[发明专利]基于低温等离子技术的隧道空气净化装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及道路隧道空气中污染性气体的一种净化处理装置及方法，特别是涉及一种基于协同催化吸附的多管并联式低温等离子技术的隧道空气净化装置及方法。

背景技术

由于隧道是个半封闭空间，其内的空气污染物不易扩散，隧道内污染物会逐渐积累。隧道内空气污染物的主要来源是机动车的尾气排放，机动车尾气成分非常复杂，所含空气污染物达数百种之多，主要包括：一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx，主要指NO、NO₂）、挥发性有机物（VOCs，主要是烯烃和芳香烃）、碳氢化合物（HC）和颗粒物等。当隧道内空气污染物浓度过大时，会对长期接触隧道的工作人员的身体健康造成危害，乘客也会感到不适，同时危及行车安全。

现有隧道空气污染治理常利用通风换气法将隧道内污染空气直接排出洞外。此法工程造价高，长隧道需借助竖井、斜井分隔通风区段，其土建成本和井内大功率风机运营成本明显增加；此外，其净化效率低（仅15%左右），风机数量多，工作时间长，年运行费用高；同时，通风法的本质是转移污染物到大气，加重了局部大气污染，对周边环境和居民健康造成持续性危害。

目前，国内外对道路隧道气态空气污染物的净化方法主要有以下4种：（1）NOx净化设备，此法忽略了CO、VOCs、HC等污染物的处理，设备本体成本高，催化剂和负载物的使用周期短、更换频繁。（2）CO常温催化氧化-NOx吸附/催化的分步净化法，此法将CO、NOx分开处理，系统庞杂、成本较高。（3）纳米材料催化/吸附有害物质，此法净化效率较高，对不同污染物都有一定处理效果，但成本很高，所用整体式催化剂的制备与维护技术难度大。（4）能净化废气的土壤净化系统，此法利用土壤中的微生物空气进行过滤，节省环保，但不易检测和控制，处理周期较长。

低温等离子体技术具有常温下即可直接分解污染物、净化较彻底、使用范围广、二次污染少等优点。等离子体技术净化污染物的原理为：在外加电场的作用下，放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后便引发了一系列复杂的物理化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒无毒物质，从而使污染物得以降解去除。因其电离后产生的电子平均能量在1～10eV，适当控制反应条件，可使一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应变快。

现有等离子体处理气态污染物的方法要么只能处理小流量污染物，要么放电条件难以达到，使其在隧道中难以得到应用。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，针对隧道中空气污染物浓度低、流量大、组分多的特点，本发明提供了一种协同催化吸附的多管并联式低温等离子技术的隧道空气净化装置及方法。

一种基于低温等离子技术的隧道空气净化装置，所述装置包括壳体、电极板、放电管、高压电极和接地电极，所述壳体包括上壳体、主壳体和下壳体，所述主壳体内错列设有4～200排放电管，每排包括6～20根放电管；所述放电管与主壳体两端通过多孔板固定，所述高压电极设置在放电管中并位于放电管中心；上壳体下端部与下壳体上端部各固定设有一电极板，高压电极通过两端电极板分别并联固定；所述放电管外包设有接地电极；所述放电管内布设有蜂窝状吸附剂，吸附剂上负载有催化剂；所述上壳体上端设有进气口，下壳体下端设有出气口，主壳体左侧上端部设有冷却介质出口，主壳体右侧下端部设有冷却介质进口。

优选的，所述放电管与多孔板之间通过密封件密封。密封件可以采用密封环、密封圈等。

优选的，所述高压电极与高压电极线相连，接地电极与接地电极线相连，上壳体上部开设有用于引出高压电极线的第一孔体，主壳体上部开设有用于引出接地电极线的第二孔体。

优选的，所述放电管的长度为600～3000mm，所述放电管内形成放电区域，所述放电区域总长为500～2000mm。

优选的，所述上壳体、下壳体的形状分别为锥形或筒形，上壳体、下壳体与主壳体之间分别采用法兰连接，连接处设有绝缘密封圈。方便拆卸，密封性能好。

优选的，所述高压电极采用直径为3～20mm，长度为690～2400mm的长直电极棒，高压电极由上下两个电极板固定，达到并联的效果；所述接地电极由宽度为1～10mm，厚度0.8～2.5mm的金属带在放电管上缠绕而成。

优选的，所述放电管长度为630～2000mm，外径为30～200mm，壁厚为5～10mm。作为介质阻挡放电的放电介质。

优选的，所述催化剂、吸附剂的填充长度为放电管长度的1/6～1/5。