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西安廢氣治理工程—低溫等離子技術在廢氣治理領域的應用

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西安廢氣治理工程—低溫等離子技術在廢氣治理領域的應用

發布日期:2018-06-22 作者: 點擊:

西安廢氣治理工程

自從工業革命以來,由于化石燃料使用的與日俱增,尤其是燃煤電廠、工業鍋爐、機動車等排放源排放的含SO2、NOx和VOCs(揮發性有機物)等廢氣,使大氣環境日趨惡化。低溫等離子體污染物綜合治理工藝是20世紀70年代出現的一種煙氣處理技術,具有流程短、能耗低、適用性強、可實現多種污染物同步脫除等特點

一、西安廢氣治理工程—低溫等離子體技術概述

低溫等離子體主要是由氣體放電產生的。氣體放電就是指通過某種機制使一個或幾個電子從氣體原子或分子中電離出來,使之形成電離氣體。然后電離氣體由外電場產生并形成傳導電流(即氣體放電現象),從而獲得等離子體。放電方式有輝光放電、電暈放電、介質阻擋放電、射頻放電及微波放電等。


由于低溫等離子體中存在著很多活性很高的粒子如電子、粒子、活性基團等,所以它的化學活性很高,而能跟許多難降解的污染物發生反應,使被處理的污染物得以轉化或分解。低溫等離子體的凈化機理是使數萬度的電子與氣體原子或分子發生非彈性碰撞,從而使氣體通過激發、離解和電離等一系列過程活化。


利用低溫等離子體處理廢氣時,等離子體內部會發生各種類型的化學反應,這主要取決于電子的平均能量、電子密度、氣體溫度、污染物氣體分子濃度及共存的氣體成分等因素。一般說來,當電子能量<10eV時會產生活性自由基,被等離子體活化后的污染物分子經過等離子體定向鏈化學反應后被脫除;而當電子平均能量大于污染物分子化學鍵能時,污染物就會因為化學鍵的斷裂而分解。


二、TSP和飄塵的處理應用

TSP即總懸浮顆粒物,是指粒徑在100μm以下的顆粒物;而飄塵是粒徑在10μm以下的懸浮顆粒物。這些懸浮顆粒物長期以氣態和氣溶膠狀態存在于大氣中,對人體的呼吸系統造成了很大的危害。


利用低溫等離子體技術處理TSP和飄塵,一般是通過電暈放電產生低溫等離子體,其中的電子和離子在有場強梯的作用下與廢棄中的顆粒物相互碰撞并附在這些粒子上,使之成為荷電粒子。荷電粒子再在電場力的作用下向集塵極擴散,并在集塵極上沉積,從而達到除塵的目的。


三、工業廢氣中的脫硫、脫硝應用

工業廢氣中的硫氧化物和氮氧化物對環境的危害嚴重。其中硫氧化物的主要成分是SO2,氮氧化物的主要成分是NO和NO2(統稱為NOx)。


前者主要來自于煤和石油的燃燒,而后者主要來自于汽車尾氣和內燃機排放的廢氣等。但現行的濕法脫硫、脫硝技術以及觸媒還原法脫硫、脫硝技術等都具有成本高、工藝復雜、處理過后容易產生二次污染等特點。


20世紀80年代后期,日本提出利用高頻脈沖放電產生的低溫等離子體進行煙氣脫硫和脫硝。這種技術是利用高壓脈沖電源產生電子的等離子體來激活廢氣中的SO2和NOx,再加入NH3使之與被激活的氣體分子發生反應,從而生成NH4SO4和NH4SO3。(NH4)2SO4和NH4NO3都可以作為農業上的肥料,所以該法具有成本低、反應速度快、處理好的優點,重要的是它能把廢氣中的SO2和NOx轉化成肥料來加以應用,從而起到了化害為寶的作用。


四、溫室氣體的處理應用

大氣中CO2是造成溫室效應的主要原因,若工業生產過程中排放過量的CO2將會對環境不利。利用低溫等離子體來處理工業廢氣能起到清理CO2等碳氧化物的作用,這是因為低溫等離子體中具有活性很高的氧原子自由基(O),氧原子自由基能將廢物中的CO氧化成CO2,然后進一步將CO2分解成C、O2,或將之與其它化合物合成醇、烴、醛、碳酸二甲酯、甲酸及其衍生物等。


現行的研究中,比較具有代表性的是鞍山靜電技術研究所的技術。該種技術利用壓脈沖電暈產生低溫等離子體,由此而產生的等離子體的能量達到20-50eV。當這種等離子體作用在CO2分子上時,CO2氣體分子的化學鍵斷裂成C和O2,其分解率能達到90%。


五、揮發性有機物VOCs的處理應用

揮發性有機物(VOCs)是一類有機化合物的統稱,指室溫下飽和蒸汽壓超過70.91Pa或沸點小于260℃的有機物。大氣中的VOCs主要有苯系物、有機氯化物、氟利昂、有機醛、有機酮等。


利用低溫等離子體處理VOCs,就是使低溫等離子體中的電子與VOCs分子產生一系列化學反應,從而將VOCs轉化或降解為無害物質的方法。低溫等離子體處理VOCs主要有電子束照射法、介質阻擋放電法、沿面放電法和電暈放電法等。


1 電子束放電法


電子束照射法是通過電子加速器(電子槍)產生高速的電子束,通過電離、激發等一系列自由基的反應,將有機物去除。電子束放電法能有效降解VOCs,其處理效率與污染物的初始濃度有機物分子組成結構、水蒸氣含量和濕度等有關。


2 介質阻擋放電法


介質阻擋放電是將絕緣介質插入反應器的放電空間中,是一種高氣壓下的非平衡放電過程。常用的絕緣介質有陶瓷、玻璃和石英等,介質阻擋放電法是目前有效的產生等離子體的方法。


其處理效率與溫度、氣壓、水蒸氣濃度、填充物和背景氣體的性質等因素有關,介質放電反應器可在常壓或高壓下工作。


3 沿面放電法


沿面放電反應器的主體為結構致密的陶瓷(陶瓷管或陶瓷板),在陶瓷內部埋有金屬板作為接地極,陶瓷一側的沿面上布置導電條作為高壓電極,另一側作為反應器的散熱面。


在中高頻電壓的作用下,放電從放電極沿陶瓷沿面延伸,在陶瓷沿面形成許多細微的流注通道,進行放電,使氣體被去除。


此法對于甲苯、丙酮、氯氟烴等有機廢氣具有良好的處理效果,適用于三氯甲烷等難降解有機物的處理工藝。但該技術的電源頻率較高,達到千赫級,所以其能量效率并不高。


4電暈放電法


電暈放電是通過在曲率半徑很小的電極上施加高電壓,發生非均勻放電的一種放電形式。該法能在常溫常壓下進行,具有功率和能耗低的優點。電暈放電法多用于煙道氣的脫硫和脫硝,去除空氣中的 VOCs、H2S和鹵代烴等,包括脈沖電暈放電、直流電暈放電和交流電暈放電。

西安廢氣治理工程認識到利用等離子體技術處理廢氣是一種應用前景非常廣闊的方法。它具有投資及運行費用低、處理效率高、適用范圍廣、無二次污染的優點。


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關鍵詞:西安廢氣治理工程

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