乙烯处理装置及利用其的乙烯处理方法与流程

本发明涉及一种乙烯处理装置及处理方法，其能够清除在农产品储存设施中产生的乙烯。

背景技术：

通常，农产品先在现地收获之后，经过中间商销售到市场，然后经过批发商和零售商供给到客户。在这些流通过程中，大量的农产品短时间或长时间保管在低温仓库中。

另外，由于在大气中自然产生的乙烯气体(c2h2)，保管在仓库中的如水果、蔬菜等的农产品进行腐坏而被腐败或枯萎，因此不可保管长时间。并且，因水果和蔬菜无法长时间保管而导致难以调整出货期，由此具有难以满足根据需求的供给量和因腐坏造成降低商品价格而农民受到经济损失的问题。

为了解决上述问题，开发并使用乙烯气体中和剂，由此需求用于使所述乙烯气体中和剂扩散到储存库中的装置。作为相关技术韩国注册专利第10-0745142号(下面称为现有技术)公开了用于农产品储存库的空调装置。

上述的现有技术通过将能够抑制促进农产品腐坏的乙烯气体的中和剂扩散到仓库中来，起抑制农产品腐坏的作用。并且，还通过将储存期间延长到与现有技术相比更长来，能够调整出货期并销售期而使农产品价格稳定化。

但是，现有技术具有为了抑制乙烯气体需要持续使用另外的中和剂，并且其不可清除乙烯气体以外的各种细菌、恶气及在空气中浮游的霉菌孢子等，并且无法调整湿度，从而难以在保鲜的最佳条件下储存收获物。

另外，低温等离子体工程可用于分解乙烯，但上述的低温等离子体工程虽然能够有效的分解乙烯，但由于连续运作而持续耗电并在对乙烯进行等离子体分解时，产生如醛类及有机酸等的有害副产品，从而导致恶化农产品储存设施的空气质量的问题。

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明提供一种通过不产生有害副产品并使耗电量最小化来，能够减小运作费用的乙烯处理装置及乙烯处理方法。

用于解决问题的方案

本发明提供一种乙烯处理装置，其特征在于，包括：等离子体放电单元，形成有流入口和排出口并在内部填充有吸附剂；及电极单元，在所述等离子体放电单元的内部产生等离子体；其中，所述吸附剂负载有催化剂。

本发明提供一种利用所述乙烯处理装置的乙烯处理方法，其特征在于，包括如下步骤；步骤(a)，将含有乙烯的气体注入到填充有所述吸附剂的等离子体放电单元内；步骤(b)，通过向所述电极单元施加电压并在所述等离子体放电单元内产生等离子体来，分解所注入的乙烯；及步骤(c)，冷却所述等离子体放电单元。

发明的效果

本发明具有如下效果：

通过将乙烯积累于负载有催化剂的吸附剂来，由等离子体和催化剂的复合作用能够短时间内分解所述乙烯并没有产生有害副产品也可分解乙烯。

附图说明

图1为根据本发明的一实施例的乙烯处理装置的概略图。

图2为示出根据本发明的一实施例的乙烯处理装置的构成的附图。

图3为示出根据本发明的一实施例的乙烯处理装置的构成的附图。

图4为根据本发明的一实施例的乙烯处理方法的概略图。

图5为示出在本发明的一实施例中，当由等离子体/催化剂复合作用分解所累积的乙烯时产生的co2和co浓度的图表。

图6的(a)部分示出乙烯的ftir光谱并(b)部分示出由等离子体/催化剂作用处理所吸附的乙烯时的ftir光谱的图表。

附图符号说明

10:乙烯处理装置

20:农产品储存设施

100:等离子体放电单元

101、101′:流入口

102:排出口

110:吸附剂

120:电极单元

130:线圈

131:接地电极

200:电压供给装置

具体实施方式

本发明涉及一种乙烯处理装置，其特征在于，包括等离子体放电单元，形成有流入口和排出口并在内部填充有吸附剂；及电极单元，在所述等离子体放电单元的内部产生等离子体；其中，所述吸附剂负载有催化剂。

