[实用新型]阵列式等离子体‑催化剂协同作用的废气处理装置

说明书

技术领域

本实用新型属于环保技术领域，具体涉及阵列式等离子体-催化剂协同作用的废气处理装置。

背景技术

经济建设带来的大气污染问题已成为最严重的环境问题之一，工业废气中含有挥发性有机化合物（volatile organic compounds,简称VOCs）、二氧化硫、氮氧化物等诸多有毒有害性气体，不但严重危害人体生命健康，而且对地球生态环境有着巨大的危害。传统的废气处理技术如焚烧法、吸附法、冷凝法等，存在着净化效率低、投入成本高、易产生二次污染等弊端，难以满足现代工业社会的需求。

等离子体是由离子、电子、中性粒子组成的整体呈电中性的物质集合，是不同于固体、液体、气体的物质第四态，其中非热力学平衡等离子体在宏观上的温度接近常温，被称为低温等离子体，广泛应用于材料、电子等领域，并在环保领域备受关注。利用介质阻挡放电技术能在大气压下产生大面积的低温等离子体，等离子体中存在着大量的高能电子，与废气中的背景气体分子发生非弹性碰撞，通过能量传递产生种类繁多的激发态物种、正负离子、自由基等活性粒子，其中臭氧、激发态氧原子、羟基自由基等组分则有着很强的氧化性，能将废气中的有毒有害成分氧化降解，转化成无毒无害或是低毒低害的物质。介质阻挡放电处理废气可在常温常压下进行，运行方便、操作简单、处理效率高且二次污染小，有着广阔的应用前景。

低温等离子体技术处理废气存在能耗较高、易产生多种副产物的缺陷，为了解决这一问题，等离子体-催化协同技术成为了研究热点。利用等离子体高反应活性的优点，结合活性催化剂，在室温下即可显著提高废气降解的能量效率，减少副产物的生成，提高有毒有害气体的转化率和矿化率。传统的催化剂填充方式分为一段式和二段式：一段式是将催化剂置于等离子体反应器内部，这种结构可以充分利用等离子体中产生的短寿命活性物质，对废气分子进行催化氧化，缺点是催化剂长时间置于等离子体中可能会遭到破坏；二段式是将催化剂置于等离子体反应器之后，这种结构可以防止催化剂结构被等离子体破坏，缺点是只有长寿命的活性物质才可到达催化剂层，且催化剂吸附饱和后需要再生或更换。

现有的介质阻挡放电装置通常存在形状受限制、处理气体量少、电极难以更换等不足，难以满足不同种类、浓度和空速的废气治理需求，后期维护困难，这些因素都限制了等离子体装置在工业废气治理领域的广泛应用。

发明内容

本实用新型提供了一种等离子体-催化协同作用的工业废气处理装置，目的在于解决等离子体发生器处理气量小、难以维护，以及传统催化剂填充方式难以与等离子体有效结合的问题。

本实用新型提出的等离子体-催化协同作用的工业废气处理装置，其构成如图1和图2所示，包括：脉冲电源、金属电极、绝缘介质管、催化剂模块及壳体；其中，一根金属电极插在一个绝缘介质管中，作为等离子体发生电极，绝缘介质管呈柱状的长条型，一端封闭，另一端开口以引出金属电极；绝缘介质管以几何阵列的形式排列，且同一列中绝缘介质管的端封闭和开口端方向相间排列，一个方向引出的金属电极接脉冲电源的高压输出，成为高压电极，另一方向引出的金属电极接大地，成为地电极；这样使等离子体发生电极以几何阵列的形式排列，同一列电极中高压电极与地电极相间排布（即交叉分布），当电源输出电压达到击穿电压时，相邻的高压电极与地电极之间将产生等离子体；催化剂模块插在相邻两列等离子体发生电极之间，与等离子体协同处理有害气体；整个电极阵列安装在壳体内。

本实用新型中，为防止高压电极与壳体之间打火，在绝缘介质管封闭端留出一段1-2cm长的真空区域或是介质层，其余部分填充金属电极；同一列等离子体发生电极中，交叉排列的高压电极与地电极之间间距与脉冲电源输出电压相匹配，可在1-10mm间进行调节。

本实用新型中，所述绝缘介质管的尺寸可根据实际情况调节，例如，外径为2-5mm，内径为1-3mm，长度80mm -300mm。

本实用新型中，所述绝缘介质管为耐高压非极性绝缘材料，可选石英玻璃、陶瓷（如氧化铝、氧化锆、氮化硅）、环氧树脂、聚四氟乙烯等，以石英玻璃、陶瓷为佳；所述金属电极为导电性良好的金属材料，可选金、银、铜、铁、铝、锌、钨、铂、钯、铱、不锈钢等，可以是金属棒、金属粉末，若是金属粉末则在填充入绝缘介质管后需引出一根导线，与外界电源相连。

本实用新型中，所述高压电极与地电极从相对的两个侧面分别引出并通过金属板（金属条）连接在一起，使得高压电极与地电极各自保持电势相等；所述等离子体发生电极与壳体、金属板（金属条）之间通过螺丝、卡扣等可拆卸部件相连接，方便更换电极。