[发明专利]一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种VOCs净化技术领域，具体涉一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置。

背景技术

VOCs（有机挥发性气体），具有挥发性，在常温条件下很容易形成VOCs气体，造成VOCs大气污染，破坏臭氧层，危害人类健康和生态环境。许多VOCs物质还会引发城市化学烟雾，造成二次污染，对人类健康产生更大的危害。此外，VOCs作为可吸入颗粒物的前体之一，是造成酸雾、烟雾的重要原因。VOCs产生及排放涉及到工业行业，包括石油化工、精细化工、喷涂、包装印刷、半导体及电子产品制造、人造板与木制家具制造、皮革、涂料、油墨、粘合剂生产、金属制造等众多行业，各行业中产生VOCs种类繁多，组成复杂。常见的组分有碳氢化合物、苯系物、醇类、酮类、酚类、醛类、酯类、胺类、腈类等。VOCs排放日趋受到广泛的关注，全世界已在空气中检出VOCs约150余种，其中有毒的约80余种，直接导致臭氧生成的前体物有60余种。目前VOCs的排放量没有一个统一的官方数据，根据2012年环境保护部颁布的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》2010年全国重点地区重点城市VOCs排放量417.25吨，但有研究表明当年全国实际排放量约3000万吨，山东、浙江、江苏排放量居首，其中山东省（79.6万吨）、浙江省（52.7万吨）和江苏省（51.3万吨），占比约为重点区为重点区域VOCs排放总量的44%；最小的3区域为山西（2.6万吨）、湖南（2.6万吨）和宁夏（3.95万吨）。在我国，VOCs治理已刻不容缓。

低温等离子体是继固态、液态、气态之后的第四种物质形态，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、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染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短时间内发生分解，并发生后续的种反应达到降解污染物的目的。

双介质阻挡放电产生的高能电子、离子、自由基和激发态分子数量极多，与传统的电晕放电产生的低温等离子体技术相比较，其放电密度是电晕放电的1500多倍。与传统方法相比，低温等离子体技术与传统方法相比具有很多优点，但由于等离子体降解过程某些产物的不可控，可能会产生一些有害产物，造成二次污染。

在VOCs净化领域中，常用的催化剂为贵金属催化剂，与非贵金属相比，贵金属催化剂显示出更高的催化活性，但存在易挥发、易高温烧结和价格昂贵的缺点。非金属催化剂原料丰富、价格低廉，且具有多种价态，具有较好的催化活性和高温稳定性，但催化性能不及贵金属。目前，已有研究表明，非贵金属催化剂可以通过改性提高催化性能。

活性炭具有很大的比表面积，独特的孔道结构和较高的表面活性，因此被广泛地用作吸附VOCs的吸收剂，但活性炭吸附一定污染物后，净化效果下降，甚至失效，需进行脱附再生，操作繁锁，且易产生二次污染。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明设计了一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，在低温等离子体中引入适量的催化剂，有效地控制反应产物的生成与分布，增加CO₂的选择性，同时在催化剂中掺杂一定比例的活性炭，增加废气在净化装置中的停留时间，提高能量效率。

本发明采用如下技术方案：

一种填充式低温等离子体协同吸附催化VOCs净化装置，其包括预除尘装置和壳体，壳体包括前小后大的进口喇叭、中间段和前大后小的出口喇叭，预除尘装置、进口喇叭、中间段和出口喇叭依次连通，中间段内设置有低温等离子体反应器，低温等离子体反应器内填充有催化剂和活性炭。

作为优选，所述中间段内设置有若干低温等离子体反应器，低温等离子体反应器为双介质阻挡放电等离子反应器，每个低温等离子反应器沿气流方向平行地布置在壳体内，若干低温等离子体反应器平行均匀布置。

作为优选，所述进口喇叭内设置有气流均布装置，气流均布装置的形式是百叶窗式、多孔式、分布格子、槽形钢分布板或栏杆式分布板，气流均布装置的开口率在40%-60%之间。气流均布装置保证废气均匀地进入等离子体反应器。

作为优选，所述低温等离子体反应器内的催化剂和活性炭以固定床式填充，催化剂与活性炭的填充质量比例范围为2：8-4：6。