專利名稱：一種低溫等離子體反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種處理?yè)]發(fā)性有機(jī)污染物的低溫等離子反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車數(shù)量急劇上升，加油站和地下儲(chǔ)油罐遍布各地，且數(shù)量與日俱增。但是由于設(shè)計(jì)管理不善，這些儲(chǔ)油罐在埋設(shè)時(shí)，多數(shù)未充分考慮罐體的強(qiáng)度及相應(yīng)的滲漏防護(hù)措施，一旦泄露，將對(duì)周邊土壤、地下水造成嚴(yán)重污染。尤其是隨著儲(chǔ)油罐體的老化，這一問(wèn)題將更加突出。為此，石油以及化工行業(yè)對(duì)土壤的污染，尤其是其中大量揮發(fā)性有機(jī)污染物對(duì)土壤的污染，在我國(guó)以越來(lái)越引起人們的重視。揮發(fā)性有機(jī)污染物是沸點(diǎn)在50_260°C之間的各種有機(jī)化合物。按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步分為燒類(如三氯甲烷)、芳烴類(如苯、甲苯)、烯類(如三氯乙烯)、鹵烴類、酯類(如二異氰酸甲苯脂)、醛類(如甲醛)、酮類(如丙酮)等。它的特點(diǎn)是種類多、成份復(fù)雜、長(zhǎng)期低劑量釋放、對(duì)人體危害大。土壤中的揮發(fā)性有機(jī)污染物作為一類特殊的土壤污染物，有其不同于其他污染物的污染特性，并因其成分復(fù)雜和危害性，被列為環(huán)境中潛在危險(xiǎn)性大、應(yīng)優(yōu)先控制的毒害性污染物。因此，對(duì)受揮發(fā)性有機(jī)污染物污染的土壤必須進(jìn)行妥當(dāng)處置，以保證生物及其環(huán)境的安全。目前，對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)污染物的修復(fù)技術(shù)主要有，焚燒技術(shù)、光降解技術(shù)、土壤淋洗技術(shù)、土壤氣相抽提技術(shù)等，但焚燒技術(shù)徹底破壞土壤的性質(zhì)，光降解技術(shù)速度慢且處理不徹底，土壤淋洗技術(shù)和氣相抽提技術(shù)會(huì)給環(huán)境造成二次污染，且成本較高。中國(guó)專利公開(kāi)文件CN101530858A公開(kāi)了一種土壤污染熱脫附修復(fù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將污染土壤與熱空氣同時(shí)送入熱提轉(zhuǎn)爐中充分接觸，將揮發(fā)性/半揮發(fā)性污染物從土壤中分離出來(lái)，在通過(guò)引風(fēng)機(jī)送入除塵塔和堿液吸收塔中處理。但這種處理方法有一定的局限性，容易造成二次污染，而且這種處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資較大，處理成本較高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種低溫等離子體反應(yīng)器，以解決現(xiàn)有技術(shù)采用堿液吸收塔處理?yè)]發(fā)性有機(jī)污染物易造成二次污染的問(wèn)題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種低溫等離子體反應(yīng)器，包括內(nèi)設(shè)有低溫等離子體發(fā)生器的箱體，箱體內(nèi)通過(guò)開(kāi)設(shè)于相對(duì)兩側(cè)壁上的進(jìn)出風(fēng)口設(shè)有供揮發(fā)性有機(jī)污染物通過(guò)的氣流通道，所述的低溫等離子體發(fā)生器包括分設(shè)于氣流通道兩側(cè)的高壓放電電極，兩高壓放電電極通過(guò)穿設(shè)于箱體壁上的極柱連接高壓脈沖變頻電源。