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低温等离子体在废气处理中的应用

2021-04-25李洋辉蒋应海陈潮军浙江龙盛集团股份有限公司浙江绍兴312300

化工管理 2021年10期
关键词:异味等离子等离子体

李洋辉,蒋应海,陈潮军(浙江龙盛集团股份有限公司,浙江 绍兴 312300)

0 引言

低温等离子可以应用于自由基、高能电子、废气污染物处理中,整个处理流程简单,且效率质量高。与常规污染处理技术相比,低温等离子体技术应用广泛,可以击碎污染物内的大分子团,打断长分子链,形成短分子物质,毒害性极低,可以有效分解污染物。通过低温等离子技术,可以去除多种毒害有机物,例如:二硫化碳、三甲胺、硫化氢铵等;同时可以分解毒害物质,包括醇类、羟基化合物、脂肪酸等,因此被广泛应用到低浓度有机废气治理中,取得良好效果。

1 废物异味恶臭常用处理技术

当前,处理废物异味恶臭的技术较多,包括吸收法、吸附法、光催化法、氧化法、生物法、燃烧法。吸收法无法净化异味,且吸收剂使用量大,极易产生二次污染与危害;吸附法吸附操作投资成本高,且无法再生,并且对异味气体处理技术要求高;生物处理法占用面积较大,需要频繁更换填料,无法对脱臭过程进行控制,在运行期间,极易产生安全隐患,也无法处理疏水性、难降解物等问题。低温等离子体适用范围广,具备较高净化率,可以处理多种恶臭、异味气体,在处理过程中,相比其他处理技术投资成本较为低廉。

2 低温等离子体处理技术

低温等离子为物质第四态,和气态、固态、液态均不同。低温等离子降解污染物需要借助高能电子、自由基实现,能够在短时间内分解污染物,并且利用后续反应,全面降解污染物。在外加电场作用下,等离子体法利用介质放电,可以产生有机污染物分子、活化粒子,从而产生化学反应,促使污染物分子分解为水和二氧化碳,以此起到降解与处理的效果。等离子体具备高化学活性电子、离子、中性粒子,在聚集态内的总正负电荷数相等。当前,在处理气态污染物时,主要采用介质阻挡放电、电晕放电。在采用低温等离子体处理技术时,首先,应当优选废气吸收溶剂,借助统喷淋系统进行预处理,对于不同工段废气进行混合,确保废气介质混合均匀后,再进入低温等离子反应器。

2.1 技术机理

利用介质阻挡能够实现放电,是低温等离子在高气压下的放电模式。在碰撞期间,可以促进能量转化,将其转变为污染物分子内能,在获取能量时,分子会产生离析反应。由于受到高能电子作用,空气内氧气产生新生态氢、臭氧,活性基团碰撞后,极易产生物理反应、化学反应,反应过程复杂。利用低温等离子活性基团,多数高化学活性粒子存储于低温等离子内。对于高化学活性粒子,涉及到活性基、电子、离子,之后转化为二氧化碳和水,有效净化废气。在电场电子内获取能量,在激发反应中,能够将能量转移至污染物,当污染物分子获取能量后,电离分子可以形成基团,具备活性功能。活性基团接触氧气后,可以产生稳定产物。同时,高能电子可以获取高亲和力的物质,从而形成负离子,具备良好化学活性,能够在化学反应中发挥作用。

2.2 低温等离子体技术特点

在处理废气时,应用低温等离子技术,可以降低能源消耗,可以有效处理废气,无需冲洗发生管。在异味气体处理时,低温等离子技术作用显著,且处理效果良好,整体处理成本低廉,能够确保整体运行稳定性。技术人员操作时,无需其他设备和技术辅助,能够直接应用操作。低温等离子技术可以应用到光感材料、皮革加工、污水处理、石油化工领域[1-2],技术应用效果显著。

在处理废气时,应用低温等离子体技术,具备如下应用优势[3-4]:第一,低温等离子体技术通过介质阻挡放电产物,可以产生较大能量,有效作用到任何废气污染物中,污染物分解效果显著。第二,采用低温等离子体技术处理污染气体,可将其分解为无害气体和固体。处理之后,气体不会污染自然环境,满足环保部门的要求。第三,低温等离子体具备较高处理效率,在极短接触时间内,可以分解废气污染物,满足现代废气处理需求。第四,低温等离子体技术持续发展,开始应用于现代化设备,可以实现远程化控制优势。简化人工操作,降低人力成本。低温等离子体技术设备在应用材料选择方面,应选择高性能低分子材料,以便有效延长设备运行寿命。

