一种VOCs催化自持燃烧的低温等离子体快速引燃方法与流程

本发明涉及一种常温常压下vocs催化自持燃烧的低温等离子体快速引燃技术，属于含vocs废气处理技术领域。

背景技术：

随着工业的快速发展，我国挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds，简称vocs)的排放量逐年增加。vocs不仅直接危害人体健康，而且还会参与光化学反应，生成臭氧和二次气溶胶，导致光化学烟雾、灰霾等一系列环境问题。然而，vocs污染尚未得到有效控制，其治理迫在眉睫。2010年国务院发布了《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见》，首次将vocs作为防控重点污染物。随后，又颁布了一系列重点行业vocs的排放标准和防治技术政策，进一步推进了vocs治理的发展。因此，开发出效果优良、价格低廉、操作简单的去除vocs的方法很有实际意义。

在众多的vocs治理技术中，工程中较多采用的燃烧技术是较为有效和彻底的技术。目前，蓄热式燃烧(rto)或蓄热式催化燃烧(rco)技术已逐步替代传统的直接燃烧或催化燃烧技术。常用的rto处理技术需采用液化气、天然气或者柴油等做为vocs废气处理设备的辅助加热能源，使处理温度达到有机污染物分解氧化所要求的温度(800℃左右)，而且在工作中由于排气温度较高而需消耗大量的能源。此外，rto高温反应条件下生成的氮氧化物的二次污染问题也不容忽视。因此，人们开始将催化氧化技术和蓄热技术结合起来，开发并应用rco法对有机物进行分解处理，即通过催化剂的作用使废气处理温度降到300～500℃，比rto可节约25％～40％的运行费用，并能同时抑制氮氧化合物的生成。然而，rco在启动时仍然需要辅助加热能源，系统每次正常运行前需要经历较长的启动阶段。

近几年，由于等离子体引燃具有强烈的电子引发和热化学过程的协同效应，在常温常压下即可快速启动，因此受到国内外学者的高度重视。气体放电产生大量的电子、离子、自由基等活性基团，从而引发等离子体化学反应；而放电区域背景温度的升高不仅会诱导热化学反应还会影响等离子体的物理化学性质。但是，单独利用低温等离子体处理vocs时其完全转化率和能量利用率并不高，而且在反应过程中会产生某些有害副产物，造成二次污染。将低温等离子体技术与催化技术联合使用能够产生有利于vocs脱除的物理化学变化，并产生一系列协同作用，如提高电场强度、产生新活性物质、降低活化能、改善催化剂性能等，从而提高二氧化碳选择性、减少副产物生成，降低能耗。需要指出的是，将低温等离子体技术联合催化技术应用于vocs自持燃烧的引燃技术还未见相关报道。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种常温常压引燃vocs催化自持燃烧的技术与方法，其核心在于采用低温等离子体联合催化剂引燃vocs催化自持燃烧，低温等离子体和催化剂的协同作用使vocs在催化剂表面上降解并快速发展为自持燃烧。与rto和rco的引燃技术相比，本方法不需要辅助加热能源，在常温常压下进行，工艺简单，引燃迅速、有效，能耗低。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本发明提供的常温常压低温等离子体引燃的vocs催化氧化方法是，在低温等离子体反应器中的放电区域放置催化剂，施加电压后气体放电产生低温等离子体，反应器中通入含一定浓度vocs的待处理废气，在低温等离子体和催化剂的协同作用下vocs的降解反应快速发展为自持燃烧，在反应器内vocs被彻底氧化成二氧化碳和水蒸汽后经出口排出。然后，关闭电源，在不需要提供任何外界能量的条件下vocs催化自持燃烧即可一直维持下去。

如上所述的方法，低温等离子体联合催化剂对vocs的引燃过程不需要外界 辅助加热能源，在常温常压下即可实现。

如上所述的方法，vocs自持燃烧是低温等离子体联合催化剂引发的，是在等离子体化学反应和背景温度升高诱导的热化学反应共同作用下使vocs在催化剂表面快速发展成的无焰自持燃烧现象。

