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CN112536008A - 等离子体反应器及等离子体反应器在线清焦方法 - Google Patents

等离子体反应器及等离子体反应器在线清焦方法 Download PDF

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CN112536008A
CN112536008A CN201910894249.4A CN201910894249A CN112536008A CN 112536008 A CN112536008 A CN 112536008A CN 201910894249 A CN201910894249 A CN 201910894249A CN 112536008 A CN112536008 A CN 112536008A
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China
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plasma
plasma reactor
gas
flow channel
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CN201910894249.4A
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宋项宁
李超
赵乾斌
隋立华
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Qingdao Safety Engineering Institute
Original Assignee
China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Qingdao Safety Engineering Institute
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Abstract

本发明涉及废气处理技术领域，提供一种等离子体反应器及等离子体反应器在线清焦方法。所述等离子体反应器包括：壳体(1)，所述壳体(1)内用于通入待处理废气；以及等离子体放电盘(2)，所述等离子体放电盘(2)设置在所述壳体(1)内并用于对通入的废气进行处理，所述等离子体放电盘(2)包括放电盘架(3)和多个平行设置在所述放电盘架(3)中的板式电极(4)，所述等离子体放电盘(2)设置为能够引入流经所述板式电极(4)表面的气流以清除所述板式电极(4)表面的结焦。本发明的等离子体反应器通过在等离子体放电盘内通入气流，抑制并清除了在板式电极表面的结焦，延长了反应器的使用周期，降低了清洁维护反应器的工作量。

Description

等离子体反应器及等离子体反应器在线清焦方法
技术领域
本发明涉及废气处理的技术领域，特别涉及一种等离子体反应器及等离子体反应器在线清焦方法。
背景技术
挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是指沸点在50～260℃、室温下饱和蒸气压超过133.32Pa，以气态形式存在于空气当中的有机化合物。通常包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、胺类、有机酸等。由于大多数VOCs具有毒性，因而会危害到人类的健康。随着工业的发展，VOCs的大量排放引起的大气污染问题得到社会的普遍关注。多种技术应运而出，包括冷凝、吸收、吸附、膜分离、生物处理、燃烧法、低温等离子技术等。对于高浓度VOCs，常用回收的方法包括冷凝、吸收、吸附和膜分离等；对于中低浓度VOCs，常用的方法以破坏法为主，包括生物处理、燃烧法和低温等离子技术。
