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DDBD低温等离子体废气处理技术

DDBD低温等离子体废气处理技术技术简介拥有自主知识产权的DDBD技术采用双介质阻挡放电(Double Dielectric Barrier Discharge,简称DDBD)形式产生等离子体,所产生等离子体的密度是其他技术产生等离子体密度的1500倍,该技术是派力迪公司与复旦大学共同研发成功的。

自1994年由复旦大学开始研发,最初用于氟利昂类(Freon)、哈隆类(Halong)物质的分解处理,是国家为了研究保护地球臭氧层而设立的科研项目。

后来与派力迪合作研发拓宽其应用领域,延伸至工业恶臭、异味、有毒有害气体处理。

派力迪开创了DDBD技术大规模化工业应用的先河,该技术节能、环保,应用范围广,所有化工生产环节产生的恶臭异味几乎都可以处理,并对二恶英有良好的分解效果,侯立安院士评价说:“DDBD技术的发明,为化工清洁生产奠定基础,是近代化学工业生产的一次技术革命”,该技术世界首创、国际领先,属于真正的中国创造。

DDBD等离子体工业废气处理技术是派力迪公司由复旦大学引进吸收,已研制出标准化废气治理设备,利用所产生的高能电子、自由基等活性粒子激活、电离(但化工医药场所一般不推荐使用,存在高压放电容易爆炸的危险)、裂解工业废气中的各组成份,使之发生分解,氧化等一些列复杂的化学反应,再经过多级净化,从而消除各种污染源排放的异味、臭味污染物,使有毒有害气体达到低毒化、无毒化,保护人类生存环境。

DDBD等离子体工业废气处理技术作为一种新的环境污染治理技术,由于其对污染物分子的高效分解且处理能耗低等特点,为工业废气的处理开辟了一条新的思路。

该技术的应用,具有现代化工业生产里程碑的意义。

■技术作用原理低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态,当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。

放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体。

低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。

(注:低温等离子体相对于高温等离子体而言,属于常温运行。

)DDBD等离子体反应区富含极高的物质,如高能电子、离子、自由基和激发态分子等,废气中的污染物质可与这些具有较高能量的物质发生反应,使污染物质在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到讲解污染物的目的。

与传统的电晕放电形势产生的低温等离子技术相比较,DDBD等离子体技术放电密度是电晕放电的1500倍,这就是传统低温等离子体技术治理工业废气99%以失败而告终的原因。

等离子体去除污染物的基本过程过程一:高能电子的直接轰击过程二:O原子或臭氧的氧化O2+e→2O过程三:OH自由基的氧化H2O+e→OH+HH2O+O→2OHH+O2→OH+O过程四:分子碎片+氧气的反应■技术特点DDBD等离子体工业废气处理成套设备拥有独立自主知识产权,历经18年,该技术的发明为化工清洁生产奠定了基础,是近代化学工业生产的一次技术革命。

申请二十六项国家专利,在等离子体技术的工业化应用方面走在了世界最前列,国际领先、属于真正的中国创造。

与目前国内常用的异味气体治理方法相比较,DDBD等离子体工业废气处理技术具有以下特点:DDBD低温等离子体技术应用于恶臭气体治理,具有处理效果好,运行费用低廉、无二次污染、运行稳定、操作管理简便、即开即用等优点。

①DDBD介质阻挡放电产生电子能量高,低温等离子体密度大,达到常用等离子技术(电晕放电)的1500倍,几乎可以和所有的恶臭气体分子作用;②DDBD技术反应速度快,气体通过反应区的速度达到3-15米/秒,即达到很好的处理效果,其他技术气体通过反应区的速度0.01米/秒都很难达到DDBD的处理效果;③气体通过部分,全部采用陶瓷、石英、不锈钢等防腐蚀材料,电极与废气不直接接触,根本上解决了低温等离子体技术设备腐蚀问题;其他技术是气体与电极直接接触,电极在3个月或1年内会造成严重腐蚀,即使通过的气体没有腐蚀性,自身所产生的臭氧也会把电极造成腐蚀;④DDBD主机为成套工业废气处理装置,前面配有DDBD专用塔,能有效去除废气中的粉尘和水分,操作简单;⑤自动化程度高,设备启动、停止十分迅速,随用随开,对于部分化工生产的不连续性,可以在生产时开启,不生产的间隙停止运行,大量的节约能源;⑥运行成本较低,比常用的蓄热式燃烧炉RTO节约运行费用5-8倍,每立方米气量运行费用仅为0.3~0.9分钱,部分高浓度废气可以通过空气稀释后用DDBD技术处理;⑦应用范围广阔,基本不受气温和污染物成分的影响,对恶臭异味的臭气浓度有良好的分解作用,恶臭异味的去除率达80-98%,处理后的气体臭气浓度达到国家标准;⑧DDBD技术处理工业废气技术不是水洗技术,是通过高能量等离子体对污染物的直接击穿和直接轰击,使分子链断裂,并非污染物的转移;⑨重要特点:以非甲烷总烃为例,用色谱法检测,非甲烷总烃去除率也许只有45%,但恶臭异味的去除率达93%。