尤其，在所述等离子体放电单元的预定面积上形成有导电区，并且所述导电区还可包括形成为包围所述等离子体放电单元的外侧表面的线圈。所述线圈可以由铜线、铁线或铝线构成，并且所述线圈与接地电极接触。

并且，所述等离子体放电单元可以由石英管、玻璃管、氧化铝管或陶瓷管构成。所述电极单元延长到所述等离子体放电单元的内部通道，并且所述电极单元可以为具有与所述等离子体放电单元相同抽线的金属棒。更详细的，所述电极单元可以连接于通过向所述等离子体放电单元供给电力来产生等离子体的电压供给装置。

另外，所述吸附剂可以为氧化铝、沸石或其混合物，并且所述吸附剂可以具有球形或颗粒形态。所述催化剂可以为二氧化锰(mno2)、氧化铜(cuo)、氧化铁(fe2o3)、氧化银(ag2o)、五氧化二钒(v2o5)、氧化锌(zno)及二氧化钛(tio2)中任意一种或者其混合物，并且所述催化剂以0.2至10重量％的浓度负载于所述吸附剂。

并且，本发明涉及利用所述乙烯处理装置的乙烯处理方法，其特征在于，包括如下步骤；步骤(a)，将含有乙烯的气体注入到填充有所述吸附剂的等离子体放电单元内；步骤(b)，通过向所述电极单元施加电压并在所述等离子体放电单元内产生等离子体来，分解所注入的乙烯；及步骤(c)，冷却所述等离子体放电单元。

更详细的，含有所述乙烯的气体能够累积于负载有所述催化剂的吸附剂。

尤其，分解所述乙烯的步骤可包括：将氧气流入到所述等离子体反应单元内的步骤及通过使所述乙烯与所述氧气进行反应来氧化成二氧化碳和水蒸气的步骤，其中，在分解所述乙烯的步骤中的反应温度可为30至90℃。

以下，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在描述之前，应理解的是，在说明书中和权利要求中使用的术语不限于通常含义和字典含义，而应在发明人被允许为了最好的解释而适当地定义术语的原则上，根据对应本发明的技术方面的意义和概念进行理解。

因此，这里提出的描述仅是用于图示目的的优选实例，而不限制本发明的范围，所以应理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以根据本发明作出其他等同物和改进。

图1为根据本发明的一实施例的乙烯处理装置的概略图，图2为示出根据本发明的一实施例的乙烯处理装置的构成的附图，图3为示出根据本发明的一实施例的乙烯处理装置的构成的附图，图4为根据本发明的一实施例的乙烯处理方法的概略图，图5为示出在本发明的一实施例中，当由等离子体/催化剂复合作用分解所累积的乙烯时的co2和co浓度的图表，图6的(a)部分示出乙烯的ftir光谱并(b)部分示出由等离子体/催化剂作用处理所吸附的乙烯时的ftir光谱的图表。下面，参照图1至图6的实施例对本发明的乙烯处理装置及乙烯处理方法进行详细说明。

如图1所示，本发明涉及一种能够清除在农产品储存设施20中产生的乙烯的乙烯处理装置及处理方法。更详细的，可以通过使在农产品储存设施20中所产生的乙烯在乙烯处理装置10中由等离子体/催化剂复合作用与氧气进行反应来，将乙烯氧化成二氧化碳和水蒸气，从而清除所述乙烯。

根据图2所示，本发明的乙烯处理装置10由等离子体放电单元100和电极单元120构成，并且在所述等离子体放电单元100内部包括负载有催化剂的吸附剂110。

在此，吸附剂110意味着吸收气体或液体吸附质的物质。在本发明中，吸附剂110用于吸附乙烯，对其在后面详细描述。

本发明的等离子体放电单元100可以为圆柱形，并且在一侧形成有流入包括乙烯的气体和空气的流入口101并在另一侧形成有排出净化空气的排出口102。作为一例，等离子体放电单元100可以包括至少两个流入口101，其中，将流入包括乙烯的气体的流入口可称为第一流入口101并将流入空气的流入口可称为第二流入口101′。

