專利名稱：一種從氣流中去除含氟、氯、硫或氮的有害氣體的方法
技術領域：
本發明是用于除去各種氣流中含有的氟、氯、硫或氮的氣態有害物的凈化方法技術領域。
各種有害廢氣產生于各種生產過程，如化工、制藥等。大量的揮發性有機物排放是引起大氣光化學霧原因之一，在一定條件下會生成更加有害的物質如二惡英等。其危害日益為各國政府的重視。因此尋求高效而經濟的治理技術是控制其排放的主要任務之一。
一般地，目前處理有害廢氣的主要手段有催化燃燒法和吸附法。但催化燃燒對運行條件要求較高，一般要求在200℃以上運行，投資和運轉費用高，特別對化學結構較穩定的物質需要更高的溫度才能分解，且對其中含有的含氟、氯、硫或氮有害物的有害廢氣經燃燒后會產生NOx、HCl和HF等有害氣體。吸附法對低濃度的有害廢氣脫除效率高，但因吸附劑容量有限，因而設備體積龐大，且需二次處理。
由脈沖放電或無聲放電等產生的非平衡等離子體技術作為一種新型的廢氣治理技術，近來來得到各國研究者的廣泛研究。其基本原理是利用電暈放電產生大量高能電子和活性自由基。這些高能電子和活性自由基與有害分子反應并使其離解氧化，最終轉化為無害物。本發明者曾報導了采用各種放電反應器對各種有害廢氣去除實驗結果，黃立維等、《環境污染與防治》，20(1)4—7，1998；黃立維等、《電工電新技術》、17(1)61—63.1998。但由于非平衡等離子體化學反應難于控制，特別在處理含氟、氯、硫或氮的有害物時易產生的有害物質如光氣等。盡管有日本專利公開公開號特開平10-23518采用兩段式，即先經非平衡等離子反應器分解，然后再由吸附劑吸附有害產物。但該法未能真正解決防止二次有害物產生。
本發明的目的是設計和提供了一種非平衡等離子體化學反應吸收器的方法，使含氟、氯、硫或氮的氣態有害物質在非平衡等離子技術反應器內分解的同時，除去從有害物中離解出來的氟、氯、硫或氮，從而達到氣體凈化的目的。
本發明的技術內容為一種用于凈化含氟、氯、硫或氮的有害氣體方法，其特征是由電暈放電和固體吸收劑聯合的反應吸收器組成，其中在電暈放電所需的兩電極之間的一電極表面部分或全部覆蓋有多孔性吸收材料，使被處理有害氣體通過由吸收材料表面和另一放電電極組成的空間，使廢氣中的有害物質在電暈放電產生的非平衡等離子提作用下被分解，在分解的同時，從有害物質中離解出來的氟、氯、硫或氮被裝在反應器內的固體吸收劑吸收，從而達到氣體凈化的目的。
本發明所采用的電暈放電反應吸收器的結構形式可以是線一筒、線一板式和針一板式。電極材料包括普通導電材料，兩電極的距離一般為0.5-100mm。
本發明所采用電暈放電的供電方式包括交流和脈沖，其中交流供電的電壓為2K-100KV，頻率為20-100KHz，脈沖供電的電壓為±2K-±100KV，脈沖重復頻率為20-2KHz。
本發明所采用的電暈放電反應吸收器內作為固體吸收劑材料可以是鈣、鎂或鋅的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽及其混合物。其中以氫氧化物和氧化物為佳。三種金屬的吸收劑性能在氣體溫度小于100℃的去除效果相當，除鋅不適合去除含氮的有害物質。另也可以在吸收劑中添加一定量的一元或多元的金屬如如釩、鈦、錳、鉻、銅、鎳或鐵的氧化物作為輔助劑以加強反應，這些輔助劑的性能大體相當，含量一般為0.5-10％，當反應溫度在80-100℃時對去除率平均有約10％的提高。
吸收劑的載體材料可以是氧化鋁。固體吸收劑與電極的結合方式可以是直接涂裝成型和預先成型后組裝，徑向吸收劑高度一般為1-50mm。
裝置可以由上述的反應吸收器多個并聯或串聯組成交替工作。
本發明的優點是本發明采用電暈放電和固體吸收同時同場的方式，使含氟、氯、硫或氮的多種有害氣體在電暈放電作用下被分解氧化，在分解的同時，使有害物質含有的氟、氯、硫或氮被裝在反應器中的固體吸收劑吸收，從而引導非平衡等離子體化學反應朝著無害方向進行，提高反應效率，進而提高了能源利用效率。同時在電暈放電作用下，固體吸收劑對氟、氯、硫或氮吸收反應過程也得到增強，最后使反應進行完全，實現凈化目的。
下面對空氣中含有的300ppm的二氯甲烷在線一筒式電暈放電反應器如圖1分解后的產物用付立葉變換紅外光分光光度計進行分析，實驗條件與下面的實施例1相同，在空氣中。圖2中所示圖2a為分解前的二氯甲烷光譜圖；圖2b為沒有吸收劑的電暈反應器的分解后的光譜圖；圖2c為有吸收劑的電暈反應器的分解后的光譜圖。通過比較可以發現沒有吸收劑時經電暈分解后有許多副產物，如光氣等產生；而有吸收劑存在時除了未分解的二氯甲烷外幾乎沒有毒副產物產生，表明本發明能有效地抑制二次有害物的產生。在對反應后的固體吸收劑進行分析發現有氯化鈣的生成，表明二氯甲烷中的氯已被吸收去除。在對其他有害物如下面的實施例的四氯甲烷、三氟化氮和甲硫醇的分解實驗中同樣發現有害物中的氯、氟和硫被吸收劑有效地吸收去除。把本發明方法與沒有固體吸收劑時的放電分解反應以及先進行放電分解而后用吸收劑吸收的實驗結果相比，有害物質的去除率約提高20-30％。