所述氣流通道的進(jìn)風(fēng)口設(shè)于箱體頂部，其出風(fēng)口相對(duì)設(shè)于箱體底部，所述的兩高壓放電電極上分別對(duì)應(yīng)連接的極柱分設(shè)于箱體頂部進(jìn)風(fēng)口的相對(duì)兩側(cè)，兩高壓放電電極的上部分別朝氣流通道方向相對(duì)延伸并于相互靠近處沿氣流走向彎折向下延伸并同時(shí)相互遠(yuǎn)離，在兩高壓放電電極的末端相對(duì)設(shè)有半橢圓弧結(jié)構(gòu)，兩半橢圓弧結(jié)構(gòu)所處平面與所述氣流通道垂直。[0009]所述的箱體由ー個(gè)上端開(kāi)ロ、下端封閉的桶狀外殼及設(shè)于桶狀外殼頂部的蓋板組成，所述的進(jìn)風(fēng)ロ與出風(fēng)ロ分設(shè)于所述蓋板及桶狀外殼的中心。所述的高壓放電電極采用圓柱形不銹鋼材料彎制而成。本實(shí)用新型的低溫等離子體反應(yīng)器利用在氣流通道兩側(cè)設(shè)置的高壓放電電極使得由兩高壓放電電極組成的低溫等離子體通道與通過(guò)揮發(fā)性有機(jī)污染物的氣流通道重合，從而使得由低溫等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的活性粒子與揮發(fā)性有機(jī)污染物充分接觸反應(yīng)，同時(shí)，利用高壓放電電極放電產(chǎn)生的紫外線、高壓激波、臭氧、高能電子等共同作用于被處理的揮發(fā)性有機(jī)污染物，使揮發(fā)性有機(jī)污染物迅速降解，該低溫等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，能夠有效迅速的分解揮發(fā)性有機(jī)污染物，處理干凈徹底，操作非常方便。

圖I為本實(shí)用新型低溫等離子體反應(yīng)器具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為土壤處理系統(tǒng)的流程圖。圖中箭頭所示為氣流走向。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的低溫等離子體反應(yīng)器的具體實(shí)施例如圖I所示，該低溫等離子體發(fā)生器包括內(nèi)設(shè)有低溫等離子體發(fā)生器的箱體，該箱體整體由絕緣材料制成，本實(shí)施例中，為了便于對(duì)箱體內(nèi)的高壓放電電極進(jìn)行維護(hù)，該低溫等離子體反應(yīng)器8的箱體具有ー個(gè)上端開(kāi)ロ、下端封閉的桶狀外殼16及設(shè)于桶狀外殼16頂部的蓋板17,其桶狀外殼16由陶瓷絕緣材料制成，蓋板17由聚四氟こ烯材料制成，箱體頂部蓋板17上設(shè)有進(jìn)風(fēng)ロ 9，在桶狀外殼16底部相對(duì)設(shè)有出風(fēng)ロ 10，從而在低溫等離子體反應(yīng)器內(nèi)形成氣流通道。在該低溫等離子體反應(yīng)器中于其頂部的蓋板17上設(shè)有低溫等離子體發(fā)生器，該低溫等離子體發(fā)生器包括相對(duì)設(shè)于進(jìn)風(fēng)ロ 9兩側(cè)的高壓放電電極12、13，兩高壓放電電極12、13均由直徑為2 5mm的圓柱形不銹鋼材料彎制而成，井分別通過(guò)穿設(shè)在蓋板17上的極柱連接高壓脈沖變頻電源。該兩高壓放電電極12、13的上部分別由對(duì)應(yīng)極柱朝氣流通道方向延伸并于相互靠近處彎折向下、向外延伸，在兩高壓放電電極12、13相互遠(yuǎn)離的末端相對(duì)設(shè)有半橢圓弧結(jié)構(gòu),兩半橢圓弧結(jié)構(gòu)所處平面與氣流通道垂直，從而在兩高壓放電電極12、13之間形成與氣流通道重合的等離子體通道。在具體使用中，將低溫等離子體反應(yīng)器連接在土壤處理系統(tǒng)中，如圖2所示，該低溫等離子體反應(yīng)器8的進(jìn)風(fēng)ロ 9通過(guò)管道連接在土壌床3的熱風(fēng)出ロ 33上。