热等离子体技术在有机废气处理工程中的应用研究

发布时间：2017-03-29 20:05

  本文关键词：热等离子体技术在有机废气处理工程中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于有机废气对人们危害及造成的困扰,而传统处理方法存在较多的缺点和问题,难以达到现行的环境标准。等离子体技术被认为是处理有机废气的有效方法,其中热等离子体处理有机废气的研究还比较少。本课题在实验研究中采用高频耦合电容等离子体技术,工程案例中则采用直流电弧等离子体技术,两者同属于热等离子体技术。实验以甲烷和甲苯为研究对象,初步得到热等离子体降解有机废气效果,分析降解产物及其随时间变化规律,为实现工业应用提供一定的理论参考。实际工程中,采用直流电弧等离子体技术,以佛山某树脂生产车间废气处理为例,获得热等离子体技术在实际废气处理工程中的处理效果,验证热等离子体技术是否能有效降解有机废气,并计算分析其运行费用。本课题结合等离子体发生器和等离子体电源等实验室现有设备,自行设计了一套高频电容耦合等离子体反应装置。以反应器产生的高频等离子体为热源,甲烷和甲苯为研究对象,探讨了输入功率、系统压力、气体流量、电极间距和催化剂等参数对甲烷和甲苯去除率的影响,并对反应产物CO、CO2、NO和NO2浓度随输入功率和催化剂的变化规律进行探索。反应的基本原理是通过放电产生的热等离子体驱动产生大量高能电子,这些高能电子与O2、H2O和N2反应产生O3、·N、·OH、·O等活性粒子,活性粒子和高能电子与有机废气发生氧化、降解反应,使有机废气降解为CO、CO2和H2O等无机小分子。实验结果表明,甲烷和甲苯的去除率都随着输入功率的增加而逐渐增大,甲烷的去除率相对甲苯要高,这与甲苯中苯环结构的稳定性高有关系。而对于系统压力和气体流量对甲烷去除率的影响,随着系统压力的增加和气体流量的增加而呈现较少的趋势。电极间距的增加,使得两电极的电场强度减弱,能量密度降低,去除率降低;在输入功率为40W时,电极间距为3cm、6cm和9cm时的甲烷去除率分别为82%、65%和52%。在两电极间放置催化剂后,在低输入功率时,去除率增加较快,随着功率的增加,这种差距变小。在反应器中加入催化剂后,反应产物中CO2、CO和NO的浓度并不是保持一个恒定的值,而是在3分钟时产生CO2、CO和NO的浓度都达到了最高值,然后开始下降,当反应持续30分钟之后基本达到了稳定状态。这主要是因为在反应开始阶段Al2O3的存在会吸附反应气体中的被处理废气,使其浓度增加从而使反应产物的浓度增加,随着反应的进行吸附在Al2O3上的废气被分解,反应趋于稳定。在反应产物的定量分析中,可以发现CO2浓度随着输入功率的增加而增加。随着输入功率的增加,CO的浓度经历过轻度地增长后开始缓慢降低,其原因是随着输入能量的增加,反应产生的一部分CO会被氧化成为CO2。以佛山三水力泉树脂有限公司生产车间废气处理实际工程为例,利用热等离子体技术中的直流电弧等离子体技术处理有机废气。结果表明,废气经过反应器处理后,其产物为CO2、H2O等无害小分子物质,无二次污染气体产生,不会对环境造成污染,甲苯平均去除率达到95.7%,VOCs总烃的平均去除率达到了93.1%。采用具有超高蓄热功能的二箱蓄热式等离子体反应器,蓄热体与VOCs废气、净化烟气直接换热,可以充分回收燃烧产物中的余热;且其传热速度快,换热效率特别高,排烟温度低至150℃以下,节能效果显著。正常操作运行阶段,无需追加能源,降低燃料消耗。系统投入运行后,年运行费用约15.8万元,日均433元,运行费用较低。
【关键词】：热等离子体 有机废气处理 蓄热式反应器 去除率
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 立题背景和研究内容12-36
• 1.1 引言12-13
• 1.2 有机废气的来源和危害13-16
• 1.2.1 有机废气的来源13-15
• 1.2.2 有机废气的危害15-16
• 1.3 有机废气传统技术简介16-23
• 1.3.1 回收法处理有机废气17-20
• 1.3.2 消除法处理有机废气20-22
• 1.3.3 多种技术联用处理有机废气22-23
