基于大气压辉光放电等离子体降解六氟化硫的方法及装置与流程

本发明涉及高压气体放电降解处理，具体涉及一种基于大气压辉光放电等离子体降解六氟化硫的方法及装置。

背景技术：

1、目前，降解六氟化硫的技术中，热催化剂法和光解法的应用最为广泛。热催化剂法具有设备简单、反应速度快等优点。然而催化剂价格昂贵，并且在降解过程中容易造成二次污染。光解法可以解决热催化剂法中存在的不足，但是光解法的降解率较低，无法满足工业应用的要求。另外，以上两种技术一般需要增加额外的配套设备，成本高，占地面积大。因此，开发一种操作方便简单、处理效率高、成本低的六氟化硫降解技术更具应用前景。近年来，采用等离子体放电技术对六氟化硫进行降解是一种比较高效、节能的处理方式，等离子体是被电离后产生的具有大量正负离子的离子化气体状物质，同时等离子体中含有大量电子、亚稳态粒子、自由基等活性粒子，具有很强的反应活性，能够使被处理气体快速分解，从而达到降解污染物的目的。

2、目前，常用的等离子体生成方式有电弧放电、电晕放电和辉光放电。电弧放电形成的等离子体温度较高，不适用于对六氟化硫进行降解处理。电晕放电生成的等离子体扩散性较差且能级较低，对六氟化硫的分解效率较低。而辉光放电生成的等离子体具有活性粒子种类丰富，放电均匀性更好，能量利用率更高等优势，将辉光放电等离子体应用于六氟化硫降解处理中，能够提高处理效率，减少能耗，节约成本。但传统意义上的辉光放电更多地依靠在低气压或稀有气体(主要是氦气和氩气)条件下完成，而在大气压空气中电子崩发展不易控制，极易向丝状放电转化。因此，对于采用等离子体对六氟化硫降解处理虽然已经有过很多的研究，但是将辉光放电等离子体应用于六氟化硫降解处理的报道非常少。如中国专利，公开号为cn202211298202.x，其公开了一种基于介质阻挡放电降解六氟化硫的优化装置，其气体混匀室的出气口连接放电反应器且二者之间设置有电磁阀，经过放电反应器的处理后排出的气体经过两个碱液洗气池。但是依然存在如下问题：当前的气体处理装置形成的放电为丝状模式，无法有效地利用放电来产生足够的能量，从而对六氟化硫进行有效的降解；无法高效地降解六氟化硫，或者降解不彻底，导致排放的气体中仍然含有大量的六氟化硫。制造和运行现有的气体处理装置可能成本较高，使得大规模应用和推广变得困难。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于大气压辉光放电等离子体降解六氟化硫的方法及装置。

2、本发明的技术方案为：

3、一种基于大气压辉光放电等离子体降解六氟化硫的方法，包括如下步骤：

4、s1、六氟化硫的预混合，包括如下小步：

5、s11、六氟化硫气瓶与减压阀、气体流量控制器串联，将六氟化硫输送到混气室；

6、s12、空气泵吹出的干空气经减压阀、加湿器后生成湿空气，将湿空气输送到混气室；

7、s13、步骤s11中的六氟化硫、步骤s12中的湿空气在混气室内混合，由阻挡隔板对两种气体进行阻挡，使六氟化硫和湿空气在受阻的情况下扩散均匀混合；

8、s2、等离子体发生器的控制，包括如下小步：

9、s21、混气室出口与罩体之间设有电磁阀和三通阀，电磁阀用于阻止六氟化硫混合气体进入罩体，减少反应停止的时间；

10、s22、罩体内设置有等离子体发生器，等离子体发生器在施加电压后，产生类辉光放电等离子体；

11、s23、类辉光放电等离子体降解六氟化硫，降解的六氟化硫经由罩体出口排出；

12、s3、降解后气体的吸收处理，包括如下小步：降解后的六氟化硫含有毒气体，通过碱液洗气池和氢氧化钾乙醇溶液洗气池中的吸收剂反应，将有毒气体充分吸收，最后统一排出。

