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1、新低温等离子体对废气的处理3 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望n一、低温等离子体废气处理技术简介低温等离子体废气处理技术简介n二、二、低温等离子体处理废气几个方面n三、低温等离子体技术的优势三、低温等离子体技术的优势n四、四、低温等离子体的应用研究方向低温等离子体废气处理技术简介n n低温等离子体是继固态、液态、气态低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产气体的放
2、电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。等离子体。n低温等离子体降解污染物是利用其本低温等离子体降解污染物是利用其本身含有的电子、离子、活性基和激发身含有的电子、离子、活性基和激发态分子等有极高化学活性的粒子和废态分子等有极高化学活性的粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续极短的时间
3、内发生分解，并发生后续的各种反应使常规方法难以去除的各种反应使常规方法难以去除 的污的污染物得染物得 以转化或分解以达到降解污染以转化或分解以达到降解污染物的目的。物的目的。n n低温等离子体化学净化是利用数万度的高能电子 与气体分子(原子)发生非弹性碰撞，将能量转换成 基态分子(原子)的内能，发生激发、离解、电离等 一系列过程使气体处于活化状态。电子能量较低(1 0 e V)时，产生活性自由基，活化后的污染物分子经 过等离子体定向链化学反应后被脱除。当电子平均能 量超过污染物分子化 学键结合能时，分子 键断裂，污 染物分解。n n在低温等离子体中，可能发生各种类型的 化学反应，主要取决于电子
4、的平均能量、电子密度、气体温度、污染物气体分子浓度及共存的气体成份。n低温等离子体处理废气，常利用辉光放电、电晕放电、沿面放电或介质阻挡放电产生。低温等离子体废气处理设备的放电效果图n脉冲放电的形成机理：带异种电荷的两电极之间，由于电势差的存在，发生放电，放电之后电荷减少，电势差降低，放电停止，如果有一个外加电源使电势差回到放电前的状态，那么就可以再次放电。如此循环，就形成脉冲放电。n电晕放电电晕放电(corona discharge)气体介质气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。在在不均匀电场中的局部自持放电。在曲率半径很小的尖端电极附近，由于曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过
5、气体的电离场强，局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励使气体发生电离和激励，因而出现电，因而出现电晕放电引。晕放电引。n介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,简称DBD)是一种灵活可靠的低温等离子放电方式。n介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。n n低温等离子体处理废气处理几个方面n n一、烟气脱硫、脱氮以及脱硫、脱氮除尘一体化n n二、处理温室效应气体、难降解物质和 挥发性有机化合物n n三、对工业废气的除湿及除臭n n四、室内空气的
