一种放电反应器及其在降解气态污染物中的应用的制作方法

本发明涉及一种放电反应器及其在降解气态污染物中的应用，特别涉及从气流中去除含硫、氮和卤素类气态污染物，属于大气污染控制和环境保护技术领域。

背景技术：

化学、制药、石化和其他各种工业过程产生的含硫、氮和卤素类气态污染物有害物，包括如硫醇、硫醚、卤代烃、胺和相关杂环化合物等挥发性有机物，二硫化碳、硫化氢和氨等无机物。这些污染物不仅对人体有害，有些还是致癌物质，大量排放将对大气环境产生严重的影响，是大气光化学雾形成的原因之一。

但是这些物质或者水溶性不好、挥发性强或者化学结构稳定、不易降解的特点，给净化带来很大的困难。由气体放电产生的非平衡等离子体作为一项新型废气治理技术，已开始在工业过程应用，其基本原理是利用气体放电产生大量高能电子、原子和自由基。这些高能电子、原子和自由基与有害气体分子反应并使其氧化或离解。虽然脉冲气体放电是一种非常有效的等离子体的产生方式，但是由于脉冲电源的技术要求高，因而难以在工业中大规模应用。

技术实现要素：

本发明目的是一种放电反应器及其在降解气态污染物中的应用。

本发明所述的放电反应器，其特征在于：所述的放电反应器包括中空的壳体、所述壳体内的放电反应区和通过所述壳体与所述放电反应区连接的吸收液循环装置，所述的壳体上设有气体入口和气体出口；所述的壳体内部构成气流通道，所述的气流通道底部设有吸收液出口，所述的吸收液出口与吸收液循环槽连通；所述的壳体内壁设有接地电极板，所述的接地电极板之间设置有一组或多组与所述气流方向平行或垂直的放电电极组，所述的放电电极组由中心电极棒和固定在所述中心电极棒上的若干平行排布的放电电极组成，所述的放电电极以中心电极棒为对称轴自上而下均匀分布，所述的接地电极板与放电电极之间的气体通道构成所述的放电反应区；

所述的吸收液循环装置包括一端与所述的放电反应区连接的进液管、与所述进液管连接的循环泵、吸收液循环槽及导流板组成，所述进液管一端与吸收液入口连接，另一端通过循环泵与所述吸收液循环槽连通，所述的吸收液入口位于所述的接地电极板侧边远离吸收液出口的那一端，所述的导流板设在所述放电反应区内吸收液入口液流出口处，所述的导流板的位置使所述吸收液入口进入的液流通过所述的导流板的引导沿所述的接地电极板自上而下流动；

所述的中心电极棒与电机轴连接，所述中心电极棒与高压电源电连接；所述的放电反应器整体呈气密闭。

进一步，所述的放电反应器包括中空的壳体、所述壳体内的放电反应区和通过所述壳体与所述放电反应区连接的吸收液循环装置，所述壳体为中空的长方体结构，所述的壳体上设有气体入口、气体出口；所述的壳体内部构成气流通道，所述的气流通道两侧内壁沿着气流方向对称设有接地电极板，所述的气流通道底部呈倒锥形，所述的气流通道底部设有吸收液出口，所述的吸收液出口与吸收液循环槽连通；所述的接地电极板之间设置有一组或多组与所述气流方向平行的放电电极组，所述的放电电极组由中心电极棒和固定在所述中心电极棒上的若干平行排布的放电电极组成，所述的放电电极以中心电极棒为对称轴自上而下均匀分布，所述的放电反应区由所述的接地电极板与放电电极之间的气体通道构成；

所述的吸收液循环装置包括一端与所述的放电反应区连接的进液管、与所述进液管连接的循环泵、吸收液循环槽及导流板组成，所述进液管一端与吸收液入口连接，另一端通过循环泵与所述吸收液循环槽连通，所述的吸收液入口位于所述的接地电极板侧边远离吸收液出口的那一端，所述的导流板设在所述放电反应区内吸收液入口液流出口处，所述的导流板的位置使所述吸收液入口进入的液流通过所述的导流板的引导沿所述的接地电极板表面均匀自上而下流动；