其中，低温等离子技术主要以气体放电的形式形成的电离的导电气体组成，其中包括六种典型的粒子，即高能电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子。气体中含有的VOCs分子会与高能电子碰撞，发生电离、解离或激发等一系列复杂的化学反应，形成原子和小碎片基团。同时高能电子也会引发·OH、·O等活性性粒子，这些活性粒子的强氧化的作用也会将有机物分子和碎片基团进一步分解，转化为CO2、H2O和其他降解的最终产物。
可见，低温等离子技术通常在等离子体反应器中完成，作为主流技术的重要补充：可以在常温条件下同时降解多种不同类型的低浓度VOCs；具有良好的去除效率和相对较高的能量利用率；即开即停，可作为撬装式设备迅速投入利于排放源的应急治理。但是对于现有技术中的等离子体反应器来说，在对VOCs降解处理过程中，由于某些大分子并未完全矿化，所形成的碎片分子或经过缩合的碎片分子容易粘附在反应器中的等离子体放电盘上而形成黄褐色胶装物质，即传统意义上的结焦，进而影响放电，需要人工定期清理。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种等离子体反应器，以抑制并清除在板式电极表面的结焦，解决低温等离子技术清焦困难的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明一方面提供一种等离子体反应器，包括：
壳体，所述壳体内用于通入待处理废气；以及
等离子体放电盘，所述等离子体放电盘设置在所述壳体内并用于对通入的废气进行处理，所述等离子体放电盘包括放电盘架和多个平行设置在所述放电盘架中的板式电极，所述等离子体放电盘设置为能够引入流经所述板式电极表面的气流以清除所述板式电极表面的结焦。
可选地，所述等离子体放电盘内设有分别位于所述板式电极两端的用于引入气流的第一气流通道以及用于排出气流的第二气流通道，所述第一气流通道的出口和所述第二气流通道的进口分别与相邻所述板式电极之间的间隔区域相对。
可选地，所述第一气流通道的出口和所述第二气流通道的进口的宽度均设置为与所述板式电极表面所允许最大结焦厚度相匹配。
可选地，所述板式电极两端分别通过绝缘体固定在所述等离子体放电盘内，两端的所述绝缘体内分别开设有所述第一气流通道和所述第二气流通道。
可选地，所述第一气流通道和所述第二气流通道均分别包括主管道和一端连接于所述主管道的多个分支管道，所述第一气流通道和所述第二气流通道的分支管道的自由端均设置为与所述板式电极两侧的表面相对以在所述等离子体放电盘内形成与所述板式电极的表面相平行的气流。
可选地，所述等离子体反应器包括用于提供气流的风机，所述风机的出口与所述第一气流管道的进口相连。
可选地，所述等离子体反应器包括与所述第二气流通道的出口相连的活性炭吸附罐，所述壳体的底部设有用于通入废气的进气口，所述壳体的顶部设有出气口，所述出气口与所述活性炭吸附罐的出口相连。
可选地，所述等离子体放电盘的数量为多个，多个所述等离子体放电盘间隔排列在所述壳体内部。
本发明另一方面提供一种等离子体反应器在线清焦方法，具体包括如下步骤：等离子体反应器对废气进行处理的过程中，通过向等离子体反应器中的等离子体放电盘内通入能够流经板式电极表面的气流，以清除所述板式电极表面的结焦。
可选地，所述气流为流速大于废气流速的高速气流，且所述气流的流向与所述废气的流向相交，所述气流的流向设置为与板式电极表面相平行。
相对于现有技术，本发明所述的等离子体反应器具有以下优势：
本发明的等离子体反应器通过在等离子体放电盘内通入气流，以通过气流流经板式电极的表面，避免了等离子体反应器中气态结焦物和板式电极的直接接触，抑制并清除了在板式电极表面的结焦，利于反应的矿化进行，延长了反应器的使用周期，降低了清洁维护反应器的工作量，解决了低温等离子技术清焦困难的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明一种实施方式所述的等离子体反应器的结构示意图；
图2为图1中等离子体放电盘的结构示意图；
图3为图2中板式电极的结构示意图。
附图标记说明：