6、净化n n五、对汽车尾气的处理低温等离子体烟气脱硫、脱氮以及低温等离子体烟气脱硫、脱氮以及脱硫、脱氮除尘一体化脱硫、脱氮除尘一体化n反应器中产 生的O，OH等自由基可同时把 SO2和NOx氧 化成 SO3和 NO2(或 N2O5)，当体系中有碱性物质存 在时，发生异相反应生成液体或 固体盐而被脱除 掉。脉冲电晕放电不仅可使 飞灰粒子的荷质比提高 2 3倍，同时又抑制了反电晕 的发生。n在实际烟气条件下的试验结果表明，在烟气温度 较低时等离子体法处理效果较好：在飞灰存在的情况 下，脉冲放电对SO2的去除率有所上升，而对 NOx的 去除率变化不大；烟气中适量水分的存在提高了 SO2 的去除率。处理
7、温室效应气体处理温室效应气体、难降解物质和、难降解物质和挥发性有机化合物挥发性有机化合物 n 一温室气体：超高压脉冲电晕放电产生的高能量(2 0 5 0 e V)低温等离子体作用于 CO2 气体分子，使 CO2分 子化学键断裂，在定向化学反应作用下，将 CO2气体 分解成 O2和单质固体微粒碳，其分解率达 9 0.n n二、难降解物质：可采用脉冲电晕放电降解化学性质十分稳 定的如C Cl4等物质，在反应器中填入吸附剂，其降解率 与无吸附剂时相比大大提高。n n三、挥发性有机化合物 nA.脉冲电晕放电处理低浓度 甲苯废气nB.线 一板式电晕反应器处理乙醇、丙酮、甲醛、二氯甲烷模拟废气。nC.非平
8、衡等离子体处理含有正己 烷、环己烷、苯和甲苯 4种典型的烃类废气 的空气对工业废气的除湿及除臭对工业废气的除湿及除臭n市场上低温等离子体工业除湿设备既能够去除水雾，又能够氧化水雾中的致味物质挥发性有机物质的 分子，具有高效快捷和工艺 简单等优点，兼备 除湿除味。n n等离子体反应器单元内部反应，在该区域由于高能电子的作用，使异昧分子受激发，带电粒子或分子间的化学键被打断，产生自由基等活 性粒子，这些活性粒子和O2 2反应达到消除异味目的。同时空气中的水和氧气在高能电子轰击下也会产生OH 自由基、活性氧等强氧化性物质，这些强氧化性物质也会与异味分子反应，使其分解，从而促进异味消除。n低温等离子体
9、技术低温等离子体技术处理对象广泛，对国家恶臭污染控制标准中规定的八大恶臭物质硫化氢、氨、三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、苯乙烯、二甲二硫均能有效去除，并对以下物质进行有效分解净化。低温等离子体技术可处理的污染物质n应用范围 发酵浓液烘干过程产生的超饱和恶臭湿气有机肥料加工过程中产生的超饱和恶臭湿气；中药熬制加工过程中产生的超饱和恶臭湿气；日化产品制粉过程中产生的超饱和湿气；酸洗过程中产生的含酸雾酸雾的湿气；高浓度废水浓缩过程中产生的超饱和湿气 室内空气的净化室内空气的净化n净化对象：来自人为活动的香烟烟雾和在空调环境中滋生繁殖的致病微生物、来自 燃料燃烧无机污染物和来自建筑装饰材料的有机污染
10、物。它们以气态和气溶胶态长期悬浮在 空气中。n当污染 粒子随气流进入 净化空间后，因电场作 用立刻荷电，荷电 后的 粒子在电场作用下向集尘 极迁移并被集尘极吸收。室内空气净化设备对汽车尾气的处理对汽车尾气的处理 机内净化汽车尾气净化的方法 机外净化n n机内净化：主要是使空气在送入内燃机燃烧室之前等离子化，通过等离子体发生器将空气等离子化使得空气中含有富足的原子氧和臭氧及其它激发态的氧，从而大大提高燃料的燃烧速率；同时等离子化的空气中含有的氧粒子参与反应的能力比中性的氧气分子更强，可以使HC(碳氢化合物）、CO得到充分氧化而大大减少有害物气体的生成。n n机外净化:沿面放电 主要方式 介质阻挡
11、放电 直接氧化还原法 主要方法 辅助催化还原法 n直接氧化还原法的原理基本上与等离子体技术在机内净化中的原理相同n辅助催化还原法是一种将低温等离子体技术与三效催化技术结合使用的一种方法，是低温等离子体辅助HC的选择性催化还原系统降低NOx排放。低温等离子体处理废气的优势低温等离子体处理废气的优势n采用新技术、新设备，运行稳定、费用低、管理方便、维护容易。n妥善解决项目建设及运行过程中产生的污染物，避免二次污染。n新型、高效、低噪设备、节能降耗。低温等离子体的应用研究方向低温等离子体的应用研究方向n(1)深入研究等低温离子体降解污染物的机理及其过程中的影响因素。n(2)提高污染物降解效率，降低能
