[發明專利]復合型等離子體放電裝置及利用該裝置的廢氣處理方法

在審

• 申請號: 202010562087.7
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN113825294A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 唐詩雅;王世強;關銀霞;牟善軍;劉全楨;牟洪祥;李棲楠
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 主分類號: H05H1/26
• 分類號: H05H1/26;B01D53/32;H01J37/32
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉兵;田宏

本發明涉及低溫等離子體技術領域，公開了一種復合型等離子體放電裝置及利用該裝置的廢氣處理方法，該復合型等離子體放電裝置含有一個或多個等離子體放電反應器；所述等離子體放電反應器包括等離子體反應管(4)，與所述等離子體反應管(4)同軸設置的中心高壓電極(1)，緊貼于等離子體反應管(4)外壁的接地電極(3)以及緊貼于等離子體反應管(4)的內壁的第二高壓電極(2)。本發明提供的復合型等離子體放電裝置，通過沿面放電和介質阻擋放電兩種放電形式的組合或單獨使用，可獲得不同放電模式，滿足不同種類廢氣降解的能量需求。

技術領域

本發明涉及低溫等離子體技術領域，具體涉及一種復合型等離子體放電裝置及利用該裝置的廢氣處理方法。

背景技術

低溫等離子體法是一種直接利用電能預處理或者直接無害化處理有毒有害氣體的方法。通過施加高壓電場電離氣體產生高化學活性粒子(包括電子、離子、自由基和激發態分子等)與廢氣分子發生化學反應，獲得后續方法易于降解的小分子或者將有機物直接分解為二氧化碳和水。該方法具有即開即停、工藝簡單的特點，適用于流量、濃度波動大的廢氣體系。然而，實際工業廢氣成分非常復雜，除了H₂S，氮氧化物等無機物之外，還包括分子種類繁多的有機污染物，比如烴類、含氧有機物、含氮有機物、含鹵有機物以及含硫有機物等。根據不同的工業裝置和工藝，實際工業廢氣可能同時含有以上多種成分。由于分子成鍵結構不同，破壞分子需要的最小活化能不同，也就是說，每一類工業廢氣降解需要的最優電場強度可能是不一樣的，而提供單一放電模式的傳統的等離子體發生器無法滿足多變電場的需求。

為解決這一問題，CN103418217A中公開了一種沿面和填充床復合放電處理工業廢氣裝置，該裝置為若干個金屬管和絕緣介質管的同軸套管子系統串聯/并聯組成。該同軸套管子系統包括三個電極(其中絕緣介質管外面電極為高壓電極，金屬外管與絕緣介質管內面電級均為地電極)。另外，套管間隙填充絕緣顆粒。因此，該裝置子系統內串聯了兩個放電區域，即絕緣介質管內面電極周圍產生的沿面放電區和絕緣介質管外面電極周圍產生的沿面放電與兩管之間的沿面-填充床放電區域。這一組合方式延長了廢氣的處理時間，提高處理效率，實現無害化排放。另外，在文獻(Post Plasma-Catalysis of Low ConcentrationVOC Over Alumina-Supported Silver Catalysts in a Surface/Packed-Bed HybridDischarge Reactor，姜楠(Jiang Nan)等，Water Air Soil Pollut(2017)228:113)中也報道了類似同軸填充套管結構裝置。但是，該填充床區域堆填的絕緣顆粒導致氣體可通過的空隙被極大地壓縮。當待處理廢氣的氣量相同時，含有堆填顆粒的反應器與未堆填的反應器相比，前者氣阻更大，風機壓力損失和能耗也更大。上述同軸填充套管結構的處理流量僅為0.8L/min。因此該裝置組合不適用于大通量廢氣處理體系，極大地制約了涉及這類放電形式的等離子體發生器的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的放電模式單一、處理量受限等問題，提供了一種復合型等離子體放電裝置及利用該裝置的廢氣處理方法，該裝置通過沿面放電和介質阻擋放電兩種放電形式的單獨或者疊加使用，同時，多個等離子體放電反應器之間可串聯和/或并聯使用，且反應器中套管間隙即為氣體通道，氣路直通且無填充顆粒層。當待處理廢氣的氣量大或者含有難以降解的污染物時，可以將多個等離子體放電反應器串聯或并聯使用，或者對中心高壓電極和第二高壓電極同時施加驅動電源，或者將同時應用上述兩種措施，從而滿足單位氣量的廢氣分解的能量需求；當待處理廢氣氣量正常或偏小時，或者待處理污染物分子較易分解時，可以單獨使用中心高壓電極或第二高壓電極，從而降低能耗，提高能量利用率。基于此，該復合型等離子體放電裝置及利用該裝置的廢氣處理方法能夠滿足待處理廢氣分子的多種能量需求，適合大氣量、成分復雜、波動較大的廢氣處理。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種復合型等離子體放電裝置，該復合型等離子體放電裝置含有一個或多個等離子體放電反應器；