專利名稱：：一種雙等離子體處理工業(yè)廢氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬?gòu)U氣處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種等離子體處理工業(yè)廢氣的裝置。技術(shù)背景在工業(yè)廢氣處理方法中，低溫等離子體技術(shù)與其它污染治理技術(shù)相比，具有處理流程短、占地面積小、氣阻小、適用范圍廣等特點(diǎn)。低溫等離子體技術(shù)處理污染物的原理為在外加電場(chǎng)的作用下，氣體放電產(chǎn)生大量攜能電子(電子平均能量在l10eV)，廢氣中的惡臭物質(zhì)在高能電子的轟擊下發(fā)生電離、解離或激發(fā)，并在02參與反應(yīng)下發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，最終使廢氣中的污染物分解達(dá)到凈化目的。等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后被稱為物質(zhì)的第四態(tài)，它是氣體在放電過(guò)程中產(chǎn)生的包括大量正負(fù)帶電粒子、電子和中性粒子以及自由基組成的表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性氣體。在這個(gè)體系中如果電子的溫度和重粒子的溫度差不多，則為高溫等離子體，或稱為平衡態(tài)等離子體。如果電子的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重粒子的溫度，整個(gè)體系呈現(xiàn)一種常溫狀態(tài)，此時(shí)產(chǎn)生的等離子體為低溫等離子體，也叫非平衡態(tài)等離子體，一般氣體放電產(chǎn)生的等離子體屬于這一類型。根據(jù)氣體放電的方式，等離子體的產(chǎn)生主要有輝光放電(Glowdischarge)、電暈放電(Coronadischarge)、介質(zhì)阻擋放電(Dielectricbarrierdischarge,簡(jiǎn)稱DBD)、射頻放電(Radiofrequencydischarge)和微波放電(Microwavedischarge)等。其中介質(zhì)阻擋放電具有電子密度高和可在常壓下運(yùn)行的特點(diǎn)，因而使其具有工業(yè)應(yīng)用前景，特別適用于工業(yè)廢氣的治理。見(jiàn)申請(qǐng)人早期專利介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生等離子體處理工業(yè)廢氣方法和裝置(專利號(hào):ZL97242751.1)。盡管介質(zhì)阻擋放電等離子體處理工業(yè)廢氣(包括惡臭氣體)效果明顯，工藝簡(jiǎn)潔，優(yōu)勢(shì)顯著，但為了達(dá)到預(yù)期的處理效果，往往需要較高的外施電壓(一般要大于卯00V),因此對(duì)電器設(shè)備的要求較高，設(shè)備投資大，能耗也較高，因而其推廣和使用受到限制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種設(shè)備要求低、能量消耗小的等離子體處理工業(yè)廢氣的裝置。本實(shí)用新型提出的等離子體處理工業(yè)廢氣的裝置，是對(duì)現(xiàn)有介質(zhì)阻擋放電等離子體處理工業(yè)廢氣方法的改進(jìn)，由原來(lái)的雙層石英介質(zhì)改為三層石英介質(zhì)層，使三層石英介質(zhì)分割形成兩個(gè)放電區(qū)域常壓氣體放電區(qū)和低壓氣體放電區(qū)，低壓氣體放電壓區(qū)產(chǎn)生紫外福射；工業(yè)廢氣由常壓氣體放電區(qū)進(jìn)入系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)低壓氣體紫外輻射區(qū)，實(shí)現(xiàn)高效去除污染物、凈化氣體的效果。這樣，使反應(yīng)器在配備一臺(tái)電源的情況下實(shí)現(xiàn)兩種氣體放電過(guò)程，即除了常壓下氣體放電過(guò)程外，還實(shí)現(xiàn)低壓氣體放電產(chǎn)生紫外輻射過(guò)程。由于該系統(tǒng)比單純的介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)增加了低氣壓下等離子體紫外輻射過(guò)程，所以稱之為"雙等離子體"處理工業(yè)廢氣的方法。