1—壳体、2—等离子体放电盘、3—放电盘架、4—板式电极、5—第一气流通道、6—第二气流通道、7—绝缘体、8—主管道、9—分支管道、10—风机、11—活性炭吸附罐、12—进气口、13—出气口、14—第一气流风管、15—第二气流风管、16—高压电源、17—高压电缆、18—调频器、19—电气控制柜、20—尾气排放口、21—板式阻挡介质、22—电极片、23—高压接线端子、24—气流进口、25—气流出口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
结合图1、图2，根据本发明的一方面，提供一种等离子体反应器，包括：
壳体1，所述壳体1内用于通入待处理废气；以及
等离子体放电盘2，所述等离子体放电盘2设置在所述壳体1内并用于对通入的废气进行处理，所述等离子体放电盘2包括放电盘架3和多个平行设置在所述放电盘架3中的板式电极4，所述等离子体放电盘2设置为能够引入流经所述板式电极4表面的气流以清除所述板式电极4表面的结焦。
通常来说，利用等离子体反应器能够对有机化工厂或喷涂行业等的低浓度废气进行处理，处理时，废气通入壳体1中，经等离子体放电盘2处理后排出。在上述处理过程中，气溶胶或有机分子等反应副产物会直接与等离子体放电盘2中的板式电极4相接触，从而导致板式电极4表面出现结焦现象。
本发明的等离子体反应器正是为解决上述问题，通过在等离子体放电盘内通入气流，控制气流流向，使其流经板式电极的表面，避免了等离子体反应器中气态结焦物与板式电极的直接接触，抑制并清除了在板式电极表面的结焦，利于反应的矿化进行，延长了反应器的使用周期，降低了清洁维护反应器的工作量，解决了低温等离子技术清焦困难的问题。
其中，为了在等离子体放电盘2内引入用于除焦的气流，所述等离子体放电盘2内设有分别位于所述板式电极4两端的用于引入气流的第一气流通道5以及用于排出气流的第二气流通道6，所述第一气流通道5的出口和所述第二气流通道6的进口分别与相邻所述板式电极4之间的间隔区域相对。由此，气流经第一气流通道5进入，经第二气流通道6排出，在此期间流经板式电极4的表面，从而抑制并清除板式电极4表面的结焦。
将所述第一气流通道5的出口和所述第二气流通道6的进口设置为分别与相邻所述板式电极4之间的间隔区域相对，则能够将气流集中在所需要的区域，相对提高气流强度，提升除焦的效果。
考虑到结焦现象仅在板式电极4的表面出现，且厚度不会过大，也就是说相邻所述板式电极4之间的间隔区域不会均充满结焦，为进一步节约能源，避免浪费，所述第一气流通道5的出口和所述第二气流通道6的进口的宽度均设置为与所述板式电极4表面所允许最大结焦厚度相匹配即可。此处宽度设置过大则会导致不必要的浪费。
板式电极4的结构为常规的，通常由两块板式阻挡介质21中间包裹一块电极片22而成，板式阻挡介质21为绝缘介质，电极片22为金属片，两块绝缘介质件的空隙涂抹电气绝缘胶，如图3所示。板式电极4包括高压极和接地极两种，两种电极交错排列在放电盘架3中，在相邻的高压极和接地极间形成放电间隙。
一般来说，所述板式电极4两端分别通过绝缘体7固定在所述等离子体放电盘2内。在本实施方式中，为方便气流通道的设置，在两端的所述绝缘体7内分别开设有所述第一气流通道5和所述第二气流通道6，由此，两端的绝缘体7的设置既解决了板式电极4的定位问题，又为气流的通入和排出提供了通道。
需要说明的是，绝缘体7设置为与放电盘架3两端形状相适配的绝缘块，以便能够卡在放电盘架3中实现对板式电极4的定位。
当然，气流通道能够在满足输送气流的要求的基础上设置为任意形式，如直接对应板式电极4两侧的表面在板式电极4的两端部设置多个气流通道；或者如本实施方式中所示的，所述第一气流通道5和所述第二气流通道6均分别包括主管道8和一端连接于所述主管道8的多个分支管道9，所述第一气流通道5和所述第二气流通道6的分支管道9的自由端均设置为与所述板式电极4两侧的表面相对以在所述等离子体放电盘2内形成与所述板式电极4的表面相平行的气流。
气流的流通路径具体为：从第一气流通道5的主管道8进入，经分支管道9分散后流经多个板式电极4两侧的表面，再经第二气流通道6的分支管道9流出进入主管道8，最终从第二气流通道6的主管道8汇集后统一排出。
其中，设置主管道8和分支管道9的目的是利用分支管道9来满足多个板式电极4除焦的需求，让气流能够同时流经多个板式电极4的表面，而设置主管道8则能够方便等离子体放电盘2与其他管路的连通，实现气流的输送。