其中，土壌床3包括ー個(gè)空心罐體，在其罐體的頂部設(shè)有土壤進(jìn)ロ 4，在罐體的底部設(shè)有土壌出口 5，從而在土壤床3內(nèi)于土壤進(jìn)ロ 4和土壤出ロ 5之間形成土壤通道，在罐體相対的兩側(cè)壁上對(duì)應(yīng)設(shè)有熱風(fēng)進(jìn)ロ 32和熱風(fēng)出口 33，從而在熱風(fēng)進(jìn)ロ 32與熱風(fēng)出口 33之間形成熱風(fēng)通道，該熱風(fēng)通道與土壌通道在罐體內(nèi)相交連通，使熱風(fēng)通道穿過(guò)土壤通道。為增強(qiáng)熱風(fēng)與土壌的接觸率，以提高土壌表面吸附的揮發(fā)性有機(jī)污染物的脫附效率，本實(shí)用新型在土壌床3的罐體內(nèi)于土壤通道中上下間隔布設(shè)有兩層以上的格柵填料31，被污染土壌由土壤進(jìn)ロ 4送 入土壤床3的罐體內(nèi)，利用自重依次通過(guò)各層格柵填料31由罐體底部的土壤出ロ 5流出。熱風(fēng)進(jìn)ロ 32通過(guò)管道連接用于生產(chǎn)熱風(fēng)的熱源裝置，該熱源裝置包括熱風(fēng)爐I和熱風(fēng)機(jī)2，熱風(fēng)爐I可以采用燃油爐、燃煤爐或者燃生物質(zhì)爐用于加熱空氣，熱風(fēng)爐I的出ロ通過(guò)管道與熱風(fēng)機(jī)2的進(jìn)ロ連接，熱風(fēng)機(jī)2的出口與土壤床3的熱風(fēng)進(jìn)ロ 32連接，將熱風(fēng)爐I產(chǎn)生的熱空氣送入土壤床3中形成熱風(fēng)。為防止從土壤床3中出來(lái)的由熱風(fēng)和揮發(fā)性有機(jī)污染物組成的混合氣體夾帶有土壤微粒，本實(shí)施例中，在土壌床3的熱風(fēng)出ロ 33與低溫等離子體反應(yīng)器8進(jìn)風(fēng)ロ 9連接的管道中還串接有過(guò)濾器6。另外，由于揮發(fā)性有機(jī)污染物屬于易燃?xì)怏w，為防止被熱風(fēng)加熱后的揮發(fā)性有機(jī)污染物燃燒，本實(shí)施例中，其還在過(guò)濾器6與低溫等離子體反應(yīng)器8進(jìn)風(fēng)ロ 9連接的管道中還串接有阻燃器7。使用時(shí)，通過(guò)熱風(fēng)爐I將空氣加熱，加熱的溫度隨土壤中吸附的揮發(fā)性有機(jī)污染 物的成分在6(T260°C之間調(diào)整，然后通過(guò)熱風(fēng)機(jī)2將熱空氣送入土壤床3中與流過(guò)格柵填料31的土壌充分接觸，將吸附在土壌表面的揮發(fā)性有機(jī)污染物釋出，揮發(fā)性有機(jī)污染物脫附后在熱風(fēng)帶動(dòng)下依次經(jīng)過(guò)濾器6去除雜質(zhì)以及阻燃器7后經(jīng)低溫等離子體反應(yīng)器8的進(jìn)風(fēng)ロ 9進(jìn)入到低溫等離子體反應(yīng)器8的空心箱體16內(nèi)，由高壓脈沖變頻電源釋放出電壓為25 100kV、頻率為25(Tl000Hz的高壓脈沖電壓，從而在兩高壓脈沖放電電極12、13的上部相互靠近處產(chǎn)生電弧生成放電等離子體，在放電過(guò)程中，兩高壓放電電極12、13之間產(chǎn)生的電弧在氣體通道內(nèi)的氣流作用下沿等離子體通道向下移動(dòng)形成滑動(dòng)電弧放電，隨著電極間距的増大，電弧的面積逐漸増大，在兩高壓放電電極12、13底部的兩半橢圓弧結(jié)構(gòu)處達(dá)到最大值，從而在常壓下獲得· 0Η、O及HO2 ·等活性粒子，由于等離子體通道與氣流通道重合，因此由電弧放電產(chǎn)生的· 0Η、O及HO2 ·等活性粒子以及放電過(guò)程中同時(shí)生成的紫外線、高壓激波、臭氧及高能電子能夠充分與揮發(fā)性有機(jī)污染物融合反應(yīng)，活性粒子與紫外線、高壓激波、臭氧、高能電子同時(shí)作用在揮發(fā)性有機(jī)污染物上，使揮發(fā)性有機(jī)污染物開(kāi)環(huán)、斷鍵等成為低分子的有機(jī)脂肪酸，直至降解轉(zhuǎn)化為具有一定熱量的由ニ氧化碳和水蒸氣組成的尾氣從出風(fēng)ロ 10排出。另外，由于兩高壓放電電極12、13采用不銹鋼材料制成，因此在放電過(guò)程中，不銹鋼材料中的鐵及其鐵離子能夠?qū)]發(fā)性有機(jī)污染物的降解起到催化作用，加速揮發(fā)性有機(jī)污染物的降解速度，提高低溫等離子體的處理效率。