低壓氣體放電紫外輻射原理為在紫外輻射區(qū)的密閉環(huán)形空腔內(nèi)填充低壓氣體一般為稀有氣體和齒素分子，在介質(zhì)阻擋放電過(guò)程中這些氣體分子被激發(fā)、電離，并經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)形成準(zhǔn)分子，準(zhǔn)分子不穩(wěn)定，在其分解或退激過(guò)程中產(chǎn)生紫外輻射。主要的反應(yīng)過(guò)程如下①電離和激發(fā)首先是低壓氣體分子在高能電子的作用下被激發(fā)和電離R+e—R*+eR+e—R++2eX2+e—X+X—R表示稀有氣體粒子(如Ar，Kr)，X表示鹵素粒子(如Cl，Br或I)。②準(zhǔn)分子的生成正電性的稀有氣體離子和負(fù)電性的鹵素離子復(fù)合或激發(fā)態(tài)的稀有氣體粒子把能量傳遞給卣素分子而形成激發(fā)態(tài)的RgX,準(zhǔn)分子復(fù)合物R++X——RX*+eR*+X2—RX*+X③輻射這樣形成的準(zhǔn)分子或準(zhǔn)分子復(fù)合物不穩(wěn)定，會(huì)迅速分解，并以光子的形式釋放出激發(fā)能RX*—R+X+hu適當(dāng)控制低壓氣體的壓強(qiáng)和組成，即可得到我們所需要的紫外輻射類型低壓氣體。紫外輻射區(qū)產(chǎn)生的光子能量一般控制在4~8eV之間，污染物分子在這些光子的作用下發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，并引發(fā)一系列氧化反應(yīng)，從而達(dá)到廢氣凈化的目的。在雙等離子體反應(yīng)器中，由于存在氣體放電和紫外輻射協(xié)同作用分解污染物，因而提高了污染物的去除率。本實(shí)用新型相應(yīng)于上述方法的雙等離子體處理工業(yè)廢氣的裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置即雙等離子體反應(yīng)器由外層介質(zhì)l、中間層介質(zhì)2、內(nèi)層介質(zhì)3、外電極4、內(nèi)電極5、高壓電源及支撐件8組成；其中，外層介質(zhì)l、中間層介質(zhì)2和內(nèi)層介質(zhì)3分別采用直徑不同的石英管，使外層介質(zhì)1和中間層介質(zhì)2間形成常壓氣體放電區(qū)，中間介質(zhì)層2與內(nèi)層介質(zhì)3之間形成低壓氣體紫外輻射區(qū)；內(nèi)電極5置于內(nèi)層介質(zhì)3中，外電極4纏繞于外層介質(zhì)l外側(cè)；支撐件8支撐于外層介質(zhì)1和中間層介質(zhì)2之間。待處理的工業(yè)廢氣由常壓氣體放電區(qū)進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。圖1和圖3中的箭頭方向分別表示進(jìn)氣和出氣方向。這種雙等離子體反應(yīng)系統(tǒng)同單純介質(zhì)阻擋放電等離子體相比，能量利用率提高30%,外施電壓降低3000V左右(一般只要600-7000即可)，管道氣體流速一般為2-4m/s。在輸入能量相同的情況下，惡臭物質(zhì)的去除效率提高30%以上。雙等離子體處理工業(yè)廢氣，污染物處理效果好，能效高，可廣泛應(yīng)用于含三苯(苯、甲苯、二甲苯)、硫化氫、二硫化碳等物質(zhì)的廢氣治理，其推廣和應(yīng)用前景廣闊。圖1為本實(shí)用新型的雙等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖示。圖2為圖1反應(yīng)器的橫剖圖示。圖3為圖1反應(yīng)器的縱剖圖示。圖4為支撐件結(jié)構(gòu)圖示。圖5為工業(yè)流程圖示。圖中標(biāo)號(hào)l為外層介質(zhì)，2為中間層介質(zhì)，3為內(nèi)層介質(zhì)，4為外電極，5為內(nèi)電極，6為常壓氣體放電區(qū)，7為低壓氣體紫外輻射區(qū)，8為支撐件，9為支撐腳，lO為中空環(huán),ll為電源，12為紫外輻射，13為流量計(jì)，14為雙等離子反應(yīng)器，15為引風(fēng)機(jī)。具體實(shí)施方式下面通過(guò)實(shí)施例和附圖進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。外層介質(zhì)l采用內(nèi)徑33mm的石英管，壁厚1.5mm，管長(zhǎng)200mm。中間層介質(zhì)2采用內(nèi)徑20mm的石英管，管長(zhǎng)200mm，壁厚1.5mm;內(nèi)層介質(zhì)3采用外徑10mm的石英管，管長(zhǎng)200mm，壁厚l.Omm。