一种用于强温室气体SF₆分解的方法

专利名称：一种用于强温室气体SF₆分解的方法
技术领域：
本发明属废气处理技术领域，涉及一种用于强温室气体SF6分解的方法，具体涉及 一种将介质阻挡放电技术应用于温室气体SF6分解的废气处理工艺技术。
背景技术：
六氟化硫(SF6)气体因其良好的绝缘和灭弧性能，自1953年被投入工业应用以 来，逐渐被广泛用于工业绝缘设备，如全封闭组合电器GIS、高压断路器、气体绝缘变压器等 电力设备中，据有关统计报道，其消费量占到全年SF6总消费量达的80X。另外，SFe还在半 导体工业中用作刻蚀或辅助刻蚀气体，甚至作为大气污染物长距离扩散的示踪剂以及医用 呼吸气的稀释气也被广泛使用。2003年六氟化硫年消耗量为8500t，而到2005年六氟化硫 气体全球每年销售量大约一万吨，仅我国SF6气体产量就达2500吨，其中每年电力行业的 正常检修和补充泄露需要300吨，根据国家2005年制定的电力行业标准《DL/T941-2005运 行中变压器用六氟化硫质量标准》，允许年漏气率为1%。，而渗漏的SF6尚无法进行回收，从 而导致大量的SF6气体被直接排放或泄漏至大气环境中。 SF6作为目前大气中GWP值最大的温室气体，大气寿命长达3200年，全球增温潜势 (GWP100)达23900， 1960年前他的大气本底值低于0. 04卯t，但1998年时大气中含量已达 4.7ppt，在四十年内浓度上升了两个数量级。SFe在自然界中的源仅有萤石Ca&通过放射 化学反应产生，而主要人为源而同时除了放电作用以外，几乎不存在汇，因此积累作用将逐 渐显著，有关监测结果显示，SFe的本底值在北半球每年平均增加0. 24-0. 31ppt。由于六氟 化硫显著的温室效应和在大气中明显的积累效应，它已经被确定为京都议定书优先控制的 六种污染物之一。 SFe的化学性质极为稳定，甚至OCD)或OH自由基都不能与之反应，因此使用化学 氧化方法对SF6进行降解极为困难。现有的降解SF6的方法有热解、射频等离子体、燃烧法 等方法。热解过程将SF6与CaC03在IIO(TC以上进行反应从而转化为CaF2，但耗能显著。而 射频等离子体(RF)则是在负压环境中进行，难以工业应用，且存在电极腐蚀以及能耗大的 缺点。燃烧法由于处理率高而成为较可靠的六氟化硫末端处理的方法，但燃烧法温度需要 IOO(TC以上，能耗高，且产生的HF需要末端处理；另外，燃烧过程中难免产生NOx副产物和 不完全燃烧产物，故燃烧法有其局限性。因此开发一种经济有效的SF6治理技术已十分必 要，也符合当前气体污染控制的发展趋势。

发明内容
本发明的目的是克服现有废气处理技术的缺陷，提供一种用于强温室气体SF6分 解的方法，具体涉及一种将介质阻挡放电技术应用于温室气体SF6分解的废气处理技术。
本发明采用的放电形式为双介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,简 称DBD)。 所述的介质阻挡放电是指将绝缘介质插入放电空间的一种气体放电，整个放电由许多空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量
级。作为一种非平衡等离子体，由于其电极被介质阻隔，因此具有电极不易被腐蚀的特点。
以在两个介质间发生的大量的微放电为特征，DBD可在很大的气压和频率范围内工作，其拥
有较高的电子温度但实际气体温度接近室温。 介质阻挡放电化学反应过程中能量的传递大致如下 (1).电场+电子一高能电子 (2).高能电子+SF6 (或H20) — SFX+ (6_x) F+H+0H等活性基团
(3).活性基团+活性基团一生成物+热 从以上过程可以看出，电子先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到目 标分子中去，那些获得能量的分子被激发或分解产生活性基团。然后这些活性基团之间相 互碰撞后生成稳定产物和热。 所述的DBD在气态污染物治理方面具有较低的能量消耗以及较高的处理效率，在 CS2， S02废气处理方面也已投入工业应用，但应用于长寿命温室气体SF6的处理方面尚无应 用报道。 本发明通过介质阻挡放电反应池，利用介质阻挡放电技术处理SFe，采用的放电形 式为双介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,简称DBD)。本发明技术其处SF6的 原理为利用氟原子的强电负性和对电子的强捕获能力的特点，利用介质阻挡技术使气体 放电产生大量携能电子(电子平均能量在1 10eV)， SFe在高能电子的轰击下发生电离、 解离或激发，并在H20参与反应下发生一系列复杂的物理、化学反应，最终使SF6分解达到净 化目的。 由于SF6的SF6各键的键能分别为￡>0° (SFs-F) =4. 62 eV， D。° (SF厂F) =1. 65 eV， "0o(SF3-F)=4. 14 eV，Z)。°(SF2-F)=2.31 eV，Z>。° (SF-F)= 3.89 eV，而介质阻挡放电反应体系 中电子的平均能量为5eV，因此当电子攻击SF6时，其可逐步分解，过程可表示为以下的反应 式， e+SF6 — SFX+(6-x) F+e (x《5) (1) 由于SFX会与F碰撞重新生成SF6，因此阻碍SFX与F的复合反应也是提高SF6降 解的途径之一。为得到有利的降解条件，本发明外加水气阻碍SFX与F的复合以促进SF6的 降解。 另夕卜，水气放电可以生成OH自由基以及H原子，尽管OH自由基、H原子与SFe不能 直接反应，但可与等离子体中SF6分解产生的SF5、 SF4等发生反应 SF5+0H — S0F4+HF (2) SF4+0H — S0F3+HF (3) S0F3+0H — S02F2+HF (4) SF5+H — SF4+HF (5) 上述反应的发生有效的防止了 S&与F的复合反应，使得H20(g)-SFe体系中SF6的 降解更加明显。 本发明还采用喷淋石灰水的方法去除尾气中含有副产物HF。 本发明所述的反应池采用纯石英材质，以直径大小不一的两石英管作为介质，分 别为外管介质和内管介质，外管上开有旁通支路，用于补充水气。内管外径为25mm，厚度
42. 0mm，长350mm ;外管内径40mm，厚度2. Omm，长350mm ;旁通支路管径20mm，厚度2. Omm，长 100mm，配套无油活塞。内电极由长X宽=300mmXIOOmm的不锈钢片(厚度S = 0. 4mm) 巻成筒状，并紧贴于内管内壁作为内电极；外电极由长X宽=1400mmX4mm的细长不锈钢 条(厚度S = 0. 4mm)缠绕外管壁9圈作为外电极，圈与圈间的距离为3mm。反应池工作 时，在内外电极之间施加6000 9000V脉冲电压，脉冲频率10 30kHz。被处理气体由内 外石英管间隙通过，气体流速控制在3 5m/s。由于气体不直接接触气体，从而避免了电极 腐蚀问题。该SF6分解处理新工艺系统结构紧凑，能效高，在处理难降解有机污染物方面， 具有简单、成本低廉、效率高、处理效果好等优点，具有广阔的应用前景。