在低溫等離子體反應(yīng)器8的出風(fēng)ロ 10設(shè)有兩條支路，其中一體支路與外界大氣直接連通，將降解揮發(fā)性有機(jī)污染物后產(chǎn)生的ニ氧化碳、水蒸氣等尾氣直接排入大氣，另一條支路通過(guò)回流管道11與熱風(fēng)機(jī)2的進(jìn)ロ連接，使一部具有一定熱量的尾氣通過(guò)回流管道11與熱風(fēng)爐I生產(chǎn)的熱空氣一起被熱風(fēng)機(jī)2送入土壌床3中循環(huán)使用，由于尾氣具有熱量，因此尾氣循環(huán)利用可以達(dá)到節(jié)省能耗的目的。本實(shí)用新型采用內(nèi)設(shè)格柵填料的土壤床實(shí)行被污染的土壤的連續(xù)處理，土壤床采用固定床多級(jí)床層，使土壤在經(jīng)過(guò)格柵填料時(shí)能夠與熱風(fēng)充分接觸，揮發(fā)性有機(jī)污染物的去除無(wú)選擇性，揮發(fā)性有機(jī)污染物的脫附效果好；各級(jí)床層中采用適用于負(fù)荷大、壓降小、介質(zhì)較重、有固體顆粒的場(chǎng)合的格柵填料，這種填料具有高空隙率，使得被污染土壌在土壌床內(nèi)的停留時(shí)間短，提高了被污染土壌的處理速度；揮發(fā)性有機(jī)污染物的降解采用低溫等離子體技木，利用低溫等離子體與揮發(fā)性有機(jī)污染物反應(yīng)，揮發(fā)性有機(jī)污染物分解較為徹底，不會(huì)造成二次污染；低溫等離子體反應(yīng)器中采用的高壓放電電極與以前的低溫等離子體技術(shù)相比，放電等離子體通道面積增加了 3 4倍，而且其脈沖電壓在25 100kV、頻率在25(T1000HZ的之間可調(diào)，使得這種低溫等離子體發(fā)生器的功率僅為8 25W，其功率與現(xiàn)有技術(shù)相比降低了 4飛倍，極大的降低了能耗，充分體現(xiàn)了節(jié)能降耗的效果。本實(shí)用新型中的低溫等離子體反應(yīng)器采用不銹鋼材料制作電極，其在放電過(guò)程中，電極中的鐵元素及其離子對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的分解還能夠起到較強(qiáng)的催化作用，提高揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理速度。本實(shí)用新型的處理土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理裝置中，其在土壌床3的熱風(fēng)進(jìn)ロ 32處以及在過(guò)濾器6上還分別安裝有用于測(cè)溫的熱電偶a ;在熱風(fēng)機(jī)2出口與土壤床3熱風(fēng)進(jìn)ロ 32連接的管道中以及在土壌床3的罐體上分別安裝有用于測(cè)試壓カ的壓カ計(jì)b ;同時(shí)，在低溫等離子體反應(yīng)器8的進(jìn)風(fēng)ロ 9處還設(shè)有用于測(cè)量氣體流量的流量計(jì)c ;在熱風(fēng)機(jī)2出口與土壤床3熱風(fēng)進(jìn)ロ 32連接的管道中、土壤床3的熱風(fēng)出口 33與過(guò)濾器6連接的管道中以及在低溫等離子體出風(fēng)ロ 10側(cè)分別設(shè)置有用于實(shí)時(shí)檢測(cè)污染物濃度的測(cè)量ロ山利用熱電偶a、壓カ計(jì)b、流量計(jì)c及污染物濃度測(cè)量ロ d在處理裝置的運(yùn)行過(guò)程中對(duì)熱風(fēng)及揮發(fā)性有機(jī)污染物的溫度、壓力、氣體流量和污染物的濃度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，保證出口氣體處理效果，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。本實(shí)用新型的土壤處理裝置可采用間隙式和連續(xù)式兩種方式運(yùn)行，其中，對(duì)于污 染土壤量較小的土地，可采用間歇式的方式運(yùn)行，即處理時(shí)，土壌床中的土壌用熱風(fēng)脫附完成后先清空土壌床在更換新的土壌，然后再進(jìn)行下一次的脫附處理；而對(duì)于污染土壤量較大的土地，可采用連續(xù)式的方式運(yùn)行即土壌床中利用土壤進(jìn)口和土壌出口使土壤處于流動(dòng)狀態(tài)，新的被污染土壤不間斷的從土壤進(jìn)ロ加入到土壌床內(nèi)，脫附處理后的清潔土壤由土壤床底部的土壤出ロ流出，此時(shí)可提高土壤的處理速度和處理效率。