外電極4采用長(zhǎng)X寬-670mmX4mm的細(xì)長(zhǎng)不銹鋼片(厚度S-0.4mm)，纏繞于外層石英管壁(6圈)而成，圈與圈之間的距離為4mm。內(nèi)電極5用長(zhǎng)X寬=200mmX40mm不銹鋼片(厚度5=0.21!1111)巻制而成，內(nèi)襯在內(nèi)層石英管3的內(nèi)管壁。如圖2所示，外層與中間層的石英管之間的區(qū)域?yàn)槌簹怏w放電區(qū)(I區(qū))，該區(qū)為長(zhǎng)200mm，環(huán)寬5mm的開(kāi)放式環(huán)形空腔，待處理的工業(yè)廢氣即從該處通過(guò)。內(nèi)層與中間層的石英管兩端分別粘結(jié)在一起，形成一個(gè)長(zhǎng)200mm,環(huán)寬5mm的密閉環(huán)形空腔，空腔內(nèi)填充低壓氣體，該環(huán)形空腔即為產(chǎn)生低壓氣體紫外輻射的區(qū)域(II區(qū))。外層石英管與中間層的石英管之間的支撐件8為三角環(huán)形，套在中間層石英管的外管壁，材質(zhì)為聚四氟塑料。支撐件結(jié)構(gòu)如圖4所示。中空環(huán)10內(nèi)徑23mm，外徑26mm，二個(gè)支腳9長(zhǎng)X寬-3.5mmX2mm，圓環(huán)和支腳厚度均為3mm。高壓電源自制，輸出電壓150012000V。填充氣體的壓強(qiáng)是影響紫外輻射性能的重要參數(shù)，對(duì)紫外輻射能量分布，輸出特性，紫外輻射光譜的形狀及相對(duì)強(qiáng)度有較大影響。根據(jù)廢氣中的成分不同，在密閉環(huán)形腔體內(nèi)填充合適壓強(qiáng)和組分的低壓氣體，使其輻射出對(duì)廢氣中污染物的分解作用最為有效的特定波長(zhǎng)的紫外光，并與介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的電子協(xié)同作用，從而達(dá)到最佳的污染物去除率。本實(shí)用新型針對(duì)二硫化碳、硫化氫、三苯氣體(苯、甲苯、二甲苯)、二甲二硫醚、氨及苯乙烯五種物質(zhì)分別作為處理對(duì)象，確定所釆用的填充氣體組分及壓強(qiáng)見(jiàn)表1所示。表1不同惡臭物質(zhì)所對(duì)應(yīng)的紫外輻射類型及相關(guān)條件<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>選用國(guó)家《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)中的代表性惡臭物質(zhì)之一的二硫化碳作為處理對(duì)象，說(shuō)明雙等離子體技術(shù)的處理效果。實(shí)施的工藝過(guò)程如圖5所示。流量計(jì)13:轉(zhuǎn)子流量計(jì)，流量〈100mVh可調(diào)。雙等離子體反應(yīng)器14:10個(gè)，規(guī)格參數(shù)見(jiàn)前面所述，處理能力50m"h。引風(fēng)機(jī)15:CZR型離心引風(fēng)機(jī)，上海興益風(fēng)機(jī)廠，功率40W，風(fēng)量1.07m3/min。二硫化碳的采樣及測(cè)定方法采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14680-93二乙胺分光光度法測(cè)定。在引風(fēng)機(jī)的作用下，濃度為105mg/r^的CS2惡臭氣體定量進(jìn)入雙等離子體反應(yīng)裝置，經(jīng)過(guò)雙等離子體反應(yīng)器產(chǎn)生的高能電子和紫外輻射作用后，在反應(yīng)器的出口lm處采樣分析，為了保證釆樣的準(zhǔn)確性，每次釆樣的位置固定，且在反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行30min后再采樣。為考察雙等離子體處理工業(yè)廢氣的效果，本實(shí)用新型在實(shí)施過(guò)程中，采用單純的介質(zhì)阻擋放電等離子體裝置作對(duì)比試驗(yàn)，單純的介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)器除石英介質(zhì)層外，反應(yīng)器的構(gòu)件及規(guī)格尺寸均與雙等離子體反應(yīng)器相同。在單純的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中，外層石英介質(zhì)為內(nèi)徑33mm的石英管，壁厚1.5mm，管長(zhǎng)200mm;內(nèi)層石英介質(zhì)為內(nèi)徑20mm的石英管，壁厚1.5mm，管長(zhǎng)200mm。