值得注意的是，通入与板式电极4表面相平行的气流是其中一种优选的实施方式，由于结焦是沿板式电极4的表面聚集，因此，气流沿平行于板式电极4表面流经后，便于实现均匀稳定的除焦，也便于在板式电极4表面形成一层薄空气保护层，减少废气或等离子反应副产物与板式电极4的直接接触，除焦同时尽可能抑制板式电极4表面的结焦。
可以理解地，上述薄空气保护层的厚度取决于第一气流通道5的出口宽度，进一步来说，即为第一气流通道5的分支管道9的出口宽度，优选地，该厚度为相邻两个板式电极4之间间距的1/20到1/10，最薄厚度为0.15mm。考虑到气流除焦过程中，不可避免会在流动条件下带走一部分废气，采用上述厚度能够在保证除焦效果或抑制结焦的基础上，尽可能减少带走的废气量，保证废气的正常处理。且为了不影响废气在等离子体放电盘2中的正常处理，气流的流速需大于废气的流速，同时也能进一步减少带走的废气量。实际处理中，气流的流速为10m/s-20m/s，远大于废气通过放电盘的流速0.15m/s-0.5m/s。
当然，气流的提供主要依靠气源，如风机等，进一步地，本申请中所述等离子体反应器包括用于提供气流的风机10，所述风机10的出口与所述第一气流管道5的进口相连。具体而言，风机10的出口与第一气流管道5的进口之间通过第一气流风管14相连，也就是说第一气流风管14的出气端与第一气流管道5的主管道8相连。
气流从等离子体放电盘2排出后，将会带出少量废气，为了将该部分废气去除，所述等离子体反应器包括与所述第二气流通道6的出口相连的活性炭吸附罐11，具体来说，第二气流通道6的分支管道9与所述活性炭吸附罐11的进口相连，更进一步地，二者之间通过第二气流风管15相连，以利用活性炭去除气流中残余的废气和等离子反应的副产物，比如臭氧和氮氧化物等组分，当然吸附罐中还可填充其他能够完成杂质吸附的材料。
在本实施方式中，所述壳体1的底部设有用于通入废气的进气口12，所述壳体1的顶部设有出气口13，所述出气口13与所述活性炭吸附罐11的出口相连，处理后的废气将与吸附后的气流一同从尾气排放口20排出进入后续处理环节。需要说明的是，废气进入壳体1后，为实现处理还将流经等离子体放电盘2，因此，等离子体放电盘2的放电盘架3将开设有用于通入和排出废气的废气进口和废气出口，废气进口和废气出口的设置位置不作具体限定，但通常来说，为实现方便装置设计的目的，废气在等离子体放电盘2内的流通方向将垂直于气流的流通方向，当然，废气的流通方向还可以为其他方向，此处不作限制。
此外，根据实际处理需求，等离子体放电盘2可根据需要设置任意数量，也就是说，可设置有多个等离子体放电盘2，且多个所述等离子体放电盘2间隔排列在所述壳体1内部。第一气流风管14与每个等离子体放电盘2的第一气流通道5相连，以通入用于除焦的气流。
实际使用中，以图中所示的设置三个等离子体放电盘2的情况来说，在废气性质相同的情况下，三级放电盘(不设置薄层气流)的常规反应器处理炼油污水厂挥发气和乙烯污水池挥发气所需的清焦时间分别为45d和20d，否则结焦物将完全覆盖在放电盘上而影响放电。但使用本发明上述的带有薄空气保护层的等离子体反应器可半年至一年清洗一遍放电盘，大大降低工人的作业负荷。
等离子体放电盘2使用过程中，需要电气控制柜19控制，具体还包括高压电源16和调频器18，高压电源16与等离子体放电盘2的数量一一对应，且二者之间通过高压电缆17相连接，等离子体放电盘2的顶部还设有高压接线端子23，高压接线端子23通过高压电缆17与高压电源16连接，等离子体放电盘2的工作过程为常规的，本发明不作过多赘述，只是简单概述。
本发明另一方面提供一种等离子体反应器在线清焦方法，具体包括如下步骤：等离子体反应器对废气进行处理的过程中，通过向等离子体反应器中的等离子体放电盘2内通入能够流经板式电极4表面的气流，以清除所述板式电极4表面的结焦。
采用本发明的在线清焦方法，通过在等离子体放电盘内通入气流，控制气流流向，使其流经板式电极的表面，避免了等离子体反应器中气态结焦物和板式电极的直接接触，抑制并清除了在板式电极表面的结焦，利于反应的矿化进行，延长了反应器的使用周期，降低了清洁维护反应器的工作量，解决了低温等离子技术清焦困难的问题。