12、耗。低温等离子体技术的工业化应用的关键。n(3)处理装置的大型化与小型化。LOGO等离子体对废气的处理等离子体对废气的处理DBD技术技术废气处理方法废气处理方法 稀释扩散法稀释扩散法 热力燃烧法与催化燃烧法热力燃烧法与催化燃烧法 吸附法吸附法三相多介质催化氧化工艺三相多介质催化氧化工艺 低温等离子体技术低温等离子体技术DBD技术技术稀释扩散法稀释扩散法v脱臭原理：将有臭味地气体通过烟囱排至脱臭原理：将有臭味地气体通过烟囱排至大气，或用无臭空气稀释，降低恶臭物质大气，或用无臭空气稀释，降低恶臭物质浓度以减少臭味。浓度以减少臭味。v适用范围：适用于处理中、低浓度的有组适用范围：适用于处理中、低浓度
13、的有组织排放的恶臭气体。织排放的恶臭气体。热力燃烧法与催化燃烧法热力燃烧法与催化燃烧法v脱臭原理：在高温下恶臭物质与燃料气充脱臭原理：在高温下恶臭物质与燃料气充分混和，实现完全燃烧。分混和，实现完全燃烧。v适用范围：适用于处理高浓度、小气量的适用范围：适用于处理高浓度、小气量的可燃性气体。可燃性气体。吸附法吸附法v脱臭原理：利用吸附剂的吸附功能使恶臭脱臭原理：利用吸附剂的吸附功能使恶臭物质由气相转移至固相。物质由气相转移至固相。v适用范围：适用于处理低浓度，高净化要适用范围：适用于处理低浓度，高净化要求的恶臭气体。求的恶臭气体。三相多介质催化氧化工艺三相多介质催化氧化工艺v脱臭原理：反应塔内装
14、填特制的固态复合脱臭原理：反应塔内装填特制的固态复合填料，填料内部复配多介质催化剂。当恶填料，填料内部复配多介质催化剂。当恶臭气体在引风机的作用下穿过填料层，与臭气体在引风机的作用下穿过填料层，与通过特制喷嘴呈发散雾状喷出的液相复配通过特制喷嘴呈发散雾状喷出的液相复配氧化剂在固相填料表面充分接触，并在多氧化剂在固相填料表面充分接触，并在多介质催化剂的催化作用下，恶臭气体中的介质催化剂的催化作用下，恶臭气体中的污染因子被充分分解。污染因子被充分分解。v适用范围：适用范围广，尤其适用于处理适用范围：适用范围广，尤其适用于处理大气量、中高浓度的废气，对疏水性污染大气量、中高浓度的废气，对疏水性污染物
15、质有很好的去除率。物质有很好的去除率。低温等离子体技术低温等离子体技术-DBD技术技术v脱臭原理：介质阻挡放电过程中，等离子脱臭原理：介质阻挡放电过程中，等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子，如体内部产生富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。废电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，最终转化为性基团发生反应，最终转化为CO2和和H2O等等物质，从而达到净化废气的目的。物质，从而达到净化废气的目的。v适用范围：适用范围广，净化效率高，尤适用范围：适用范围广，净化效率高，尤其适用于其它方法难
16、以处理的多组分恶臭其适用于其它方法难以处理的多组分恶臭气体，如化工、医药等行业气体，如化工、医药等行业低温等离子体介质阻挡放电管低温等离子体介质阻挡放电管 vPLDDBD低温等离子体恶低温等离子体恶臭气体处理的作用原理臭气体处理的作用原理(以以H2S和和CS2为例为例)由于收到正炫波形的交流高压电流的驱动由于收到正炫波形的交流高压电流的驱动的影响，致使介质阻挡放电的发生，这时，的影响，致使介质阻挡放电的发生，这时，供给的电压会不断的增加，致使系统中处供给的电压会不断的增加，致使系统中处于绝缘状态的反应气体逐渐至击穿，最后于绝缘状态的反应气体逐渐至击穿，最后发生放电。发生放电。DBD技术作用原理