13、本技术方案利用与高压电极相接触的悬浮电极感应出一个悬浮电势，从而在同一个电源下形成了三个不同的电位。在高压电极与悬浮电极之间电压差的作用下，二者之间紧密接触位置外的小间隙最先放电，为电场强度较弱的主放电间隙提供均匀的初始电子，从而有效降低整个装置放电的起始放电电压；而葫芦状的通气孔和圆柱状内电极形成了纵向上距离内电极较近处电场强度大，较远处电场强度小的空间电场分布。这种场强的非均匀性决定了当施加一定电压时，放电会首先在最大场强处产生。同时，强电场放电区域会通过扩散作用依次向相邻的电场较弱区域提供初始电子，使放电从强电场区域向弱电场区域依次进行。由于大量初始电子的存在，放电可以在较低电场强度下产生，从而有效抑制电子崩的发展规模，降低出现丝状放电的可能性。最终能够在通气孔内产生类辉光放电(即放电现象中不存在发光明亮的细丝，呈现出均匀弥散的淡蓝色辉光，放电电流较小)等离子体，实现对六氟化硫进行有效降解处理。

14、在其中一些实施例中，所述步骤s13中，混气室内部设有两层阻挡隔板，阻挡隔板上开设有通孔，两层阻挡隔板上的通孔呈错位布置，六氟化硫和湿空气在混气室内进行输送的过程中，利用阻挡隔板对气体进行阻挡，使得六氟化硫和湿空气在受阻的情况下在混气室内进行扩散，最后通过混气室出口输出，实现了对六氟化硫和湿空气扩散后均匀混合。

15、在其中一些实施例中，所述s22中，罩体间隔平行设置若干个等离子体发生器，等离子体发生器扩展方式包括：

16、横向扩展，增加生成类辉光放电等离子体的横向宽度；

17、纵向并联，增加生成类辉光放电等离子体的纵向高度；

18、深向延伸，沿着六氟化硫的方向间隔排布多组内电极，增加生成类辉光放电等离子体的深向长度；

19、通过增加等离子体发生器内立体空间电离区域的数量，形成大尺度的大气压空气类辉光放电等离子体，以满足工业上对六氟化硫进行大规模降解处理。

20、在其中一些实施例中，所述步骤s22中，产生类辉光放电等离子体的类辉光放电，是指放电现象中不存在发光明亮的细丝，呈现出均匀弥散的淡蓝色辉光，放电电流较小。

21、在其中一些实施例中，所述步骤s22中，类辉光放电的等离子体中的高能级活性粒子与六氟化硫混合气体中的h2o分子、o2分子发生反应，生成具有强氧化性的o、h、oh和o3活性粒子；

22、步骤s23中，六氟化硫的混合气体通过等离子体发生器时，其放电产生的离子、电子活性基团的平均能量较大，与六氟化硫分子发生非弹性碰撞，将会使六氟化硫分子中的的sf键断开并逐步分解；

23、步骤s3中，六氟化硫分解生成的低氟硫化物在活性粒子的作用下发生化学反应，生成稳定的低氟硫氧化物sof2、so2f2和sof4，反应过程如下：

24、六氟化硫→sfx+(6x)f(x＝0～5)

25、sf5+oh→sof4+hf

26、sf5+o→sof4+f

27、sf5+h→sf4+hf

28、sf4+oh+f→sof4+hf

29、sf4+o→sof4

30、sf3+oh→sof2+hf

31、sf3+o→sof2+f

32、sf2+o→sof2

33、h+f→hf

34、2h+s→h2s

35、降解后的气体含sof4、so2f2、sof2、h2s、so2、hf有毒气体；sof2、h2s、so2、hf与碱液发生化学反应以快速被碱溶液吸收；sof4易发生水解生成so2f2，而so2f2与氢氧化钾乙醇溶液发生化学反应以快速被吸收。

