直流电晕自由基簇射治理工业恶臭废气应用研究

摘要

工业恶臭污染问题日益受到人们的关注与重视,现有的控制技术尚不完善,尤其是对于低浓度大气量恶臭废气的处理。因此人们不断研究探索更为经济有效的治理方法,期望实现对恶臭的有效治理。直流电晕诱导自由基簇射技术被认为是一项具有应用前景的新兴技术,可以大大降低恶臭脱除工艺的复杂性和投资运行费用。本文首先对模拟炼油厂实际气体成分的恶臭气体进行了较为系统的实验研究和工业应用研究。在此基础上,设计了等离子体—吸收联合处理恶臭废气中试装置。实验采用最大输出电压为60kV的直流电源,实验规模为0.06—10m3·h-1。希望通过实验研究,为工业应用提供大规模工程设计和工艺控制所必需的实验数据和理论基础。本文的主要内容及取得的成果和结论如下:1)应用直流电晕自由基簇射技术,对炼油厂恶臭气体中代表性污染物——硫化氢在等离子体反应器内进行脱除。采用自制高压直流电源,在氧化氛围中进行了动态和静态脱臭实验,在含氢还原氛围中进行了静态脱臭实验。试验考察了峰值电压、放电功率等电参数及停留时间、初始浓度、废气温度、废气湿度等工艺参数及氧化氛围、含氢还原氛围等因素对去除率的影响。结果表明:峰值电压增大,停留时间延长有利于恶臭的去除;初始浓度提高,废气温度上升不利于恶臭的脱除;湿度为56％时脱除效率最佳;影响硫化氢脱除的最主要因素是氧元素的含量;在由氮气和氢气组成的还原氛围中,硫化氢的脱除率仅为40.9%;在上述还原氛围中增加10%的氧气可使硫化氢脱除率达到80%;在含氧气(10%-20%)、氢气和氮气的氧化氛围中,随反应时间的延长,硫化氢的最终脱除率达到100%。因此,增加氧自由基源有利于提高脱除效率。2)基于以上小试结果,进行了直流电晕等离子体反应器的放大设计,并制成处理气量1000～2500 m3·h-1的中试反应装置。考虑等离子体技术与吸收法联合处理工业恶臭废气,计算设计筛板吸收塔和填料吸收塔,设计出筛板塔—填料塔—等离子体反应器三级处理小试装置。初步进行了筛板塔吸收处理废气实验,吸收塔能有效处理恶臭废气,为等离子体反应器做好预处理。3)进行了直流电晕等离子体反应器技术经济性评估,利用线性外推法计算了气量1000～2500 m3·h-1恶臭废气脱除电源功耗,并比较了脉冲等离子体技术、催化燃烧法的技术经济指标,证明直流电晕等离子体技术有很强的技术优越性。4)对不同条件下(氧化氛围、还原氛围等)恶臭物质的降解产物进行了初步分析,并结合不同学者在机理研究方面的成果,探讨了氧化及还原氛围下硫化氢在直流电晕自由基簇射作用下的降解机理:建立了反应器动力学模型,得到污染物浓度C、氧化速率常数kd和能量密度P/Q的关系如下:ln(c1/c2)=kd·P/Q。计算出硫化氢的氧化速率常数为0.0781 J·m-3。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 恶臭气体的种类与危害

1.2 我国恶臭的污染状况及对策

参考文献

第二章 恶臭的治理技术现状

2.1 物理法

2.1.1 掩蔽法

2.1.2 稀释扩散法

2.2 化学法

2.2.1 化学氧化法

2.2.2 燃烧法

2.2.3 光催化氧化法

2.2.4 吸收法

2.2.5 吸附法

2.3 生物法

2.4 其他降解技术

2.5 新兴的等离子体技术

2.5.1 电子束照射法

2.5.2 介质阻挡放电技术

2.5.3 表面放电技术

2.5.4 填充式反应器治理技术

2.5.5 脉冲电晕放电技术

2.5.6 等离子体-催化

2.5.7 等离子体-吸附(吸收)

2.5.8 直流电晕放电技术

2.6 存在问题及解决思路

2.6.1 存在问题

2.6.2 解决思路

参考文献

第三章 实验装置及分析方法

3.1 实验装置流程及实验步骤

3.1.1 装置流程

3.1.2 实验步骤

3.2 等离子体反应器

3.2.1 小试反应器

3.2.2 放大反应器

3.3 配气系统

3.3.1 模拟硫化氢废气的配制

3.3.2 NOx废气的配制

3.4 分析方法

第四章 直流电晕等离子体脱除硫化氢的实验研究

4.1 概述

4.2 研究方法

4.2.1 H_2S标线绘制

4.2.2 动态脱臭实验

4.2.3 静态脱臭实验

4.3 动态脱臭结果与讨论

4.3.1 放电参数对硫化氢脱除率的影响

4.3.2 等离子体反应器能耗分析

4.3.3 工艺参数对硫化氢脱除率的影响

4.4 静态脱臭结果与讨论

4.4.1 氧化氛围下H_2S的脱除实验

4.4.2 还原氛围下H_2S的脱除实验

4.5 本章小结

参考文献

第五章 等离子体-吸收联合脱臭装置设计及技术经济分析

5.1 概述

5.2 炼油厂恶臭调查与评价

5.2.1 强度及其判断标准

5.3 等离子体反应器设计

5.3.1 设计准则

5.3.2 自由基簇射放大反应器整体设计

5.4 筛板吸收塔设计

5.4.1 筛板吸收塔塔板初步设计

5.4.2 筛板塔设计图

5.4.3 筛板塔处理废气应用研究

5.5 填料吸收塔设计

5.5.1 填料吸收塔初步设计

5.5.2 填料塔设计图

5.6 等离子体反应器技术经济性简析

5.6.1 概述

5.6.2 技术有效性分析

5.6.3 技术经济性分析

5.6.4 技术经济评估

5.6.5 相关脱臭技术比较

5.7 本章小结

参考文献

第六章 自由基簇射作用下污染物降解机理探讨

6.1 概述

6.2 电晕放电下等离子体产生机理

6.3 氧化气氛下H_2S降解机理

6.4 还原气氛下H_2S降解机理

6.5 线筒式等离子体反应器动力学模型

6.6 本章小结

参考文献

第七章 结论、创新点与建议

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 建议

致谢

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