17、技术作用原理v低温等离子体是继固态、液态、气态之低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的后的物质第四态，当外加电压达到气体的 放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废
18、气中的污染物作用，使污染物分粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的的各种反应以达到降解污染物的目的。vDBDDBD等离子体反应区富含极高的物质，等离子体反应区富含极高的物质，如高能电子、离子、自由基和激发态分子如高能电子、离子、自由基和激发态分子等，废气中的污染物质可与这些具有较高等，废气中的污染物质可与这些具有较高能量的物质发生反应，使污染物质在极短能量的物质发生反应，使污染物质在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到讲解污染物的目的。与传统的电
19、应以达到讲解污染物的目的。与传统的电晕放电形势产生的低温等离子技术相比较，晕放电形势产生的低温等离子技术相比较，DBDDBD等离子体技术放电量是电晕放电的等离子体技术放电量是电晕放电的5050倍，倍，放电密度是电晕放电的放电密度是电晕放电的130130倍。所以倍。所以,传统传统低温等离子体技术只能用于室内空气异味低温等离子体技术只能用于室内空气异味治理治理,与其他低温等离子体技术相比较，与其他低温等离子体技术相比较，DBDDBD等离子体技术是唯一用于工业化工艺废等离子体技术是唯一用于工业化工艺废气治理的技术。气治理的技术。等离子体去除污染物的基本过程等离子体去除污染物的基本过程v过程一：高能电
20、子的直接轰击过程一：高能电子的直接轰击v过程二：过程二：O原子或臭氧的氧化原子或臭氧的氧化O2+e2Ov过程三：过程三：OH自由基的氧化自由基的氧化H2O+eOH+HH2O+O2OHH+O2OH+Ov过程四：分子碎片过程四：分子碎片+氧气的反应氧气的反应技术特点技术特点vDBD等离子体工业废气处理成套设备拥有独立自等离子体工业废气处理成套设备拥有独立自主知识产权，历经主知识产权，历经15年，并申请十余项国家发明年，并申请十余项国家发明专利，在工业化应用方面，处于世界先进水平，专利，在工业化应用方面，处于世界先进水平，属于真正的中国制造。属于真正的中国制造。v与目前国内常用的异味气体治理方法相比
21、较，与目前国内常用的异味气体治理方法相比较，DBD等离子体工业废气处理技术具有以下特点：等离子体工业废气处理技术具有以下特点：v技术高端，工艺简洁：开机后，即自行运转，受技术高端，工艺简洁：开机后，即自行运转，受工况限制非常少，无需专人操作。工况限制非常少，无需专人操作。v节能：节能：无机械设备，空气阻力小，耗电量约为无机械设备，空气阻力小，耗电量约为0.003kw/m3废气废气。v适应工况范围宽：适应工况范围宽：设备启动、停设备启动、停止十分迅速，止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。在随用随开，不受气温的影响。在250以下和在雾以下和在雾态工况环境中均可正常运转。在态工况环境中均可正常运转
22、。在-50至至+50的的环境温度仍可正常运转。环境温度仍可正常运转。v设备使用寿命长：本设备由不锈钢材，铜材、钼设备使用寿命长：本设备由不锈钢材，铜材、钼材、环氧材、环氧树脂等材料组成，抗氧化，采用防腐蚀树脂等材料组成，抗氧化，采用防腐蚀材料，电极与废气不直接接触，根本上解决了设材料，电极与废气不直接接触，根本上解决了设备腐蚀问题。备腐蚀问题。v结构简单：只需用电，操作极为简单，无需派专结构简单：只需用电，操作极为简单，无需派专职人员看守，基本不占用人工费。无机械职人员看守，基本不占用人工费。无机械设备，设备，故障率低，维修容易。故障率低，维修容易。v应用范围广：介质阻挡放电产生的低温等离子体