如上所述的方法，低温等离子体反应器中的催化剂可以为体相颗粒催化剂、负载型催化剂、或整体式催化剂。

如上所述的方法，待处理废气中vocs的浓度为1000-10000mg/m³。

如上所述的方法，低温等离子体反应器形式可以为管线式、针板式、线板式或喷嘴对板式等类型。

如上所述的方法，施加电压的电源频率为工频、中频、高频或射频。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明提供的常温常压下vocs催化自持燃烧的低温等离子体快速引燃方法，不需添加任何辅助燃料，避免了传统引燃过程的复杂工艺，操作简单、快捷，并有效节约了能源。

2)常温常压下vocs催化自持燃烧的低温等离子体快速引燃方法是在低温等离子体联合催化的协同作用下进行的，引燃过程迅速、有效，引燃时间与传统引燃方法相比大大缩短。

3)低温等离子体联合催化引燃vocs的过程在常温常压下进行，系统启动容易，对于处理间歇排放的废气具有更大优势。

4)低温等离子体反应器内一旦发生vocs自持燃烧现象即可关闭电源，在不需提供任何外界能量的条件下自持燃烧现象可以一直维持，可有效地降低运行成本。

附图说明

图1为vocs催化自持燃烧的低温等离子体快速引燃流程图。

具体实施方式

下面列举实例，说明本发明常温常压下vocs催化自持燃烧的低温等离子体快速引燃方法。

实施例1：工艺流程如图1所示。在管线式石英介质阻挡放电反应器(内径15mm，厚度1.5mm，放电有效长度50mm)内填充颗粒状cucezr/al2o3催化剂(颗粒大小10～30目)，通入含1200mg/m³甲苯的空气，流量为1l/min，在反应器上施加30w交流电(频率9000hz)，30s后反应器内即可发生自持燃烧现象，随后关掉电源，自持燃烧现象一直维持，甲苯的转化率均高达100％。

实施例2：工艺流程如图1所示。在管线式石英介质阻挡放电反应器(内径15mm，厚度1.5mm，放电有效长度50mm)内填充颗粒状cucezr/tio2催化剂(颗粒大小10～30目)，通入含6000mg/m³甲苯的空气，流量为1l/min，在反应器上施加60w交流电(频率50hz)，40s后反应器内即可发生自持燃烧现象，随后关掉电源，自持燃烧现象一直维持，甲苯的转化率均高达100％。

实施例3：工艺流程如图1所示。在管线式石英介质阻挡放电反应器(内径15mm，厚度1.5mm，放电有效长度50mm)内填充体相cucezr催化剂(颗粒大小10～30目)，通入含1200mg/m³乙酸乙酯的空气，流量为1l/min，在反应器上施加30w交流电(频率9000hz)，20s后反应器内即可发生自持燃烧现象，随后关掉电源，自持燃烧现象一直维持，乙酸乙酯的转化率均高达100％。

实施例4：工艺流程如图1所示。在喷嘴对板式反应器(喷嘴呈边长为30mm的等边三角形分布，喷口直径d＝6.5mm，极间距40mm)内填充cucezr负载的蜂窝陶瓷整体催化剂，通入含8000mg/m³乙酸乙酯的空气，流量为3l/min，在反应器上施加60w交流电(频率8000hz)，55s后反应器内即可发生自持燃烧现象，随后关掉电源，自持燃烧现象一直维持，乙酸乙酯的转化率均高达100％。

实施例5：工艺流程如图1所示。在喷嘴对板式反应器(喷嘴呈边长为30mm的等边三角形分布，喷口直径d＝6.5mm，极间距40mm)内填充cucezr负载的蜂窝陶瓷整体催化剂，通入含1600mg/m³乙酸乙酯的空气，流量为3l/min，在反应器上施加60w交流电(频率8000hz)，90s后反应器内即可发生自持燃烧现象，随后关掉电源，自持燃烧现象一直维持，乙酸乙酯的转化率均高达100％。

实施例6：实施例5：工艺流程如图1所示。在针板式反应器(高压针电极呈边长为10mm的等边三角形分布，极间距20mm)内填充体相cucezr催化剂，通入含3000mg/m³苯的空气，流量为3l/min，在反应器上施加60w交流电(频率8000hz)，70s后反应器内即可发生自持燃烧现象，随后关掉电源，自持燃烧现象一直维持，乙酸乙酯的转化率均高达100％。