[发明专利]处理挥发性有机污染物的变径式介质阻挡反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工技术领域，尤其是一种处理挥发性有机污染物的变径式介质阻挡反应器。

背景技术

近年来，挥发性有机污染物(VOCs)排放逐年增加，我国在十二五规划中明确提出“挥发性有机污染物防治工作全面开展”，这意味着开发一种高效、快速治理VOCs的方法已经迫在眉睫。

传统的治理有机废气的方法主要有吸收法、吸附法、燃烧法、生物法、光催化法以及等离子体技术。其中，吸附法、燃烧法和生物法是传统的有机废气治理技术，也是目前应用最为广泛的VOCs治理技术，但仍然存在各自的优缺点。等离子体技术是近几十年发展起来的一种新型的污染治理技术。目前，应用较多的等离子体技术主要包括电晕放电和介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge(DBD))两类。相较于电晕放电的尖端点源放电模式，介质阻挡的面源放电形式更有利于污染物的去除和设备的稳定运行，故目前应用较多的等离子体技术都属于介质阻挡放电技术。虽然该技术近年来已经相对发展成熟，但仍仅限在低浓度有机废气治理方面。同时，传统的等离子技术无法使废气完全矿化，从而使得一些焦油状中间产物附着在反应器壁和电极上，造成设备的腐蚀和二次污染。

经过对现有技术的检索发现，目前应用最多的为单介质阻挡放电反应器。个别研究人员开发了双介质阻挡反应器来减少气体对高压电极的腐蚀以及阻止弧光放电的形成。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种处理挥发性有机污染物的变径式介质阻挡反应器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种处理挥发性有机污染物的变径式介质阻挡反应器，所述反应器由外电极、内电极和内、外两层介质形成的内、外放电空间构成，所述外电极包裹在外层介质壁上，并与接地线相连接；所述内电极固定于反应器的中轴线上，并与高压电源相连接；污染气体由外放电空间进入，得到初步净化后，进入内放电空间得到彻底净化，最终形成CO₂和H₂O由内放电空间尾端排出。

优选地，所述内、外放电空间的直径比值为0.2-0.5。

优选地，所述内、外放电空间的电场能量不同，所述电场能量具体指：平均电场的高低。

优选地，所述反应器的适于气氛为氧气、氮气、氩气或空气。

优选地，所述反应器的适于湿度范围为0-100％RH，根据具体情况，可对相对湿度做适当调整。

优选地，所述内、外两层介质由聚四氟乙烯塞固定。

优选地，所述反应器的供电电源为高压交流电源或高压脉冲电源。

优选地，所述反应器的供电电源电压为0-30kV，中心频率为10kHz。

优选地，所述外层介质为内径25mm,壁厚1.5mm的石英玻璃管，所述内层介质为内径6mm，壁厚1mm的石英玻璃管。

优选地，所述外电极为目数80的铜网，所述内电极为直径为1.5mm的金属钨棒。

所述反应器的放电长度可依靠外电极(接地极)以及内部高压电极长度进行调节，从而调节内外放电空间的放电体积，以适应于不用浓度的污染气体的去除。

如图1b中所示，外层放电空间为低能放电区，该区域中平均电子的能量较低，由外层介质与内层介质之间的空间形成；内层放电空间为高能放电区，该区域中的平均电子能量较外层放电区域高，由内层石英玻璃管和内电极之间的空间形成。

本发明在传统的介质阻挡反应器中引入另一个介质层，形成双放电空间(图1b)，且这两个放电空间的体积不同，从而使这两个放电空间中的能量分布不同(内、外放电空间的电场能量不同)。

本发明的工作原理为：污染气体首先进入外部较大的放电空间，该放电空间具有较低的平均电场强度，从而使污染气体分子中键能较低的化学键得以断裂，键能较高的化学键得以弱化，形成污染物中间体，之后这些中间体进入体积较小的放电空间，该空间的平均电场强度较高，有利于将污染气体分子中键能较高的化学键破坏，从而转换为CO₂和H₂O，实现有机废气的彻底降解处理。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明利用污染气体分子中的低能化学键在外放电空间(低能放电区域)被破坏，高能化学键被弱化的原理，使得本反应器相较于传统反应器在转化率和矿化率上都有很大程度的提高，在同样的外加电压下，本发明反应器拥有更高的能量利用效率；