23、应用范围广：介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能中，电子能量高，几乎可以将所有的异味气体分量高，几乎可以将所有的异味气体分子降解。子降解。DBD等离子体处理大气废气装置等离子体处理大气废气装置如图所示的是如图所示的是DBD等离子体处理模拟废气同时脱等离子体处理模拟废气同时脱硫脱硝所采用的实验装置。装置的内电极与电源硫脱硝所采用的实验装置。装置的内电极与电源的高压输出端相连，因为金属铜具有很好的导电的高压输出端相连，因为金属铜具有很好的导电性能，所以我们采用铜棒作为装置的內电极。其性能，所以我们采用铜棒作为装置的內电极。其位置在内径为位置在内径为16毫米的石英管中心，实验时为了毫米的石英管中
24、心，实验时为了固定内电极的位置，就在其周围放置了聚四氟和固定内电极的位置，就在其周围放置了聚四氟和陶瓷轴套以起固定作用。之所以把铜棒放在适应陶瓷轴套以起固定作用。之所以把铜棒放在适应放电管的中心，是为了使管内放电所产生的等离放电管的中心，是为了使管内放电所产生的等离子体更加均匀分布以及防止介质层被击穿，从而子体更加均匀分布以及防止介质层被击穿，从而延长实验装置的使用寿命，节省实验成本。与电延长实验装置的使用寿命，节省实验成本。与电源低压输出端相连的是装置外电极，它采用的是源低压输出端相连的是装置外电极，它采用的是0.2mol/L的氯化钾溶液。的氯化钾溶液。（实验装置图）（实验装置图）一氧化氮本
25、身的浓度与其脱出率之间一氧化氮本身的浓度与其脱出率之间的有一定关系的有一定关系实验结论实验结论在一定条件下（电源放电功率在一定条件下（电源放电功率44w44w，氧气浓度，氧气浓度6ppm6ppm），低浓度一氧化氮几乎可达到百分），低浓度一氧化氮几乎可达到百分之百。当一氧化氮浓度增大时，脱除率逐之百。当一氧化氮浓度增大时，脱除率逐渐降低，是因为在装置电源放电功率一定渐降低，是因为在装置电源放电功率一定条件下，放电产生的活性粒子有限，而一条件下，放电产生的活性粒子有限，而一氧化氮的脱除机理主要是靠放电产生的活氧化氮的脱除机理主要是靠放电产生的活性离子与之反应而被去除，现在活性粒子性离子与之反应而被
26、去除，现在活性粒子有限，所以脱除的废气也有限。有限，所以脱除的废气也有限。放电功率也是一个重要的影响因素，不同的放电功率也是一个重要的影响因素，不同的放电功率对应所要求的电源是不同的，即放电功率对应所要求的电源是不同的，即成本也不一样。成本也不一样。总结：总结：1 1 大气压大气压DBDDBD等离子体在废气处理方面等离子体在废气处理方面的应用价值很高，将可以为我国的大气环的应用价值很高，将可以为我国的大气环境污染整治工作做出突出贡献。境污染整治工作做出突出贡献。2 2 在实验过程中，在实验过程中，NONO的脱除过程主要是与其的脱除过程主要是与其活性氮原子反应生成氮气和氧气，剩余小活性氮原子反应
27、生成氮气和氧气，剩余小部分生成二氧化氮。部分生成二氧化氮。3 3 一氧化氮的降解处理过程中存在一个临界一氧化氮的降解处理过程中存在一个临界放电功率值，当放电功率低于临界功率时，放电功率值，当放电功率低于临界功率时，一氧化氮的降解与放电功率成正比关系，一氧化氮的降解与放电功率成正比关系，高于该临界功率时，一氧化氮转化率的提高于该临界功率时，一氧化氮转化率的提高影响微弱。高影响微弱。4 4 在一氧化氮的降解过程中，加入一定量的在一氧化氮的降解过程中，加入一定量的氧气，可以明显提高降解率，二氧化氮的氧气，可以明显提高降解率，二氧化氮的含量增多，对其进行化学方法处理。含量增多，对其进行化学方法处理。5 5 利用等离子体技术对一氧化氮进行降解，利用等离子体技术对一氧化氮进行降解，反应复杂。反应复杂。LOGO