所述的中心电极棒与电机轴连接，所述中心电极棒与高压电源电连接；所述的放电反应器整体呈气密闭。

进一步，所述的放电反应器包括中空的壳体、所述壳体内的放电反应区和通过所述壳体与所述放电反应区连接的吸收液循环装置，所述的放电反应器的壳体内为中空的筒体结构，所述筒体结构的横截面呈中心对称的正多边形，所述的筒体内壁为接地电极板；所述的壳体底部分别设有气体入口和吸收液出口，所述的壳体上部分别设有气体出口和吸收液入口；所述的吸收液入口分布于所述的壳体的每一个侧面上，所述的筒体内部构成气流通道，所述的气流通道内设有一组或多组与气流方向垂直的放电电极组，所述放电电极组由中心电极棒和固定在所述中心电极棒上的若干平行排布的放电电极组成，所述的放电电极以中心电极棒为对称轴自上而下均匀分布，所述的接地电极板与放电电极之间的气体通道构成放电反应区；

所述的吸收液循环装置包括一端与所述的放电反应区连接的进液管、与所述进液管连接的循环泵、吸收液循环槽及导流板组成，所述进液管一端与吸收液入口连接，另一端通过循环泵与所述吸收液循环槽连通，所述的吸收液入口位于所述的接地电极板侧边远离吸收液出口的那一端，所述的导流板设在所述放电反应区内吸收液入口液流出口处，所述的导流板的位置使所述吸收液入口进入的液流通过所述的导流板的引导沿所述的接地电极板自上而下流动；

所述的中心电极棒与电机轴连接，所述中心电极棒与高压电源电连接；所述的放电反应器整体呈气密闭。

再进一步，所述的导流板为长方形板，所述的导流板与所述的接地电极板上半部分形成夹角，且所述的夹角为锐角，所述的导流板与所述的接地电极板之间留有使所述的吸收液通过导流板顺着所述的接地电极板表面均匀流动的缝隙，所述的长方形板与所述的壳体尺寸相匹配。

进一步，所述的吸收液循环槽上设有加液口和排液口。

本发明所述电极材料一般为不锈钢、钛、钨、铅和合金等导电良好且耐腐蚀的金属材料以及相关复合材料，所述材料的气体放电性能大体相当。

进一步，本发明所述的所述接地电极板与放电电极之间距离的变化速度可视需要调节，转速快，能量输入大，有害物的去除率高，具体视操作参数而定，无特殊要求，一般电机机械方式的变化速度在3000转/分以下，优选50－300转/分，转速在500转/分以上时，去除率实际效果提高幅度不大。

进一步，所述放电电极的供电方式一般为直流(含高频脉冲)，其中供电电压一般为正1kv以上，或负－1kv以下，优选±10kv－±150kv，正电压和负电压的效果大体相当，正电压稍好一些，脉冲供电的脉冲重复频率一般为1hz以上，优选10hz－500hz，频率增加，输入能量增加，所述气态污染物的转化率提高，脉冲重复频率为500hz以上时，实际效果提高幅度不太。电极施加电压与电极间距有关，电极间距离越大，施加电压可越高，一般电极距离每增加10mm，电压可增加5kv—10kv，电压高能量释放大，气态污染物的降解率高，电极对越多，输入功率越大，去除效果越好。

本发明所述的放电反应器应用于降解气态污染物，所述的气态污染物为含硫、氮和卤素类中的一种或任意几种的气态污染物，所述的气态污染物不包括二氧化硫和氮氧化物。

进一步，本发明所述的含硫、氮和卤素类气态污染物包括硫醇、硫醚、卤代烃、胺和相关杂环化合物等挥发性有机物或二硫化碳、硫化氢或氨等无机物中一种或任意几种的混合气。

进一步，所述的应用为：对所述的放电电极施加高电压，在电机的作用下带动放电电极转动，启动吸收液循环装置，所述的吸收液通过循环泵循环从吸收液循环槽进入进液管，然后从吸收液入口沿着接地电极板流入所述的放电反应器的内腔，所述的接地电极板表面形成均匀的吸收液液膜，从所述的放电反应器一端的气体入口通入待处理的气体，所述的待处理的气体经过所述的放电反应区时，气流中的待处理的气体被氧化或降解，降解过程的水溶性中间产物或水溶性终产物被所述的接地电极上形成的吸收液液膜吸收，从而达到降解的目的。