为了减少清焦、抑焦过程中对废气的影响，所述气流为流速大于废气流速的高速气流，且所述气流的流向与所述废气的流向相交，优选为垂直，所述气流的流向设置为与板式电极4表面相平行，以达到最佳的除焦效果，在板式电极4的表面形成薄空气保护层。
需要说明的是，本发明的在线清焦方法适用于任何等离子体反应器，只要保证能够向等离子体反应器中的等离子体放电盘2内通入流经板式电极4表面的气流即可，当然也适用于上述方案所述的等离子体反应器。
当使用本发明的等离子体反应器时，气流经气流进口24进入，经气流出口25排出，流经板式电极4并在板式电极4表面形成一层薄空气保护层，减少废气或等离子反应副产物与板式电极4的直接接触，尽可能抑制板式电极4表面的结焦，同时达到除焦的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种等离子体反应器，其特征在于，包括：
壳体(1)，所述壳体(1)内用于通入待处理废气；以及
等离子体放电盘(2)，所述等离子体放电盘(2)设置在所述壳体(1)内并用于对通入的废气进行处理，所述等离子体放电盘(2)包括放电盘架(3)和多个平行设置在所述放电盘架(3)中的板式电极(4)，所述等离子体放电盘(2)设置为能够引入流经所述板式电极(4)表面的气流以清除所述板式电极(4)表面的结焦。
2.根据权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述等离子体放电盘(2)内设有分别位于所述板式电极(4)两端的用于引入气流的第一气流通道(5)以及用于排出气流的第二气流通道(6)，所述第一气流通道(5)的出口和所述第二气流通道(6)的进口分别与相邻所述板式电极(4)之间的间隔区域相对。
3.根据权利要求2所述的等离子体反应器，其特征在于，所述第一气流通道(5)的出口和所述第二气流通道(6)的进口的宽度均设置为与所述板式电极(4)表面所允许最大结焦厚度相匹配。
4.根据权利要求2所述的等离子体反应器，其特征在于，所述板式电极(4)两端分别通过绝缘体(7)固定在所述等离子体放电盘(2)内，两端的所述绝缘体(7)内分别开设有所述第一气流通道(5)和所述第二气流通道(6)。
5.根据权利要求2所述的等离子体反应器，其特征在于，所述第一气流通道(5)和所述第二气流通道(6)均分别包括主管道(8)和一端连接于所述主管道(8)的多个分支管道(9)，所述第一气流通道(5)和所述第二气流通道(6)的分支管道(9)的自由端均设置为与所述板式电极(4)两侧的表面相对以在所述等离子体放电盘(2)内形成与所述板式电极(4)的表面相平行的气流。
6.根据权利要求2所述的等离子体反应器，其特征在于，所述等离子体反应器包括用于提供气流的风机(10)，所述风机(10)的出口与所述第一气流管道(5)的进口相连。
7.根据权利要求2所述的等离子体反应器，其特征在于，所述等离子体反应器包括与所述第二气流通道(6)的出口相连的活性炭吸附罐(11)，所述壳体(1)的底部设有用于通入废气的进气口(12)，所述壳体(1)的顶部设有出气口(13)，所述出气口(13)与所述活性炭吸附罐(11)的出口相连。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的等离子体反应器，其特征在于，所述等离子体放电盘(2)的数量为多个，多个所述等离子体放电盘(2)间隔排列在所述壳体(1)内部。
9.一种等离子体反应器在线清焦方法，其特征在于，具体包括如下步骤：等离子体反应器对废气进行处理的过程中，通过向等离子体反应器中的等离子体放电盘(2)内通入能够流经板式电极(4)表面的气流，以清除所述板式电极(4)表面的结焦。
10.根据权利要求9所述的等离子体反应器在线清焦方法，其特征在于，所述气流为流速大于废气流速的高速气流，且所述气流的流向与所述废气的流向相交，所述气流的流向设置为与板式电极(4)表面相平行。
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