并且，本发明的等离子体反应器可以由具有能够产生等离子体的相对介电常数的如石英管、玻璃管、氧化铝管或陶瓷管等的管道构成。作为一例，等离子体反应器可以由石英管构成。

更详细的，在所述等离子体放电单元100的预定面积上形成有导电区，所述导电区还可包括形成为包围所述等离子体放电单元100的外侧表面的线圈130。此时，线圈130可以由如铜线、铁线及铝线等的导电体构成。并且，使高频电力供给到对应于等离子体放电单元100内的导电区的电极单元120，从而能够顺利的实现放电。尤其，吸附剂110只可填充到所述导电区。

并且，所述线圈130能够接触于接地电极131。在此，接地电极131意味着为了实现接地埋设到大地中的电极，并且该接地电极131可以为金属棒、金属板及金属网。本发明的接地电极131具有y-字形态。

作为特定方式，本发明的电极单元120延长到所述等离子体放电单元100的内部通道，并可以具有与所述等离子体放电单元100相同抽线的金属棒。并且，所述金属棒可以由不锈钢、铜、黄铜、青铜、钨或钼构成。

参照图3，电极单元120可以连接于通过将电力供给到等离子体放电单元100来产生等离子体的电压供给装置200。此时，所述电压供给装置200为了将根据时间的输入电压的变化输出到屏幕中，还可以连接设置示波器。

另外，本发明的吸附剂110作为累积乙烯，可包括在等离子体放电单元100内。尤其，当产生等离子体而气体变成等离子体状态时，则产生如自由基、离子、高能电子及激发态分子等的各种活性成分，该活性成分参与乙烯的分解起始反应或分解中间产物的氧化，从而最终将乙烯氧化成二氧化碳。此时，吸附剂110可以为氧化铝、沸石或其混合物并具有球形或颗粒形态。作为一例，吸附剂110可以为颗粒形态的沸石。

尤其，所述沸石可以为4a、y、13x、贝它(beta)或伽马(gamma)。

并且，负载于所述吸附剂110的催化剂由等离子体被活性化，而在低温下也出现催化剂作用，由此可以迅速的分解所累积的乙烯。尤其，催化剂可以0.2至10重量％浓度负载于所述吸附剂110，并且，累积于所述吸附剂110的乙烯由等离子体的产生进行分解并产生h2o及co2。此时，所述催化剂可以为二氧化锰(mno2)、氧化铜(cuo)、氧化铁(fe2o3)、氧化银(ag2o)、五氧化二钒(v2o5)、氧化锌(zno)及二氧化钛(tio2)中任意一种或者其混合物。

更详细的，用于清除农产品储存设施20的乙烯的催化剂与合成反应用催化剂不同的在常温下使用由此要求低温活性、可靠性和耐久性，从而优选的具有能够提高机械稳定性的结构。尤其，在本发明中，为了提高机械稳定性可以使用负载有纳米尺寸的催化剂的吸附剂110，并且，为了催化剂的低温活性，通过代替热使用等离子体来，使催化剂在低温下进行活性化。更具体而言，在本发明中，反应温度可以为30至90℃。在本发明的一实施例中，作为吸附剂110可以使用沸石并作为催化剂可以使用纳米尺寸的氧化银(ag2o)。

尤其，所述沸石具有高比表面积，并且，当将氧化银(ag2o)负载于所述沸石时，则可制造高度分散的纳米催化剂。当将纳米尺寸的氧化银(ag2o)负载于沸石吸附剂110时，则其明显增加吸附能力，由此可以长时间高度累积乙烯。