處理效果在管道內(nèi)氣體流速為3m/s，CS2濃度105mg/m3，外施電壓6000V，密閉環(huán)形空腔內(nèi)填充350torr氪和3.5torr碘蒸氣的條件下，二硫化碳的去除率為73%，比單純介質(zhì)阻擋放電等離子體提高了30%。除外施電壓外，在其它條件不變情況下，雙等離子體反應(yīng)器和單純介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)器分別達(dá)到70X的CS2去除率時(shí)，后者的外施電壓需達(dá)到9000V，而前者僅需要6000V即可，降低了3000V，因此，雙等離子體反應(yīng)器比單純介質(zhì)阻擋放電等離子體能效更高。權(quán)利要求1、一種雙等離子體處理工業(yè)廢氣的裝置，其特征在于由外層介質(zhì)(1)、中間層介質(zhì)(2)、內(nèi)層介質(zhì)(3)、外電極(4)、內(nèi)電極(5)、高壓電源及支撐件(8)組成；其中，外層介質(zhì)(1)、中間層介質(zhì)(2)和內(nèi)層介質(zhì)(3)分別采用直徑不同的石英管，使外層介質(zhì)(1)和中間層介質(zhì)(2)間形成常壓氣體放電區(qū)，中間介質(zhì)層(2)與內(nèi)層介質(zhì)層(3)之間形成低壓氣體紫外輻射區(qū)；內(nèi)電極(5)置于內(nèi)層介質(zhì)(3)中，外電極(4)纏繞于外層介質(zhì)(1)外側(cè)；支撐件(8)支撐于外層介質(zhì)(1)和中間層介質(zhì)(2)之間。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于外層介質(zhì)(l)為內(nèi)徑33mm的石英管，壁厚1.5mm,管長(zhǎng)200mm;中間層介質(zhì)(2)為內(nèi)徑20mm的石英管，管長(zhǎng)200mm,壁厚1.5mm;最內(nèi)層介質(zhì)3為外徑10mm的石英管，管長(zhǎng)200mm，壁厚l.Omm。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于外電極(4)由長(zhǎng)X寬X厚二670mmX4mmX0.4mm的細(xì)長(zhǎng)不銹鋼片纏繞于外層石英管壁而成，圈與圈之間的距離為4mm，內(nèi)電極(5)用長(zhǎng)X寬X厚-200mmX40mmX0.2mm不銹鋼片巻制而成，內(nèi)襯在內(nèi)層石英管內(nèi)管壁。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于外層與中間層的石英管之間的支撐件(8)材質(zhì)為聚四氟塑料，形狀為帶有(3)支撐腳的圓環(huán)形。專利摘要本實(shí)用新型屬?gòu)U氣處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種雙等離子體處理工業(yè)廢氣的裝置。該裝置由外層介質(zhì)、中間層介質(zhì)、內(nèi)層介質(zhì)、外電極、內(nèi)電極、高壓電源及支撐件組成；其中，外層介質(zhì)、中間層介質(zhì)和內(nèi)層介質(zhì)分別采用直徑不同的石英管，使外層介質(zhì)和中間層介質(zhì)間形成常壓氣體放電區(qū)，中間介質(zhì)層與內(nèi)層介質(zhì)層之間形成低壓氣體紫外輻射區(qū)；內(nèi)電極置于內(nèi)層介質(zhì)中，外電極纏繞于外層介質(zhì)外側(cè)；支撐件支撐于外層介質(zhì)和中間層介質(zhì)之間。本實(shí)用新型的雙等離子體反應(yīng)系統(tǒng)同常壓氣體介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)相比，外施電壓降低3000V左右，能量利用率提高30％；該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，能效高，處理效果好，可用于多種工業(yè)廢氣的除污處理。文檔編號(hào)B01D53/74GK201033280SQ20062004302公開(kāi)日2008年3月12日申請(qǐng)日期2006年6月22日優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日發(fā)明者侯惠奇,張仁熙,蘇小紅,顧丁紅申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)