘴（6)與電極板正極（4)上的電極噴嘴（6)錯(cuò)位設(shè)置，構(gòu)成柵欄通道；電極板正極 (4)、電極板負(fù)極（5)、電極噴嘴（6)均為中空結(jié)構(gòu)； 在柵欄通道內(nèi)，電極噴嘴（6)與電極板正負(fù)極的間隙距離為電極板正負(fù)極之間距離的 20?30 %，而電極板正極（4)電極噴嘴（6)與相鄰的電極板負(fù)極（5)電極噴嘴（6)的橫向 距離為電極板正極（4)與電極板負(fù)極（5)的橫向距離為正負(fù)極板之間距離的70?120 %， 柵欄通道的設(shè)計(jì)可使活性自由基與VOCs的反應(yīng)時(shí)間延長50 %以上。
[0013] 所述的電極噴嘴（6)的一端與電極板正極（4)或電極板負(fù)極（5)相連通，另一端 由于曲率半徑很小，使其可以在電極噴嘴（6)與電極板間形成電暈放電，并產(chǎn)生電暈區(qū)； 所述的濕空氣通入管（1)靠近水冷卻外殼（3)端設(shè)有風(fēng)泵，該風(fēng)泵的作用是使得濕空 氣分別送入上下負(fù)極板與中間正極板； 所述的含VOCs待處理氣通入管（2)靠近水冷卻外殼（3)端設(shè)有引風(fēng)泵，作用是含VOCs 待處理氣輸送至水冷卻外殼（3)空腔內(nèi)。
[0014] 本發(fā)明方法如下： 步驟（1 ).將電極板接入高壓電源，電極噴嘴（6)與電極板間形成電暈放電，并產(chǎn)生 電暈區(qū)：同時(shí)將濕空氣通過濕空氣通入管（1)在風(fēng)泵的作用下通入電極板正極（4)、電極板 負(fù)極（5)到達(dá)電極噴嘴（6)，作為電極氣直接簇射進(jìn)入電暈區(qū)，通過高能電子的撞擊被解離 成0 3、0H及00H等活性自由基，主要的電子碰撞反應(yīng)有：e+02=0+0+e，e+02=0+ 0 (lD)+e， e+H20=0H+H+e ； 所述的濕空氣的相對濕度為10?90 %，其流量（即電極氣流量)為含VOCs待處理氣流 量的10?50 %，可根據(jù)含VOCs待處理氣流量及其VOCs濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整； 所述的高壓電源電壓在2200V以上，直流電交流電均可； 步驟（2).含VOCs的待處理氣經(jīng)含VOCs待處理氣通入管（2)在引風(fēng)泵的作用下，通 入電極板負(fù)極（5)上電極噴嘴（6)與電極板正極（4)上電極噴嘴（6)構(gòu)成的柵欄通道中； 此時(shí)，步驟（1 )簇射放電產(chǎn)生的活性自由基與含VOCs的待處理氣中VOCs在柵欄通道內(nèi)發(fā) 生充分地化學(xué)反應(yīng)，將VOCs高效降解為無害的C0 2、H20等氣體，脫除效率可達(dá)90 %以上。
[0015] 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限 于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。
[0016] 本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神和主要特征的具體形式來概述。因此，無 論從哪一點(diǎn)來看，本發(fā)明的上述實(shí)施方案都只能認(rèn)為是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā) 明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍，而上述的說明并未指出本發(fā)明的范圍，因此，在與本 發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍 內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種柵欄電暈簇射放電處理揮發(fā)性有機(jī)污染物的方法，該方法應(yīng)用于以下裝置：該 裝置包括濕空氣通入管、含VOCs待處理氣通入管、水冷卻外殼、電極板、尾氣輸出管； 所述的水冷卻外殼為中空封閉結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)設(shè)有電極板；濕空氣通入管、含VOCs待處 理氣通入管、尾氣輸出管均設(shè)在水冷卻外殼外部；濕空氣通入管、含VOCs待處理氣通入管 與水冷卻外殼的一端連通，且濕空氣通入管的一端與水冷卻外殼內(nèi)電極板正極、兩個(gè)電極 板負(fù)極的一端連通；尾氣輸出管與水冷卻外殼的另一端連通； 所述的電極板包括一個(gè)電極板正極、兩個(gè)電極板負(fù)極，電極板正極上下兩側(cè)均設(shè)有多 個(gè)等距排列的電極噴嘴，電極板負(fù)極的一側(cè)設(shè)有多個(gè)等距排列的電極噴嘴，兩個(gè)電極板負(fù) 極各設(shè)于電極板正極的上下兩側(cè)，且電極板負(fù)極上的電極噴嘴與電極板正極上的電極噴嘴 錯(cuò)位設(shè)置，構(gòu)成柵欄通道；電極板正極、電極板負(fù)極、電極噴嘴均為中空結(jié)構(gòu)； 在柵欄通道內(nèi)，電極噴嘴與電極板正負(fù)極的間隙距離為電極板正負(fù)極之間距離的 20?30 %，而電極板正極電極噴嘴與相鄰的電極板負(fù)極電極噴嘴的橫向距離為電極板正 極與電極板負(fù)極距離的70?120 % ; 所述的電極噴嘴的一端與電極板正極或電極板負(fù)極相連通，另一端由于曲率半徑很 小，使其在電極噴嘴與異相電極板間形成電暈放電，并產(chǎn)生電暈區(qū)； 所述的濕空氣通入管靠近水冷卻外殼端設(shè)有風(fēng)泵； 所述的含VOCs待處理氣通入管靠近水冷卻外殼端設(shè)有引風(fēng)泵； 其特征在于該方法包括以下步驟： 步驟（1).將電極板接入高壓電源，電極噴嘴與電極板間形成電暈放電，并產(chǎn)生電暈 區(qū)：同時(shí)將濕空氣通過濕空氣通入管在風(fēng)泵的作用下通入電極板正極、電極板負(fù)極到達(dá)電 極噴嘴，作為電極氣直接簇射進(jìn)入電暈區(qū)，通過高能電子的撞擊被解離成活性自由基，主要 的電子碰撞反應(yīng)有：e+0 2=0+0+e，e+02=0+ 0 (ID) +e，e+H20=0H+H+e ; 所述的濕空氣的相對濕度為10?90 %，其流量為含VOCs待處理氣流量的10?50 % ; 所述的高壓電源電壓在2200V以上，直流電交流電均可； 步驟（2).含VOCs的待處理氣經(jīng)含VOCs待處理氣通入管在引風(fēng)泵的作用下，通入電 極板負(fù)極上電極噴嘴與電極板正極上電極噴嘴構(gòu)成的柵欄通道中；此時(shí)，步驟（1 )簇射放 電產(chǎn)生的活性自由基與含VOCs的待處理氣中VOCs在柵欄通道內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將VOCs高 效降解為無害氣體，脫除效率可達(dá)90 %以上。
【文檔編號】B01D53/44GK104096464SQ201410343477
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】溫正城, 蔡本曉, 康普滋, 丁寧, 徐江榮 申請人:杭州電子科技大學(xué)