一种低温等离子体VOCs净化装置及方法

技术领域

本发明涉及空气净化设备技术领域，具体为一种低温等离子体VOCs净化装置及方法。

背景技术

随着我国工业化进程的加快，工业生产中产生的挥发性有机物(VOCs)排放量急剧增加，严重影响到人居环境和人体健康。目前，VOCs处理方式常用的有吸收/附法、冷凝法、燃烧法等，存在成本高、通用性差且易造成二次污染等问题。等离子体按粒子温度可分为平衡态(电子温度＝离子温度)与非平衡态(电子温度>>离子温度)两类。非平衡态等离子体电子温度可上万度，离子及中性离子可低至室温，即体系表观温度仍很低，故称“低温等离子体”，一般由气体放电产生。将低温等离子体应用于废气处理是近年发展起来的新技术，当废气处理通道内外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生高能电子和OH、O、N和N

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种低温等离子体VOCs净化装置及方法，一方面促进VOCs深度分解和氧化，另一方面高效分解低温等离子体产生的臭氧和氮氧化物等副产物，避免二次污染，该装置模块化组装，便于安装维护，并且成本较低。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低温等离子体VOCs净化装置，包括等离子体电源以及主净化系统，等离子体电源设置在主净化系统的顶部；

主净化系统包括主净化系统外壳和设置在主净化系统外壳内的相连通的过滤室、等离子体室、气体缓冲室以及尾气净化室；等离子体室内设置有纳米催化剂，尾气净化室内设置有滤网，滤网上设置有负载有纳米催化剂和化学吸收剂的活性炭。

本发明进一步的改进在于，主净化系统外壳一端设置有进气口，另一端设置有出气口；风机为轴流风机；主净化系统外壳上开设有散热孔，主净化系统外壳底部设有万向轮。

本发明进一步的改进在于，进气口与出气口之间设置有第一进气网栅、第二进气网栅、第三进气网栅、第四进气网栅和第五进气网栅，过滤室设置在第一进气网栅与第二进气网栅之间，等离子体室设置于第二进气网栅与第三进气网栅之间，气体缓冲室设置于第三进气网栅与第四进气网栅之间，尾气净化室设置于第四进气网栅与第五进气网栅之间。

本发明进一步的改进在于，第一进气网栅垂直于气流方向设置，并且第一进气网栅与进气口相连通；第五进气网栅与出气网栅之间设置有风机；

第一进气网栅、第二进气网栅、第三进气网栅、第四进气网栅、第五进气网栅与出气网栅平行设置，并且每个网栅均为镂空金属板。

本发明进一步的改进在于，过滤室内设置初效过滤器和高效过滤器；气体缓冲室Ⅲ内设置有蜂窝陶瓷过滤器，蜂窝陶瓷过滤器的滤材为孔密度为10-20ppi的蜂窝陶瓷。

本发明进一步的改进在于，等离子体室内设置有等离子体净化通道；等离子体净化通道与气流方向平行，等离子体净化通道由若干层相互平行的不锈钢管组成，每个不锈钢管内壁上设置有一层石英玻璃管，不锈钢管中心设置有不锈钢丝，不锈钢丝两端通过高压固定绝缘杆固定，不锈钢丝和石英玻璃管之间设置有负载有纳米催化剂的泡沫陶瓷管，泡沫陶瓷管与不锈钢丝间隔设置，泡沫陶瓷管表面负载有纳米催化剂；不锈钢丝与不锈钢管分别与等离子体电源的正负极连接。