圖1線一筒式電暈放電吸收反應器結構示意圖；圖2a二氯甲烷分解前后付立葉變換紅外光分光光譜圖；
圖2b沒有吸收劑分解后光譜圖；圖2c有吸收劑分解后光譜圖。
下面結合

對本發明的實施例作進一步描述實施例1，實驗裝置采用圖1所示的單筒線一筒式電暈放電吸收反應器。其部件標號為1進氣口、2電暈電極引出線接電源端、3絕緣子、4連接法蘭、5電暈線電極、6筒體兼作電極、7多孔吸收材料、8連接法蘭、9排氣口，筒內徑為26mm。多孔吸收材料的厚度沒有特殊要求，根據反應器的大小而定，一般為1-50mm厚，在本實驗中，筒內壁的吸收層厚度約為1.5mm，電暈電極采用0.5mm不銹鋼絲、有效放電長度為250mm。電源為旋轉火花隙開關型正脈沖電源。
實驗條件為電源參數脈沖電壓20KV、脈沖頻率60Hz、功率15W氣體流量1000ml/min空氣或氮氣氣體溫度30℃有害氣體為二氯甲烷，吸收劑由氫氧化鈣的漿液直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型。
實驗結果如表1所示表1

實施例2，吸收劑由氫氧化鈣95％和二氧化錳5％組成的漿液，直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型，吸收層厚度在1.5mm。氣體溫度為80℃，其他條件如實驗結果如表2所示表2

實施例3，吸收劑由碳酸鈣組成的漿液，直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型，吸收層厚度在1.5mm。氣體溫度為30℃，其他條件如實施例1。
實驗結果如表3所示表3

實施例4，吸收劑由碳酸鈣95％和二氧化錳5％組成的漿液，直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型，吸收層厚度在1.5mm。氣體溫度為80℃，其他條件如實施例1。
實驗結果如表4所示意表4

實施例5，吸收劑由氧化鋅組成的漿液，直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型，吸收層厚度在1.5mm。氣體溫度為30℃，有害氣體為四氯甲200ppm，其他條件如實施例1。
實驗結果如表5所示意表5

實施例6，吸收劑由氧化鋅97％和氧化鐵3％組成的漿液，直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型，吸收層厚度在1.5mm。氣體溫度為80℃，其他條件如實施例5。
實驗結果如表6所示意表6

實施例7，吸收劑由氫氧化鎂50％和氫氧化鈣50％組成的漿液，直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型，吸收層厚度在1.5mm。氣體溫度為30℃，其他條件如實施例1。實驗結果如表7所示意表7

實施例8，吸收劑由氫氧化鎂40％和氫氧化鈣53％和氧化銅7％組成的漿液，直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型，吸收層厚度在1.5mm。氣體溫度為80℃，其他條件如實施例7。實驗結果如表8所示意表8

實施例9，實驗條件電源為旋轉火花隙開關型正脈沖電源，脈沖電壓20KV，脈沖頻率60Hz，功率15W。氣體流量為1000ml/min。有害氣體為甲硫醇50ppm。吸收劑由氫氧化鈣95％和二氧化錳5％組成的漿液，直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型，吸收層厚度在1.5mm。氣體溫度為80℃。實驗結果如表9所示意表9

實施例10，實驗條件為電源為交流電源，電壓20KV、頻率100Hz、功率20W、其他條件如實施例9 表10

權利要求
1.一種從氣流中去除含氟、氯、硫或氮的有害氣體的凈化方法，其特征是由電暈放電和固體吸收劑聯合的反應吸收器組成，其中在電暈放電所需的兩電極之間的一電極表面部分或全部覆蓋有多孔性吸收材料，使被處理有害氣體通過由吸收材料表面和另一放電電極組成的空間，氣流中的氣態有害物質在電暈放電產生的非平衡等離子體作用下被分解，在分解的同時，從有害物質中離解出來的氟、氯、硫或氮被裝在反應器內的固體吸收劑吸收，從而達到氣體凈化。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于有害氣體包括氣態氟化物、含氯有機物、含硫有機物或含氮有機物。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于電暈放電的供電方式包括交流和脈沖。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于作為固體吸收劑包括鈣、鎂或鋅的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽及其混合物。
5.根據權利要求1所述的方法。其特征在于固體吸收劑中添加重量含量0.5-10％的一元或多元的金屬如釩、鈦、錳、鉻、銅、鎳或鐵的氧化物作為輔助材料以加強反應。
全文摘要
一種由電暈放電和固體吸收劑聯合組成的化學反應吸收方法,用于從氣流中除去含氯、硫、氮和氟的各種有害廢氣。該方法的處理過程是把被處理氣體導入由電暈放電和固體吸收劑組成的反應吸收器,在電暈放電非平衡等離子體的作用下,使氣流中的有害氣體被分解氧化,在分解的同時,有害氣體中含有的氯、硫、氮和氟被裝在反應器內的固體吸收劑吸收,從而達到氣體凈化的目的。
文檔編號B01D53/44GK1328865SQ0112133
公開日2002年1月2日 申請日期2001年5月30日 優先權日2000年6月2日
發明者黃立維 申請人:黃立維