图1是本发明的介质阻挡放电反应池示意图， 其中，l.外加气体进口 ；2.无油活塞；3.反应气体；4.自制高压电源；5.外电极；
6.内电极。 图2是本发明工艺技术路线示意图。
具体实施方式

实施例1 按本发明所述工艺技术路线，收集含SF6气体后，先经过气体混合器，因此与外加 的水气充分混合，SFe与水气的浓度混合比例l : 1 ;然后进入介质阻挡放电反应池，在此利 用高能电子的轰击作用，使SF6发生脱氟反应，并进而发生一系列反应，使其转化为HF和其 他含氟无害物质，HF的去除可通过喷淋Ca(OH)2水溶液去除。结果显示，以SF6与水气的浓 度比为1 : 1的废气为例，外加电压7000V、放电1小时，500mg的SF6可分解完毕。合计处 理每kg SFe功耗为14kWh。
权利要求
一种用于强温室气体SF6分解的方法，其特征在于该方法通过介质阻挡放电反应池，利用介质阻挡放电技术分解处SF6，采用的放电形式为双介质阻挡放电；所述的介质阻挡放电反应过程通过以下的反应式e+SF6→SFx+(6-x)F+e(x≤5)(1)SF5+OH→SOF4+HF (2)SF4+OH→SOF3+HF (3)SOF3+OH→SO2F2+HF(4)SF5+H→SF4+HF(5)。
2. 按权利要求1所述的用于强温室气体SF6分解的方法，其特征在于所述的介质阻挡放电反应池采用纯石英材质制作，以外管和内管石英管作为介质；内、外石英管间有间隙；外管上开有旁通支路，配套无油活塞；内管内壁贴有内电极，外管壁缠绕有外电极。
3. 按权利要求1或2所述的用于强温室气体SF6分解的方法，其特征在于所述的介质阻挡放电反应池，其内管外径为25mm，厚度2. 0mm，长350mm ;外管内径40mm，厚度2. Omm，长350mm ;旁通支路管径20mrn，厚度2. Omm，长lOOmm，配套无油活塞。
4. 按权利要求2所述的用于强温室气体SF6分解的方法，其特征在于所述的内电极采用不锈钢片制成巻筒状，长X宽=300mmX100mm，厚度S = 0. 4mm。
5. 按权利要求2所述的用于强温室气体SF6分解的方法，其特征在于所述的外电极采用不锈钢条缠绕与外管壁制成，长X宽=1400mmX4mm，厚度S = 0. 4mm。 9圈作为外电极，圈与圈间的距离为3mm。
6. 按权利要求2所述的用于强温室气体SF6分解的方法，其特征在于所述的外电极不锈钢条的缠绕圈数为9圈，圈与圈间的距离为3mm。
7. 按权利要求2所述的用于强温室气体SF6分解的方法，其特征在于所述的介质阻挡放电分解SF6的操作条件为SF6与水气的浓度混合比例1 : l，气体流速3 5m/s，内外电极之间施加6000 9000V脉冲电压，脉冲频率10 30kHz 。
全文摘要
本发明属废气处理技术领域，具体涉及一种将介质阻挡放电技术应用于温室气体SF6分解的废气处理工艺技术。本发明通过介质阻挡放电反应池，利用双介质阻挡放电技术分解处理SF6，所述的反应池采用纯石英材质，以直径大小不一的外管和内管石英管作为介质，外管上开有旁通支路，用于补充水气。内电极紧贴于内管内壁由不锈钢片卷成筒状，外电极由细长不锈钢条缠绕外管壁。被处理气体由内外石英管间隙通过，由于气体不直接接触气体，从而避免了电极腐蚀问题。该SF6分解处理新工艺系统结构紧凑，能效高，处理效果好，具有很好的应用前景。
文档编号B01D53/74GK101757840SQ20081020762
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者侯惠奇, 刘新刚, 宋潇潇, 张仁熙 申请人:复旦大学