準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法與裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法與裝置，所用反應器包括四層石英介質層，分別為由內向外依次設置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管，內電極設置在第一石英管內，外電極設置在第三石英管外側面；第一石英管與第二石英管之間的空間為A區反應區；第三石英管的上、下兩端端口燒結在第二石英管的外側面，從而第二石英管與第三石英管之間形成密閉的環形空腔，該密閉的環形空腔為氣體填充B區；第四石英管與第三石英管之間的空間為C區反應區；經過A區的氣體在準分子紫外輻射和等離子體共同作用下發生一系列復雜的物理、化學反應而被降解，經過C區的氣體在紫外輻射下發生光解。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于廢氣處理
，具體涉及一種準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法與裝置。
技術介紹
隨著科技發展，廢氣的處理方法越來越多，目前廢氣的處理方法有吸收法、吸附法、催化氧化法、光催化法和等離子體技術等。在當今倡導清潔生產、節約資源的形勢下，無需化學品、無需耗用大量水和能源、成本低和對環境友好的低溫等離子體技術頗具吸引力。等離子體是繼固態、液態、氣態之后被稱為物質的第四態，它是氣體在放電過程中產生的包括大量正負帶電粒子、電子和中性粒子以及自由基組成的表現出集體行為的一種準中性氣體。在這個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，或稱為平衡態等離子體；如果電子的溫度遠遠大于重粒子的溫度，整個體系呈現一種常溫狀態，此時產生的等離子體為低溫等離子體，也稱非平衡態等離子體，一般氣體放電產生的等離子體屬于這一類型。產生低溫等離子體的方式有介質阻擋放電(Dielectric barrier discharge,以下簡稱DBD)、輝光放電、電暈放電、微波放電和射頻放電等。目前已有文獻報道介質阻擋放電產生的等離子體可用于降解揮發性有機化合物(VOCs)、溫室氣體、氟氯烴化合物和煙氣脫硫脫硝等；但是這些研究大部分是基礎研究，應用研究相對較少。目前產業化應用只查閱到兩例，一是Fujistu公司用DBD處理二噁英氣體；二是DBD用于上海月季化纖有限公司的硫化氫和二硫化碳廢氣的工業化治理。DBD等離子體降解廢氣的產業化應用沒有得到有效推廣的主要原因是能量利用率低、外施電壓高(一般要大于9000V)和電源壽命短。因此，很多學者開始從單獨DBD等離子體降解污染物轉向DBD與其它技術聯合降解污染物的研究，包括:DBD-催化、DBD-UV,DBD-O3等。然而，上述這些聯合降解技術需額外加入一些物質或設備，使得體系變得復雜化，要想將兩者緊密地結合在一起發揮作用在實際應用中存在一定困難。例如中國專利文獻CN 201969473U (申請號201120053678.8)公開了一種UV等離子廢氣凈化器，包括主殼體，主殼體的前、后端分別設有主進氣口、主出氣口 ；所述主殼體的內部從主進氣口到主出氣口依次設有進氣段、UV凈化段、等離子體凈化段、出氣段；uv凈化段內設有若干個呈陣列排布的紫外線燈管以及用于所述紫外線燈管啟動的若干個鎮流器；等離子體凈化段包括至少一個等離子體廢氣凈化裝置。可見這種DBD-UV聯合降解技術為了將UV與等離子體聯合降解廢氣，增加了 UV凈化段的設備，使得整個凈化體系復雜化。因此，開發一項污染物降解效率高、能量利用率高、設備簡單的新型等離子體降解廢氣技術非常必要。中國專利文獻CN 100540121C(申請號200610028018.8)公開了一種雙等離子體處理工業廢氣的方法與裝置，該方法由原來的雙層石英介質改為三層石英介質層，使三層石英介質分隔形成兩個放電區域即常壓氣體放電區和低壓氣體紫外輻射區；工業廢氣由常壓氣體放電區進入系統，經過低壓氣體紫外輻射區，實現去除污染物、凈化氣體的效果。該方法比等離子體單獨降解廢氣時能率提高了 30%左右。但是該專利中紫外光區域在內側(電場強)，等離子體在外側，電能主要用于產生紫外輻射，削弱了等離子體降解廢氣的效果，能量利用率很難達到最優化。同時，紫外區域在內側，燈管表面溫度高，介質容易擊穿而導致燈管壽命縮短。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種用一個電源同時產生等離子體和準分子紫外輻射，耦合一體化降解廢氣的方法與裝置。實現本專利技術第一目的的技術方案是一種準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法，所用反應器包括四層石英介質層、內電極、外電極和高壓電源。