再进一步，反应过程还可以添加空气、或氧化性气体或还原性气体，可以为空气、氮气、氢气或氢气与氮气的混合物，以提高所述污染物的降解率，具体视需要采用。

再进一步，本发明所述的吸收液包括清水、碱性溶液或酸性溶液，具体可根据不同的处理对象和处理要求选择相应的吸收液，对含硫和含卤素类等有机物的去除可采用碱性吸收液，以有利吸收有害气体降解产生的酸性气体。对含氨或胺的有机物的去除可采用酸性吸收液，以有利吸收有害气体降解产生的碱性气体，一般所述吸收液的流量在电极表面的形成的液膜厚度为1－5mm，具体可视需要调节。

再进一步，本发明被处理气体在放电等离子体区的停留时间一般为0.2s以上，停留时间越长，效果越好，优选3s－120s，超过120s，降解效果提高幅度变小。

与现有技术相比，本发明的优点是：通过动态调节接地电极板与放电电极之间的距离使气体放电，可采用直流电源替代了高压脉冲电源，达到了同样的效果，气流中的气态污染物被氧化或降解后，水溶性中间产物或产物被接地电极板表面的吸收液液膜所吸收，降低了设备和使用成本，提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明采用的放电反应器示意图；

图2为本发明采用的放电反应器的剖面图；

图3为本发明采用的一种直筒形放电反应器示意图；

图4为本发明采用的一种直筒形放电反应器剖面图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图中：1气体进口；2高压电源连接线；3旋转电机；4进液管；5中心电极棒；6导流板；7气体出口；8加液口；9吸收液循环槽；10排液口；11放电电极；12接地电极板；13循环泵。

实施例1：一种气体放电反应器如图1和图2所示。反应器长约500mm(单位下同)，宽约120mm，高约250mm，整体密封，漏风量小于1％。气体流道为单通道，通道两侧内衬接地电极板12，放电反应区有效长度约250mm，通道内沿流道均布有3组电极，相邻两组中心电极棒距离约为100mm，每组电极由9根对称放电电极11(两相邻放电电极距离约为20mm)和中心电极棒5组成，电极材质为不锈钢，放电电极11表面为合金钢，放电电极尺寸为φ5×50，电极两端为半圆球，沿中心电极棒5轴向均布，所述的中心电极棒5尺寸为φ10×250，中心电极棒与电机3轴连接，在电机3带动下旋转，并通过弹簧压片机构与高压电源连通，通过调整电机3转速可以调整气体放电频率，放电反应器上部设置有导流板6，所述的导流板为长方形板，所述的导流板6与所述的接地电极板12上半部分形成夹角，且所述的夹角为锐角，所述的导流板6与所述的接地电极板12之间留有使所述的吸收液通过导流板6顺着所述的接地电极板12流动的缝隙，所述的长方形板与所述的壳体尺寸相匹配，使所述放电反应器两边的接地电极板12表面形成均匀吸收液液膜，所述吸收液由反应器下部的吸收液循环槽9收集，可通过循环泵13循环使用。

