本發(fā)明涉及一種常溫常壓下vocs催化自持燃燒的低溫等離子體快速引燃技術(shù)，屬于含vocs廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，我國揮發(fā)性有機化合物(volatileorganiccompounds，簡稱vocs)的排放量逐年增加。vocs不僅直接危害人體健康，而且還會參與光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧和二次氣溶膠，導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、灰霾等一系列環(huán)境問題。然而，vocs污染尚未得到有效控制，其治理迫在眉睫。2010年國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于推進大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量指導(dǎo)意見》，首次將vocs作為防控重點污染物。隨后，又頒布了一系列重點行業(yè)vocs的排放標(biāo)準(zhǔn)和防治技術(shù)政策，進一步推進了vocs治理的發(fā)展。因此，開發(fā)出效果優(yōu)良、價格低廉、操作簡單的去除vocs的方法很有實際意義。
在眾多的vocs治理技術(shù)中，工程中較多采用的燃燒技術(shù)是較為有效和徹底的技術(shù)。目前，蓄熱式燃燒(rto)或蓄熱式催化燃燒(rco)技術(shù)已逐步替代傳統(tǒng)的直接燃燒或催化燃燒技術(shù)。常用的rto處理技術(shù)需采用液化氣、天然氣或者柴油等做為vocs廢氣處理設(shè)備的輔助加熱能源，使處理溫度達到有機污染物分解氧化所要求的溫度(800℃左右)，而且在工作中由于排氣溫度較高而需消耗大量的能源。此外，rto高溫反應(yīng)條件下生成的氮氧化物的二次污染問題也不容忽視。因此，人們開始將催化氧化技術(shù)和蓄熱技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)并應(yīng)用rco法對有機物進行分解處理，即通過催化劑的作用使廢氣處理溫度降到300～500℃，比rto可節(jié)約25％～40％的運行費用，并能同時抑制氮氧化合物的生成。然而，rco在啟動時仍然需要輔助加熱能源，系統(tǒng)每次正常運行前需要經(jīng)歷較長的啟動階段。
近幾年，由于等離子體引燃具有強烈的電子引發(fā)和熱化學(xué)過程的協(xié)同效應(yīng)，在常溫常壓下即可快速啟動，因此受到國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。氣體放電產(chǎn)生大量的電子、離子、自由基等活性基團，從而引發(fā)等離子體化學(xué)反應(yīng)；而放電區(qū)域背景溫度的升高不僅會誘導(dǎo)熱化學(xué)反應(yīng)還會影響等離子體的物理化學(xué)性質(zhì)。但是，單獨利用低溫等離子體處理vocs時其完全轉(zhuǎn)化率和能量利用率并不高，而且在反應(yīng)過程中會產(chǎn)生某些有害副產(chǎn)物，造成二次污染。將低溫等離子體技術(shù)與催化技術(shù)聯(lián)合使用能夠產(chǎn)生有利于vocs脫除的物理化學(xué)變化，并產(chǎn)生一系列協(xié)同作用，如提高電場強度、產(chǎn)生新活性物質(zhì)、降低活化能、改善催化劑性能等，從而提高二氧化碳選擇性、減少副產(chǎn)物生成，降低能耗。需要指出的是，將低溫等離子體技術(shù)聯(lián)合催化技術(shù)應(yīng)用于vocs自持燃燒的引燃技術(shù)還未見相關(guān)報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了提供一種常溫常壓引燃vocs催化自持燃燒的技術(shù)與方法，其核心在于采用低溫等離子體聯(lián)合催化劑引燃vocs催化自持燃燒，低溫等離子體和催化劑的協(xié)同作用使vocs在催化劑表面上降解并快速發(fā)展為自持燃燒。與rto和rco的引燃技術(shù)相比，本方法不需要輔助加熱能源，在常溫常壓下進行，工藝簡單，引燃迅速、有效，能耗低。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本發(fā)明提供的常溫常壓低溫等離子體引燃的vocs催化氧化方法是，在低溫等離子體反應(yīng)器中的放電區(qū)域放置催化劑，施加電壓后氣體放電產(chǎn)生低溫等離子體，反應(yīng)器中通入含一定濃度vocs的待處理廢氣，在低溫等離子體和催化劑的協(xié)同作用下vocs的降解反應(yīng)快速發(fā)展為自持燃燒，在反應(yīng)器內(nèi)vocs被徹底氧化成二氧化碳和水蒸汽后經(jīng)出口排出。然后，關(guān)閉電源，在不需要提供任何外界能量的條件下vocs催化自持燃燒即可一直維持下去。
如上所述的方法，低溫等離子體聯(lián)合催化劑對vocs的引燃過程不需要外界 輔助加熱能源，在常溫常壓下即可實現(xiàn)。
如上所述的方法，vocs自持燃燒是低溫等離子體聯(lián)合催化劑引發(fā)的，是在等離子體化學(xué)反應(yīng)和背景溫度升高誘導(dǎo)的熱化學(xué)反應(yīng)共同作用下使vocs在催化劑表面快速發(fā)展成的無焰自持燃燒現(xiàn)象。