下面，参照附图对通过利用根据本发明的乙烯处理装置来清除乙烯的乙烯清除方法进行详细说明。

本发明的乙烯清除方法，只在对累积于吸附剂110中的乙烯进行分解的短时间耗电，由此耗电量很低，并且，通过等离子体的对催化剂的活性化效果来，乙烯由催化剂作用也进行分解，从而能够迅速清除乙烯。尤其，通过催化剂作用几乎不产生作为有害副产品的醛或有机酸，并且所分解的乙烯完全氧化成二氧化碳。

参照图4，本发明的乙烯清除方法可以包括：步骤(a)，将含有乙烯的气体注入到等离子体放电单元100内；步骤(b)，通过在所述等离子体放电单元100内产生等离子体来，分解所注入的乙烯；及步骤(c)，冷却等离子体放电单元100。尤其，可以反复循环的方式执行所述三个步骤。

首先，在将含有乙烯的气体注入到等离子体放电单元100内之前，应将吸附剂110填充到等离子体放电单元100。应将含有乙烯的气体注入到填充有吸附剂110的等离子体放电单元100内。由此，含有所述乙烯的气体可以累积于负载有催化剂的吸附剂110中。尤其，因乙烯的蒸汽压很高而其对于通常吸附剂110的吸附能力较差，但若本发明一样将纳米尺寸的催化剂负载于沸石或氧化铝，则能够提高吸附能力。

此时，清除乙烯的不累积于吸附剂110的气体可再循环到农产品储存设施20中，并且，结束该步骤之后，隔绝流入口101以便防止乙烯气体流入到等离子体放电单元100内。

更详细的，在分解乙烯的步骤中，通过向本发明的电极单元120施加电压来，可以在等离子体放电单元100中产生等离子体。另外，在所述分解乙烯步骤中，可以施加电压的同时将空气流入到等离子体内。即，通过将空气流入到等离子体放电单元100内并施加交流高电压，从而可以将累积于吸附剂110中的乙烯氧化成二氧化碳和水蒸气。

c2h2+3o2→2co2+2h2o(反应式)

尤其，施加到电极单元120的交流高电压的频率需要适合的调节。若频率过高则由于电匹配问题导致低效率的耗电，并且，若频率过低则不产生等离子体而气体无法进行活性化。由此，考虑上述问题，施加到所述电极单元120的交流高电压的频率优选为50hz至1000hz。

此时，所产生的二氧化碳和水蒸气优选的向外部排出。更加详细的，若将所产生的二氧化碳和水蒸气再流入到农产品储存设施20，则产生碳酸由此使储存设施内部酸化，从而为了防止上述情况，所产生的二氧化碳和水蒸气优选的向外部排出。

作为特定方式，分解所述乙烯的步骤为施加电压的步骤，由此所述等离子体放电单元100可以加热到30至90℃。

并且，若等离子体放电单元100的温度较高，则降低吸附剂110的乙烯吸附能力，由此,等离子体放电单元100可以经过冷却步骤。此时，可以冷却到15至40℃。经过冷却步骤后，通过将含有乙烯的气体再注入到包括吸附剂110的等离子体放电单元内来，使乙烯累积于所述吸附剂110中，从而，可以反复的执行上述过程。

另外，农产品可以由乙烯促进后熟并且由各种微生物被腐坏。本发明的乙烯处理装置除了乙烯处理性能以外，还具有通过等离子体催化剂作用可以对在农产品储存设施的空气中所浮游的各种微生物进行灭菌的性能，从而由一个装置可以同时实现乙烯处理和杀菌处理。

下面，为了帮助本发明的理解而列举实验例进行详细说明。不过，下述实验例只是对本发明内容的示例，并非本发明的范围限定于下述实验例。本发明的实验例提供用于向所属领域的技术人员更完整地说明本发明。

<实验例>

实验例1.实验材料

在本发明的实验例中，作为吸附剂采用沸石(cosmofinechemical)，更加详细的，通过对4a、y、13x、贝它(beta)等四个种类的沸石进行比较来，作为催化剂的支撑体(吸附剂)采用对乙烯的吸附能力最佳的13x。所述13x(molecularsieve13x)的比表面积约为500m²/g。