本发明进一步的改进在于，负载有纳米催化剂的泡沫陶瓷管通过以下过程制得：将纳米MnO

本发明进一步的改进在于，尾气净化室Ⅳ内设置为有两层过滤网，一层过滤网上设置有负载有纳米催化剂的活性炭，另外一层滤网上设置有负载有化学吸收剂的活性炭。

本发明进一步的改进在于，负载有纳米催化剂的活性炭通过以下过程制得：将纳米MnO

负载化学吸收剂的活性炭通过以下过程制得：将活性炭在质量浓度为5％～10％的Na

其中，活性炭为40～60目的柱状活性炭。

一种低温等离子体VOCs净化方法，VOCs混合气体进入主净化系统后，经过滤室滤除颗粒物，然后进入低温等离子体室，在等离子体电源的高压作用下，产生的低温等离子体与纳米催化剂协同作用，分解绝大部分的VOCs，产生的臭氧、氮氧化物和未彻底分解的小分子污染物进入气体缓冲室，并在缓冲室中混合均匀，部分小分子污染物被臭氧氧化分解；剩余废气进入尾气净化室，残余的臭氧、氮氧化物和微量小分子污染物依次被负载有纳米催化剂的活性炭和化学吸收剂的活性炭彻底分解、吸收，转化成氧气、水和二氧化碳，最终洁净空气排出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：工厂排放的VOCs混合气体进入主净化系统，经过滤室滤除颗粒物，然后进入低温等离子体室，在等离子体电源的高压作用下，产生的低温等离子体与纳米催化剂协同作用，高效分解绝大部分的VOCs，同时产生的臭氧、氮氧化物和未彻底分解的小分子污染物进入气体缓冲室，并在缓冲室中进一步充分接触混合均匀，部分小分子污染物则被臭氧氧化分解；剩下混合均匀的废气进入尾气净化室，残余的臭氧、氮氧化物和微量小分子污染物依次被负载有纳米催化剂和化学吸收剂的活性炭彻底分解、吸收，转化成氧气、水和二氧化碳，最终留下洁净空气由出气口排出或进入下一管道。在整个净化过程中，充分实现了物理过滤、低温等离子体、纳米催化、化学吸收多种技术的分级整合和高效协作，技术含量高，科学性强。本发明中主净化系统的四个处理室采用模块化设计，便于安装和维护，降低成本；

进一步的，根据污染物的浓度，可采用变频风机进行不同档位风速的控制，调节气体在装置中的停留时间，在保证高效净化VOCs的同时，降低能量损耗。

本发明采用低温等离子体协同纳米催化的方法，一方面在等离子体通道中以泡沫陶瓷管作为催化剂载体，既可以增加废气在等离子体管道中的停留时间，扩大等离子体放电区域，分解VOCs更高效，同时利用催化剂的协同作用，同步分解产生的臭氧、氮氧化物等，降低尾气浓度；另一方面，通过气体缓冲室臭氧和小分子污染物的相互作用以及尾气净化室中纳米催化和化学吸收共同作用，实现对臭氧、氮氧化物和小分子污染物的彻底分解，净化效率高，无二次污染。

附图说明

图1是本发明的外部结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是本发明的主净化系统主视图；

图4是本发明单个等离子体净化通道的内部结构截面图；

其中：1-控制配电室，2-主控面板，3-进气口，4-出气口，5-主净化系统，6-万向轮，7-等离子体电源，8-VOCs检测器，9-风机变频器，10-控制配电室外壳，11-主净化系统外壳，12-第一进气网栅，13-初效过滤器，14-高效过滤器，15-第二进气网栅，16-等离子体净化通道，17-高压连接端口，18-高压固定绝缘杆，19-第三进气网栅，20-蜂窝陶瓷过滤器，21-第四进气网栅，22-纳米催化剂负载的活性炭过滤器，23-化学吸收剂负载的活性炭过滤器，24-第五进气网栅，25-散热孔，26-出气网栅，27-风机，28-不锈钢管，29-石英玻璃管，30-负载有催化剂的泡沫陶瓷套管，31-不锈钢丝，Ⅰ-过滤室，Ⅱ-等离子体室，Ⅲ-气体缓冲室，Ⅳ-尾气净化室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1-图4，本发明的一种低温等离子体VOCs净化装置，包括控制配电室1以及主净化系统5，所述控制配电室1设置在主净化系统5的顶部；所述控制配电室1包括控制配电室外壳10、主控面板2、等离子体电源7、VOCs检测器8以及风机变频器9；其中，控制配电室外壳10内设置有等离子体电源7、VOCs检测器8以及风机变频器9，控制配电室外壳10外壁上设置有主控面板2。所述主净化系统5包括主净化系统外壳11、进气口3、四个处理室、风机27以及出气口4；其中，主净化系统外壳11一端设置有进气口3，另一端设置有出气口4，出气口4处设置有风机27，进气口3与废气进气管相连，出气口4与出气管路相连；主净化系统外壳11内设置有四个处理室，沿进气口3到出气口4方向，四个处理室分别为过滤室Ⅰ、等离子体室Ⅱ、气体缓冲室Ⅲ以及尾气净化室Ⅳ；控制配电室壳体10与主净化系统外壳11均为不锈钢框架，并在主净化系统外壳11底部设有万向轮6便于设备移动。