所述四層石英介質層包括同軸線的、由內向外依次設置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管；內電極設置在第一石英管內，外電極設置在第三石英管外側面。第一石英管與第二石英管之間的空間為A區反應區；第三石英管的上、下兩端端口燒結在第二石英管的外側面，從而第二石英管與第三石英管之間形成密閉的環形空腔，該密閉的環形空腔為氣體填充B區；第四石英管與第三石英管之間的空間為C區反應區。抽真空后，向氣體填充B區充入稀有氣體或者稀有氣體-鹵素混合氣體或者汞-鹵素混合氣體；接通高壓電源后，氣體填充B區的氣體被激發產生準分子紫外光向A區反應區和C區反應區輻射，A區反應區內氣體放電產生等離子體。待降解的廢氣全部經過A區反應區，在準分子紫外輻射和等離子體共同作用下被降解；或者待降解的廢氣分流進入A區反應區和C區反應區，進入A區反應區的氣體在準分子紫外輻射和等離子體共同作用下被降解，進入C區反應區的氣體在準分子紫外輻射下進行光解；氣體從A區反應區或C區反應區流出后，由引風機抽出排放。作為優選的，當處理難降解的廢氣時，待降解的廢氣全部進入A區反應區，同時向C區反應區通入空氣，空氣在紫外光作用下分解為活性粒子；從C區反應區流出的氣體與A區反應區處理后流出的廢氣混合時，活性粒子與A區反應區處理后的廢氣進一步反應，使得A區反應區流出的氣體得到進一步降解。優選的，從廢氣發生器或者廢氣儲氣罐流出的待降解的廢氣經過旋風分離裝置初步混合，再經過多孔分流后進入A區反應區或C區反應區進行降解。所述高壓電源為中頻脈沖方波電源，放電電壓在OkV 15kV范圍內可調。上述氣體填充B區充入的稀有氣體為Xe2 ;氣體填充B區充入的稀有氣體-鹵素混合氣體為Ar/F2、Kr/Cl2、Kr/Br2或Kr/I2的混合氣體；氣體填充B區充入的汞-鹵素混合氣體為Hg/F2或Hg/Cl2的混合氣體。實現本專利技術第二目的的技術方案是一種如上所述的準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法所用的裝置，包括集氣罩、氣體分配器、反應器和引風機；集氣罩包括第一集氣罩和第二集氣罩；氣體分配器包括第一氣體分配器和第二氣體分配器；第一集氣罩、第一氣體分配器、反應器、第二氣體分配器和第二集氣罩由下向上依次設置。第一集氣罩的進氣口與待降解氣體的廢氣發生器出氣口或者儲氣罐相連，第一集氣罩的的出氣口與第一氣體分配器的進氣口相連；反應器設置在第一氣體分配器和第二氣體分配器之間；第二集氣罩安裝固定在第二氣體分配器上方，第二集氣罩的進氣口與第二氣體分配器的所有出氣口相連通；弓I風機的進氣端口與第二集氣罩的出氣口相連。所述反應器包括四層石英介質層、內電極、外電極和高壓電源；所述四層石英介質層包括同軸線的、由內向外依次設置的第一石英管、第二石英管、第三石英管和第四石英管；內電極設置在第一石英管內，外電極設置在第三石英管外側面。第二石英管和第三石英管的紫外光的透過率達85%以上；第一石英管和第四石英管的紫外光的透過率< 40%。第一石英管的壁厚為I 2mm，第四石英管的壁厚為I 2mm。第一石英管的兩端封閉，通過支撐架固定在第二石英管內部。所述支撐架的主體為一圓板。支撐架包括安裝孔和通氣孔，安裝孔設置在支撐架的主體中央且與支撐架的主體同軸；通氣孔設置在安裝孔的外周。支撐架與第二石英管的內壁緊配合；第一石英管與支撐架的安裝孔緊配合，從而第一石英管通過支撐架固定在第二石英管52內部。第一石英管與第二石英管之間的空間為A區反應區；第三石英管的上、下兩端端口燒結在第二石英管的外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法，其特征在于：所用反應器（5）包括四層石英介質層、內電極（61）、外電極（62）和高壓電源（63）；所述四層石英介質層包括同軸線的、由內向外依次設置的第一石英管（51）、第二石英管（52）、第三石英管（53）和第四石英管（54）；內電極（61）設置在第一石英管（51）內，外電極（62）設置在第三石英管（53）外側面；第一石英管（51）與第二石英管（52）之間的空間為A區反應區；第三石英管（53）的上、下兩端端口燒結在第二石英管（52）的外側面，從而第二石英管（52）與第三石英管（53）之間形成密閉的環形空腔，該密閉的環形空腔為氣體填充B區；第四石英管（54）與第三石英管（53）之間的空間為C區反應區；抽真空后，向氣體填充B區充入稀有氣體或者稀有氣體?鹵素混合氣體或者汞?鹵素混合氣體；接通高壓電源（63）后，氣體填充B區的氣體被激發產生準分子紫外光向A區反應區和C區反應區輻射，A區反應區內氣體放電產生等離子體；待降解的廢氣全部經過A區反應區，在準分子紫外輻射和等離子體共同作用下被降解；或者待降解的廢氣分流進入A區反應區和C區反應區，進入A區反應區的氣體在準分子紫外輻射和等離子體共同作用下被降解，進入C區反應區的氣體在準分子紫外輻射下進行光解；氣體從A區反應區或C區反應區流出后，由引風機抽出排放。...