通过氮和乙烯混合制备了模拟乙烯气体。具体的，通过将乙烯(0.22cm³/min)混合于氮(1l/min)中来制成了220ppm浓度的乙烯气体。实际农产品储存设施中的乙烯浓度小于20ppm，是比模拟乙烯气体很低的。

实验例2.利用乙烯处理装置清除农产品储存设施内的乙烯

根据本发明的实验例通过利用乙烯处理装置来，清除了农产品储存设施中的乙烯。

首先，在将高电压没有供给到等离子体反应单元中的状态下，将模拟乙烯气体预定时间流入到等离子体反应单元，以便模拟乙烯气体累积于沸石中(步骤1)。此时，将模拟乙烯气体流入到等离子体反应单元时的流量为1l/min。

根据结束注入模拟乙烯气体的步骤而停止模拟乙烯气体的流入，反而以1l/min供给了空气(氮气:80％、氧气:20％)。同时，通过向电极单元120施加高电压来在等离子体放电单元内产生等离子体(步骤2)。通过交流电源装置(acpowersource)和变压器(transformer)供给交流高电压，并且由示波器(tektronixtds3032)对电压进行观察。结束该步骤后，将等离子体放电单元自然冷却5分钟(步骤3)。

此时，所供给的高电压以有效值基准为18.5kv，通过电压-电荷线图测定的放电电力为约17w。并且，在本发明的实验例中所采用的交流高电压供给装置的频率为400hz。

另外，在步骤1中，将32ppm的乙烯吸附/累积于沸石500分钟，在步骤2中，对由等离子体/催化剂复合作用累积的乙烯进行分解25分钟。在所述步骤2中，由于等离子体的作用等离子体放电单元的温度上升到约90℃，在步骤3中，将等离子体放电单元自然冷却到15至40℃温度5分钟。并且，通过反复进行所述步骤1至步骤3来分解了乙烯。

尤其，可知虽然所述步骤2花费了90w的电力(放电电力：17w)，但花费电力时间为只有25分，非常短。由此，与整个处理过程(530分钟)相比耗电非常低。

处理的气体经过乙烯处理装置的排出口，并且顺次通过傅里叶变换红外光谱仪(ftir，brukerifs66/s)和气相色谱仪(gc，bruker450gc)被分析。

图5为示出当由等离子体/催化剂复合作用分解所吸附累积的乙烯时产生的co2和co浓度的图表，参照图5可知，在步骤1中吸附/累积于沸石中的乙烯在步骤2中大部分氧化成二氧化碳。除了所述二氧化碳以外还观察到了一些一氧化碳，并且，还可确定将循环反复执行2次、3次也观察到类似的co2及co。更加详细的，通过排出口排出的整个气体中co2占93.2％，co占6.8％。在此可知，co的产生量与co2的产生量相比明显低。

实验例3.能产率(energyyield)

能产率(energyyield)意味着经过处理的乙烯的量/所投入的电能。当将32ppm的乙烯吸附/累积500分钟时，总吸附量为18.7mg。并且在等离子体和催化剂分解步骤中投入20分钟(1200秒)的电能为17w×1200sec＝20400j(20.4kj)。由此，能产率(为0.92mg/kj。与本发明相反，将32ppm的乙烯以17w连续处理500分钟时的能产率为0.037mg/kj。

从而，本发明与通过连续处理等离子体来清除乙烯的情况相比，具有经济价值。

实验例4.乙烯的ftir光谱

图6的(a)部分示出乙烯的ftir光谱并(b)部分示出由等离子体/催化剂作用处理所吸附的乙烯时的ftir光谱。如图6所示，几乎没有产生由乙烯导致的有害副产品。这意味着，乙烯的中间氧化物通过等离子体-催化剂复合作用氧化成co2或co。