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低温等离子体法——福州闽创
 (1)低温等离子体降解有机废气的机理和独特功能
等离子体的概念:气体在高压电场作用下产生电离,电离形成的辉光态物质即为等离子体,并被成之为物质的第四态。等离子体由电子、离子、自由基和中性粒子组成,总体上保持电中性。
低温等离子体技术是利用高压脉冲电晕放电过程中,等离子体内部产生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,使很多需要很高活化能的化学反应能够发生,使常规方法难以去除的污染物得以转化或分解,*终产物为CO2、H2O或小分子等物质(碳氢化合物及含氧有机化合物降解为CO2和H2O,如果有机化合物含其他杂元素,将有相应的产物生成),从而达到净化废气的目的。
反应过程主要有以下三种情况:
①当电子所具有的能量与污染物分子内部某一化学键的键能相同或略大时,电子与污染物分子的碰撞将是非弹性碰撞,电子将所具有的全部或大部分能量传递给所碰撞的污染物分子,所传递的能量恰好能破坏那个化学键,污染物分子的分子键断裂,直接分解成单质原子或由单一原子构成的无害气体分子;
②同时产生的大量·OH、·HO2、·O等活性自由基和氧化性极强的O3,能与有害气体分子发生化学反应,*后生成无害产物;
③如果有些污染物分子,不能完全氧化成CO2和H2O等,生成中间产物,该中间产物的稳定性差,很容易受到电子的碰撞而生成自由基,自由基很快被氧化,生成CO2和H2O等。
以上所述反应在生成CO2和H2O等的过程中,又释放出能量,这些能量又能满足破坏其他键所需的能量,因而大大减少了所需的外加能量。
反应过程大致如下:
电场 + 电子 → 高能电子
高能电子 + 分子(原子) → 活性集团(受激原子、受激集团、游离集团)
活性基团 + 分子(原子) → 生成物 + 热
活性基团 + 活性基团 → 生成物 + 热
因等离子体中的电子在放电过程获得的能量分布范围为2~20eV,*大的能量分布概率在2~12eV之间。
对照分子间化学键合成与分解所需的能量,下图所示:
再根据下表低温等离子体技术可处理的污染物质:
可知利用低温等离子体技术来净化处理甲苯、二甲苯及乙酸乙酯是可行且高效的。
(2)低温等离子体工艺的技术特性
◆处理效果好
能高效去除挥发性有机物(VOCs)、芳烃类、脂类等主要污染物,以及各种恶臭异味,适用范围广。
◆投资及运行成本低
前期投资低,约为10~40元/m3
设备无需添加其它物质参与化学反应,同时不产生二次污染;本体仅消耗电能,耗电量约为0.5~2W/m3;使用寿命长(可整机由不锈钢制造);同时设备风阻低<200Pa,可节约大量排风动力能耗。
◆结构优化
模块化的产品构造,可以灵活搭配使用,方便设备检修不停机;设备占地面积小,自重轻。
◆运行稳定
设备运行稳定:设备内部无高温高压等特殊部件,耐腐蚀,运行安全稳定,开启后无需特别的保养管理。无需进行特殊的预处理,如加温、加湿等,设备工作环境温度在-30℃~95℃之间。
◆操作简单
设备高度自动化,设备可设定就地手动控制、PLC自动控制;设定设备的正常运行、经济运行模式;提供远程传递运行信息与故障等信号。
 低温等离子净化器适应范围
       1、发生恶臭场所:污水处理厂、养畜场及畜产废水处理场、堆肥工厂、食品工厂、皮革工厂、污泥干燥设施等
       2、挥发性有机化合物(VOCS)发生场所:石油精炼厂、涂料工厂、喷漆房、化学产品制造工厂、橡胶及塑料制造工厂等
       3、恶臭及挥发性有机化合物(VOCS)同事发生场所:纸浆及造纸工厂、垃圾收集场、食品垃圾堆肥设施、卷烟厂、工业废水处理厂等。
微波无极紫外光解技术介绍
1、原理介绍
与传统的紫外UV法先进的是利用微波来激励无极紫外灯发出多种波段的紫外线,利用光子能量分解污染气体的分子链,同时利用产生的臭氧和羟基等强氧化物质来氧化分解污染气体,*终生成小分子无害物质。
其反应过程是极其复杂的,主要有以下三种情况:
①微波激励无极紫外灯,产生的多种波段高能紫外辐射直接将恶臭气体分子化学键打断,光解形成活性分子碎片;
②波长在200nm以下的真空紫外(VUV)辐射光解O2和H2O生产氧自由基(O·)、羟基(HO·)和臭氧等强氧化性物质,将恶臭气体氧化分解;
③设备反应腔体内存在高效的微波场,其热效应大大提高了系统的氧化速度,更突出的是其非热效应能以109倍的速度提高离子化的分子的运动速度,极大提升了光子的撞击能量,达到雪崩式裂解污染物的作用。
表2.1 列出部分化学分子的结合能。
结合键
结合能(KJ/mol)
结合键
结合能(KJ/mol)
H-H
436.2
C-H
413.6
H-C
347.9
C-F
441.2
C=C
607.0
C-N
291.2
C≡C
828.8
C≡N
791.2
N-N
160.7
C-O
351.6
O-O
139.0
C=O
724.2
O=O
490.6
O-H
463.0
而传统的低压汞灯只能发出两种波长的紫外线:波长为184.9nm的紫外线,其光子能量为647 KJ/mol;波长为253.7nm的紫外线,其光子能量为472 KJ/mol。
又根据物理学的基本常识,能量差别过大的粒子之间不会进行能量传递,也就是不吸收。所以,针对不同污染物,需要不同的波长。通过调控光子能量,即可高效的去除污染分子。例如针对CS2需要183nm,SO2需要207nm,NH3需要175nm等。
 
2、技术特性
◆微波、高能UV与活性氧的协同作用下,对污染物处理能力强,范围广;
◆无极紫外灯管,采用耐腐蚀纯石英管,无电极老化与灯头腐蚀问题,寿命长达50000h;
◆紫外光输出强,185nm辐射强度占紫外总辐射量的12~13%,是低压汞灯的2~3倍;
◆无电极技术,即使频繁地进行开关操作,也不会对灯管的紫外输出性能或灯管的使用寿命产生不利影响,同时能保持其发出的紫外光谱分布的一致性;
◆能耗低,恶臭气体单位能耗0.15~1W/Nm3
活性炭吸附法
活性炭吸附法是针对大流量低浓度有机废气污染的一种综合性治理方法。该法利用活性炭吸附剂处理浓度为≤1000mg/m3的有机废气,然后将浓缩后的废气脱附后进行催化燃烧净化,从而达到治理的目的。
该方法由于吸附效率受流速的限制,处理大风量时,设备庞大,占地面积大,另外吸附剂容易被废气中的固体微粒和胶粘物质堵塞,再有当废气温度高于50℃时活性碳几乎不起吸附作用。
另外有安全隐患:由于吸附热的存在,会致使吸附床温度升高,特别是新鲜的活性炭,必须控制在其爆炸下限的1/2以下,否则可能引起着火或爆炸。
在运行过程中活性炭更换频繁,操作麻烦,而且更换后的活性炭是危险废物,处置复杂及费用很高,总的运行成本较高。福州废气治理_福州废气治理厂_福州废气治理设备

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