• 1.4 等离子体技术简介23-29
• 1.4.1 等离子体分类23-25
• 1.4.2 电子束照射法25-26
• 1.4.3 介质阻挡放电法26-27
• 1.4.4 脉冲电晕放电法27-28
• 1.4.5 直流电弧法28-29
• 1.5 等离子体技术的研究现状29-33
• 1.5.1 国内研究现状29-32
• 1.5.2 国外研究现状32-33
• 1.6 本课题研究内容33-35
• 1.6.1 研究目的33-34
• 1.6.2 研究内容34-35
• 1.6.3 本课题的创新性35
• 1.7 小结35-36
• 第二章 实验方法介绍36-45
• 2.1 实验设备与原料36
• 2.2 实验反应器系统36-43
• 2.2.1 实验工艺流程36-38
• 2.2.2 配气系统38
• 2.2.3 电源控制系统38-39
• 2.2.4 反应器39-40
• 2.2.5 压力控制系统40-41
• 2.2.6 实验分析系统41-43
• 2.3 实验内容43-44
• 2.3.1 实验准备阶段43
• 2.3.2 进行实验阶段43-44
• 2.3.3 产物分析阶段44
• 2.4 本章小结44-45
• 第三章 等离子体的基本理论和放电观察45-54
• 3.1 热等离子体放电的基本理论45-46
• 3.2 热等离子体处理VOCs的机理46-51
• 3.2.1 热等离子体处理VOCs的基本过程46-48
• 3.2.2 热等离子体放电发生的主要基元反应48-49
• 3.2.3 热等离子体对甲苯分子的作用49-51
• 3.3 高频等离子体放电观察51-53
• 3.3.1 等离子体发射光谱的基本性质51
• 3.3.2 等离子体放电观察51-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 等离子体处理甲烷和甲苯的实验结果与分析54-66
• 4.1 等离子体处理甲烷的实验研究54-60
• 4.1.1 输入功率对甲烷去除率的影响54-55
• 4.1.2 系统压力对甲烷去除率的影响55-56
• 4.1.3 气体流量对甲烷去除率的影响56-57
• 4.1.4 电极间距对甲烷去除率的影响57
• 4.1.5 催化剂对甲烷去除率的影响57-58
• 4.1.6 产物随反应时间的影响58-59
• 4.1.7 产物分析59-60
• 4.2 等离子体处理甲苯的实验研究60-65
• 4.2.1 输入功率对甲苯去除率的影响60-61
• 4.2.2 产物随反应时间的影响61-63
• 4.2.3 产物分析63-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 等离子体技术处理有机废气实际工程案例分析66-79
• 5.1 项目概况66-67
• 5.1.1 企业概况66
• 5.1.2 排放特点分析66
• 5.1.3 主要废气种类66-67
• 5.1.4 目前处理措施67
• 5.2.有机废气处理技术的确定67-69
• 5.2.1 传统废气处理方法比较67-68
• 5.2.2 直流电弧等离子体技术确定68-69
• 5.3 电弧等离子体电弧放电机理69
• 5.4 综合治理工艺69-77
• 5.4.1 废气治理设计思路69-70
• 5.4.2 废气处理方案70-71
• 5.4.3 主要设备71-74
• 5.4.4 二箱蓄热式等离子体反应器74-77
• 5.5 运行结果77-78
• 5.5.1 污染物监测数据77
• 5.5.2 处理效果及工程运行费用77-78
• 5.6 结论78
• 5.7 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 主要结论79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-84
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况84-85
• 致谢85

【参考文献】

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