每个处理室由气体网栅隔开，相互独立；具体的，进气口3与第一进气网栅12相连通，过滤室Ⅰ设置在第一进气网栅12与第二进气网栅15之间，等离子体室Ⅱ设置于第二进气网栅15与第三进气网栅19之间，气体缓冲室Ⅲ设置于第三进气网栅19与第四进气网栅21之间，尾气净化室Ⅳ设置于第四进气网栅21与第五进气网栅24之间。

所述第一进气网栅12垂直于气流方向与进气口3相连通；第五进气网栅24与出气口4网栅26之间设置有风机27，被净化的气体经出气网栅26从出气口4排出或进入下一管道。

所述第一进气网栅12、第二进气网栅15、第三进气网栅19、第四进气网栅21、第五进气网栅24与气体网栅26平行设置，并且每个网栅均为镂空金属板。

所述过滤室Ⅰ内设置初效过滤器13和高效过滤器14。

所述等离子体室Ⅱ内设置有高压固定绝缘杆18、高压连接端口17以及等离子体净化通道16；等离子体净化通道16与气流方向平行。所述等离子体净化通道16由若干层相互平行的不锈钢管28组成，每个不锈钢管内壁紧贴一层石英玻璃管29，不锈钢丝31两端通过高压固定绝缘杆18设置在不锈钢管28中心，不锈钢丝31和石英玻璃管29之间设置有负载有纳米催化剂的泡沫陶瓷管30，泡沫陶瓷管30与不锈钢丝31之间不接触，即泡沫陶瓷管30与不锈钢丝31间隔设置；不锈钢丝31与不锈钢管28分别穿过高压连接端口17与等离子体电源7的正负极连接。

负载有纳米催化剂的泡沫陶瓷管30通过以下过程制得：将纳米MnO

所述气体缓冲室Ⅲ内设置有长方体状的蜂窝陶瓷过滤器20，蜂窝陶瓷过滤器20采用蜂窝陶瓷，蜂窝陶瓷的孔密度为10-20ppi。

具体的，尾气净化室Ⅳ内设置为有两层过滤网，一层过滤网上设置有负载有纳米催化剂的活性炭，另外一层滤网上设置有负载有化学吸收剂的活性炭。

负载有纳米催化剂的活性炭通过以下过程制得：将纳米MnO

负载化学吸收剂的活性炭通过以下过程制得：将活性炭在质量浓度为5％～10％的Na

其中，活性炭为40～60目的柱状活性炭。

其中，活性炭为40～60目的柱状活性炭，滤网的框架为铝合金构件。所述风机27设置在第五进气网栅24的后端，风机27为轴流风机；所述风机变频器9控制风速为三个档位，分别对应风速范围为：0.1～4.0m/s，4.0～8.0m/s和8.0～12.0m/s。所述风机27底部和侧壁对应的主净化系统外壳11上设置有散热孔25，避免风机过热。

本发明的低温等离子体VOCs净化方法的过程为：

打开主控制面板2，根据检测器8在进气口3采集到的VOCs浓度选择合适的风机档位，开启等离子体电源7。在风机27的驱动下，工厂排放的VOCs由进气口3经第一进气网栅12，进入主净化系统5的过滤室Ⅰ，分别通过初效过滤器13、高效过滤器14滤除气体中的颗粒物；经预处理的VOCs进入等离子体室Ⅱ，在高压作用下，产生的低温等离子体与负载在泡沫陶瓷上的MnO