36、在其中一些实施例中，所述步骤2中，等离子体发生器的控制，将等离子体电源的高压端和接地端相连接，所有的高压内电极和外部接地电极分别引线接出，采用具有高频高压输出电路的等离子体交流电源系统实现控制；

37、当高压内电极与外部接地电极被施加正弦交流电压时，与高压电极相接触的悬浮电极感应到悬浮电势，在同一个电源下形成三个不同的电位；

38、在高压电极与悬浮电极之间电压差的作用下，二者之间紧密接触位置外的小间隙最先放电，为主放电间隙提供均匀的初始电子；

39、葫芦状的通气孔和圆柱状内电极形成纵向上距离内电极较近处电场强度大，较远处电场强度小的空间电场分布；

40、在通气孔内产生类辉光放电等离子体，实现对六氟化硫进行有效降解处理。

41、本发明的技术方案为：

42、一种基于大气压辉光放电等离子体降解六氟化硫的装置，包括如下部分：

43、气源混合回路，包括混气室，以及与混气室相连的六氟化硫回路、湿空气回路；混气室的进气口通过气体流量控制器分别与六氟化硫回路和湿空气回路连接；

44、六氟化硫回路，包括依次连接的六氟化硫气瓶、减压阀、气体流量控制器和气体管道；

45、湿空气回路，包括依次连接的空气泵和加湿器；

46、等离子体控制回路，包括电磁阀、三通阀、罩体和等离子体发生器；其中，电磁阀和三通阀设置与混气室出口与罩体之间，罩体内设置若干个等离子体发生器；

47、尾气吸收回路，包括气体检测仪、氢氧化钾碱液洗气池和氢氧化钾乙醇溶液洗气池；其中，气体检测仪与罩体的进出口之间均设置有电磁阀，氢氧化钾碱液洗气池和氢氧化钾乙醇溶液洗气池位于等离子体发生器的出气口；碱液洗气池和氢氧化钾乙醇溶液洗气池将有毒气体充分吸收，最后气体统一排出。

48、本技术方案将原有的六氟化硫降解系统与等离子体发生器一体化，减少了电源的数量，提高了放电电源效率，降低了损耗；其次，占地面积小，成本低，节省了投资。该方法也能够适用于高温、潮湿等恶劣环境。

49、在其中一些实施例中，所述等离子体发生器的结构包括阻挡介质、位于阻挡介质内部的葫芦状通气孔、高压内电极和外部接地电极，其中：

50、高压内电极，横穿葫芦状通气孔的正中心，且沿气流方向多组间隔布置；包括呈圆柱状的高压电极和悬浮电极两部分，高压电极和悬浮电极外部均包裹有绝缘材料介质，二者之间紧密接触；

51、外部接地电极，位于葫芦状通气孔的上下两侧且对称布置；

52、高压内电极为铜材料的圆柱体结构，外面包裹的绝缘介质材料为具有耐腐蚀性的聚四氟乙烯。

53、在其中一些实施例中，所述高压内电极由两根高压电极和两根悬浮电极组成，高压电极与悬浮电极之间紧密接触。

54、在其中一些实施例中，所述混气室的上端为圆柱形，下端为圆锥形；混气室进气口表面设有表面接口，用于输入六氟化硫和湿空气，混气室内部设有两层阻挡隔板，阻挡隔板上开设有通孔，两层阻挡隔板上的通孔呈错位布置，六氟化硫和湿空气在混气室内进行输送的过程中，利用阻挡隔板对气体进行阻挡，使得六氟化硫和湿空气在受阻的情况下在混气室内进行扩散，最后通过混气室出口输出，实现对六氟化硫和湿空气扩散后均匀混合。

55、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

56、采用新型的等离子体发生器，电离效果好，六氟化硫降解效率高，使用寿命长，尤其适用于对电气开关设备内的六氟化硫进行降解处理。