[发明专利]低温等离子体工业废气处理装置

说明书

本发明属环境保护技术领域，是一种利用低温等离子体处理工业废气的技术。

随着社会工业化程度的不断提高，由工业废气造成的环境污染问题也日益严重。寻求一种切实可行又经济实惠的方法来降解有机污物以及H₂S、CS₂、SO₂、碳氢化合物、氟里昂、哈龙等物质是一项很有意义的工作。在已有的方法中，用焚烧法处理这类物质不太合适，因为氟里昂、哈龙、多环芳烃等物质具有很高的耐热稳定性。使用焚烧法必须将整个体系的温度加热到很高才能破坏它们，这样造成能源的浪费，又会产生比较严重的二次污染，且有腐蚀问题。催化燃烧法对氟里昂、哈龙是不合适的，虽对有机污染有效，但是对大流量、高流速废气的治理，仍存在气阻大、效率低等问题，而且，硫、磷、卤素等易使催化剂中毒，从而使催化剂寿命缩短性能降低。吸附—解吸方法也存在吸附容量、气阻、普适性等问题。

经研究表明，等离子体中存在大量活性粒子，这些粒子可以破坏环境中的难降解物质。如何利用等离子体来处理环境中的有毒及难降解物质是近年来研究的热点，已经有人做了不少工作。例如，Clements J.S等人用脉冲电晕放电产生常压等离子体对降解NO、SO₂进行研究(Clements J.S.et.al. IEEE Trans. Ind. Appl. 1989，25(1)：62)，他们在有2.6％H₂O存在的条件下，起始浓度为1000ppm的SO₂在放电5.2S后90％被去除。Li Jing等人用介质隔阻放电(即简称DBD)技术产生非平衡等离子体处理模拟烟道废气(IEEE Trans. Plasma Sci. 1995，23(4)：672)，他们得出去除每kgSO₂需耗电75KWh。Chang M.B等人用DBD放电的方法降解了甲醛等易挥发性有机物(Environ. Sci. Technol.，1995，29：181)，他们得出HCHO的起始浓度为100ppmv在19KV的电压下可获得97％的解离率。也有人用同样方法降解了HCHO和苯酚。我国也有在这方面进行过不少研究。但是，目前的这些研究工作均未达到工业实用化阶段，其主要问题如下：

1.大多数研究工作要在低压下进行，不能在大气(常温常压)中进行；

2.不能产生高功率大体积等离子区域，无实用价值；

3.不能在高速流动态进行，也就不能用于实际的体系；

4.没有高效的电源转换系统，能量利用率低，缺乏经济价值。

本发明的目的在于提供一种能在常压下(大气)处理流动状态废气的高功率低温等离子体装置。

本发明设计的低温等离子体废气处理装置，由低温等离子体放电管、电源及相应的外壳中框、上接口和下接口以及分气管等组成，结构如图1和图2所示。其中等离子体放电管4数量为1～100个，并行排列于外壳中框1内。从原理上说，可以并联更多放电管。上接口2和下接口3为喇叭状，即该喇叭状上下接口都有大口和小口，其大口分别与中框1两侧固定连接，其小口分别与进气管和排气管连接，分气管5设置于中框前两侧。分气管与放电管的内管连通，以便给予通水或通气。中框侧面开有观察窗6。其放电管4排列从横截面看，可以方形排列，如图3所示。也可以成园形排列，如图4所示。也可以成其他形状的排列。

本发明的低温等离子体放电管由同轴的外管和内管构成，内、外管之间有通气空间。其单只结构如图6所示。外电极20以螺旋状形式缠绕于外管18外侧，内电极21置于内管19里面，内、外管一般采用石英或陶瓷等绝缘材料制作而成，其长度一般为100～500mm，壁厚2-3mm，外管的内径一般为20mm～100mm，内管外径一般为10～30mm。内、外电极材料可采用不锈钢或镍等金属材料。内管19可由上、下支架的形式将其固定。上、下支架平面形状可以为三叉形，如图7所示，不影响废气通入外管内。内管与分气管5连通，可以通气或水，即对内电极进行水冷或气冷。放电管两端通过螺钉固定于中框壁架上。