如上所述的方法，低溫等離子體反應(yīng)器中的催化劑可以為體相顆粒催化劑、負載型催化劑、或整體式催化劑。
如上所述的方法，待處理廢氣中vocs的濃度為1000-10000mg/m3。
如上所述的方法，低溫等離子體反應(yīng)器形式可以為管線式、針板式、線板式或噴嘴對板式等類型。
如上所述的方法，施加電壓的電源頻率為工頻、中頻、高頻或射頻。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1)本發(fā)明提供的常溫常壓下vocs催化自持燃燒的低溫等離子體快速引燃方法，不需添加任何輔助燃料，避免了傳統(tǒng)引燃過程的復(fù)雜工藝，操作簡單、快捷，并有效節(jié)約了能源。
2)常溫常壓下vocs催化自持燃燒的低溫等離子體快速引燃方法是在低溫等離子體聯(lián)合催化的協(xié)同作用下進行的，引燃過程迅速、有效，引燃時間與傳統(tǒng)引燃方法相比大大縮短。
3)低溫等離子體聯(lián)合催化引燃vocs的過程在常溫常壓下進行，系統(tǒng)啟動容易，對于處理間歇排放的廢氣具有更大優(yōu)勢。
4)低溫等離子體反應(yīng)器內(nèi)一旦發(fā)生vocs自持燃燒現(xiàn)象即可關(guān)閉電源，在不需提供任何外界能量的條件下自持燃燒現(xiàn)象可以一直維持，可有效地降低運行成本。
附圖說明
圖1為vocs催化自持燃燒的低溫等離子體快速引燃流程圖。
具體實施方式
下面列舉實例，說明本發(fā)明常溫常壓下vocs催化自持燃燒的低溫等離子體快速引燃方法。
實施例1：工藝流程如圖1所示。在管線式石英介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器(內(nèi)徑15mm，厚度1.5mm，放電有效長度50mm)內(nèi)填充顆粒狀cucezr/al2o3催化劑(顆粒大小10～30目)，通入含1200mg/m3甲苯的空氣，流量為1l/min，在反應(yīng)器上施加30w交流電(頻率9000hz)，30s后反應(yīng)器內(nèi)即可發(fā)生自持燃燒現(xiàn)象，隨后關(guān)掉電源，自持燃燒現(xiàn)象一直維持，甲苯的轉(zhuǎn)化率均高達100％。
實施例2：工藝流程如圖1所示。在管線式石英介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器(內(nèi)徑15mm，厚度1.5mm，放電有效長度50mm)內(nèi)填充顆粒狀cucezr/tio2催化劑(顆粒大小10～30目)，通入含6000mg/m3甲苯的空氣，流量為1l/min，在反應(yīng)器上施加60w交流電(頻率50hz)，40s后反應(yīng)器內(nèi)即可發(fā)生自持燃燒現(xiàn)象，隨后關(guān)掉電源，自持燃燒現(xiàn)象一直維持，甲苯的轉(zhuǎn)化率均高達100％。
實施例3：工藝流程如圖1所示。在管線式石英介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器(內(nèi)徑15mm，厚度1.5mm，放電有效長度50mm)內(nèi)填充體相cucezr催化劑(顆粒大小10～30目)，通入含1200mg/m3乙酸乙酯的空氣，流量為1l/min，在反應(yīng)器上施加30w交流電(頻率9000hz)，20s后反應(yīng)器內(nèi)即可發(fā)生自持燃燒現(xiàn)象，隨后關(guān)掉電源，自持燃燒現(xiàn)象一直維持，乙酸乙酯的轉(zhuǎn)化率均高達100％。
實施例4：工藝流程如圖1所示。在噴嘴對板式反應(yīng)器(噴嘴呈邊長為30mm的等邊三角形分布，噴口直徑d＝6.5mm，極間距40mm)內(nèi)填充cucezr負載的蜂窩陶瓷整體催化劑，通入含8000mg/m3乙酸乙酯的空氣，流量為3l/min，在反應(yīng)器上施加60w交流電(頻率8000hz)，55s后反應(yīng)器內(nèi)即可發(fā)生自持燃燒現(xiàn)象，隨后關(guān)掉電源，自持燃燒現(xiàn)象一直維持，乙酸乙酯的轉(zhuǎn)化率均高達100％。
實施例5：工藝流程如圖1所示。在噴嘴對板式反應(yīng)器(噴嘴呈邊長為30mm的等邊三角形分布，噴口直徑d＝6.5mm，極間距40mm)內(nèi)填充cucezr負載的蜂窩陶瓷整體催化劑，通入含1600mg/m3乙酸乙酯的空氣，流量為3l/min，在反應(yīng)器上施加60w交流電(頻率8000hz)，90s后反應(yīng)器內(nèi)即可發(fā)生自持燃燒現(xiàn)象，隨后關(guān)掉電源，自持燃燒現(xiàn)象一直維持，乙酸乙酯的轉(zhuǎn)化率均高達100％。
實施例6：實施例5：工藝流程如圖1所示。在針板式反應(yīng)器(高壓針電極呈邊長為10mm的等邊三角形分布，極間距20mm)內(nèi)填充體相cucezr催化劑，通入含3000mg/m3苯的空氣，流量為3l/min，在反應(yīng)器上施加60w交流電(頻率8000hz)，70s后反應(yīng)器內(nèi)即可發(fā)生自持燃燒現(xiàn)象，隨后關(guān)掉電源，自持燃燒現(xiàn)象一直維持，乙酸乙酯的轉(zhuǎn)化率均高達100％。