处理工艺流程是把待处理的含硫、氮和卤素类气态污染物的气流通过气体入口1导入所述放电反应器，把高压电源连接线2与高压电源连接，把放电反应器的气体流道两侧的接地电极板12接地，把吸收液循环槽9里的吸收液通过循环泵13和进液管4导入气体放电反应器上部的导流板6，使所述反应器两边的接地电极板12表面形成均匀吸收液液膜，电机3通电后，电机3通过中心电极棒5带动放电电极11旋转，当放电电极11两端距离接地电极板12距离最近时，所述放电电极11和接地电极板12之间的气体瞬间被电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气体放电区，从所述气体入口1导入的含硫或卤素类气态污染物的气流经过所述的放电反应区时，气流中的气态污染物被氧化和降解，所述气态污染物的降解产物同时被接地电极板12表面的吸收液液膜吸收，从气流中得到去除，净化后的气流通过气体出口7排出。所述反应器下部的吸收液循环槽9设置有加液口8和排液口10，所述吸收液由吸收液循环槽9收集后可循环使用。

实验条件为：

气态污染物载气为空气，气体流量约为：5m³/h，气体温度为常温。

吸收液为氢氧化钠碱性溶液，ph约为9-10，吸收液流量约为30l/h。

电机转速：约100转/分。

电源参数：电极供电方式为正直流电源，直流电压约30—35kv，电源功率约100w。

实验结果如表1所示。

表1气态污染物去除效果

实施例2：气态污染物为含氮气体，吸收液为稀硫酸溶液，ph约为3-4，电源参数：电极供电方式为负直流电源，直流电压约负30—35kv，电源功率约100w。其他条件同实施例1。实验结果如表2所示。

表2气态污染物去除效果

实施例3：一种直筒形气体放电反应器如图3和图4所示。反应器为六边直筒形，反应器高约300mm，筒体材料为不锈钢并作为接地电极板，所述六边型的外接圆的直径约为φ120mm，放电反应区有效长度约200mm，筒体中心设置1组电极，由9根对称放电电极11(两相邻放电电极间隔约20mm)和中心电极棒5组成，材质为不锈钢，放电电极表面为合金钢，放电电极11尺寸约为φ5×35，两端为半圆球，沿中心电极棒5轴向均布，所述的中心电极棒5尺寸为φ10×300，所述的中心电极棒5与高压电源和电机3轴连接，在电机3带动下旋转，通过调整放电电极11转速调整气体放电频率。所述放电反应器上部设置有导流板6，所述的导流板6为长方形板，所述的导流板6与所述的接地电极板12上半部分形成夹角，且所述的夹角为锐角，所述的导流板6与所述的接地电极板12之间留有使所述的吸收液通过导流板6顺着所述的接地电极板12流动的缝隙，所述的长方形板与所述的壳体尺寸相匹配，使所述反应器六边内筒体的接地电极板表面形成均匀吸收液液膜，所述吸收液由所述的放电反应器下部的吸收液循环槽9收集，吸收液可通过循环泵13循环使用。

处理工艺流程是把待处理的含硫、氮和卤素类气态污染物的气流通过气体入口1导入所述放电反应器，把高压电源连接线2与高压电源连接，把放电反应器的气体流道两侧的接地电极板12接地，把吸收液循环槽9里的吸收液通过循环泵13和进液管4导入气体放电反应器上部的导流板6，使所述反应器两边的接地电极板12表面形成均匀吸收液液膜，电机3通电后，电机3通过中心电极棒5带动放电电极11旋转，当放电电极11两端距离接地电极板12距离最近时，所述放电电极11和接地电极板12之间的气体瞬间被电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气体放电区，从所述气体入口1导入的含硫或卤素类气态污染物的气流经过所述的放电反应区时，气流中的气态污染物被氧化和降解，所述气态污染物的降解产物同时被接地电极板12表面的吸收液液膜吸收，从气流中得到去除，净化后的气流通过气体出口7排出。所述反应器下部的吸收液循环槽9设置有加液口8和排液口10，所述吸收液由吸收液循环槽9收集后可循环使用。

实验条件为：气态污染物载气为空气，气体流量约为：3m³/h，气体温度为常温。吸收液为清水溶液，吸收液流量约为20l/h。电机转速：约50转/分。电极供电方式为正直流电源，直流电压约30kv，电源功率约60w。实验结果如表2所示。

表2气态污染物去除效果

应该说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，本发明的保护范围不限于此。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行任何等同替换、修改、变化和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。