低温等离子体技术也存在不足,具体如下:首先,设备投资比较高,并且对于设备部件的制造精度、构造设计以及严密性要求比较高。其次,填充材料直径为3 mm,电场强度为4 kV/cm。由于产生火花和击穿问题,无法彻底分解对苯有机物。再者,产生有害产物,极易导致二次污染。最后,容易出现火花放电,加大电能消耗,还会对放电性能造成影响。采用此种工艺处理易燃易爆废气时,还会出现安全隐患。

3 低温等离子体技术诊断方法

等离子体诊断具有重要作用,能够有效作用于特定等离子参数中,同时可以掌握多种作用机理,对等离子体工艺进行优化。现介绍三种低温等离子体技术诊断方法。

3.1 质谱法

质谱法通过电场、磁场,按照质荷比分离和检测运动离子,包括重排离子、碎片离子、同位素离子、分子离子等。现阶段,我国多数生产厂家都研制出四级质谱计,然而却无法分析等离子体。

3.2 光谱法

光谱法包含原子法、分子法。在等离子体存在大量激发态粒子,部分光子利用激发态粒子实现发射。探测光子光谱,可以准确判断等离子体物质种类与状态。光谱法是在物质与辐射作用时,能够对物质内部量子能级跃迁进行测量,分析跃迁过程的吸收、发射、散射辐射强度及波长。

3.3 探针法

通过探针法能够对半导体电阻率进行测量。探针法可以有效测量电阻率,无需校准处理。在应用其他方式测量电阻率时,需要联合探针法校准。在等离子体内加入金属探针,能够对探针电压、电流进行分析,同时实现测量,掌握等离子体密度、电子温度、能量分布等信息。按照不同工作环境与目的,探针应用类型也不同,例如:双探针、单探针、发射探针等。

当前,关于探针的理论研究与实践非常多,与其他诊断方法相比,探针法便于操作实施,因此成为常规的等离子体诊断方法。在研究等离子体时,也将探针诊断法作为常用方法。我国学者深入研究探针法诊断射频等离子体的相关问题,在诊断此种射频等离子体时,应当消除射频干扰。此外,通过加热探技术,可以避免薄膜沉积期间,等离子体诊断难度大等问题。

4 低温等离子体在废气处理中的应用

4.1 项目概况

A企业废气多产生于调节池、氧池工艺段散发出的异味气体。污染因素包含有机酸、甲硫醇、甲硫脒、亚硫酸等。有机废气量高达每小时4 000 m3,如表1所示。

表1 A企业废气产生量

4.2 废气处理工艺流程

通过与其他废气处理方法相比较,按照废气污染物特性、联合工程投资、处理效果综合考虑,该企业拟采用低温等离子体对废气进行氧化裂解处理。在处理废气时,首先使用溶剂吸收,通过预处理系统处理,确保气体进入到气体分配器中,之后进入到低温等离子体反应器处理。

5 低温等离子体应用发展方向

低温等离子体技术过程较为复杂,技术应用影响因素多,涉及到工业应用水平、设备质量技术水平和设备材质水平,因此必须深入研究应用指导方案。注重低温等离子技术成果推广,建立统一化标准化应用体系。在工业废气处理中,为了全面应用低温等离子体技术,必须基于资金成本、能源消耗、分解速率等方面入手,添加适量催化剂和材料,以此改善能源消耗反应速率等问题。在应用低温等离子体技术时,必须确保技术选择的可行性、合理性、安全性和科学性。

对于大流量金属冶炼、喷雾干燥等工业领域,也可以应用低温等离子体技术治理废气的污染。

6 结语

综上所述,传统异味气体处理技术,无法有效净化气体污染因子,需要推广应用新型处理技术—低温等离子体技术。合理应用低温等离子体技术,可以高效处理异味废气,全面提升废气处理效果。目前,我国在低温等离子体技术应用方面获得了一些成果。由于该项技术应用广泛,使用价值非常高,能够有效处理气体污染物,值得进行推广。

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