这是因为非甲烷总烃经过处理后,部分分子变成小分子,用色谱法检测时,依然表现为非甲烷总烃;恶臭异味的去除率高,表明实际已经分解了93%以上的污染物质,因为分解后的物质也有部分有异味;⑩DDBD技术是真正的中国创造,欧美及亚洲国家正在引进我国技术,解决二恶英污染问题,DDBD技术对二恶英这个世界难题,已经是成熟工艺,因为二恶英类物质含有氯,多数是亲电子基团,更容易被电子轰击。

■低温等离子体技术工艺[1]异味气体从气体收集系统收集后,一部分废气需要进行预处理,除水后进入等离子体反应区,在高能电子的作用下,使异味分子受激发,带电粒子或分子间的化学键被打断,同时空气中的水和氧气在高能电子轰击下也会产生OH自由基、活性氧等强氧化性物质,这些强氧化性物质也会与异味分子反应,使其分解,从而促进异味消除。

净化后的气体经排气筒高空排放。

低温等离子体废气处理技术简介低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态,当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。

放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体。

低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。

介质阻挡放电示意图介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法,这种放电产生于两个电极之间。

介质阻挡放电可以在0.1~的气压下进行,具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。

整个放电是由许多在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。

介质层对此类放电有两个主要作用:一是限制微放电中带电粒子的运动,使微放电成为一个个短促的脉冲;二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间,防止火花放电。

介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触,从而避免了电极的腐蚀问题(SO2腐蚀性强)。

低温等离子体能量的传递图介质阻挡放电过程中,电子从电场中获得能量,通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能,这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团,同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团,这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。

从等离子体的活性基团组成可以看出,等离子体内部富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等。

废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应,最终转化为CO2和H2O等物质,从而达到净化废气的目的。

低温等离子体化学反应过程大致如下:低温等离子体化学反应过程解析图从以上反应过程可以看出,电子先从电场获得能量,通过激发或电离将能量转移到污染物分子中去,那些获得能量的污染物分子被激发,同时有部分分子被电离,从而成为活性基团。

然后这些活性基团与氧气、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。

另外,高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获,成为负离子。

这类负离子具有很好的化学活性,在化学反应中起着重要的作用。

低温等离子体介质阻挡放电管低温等离子体恶臭气体处理的作用原理(已H2S和CS2为例)活性粒子的化学反应:CS2* +CS2 → 2CS + S2CS2* +O2 → CS + SO2CS + O2 → CO + SOnCS → (CS)n (聚合物)SO + O2 → OSOOSO + OSOO → 2SO2CO + O → CO2···其总的反应为:CS2 + 3O2 → CO2 + CO + 2SO22H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2低温等离子体技术的特点与目前国内常用的异味气体治理方法相比较本装置具有如下优点:■ 技术高端,工艺简洁:开机后,即自行运转,受工况限制非常少,无需专人操作。

■ 节能:无机械设备,空气阻力小,耗电量约为0.003kw/m3废气。

■ 适应工况范围宽:设备启动、停止十分迅速,随用随开,不受气温的影响。

在250℃以下和在雾态工况环境中均可正常运转。

在-50℃至+50℃的环境温度仍可正常运转。

■ 设备使用寿命长:本设备由不锈钢材,铜材、钼材、环氧树脂等材料组成,抗氧化,采用防腐蚀材料,电极与废气不直接接触,根本上解决了设备腐蚀问题。

■ 结构简单:只需用电,操作极为简单,无需派专职人员看守,基本不占用人工费。

无机械设备,故障率低,维修容易。

■ 应用范围广:介质阻挡放电产生的低温等离子体中,电子能量高,几乎可以将所有的异味气体分子降解。

低温等离子体技术工艺路线示意图■ 异味气体从气体收集系统收集后首先进入除水器中进行水气分离,然后再排入等离子体反应器单元,在该区域由于高能电子的作用,使异昧分子受激发,带电粒子或分子间的化学键被打断,产生自由基等活性粒子,这些活性粒子和O2反应达到消除异味目的。

同时空气中的水和氧气在高能电子轰击下也会产生OH 自由基、活性氧等强氧化性物质,这些强氧化性物质也会与异味分子反应,使其分解,从而促进异味消除。

净化后的气体经排气筒高空排放。

低温等离子体技术的应用范围■ 低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性粒子与废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。

该技术能够应用于污水处理厂、石油化工、制药、污水处理、涂料、皮革加工、感光材料、汽车制造、食品加工厂、印染厂、垃圾处理厂、公厕、屠宰场、牲畜饲养场、鱼类加工厂、饲料加工厂等诸多能够产生恶臭异味的场所。

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