【技術特征摘要】
1.一種準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法，其特征在于:所用反應器(5)包括四層石英介質層、內電極(61)、外電極(62)和高壓電源(63)； 所述四層石英介質層包括同軸線的、由內向外依次設置的第一石英管(51)、第二石英管(52)、第三石英管(53)和第四石英管(54);內電極(61)設置在第一石英管(51)內，外電極(62)設置在第三石英管(53)外側面； 第一石英管(51)與第二石英管(52)之間的空間為A區反應區；第三石英管(53)的上、下兩端端口燒結在第二石英管(52)的外側面，從而第二石英管(52)與第三石英管(53)之間形成密閉的環形空腔，該密閉的環形空腔為氣體填充B區；第四石英管(54)與第三石英管(53)之間的空間為C區反應區； 抽真空后，向氣體填充B區充入稀有氣體或者稀有氣體-鹵素混合氣體或者汞-鹵素混合氣體；接通高壓電源(63)后，氣體填充B區的氣體被激發產生準分子紫外光向A區反應區和C區反應區輻射，A區反應區內氣體放電產生等離子體； 待降解的廢氣全部經過A區反應區，在準分子紫外輻射和等離子體共同作用下被降解；或者待降解的廢氣分流進入A區反應區和C區反應區，進入A區反應區的氣體在準分子紫外輻射和等離子體共同作用下被降解，進入C區反應區的氣體在準分子紫外輻射下進行光解；氣體從A區反應區或C區反應區流出后，由引風機抽出排放。2.根據權利要求1所述的準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法，其特征在于:待降解的廢氣全部進入A區反應區時，向C區反應區通入空氣，空氣在紫外光作用下分解為活性粒子；從C區反應區流出的氣體與A區反應區處理后流出的廢氣混合時，活性粒子與A區反應區處理后的廢氣進一步反應，使得A區反應區流出的氣體得到進一步降解。3.根據權利要求1所述的準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法，其特征在于:從廢氣發生器或者廢氣儲氣罐流出的待降解的廢氣經過旋風分離裝置(2)初步混合，再經過多孔分流后進入A區反應區或C區反應區進行降解。4.根據權利要求1所述的準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法，其特征在于:所述高壓電源(63)為中頻脈沖方波電源，放電電壓在OkV 15kV范圍內可調。5.根據權利要求1所述的準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法，其特征在于:氣體填充B區充入的稀有氣體為Xe2 ;氣體填充B區充入的稀有氣體-鹵素混合氣體為Ar/F2、Kr/Cl2、Kr/Br2或Kr/I2的混合氣體；氣體填充B區充入的汞-鹵素混合氣體為Hg/F2或Hg/Cl2的混合氣體。6.一種如權利要求1所述的準分子紫外輻射與等離子體耦合一體化降解廢氣的方法所用的裝置，其特征在于:包括集氣罩(I)、氣體分配器、反應器(5)和引風機；集氣罩(I)包括第一集氣罩(11)和第二集氣罩(12);氣體分配器包括第一氣體分配器(3)和第二氣體分配器(4);第一集氣罩(11)、第一氣體分配器(3)、反應器(5)、第二氣體分配器(4)和第二集氣罩(12)由下向上依次設置； 第一集氣罩(11)的進氣口與待降解氣體的廢氣發生器出氣口或者儲氣罐相連，第一集氣罩(11)的的出氣口與第一氣體分配器(3)的進氣口相連；反應器(5)設置在第一氣體分配器(3)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉招蓮，趙潔，汪斌，戴亮，蔣一飛，
申請(專利權)人：江蘇技術師范學院，
類型：發明
國別省市：