權(quán)利要求1.一種低溫等離子體反應(yīng)器，其特征在于，包括內(nèi)設(shè)有低溫等離子體發(fā)生器的箱體，箱體內(nèi)通過(guò)開(kāi)設(shè)于相對(duì)兩側(cè)壁上的進(jìn)出風(fēng)口設(shè)有供揮發(fā)性有機(jī)污染物通過(guò)的氣流通道，所述的低溫等離子體發(fā)生器包括分設(shè)于氣流通道兩側(cè)的高壓放電電極，兩高壓放電電極通過(guò)穿設(shè)于箱體壁上的極柱連接高壓脈沖變頻電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫等離子體反應(yīng)器，其特征在于，所述氣流通道的進(jìn)風(fēng)口設(shè)于箱體頂部，其出風(fēng)口相對(duì)設(shè)于箱體底部，所述的兩高壓放電電極上分別對(duì)應(yīng)連接的極柱分設(shè)于箱體頂部進(jìn)風(fēng)口的相對(duì)兩側(cè)，兩高壓放電電極的上部分別朝氣流通道方向相對(duì)延伸并于相互靠近處沿氣流走向彎折向下延伸并同時(shí)相互遠(yuǎn)離，在兩高壓放電電極的末端相對(duì)設(shè)有半橢圓弧結(jié)構(gòu)，兩半橢圓弧結(jié)構(gòu)所處平面與所述氣流通道垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫等離子體反應(yīng)器，其特征在于，所述的箱體由一個(gè)上端開(kāi)口、下端封閉的桶狀外殼及設(shè)于桶狀外殼頂部的蓋板組成，所述的進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口分設(shè)于所述蓋板及桶狀外殼的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的低溫等離子體反應(yīng)器，其特征在于，所述的高壓放電電極采用圓柱形不銹鋼材料彎制而成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低溫等離子體反應(yīng)器，其在內(nèi)設(shè)有低溫等離子體發(fā)生器的箱體設(shè)有供揮發(fā)性有機(jī)污染物通過(guò)的氣流通道，低溫等離子體發(fā)生器包括分設(shè)于氣流通道兩側(cè)的高壓放電電極，兩高壓放電電極上連接有高壓脈沖變頻電源。本實(shí)用新型的低溫等離子體反應(yīng)器由兩高壓放電電極組成的低溫等離子體通道與通過(guò)揮發(fā)性有機(jī)污染物的氣流通道重合，從而使得由低溫等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的活性粒子及放電過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生的紫外線、高壓激波、臭氧、高能電子與揮發(fā)性有機(jī)污染物充分接觸反應(yīng)，使揮發(fā)性有機(jī)污染物迅速降解，該低溫等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，能夠有效迅速的分解揮發(fā)性有機(jī)污染物，處理干凈徹底，操作非常方便。
文檔編號(hào)B09C1/06GK202398268SQ20122000121
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者劉亞納, 司岸恒, 周鳴, 徐航, 朱青菊, 李保元, 李梅, 湯紅妍, 王輝 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)