擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的DDBD技術(shù)采用雙介質(zhì)阻擋放電(Double Dielectric Barrier Discharge,簡稱DDBD)形式產(chǎn)生等離子體,所產(chǎn)生等離子體的密度是其他技術(shù)產(chǎn)生等離子體密度的1500倍,該技術(shù)是山東帕克環(huán)保公司與華東共同研發(fā)成功的。自1995年華東大學(xué)開始研發(fā),最初用于氟利昂類(Freon)、哈隆類(Halong)物質(zhì)的分解處理,是國家為了研究保護(hù)地球臭氧層而設(shè)立的科研項(xiàng)目。后來與山東帕克環(huán)保公司合作研發(fā)拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域,延伸至工業(yè)惡臭、異味、有毒有害氣體處理。山東帕克環(huán)保公司開創(chuàng)了DDBD技術(shù)大規(guī)?;I(yè)應(yīng)用的先河,該技術(shù)節(jié)能、環(huán)保,應(yīng)用范圍廣,所有化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的惡臭異味幾乎都可以處理,并對二惡英有良好的分解效果,侯安院士評價(jià)說:“DDBD技術(shù)的發(fā)明,為化工清潔生產(chǎn)奠定基礎(chǔ),是近代化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的一次技術(shù)革命”,該技術(shù)世界首創(chuàng)、國際領(lǐng)先,屬于真正的中國創(chuàng)造。
DDBD等離子體工業(yè)廢氣處理技術(shù)是山東帕克環(huán)保公司由華東大學(xué)引進(jìn)吸收,已研制出標(biāo)準(zhǔn)化廢氣治理設(shè)備,利用所產(chǎn)生的高能電子、自由基等活性粒子激活、電離、裂解工業(yè)廢氣中的各組成份,使之發(fā)生分解,氧化等一些列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),再經(jīng)過多級凈化,從而消除各種污染源排放的異味、臭味污染物,使有毒有害氣體達(dá)到低毒化、無毒化,保護(hù)人類生存環(huán)境。
DDBD等離子體工業(yè)廢氣處理技術(shù)作為一種新的環(huán)境污染治理技術(shù),由于其對污染物分子的高效分解且處理能耗低等特點(diǎn),為工業(yè)廢氣的處理開辟了一條新的思路。該技術(shù)的應(yīng)用,具有現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)里程碑的意義。
■ 技術(shù)作用原理
低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài),當(dāng)外加電壓達(dá)到氣體的 放電電壓時(shí),氣體被擊穿,產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高,但重粒子溫度很低,整個(gè)體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài),所以稱為低溫等離子體。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用,使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解,并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。(注:低溫等離子體相對于高溫等離子體而言,屬于常溫運(yùn)行。)
DDBD等離子體反應(yīng)區(qū)富含極高的物質(zhì),如高能電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等,廢氣中的污染物質(zhì)可與這些具有較高能量的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),使污染物質(zhì)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解,并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到講解污染物的目的。與傳統(tǒng)的電暈放電形勢產(chǎn)生的低溫等離子技術(shù)相比較,DDBD等離子體技術(shù)放電密度是電暈放電的1500倍,這就是傳統(tǒng)低溫等離子體技術(shù)治理工業(yè)廢氣99%以失敗而告終的原因。
■ 等離子體去除污染物的基本過程
· 過程一:高能電子的直接轟擊
· 過程二:O原子或臭氧的氧化
O2+e→2O
· 過程三:OH自由基的氧化
H2O+e→OH+H
H2O+O→2OH
H+O2→OH+O
· 過程四:分子碎片+氧氣的反應(yīng)
■ 技術(shù)特點(diǎn)
DDBD等離子體工業(yè)廢氣處理成套設(shè)備擁有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán),歷經(jīng)18年,該技術(shù)的發(fā)明為化工清潔生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ),是近代化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的一次技術(shù)革命。 申請二十六項(xiàng)國家專利,在等離子體技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用方面走在了世界最前列,國際領(lǐng)先、屬于真正的中國創(chuàng)造。
與目前國內(nèi)常用的異味氣體治理方法相比較,DDBD等離子體工業(yè)廢氣處理技術(shù)具有以下特點(diǎn):
DDBD低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于惡臭氣體治理,具有處理效果好,運(yùn)行費(fèi)用低廉、無二次污染、運(yùn)行穩(wěn)定、操作管理簡便、即開即用等優(yōu)點(diǎn)。
①DDBD介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生電子能量高,低溫等離子體密度大,達(dá)到常用等離子技術(shù)(電暈放電)的1500倍,幾乎可以和所有的惡臭氣體分子作用;
②DDBD技術(shù)反應(yīng)速度快,氣體通過反應(yīng)區(qū)的速度達(dá)到3-15米/秒,即達(dá)到很好的處理效果,其他技術(shù)氣體通過反應(yīng)區(qū)的速度0.01米/秒都很難達(dá)到DDBD的處理效果;
③氣體通過部分,全部采用陶瓷、石英、不銹鋼等防腐蝕材料,電極與廢氣不直接接觸,根本上解決了低溫等離子體技術(shù)設(shè)備腐蝕問題;其他技術(shù)是氣體與電極直接接觸,電極在3個(gè)月或1年內(nèi)會造成嚴(yán)重腐蝕,即使通過的氣體沒有腐蝕性,自身所產(chǎn)生的臭氧也會把電極造成腐蝕;
④DDBD主機(jī)為成套工業(yè)廢氣處理裝置,前面配有DDBD專用塔,能有效去除廢氣中的粉塵和水分,操作簡單;
⑤自動化程度高,設(shè)備啟動、停止十分迅速,隨用隨開,對于部分化工生產(chǎn)的不連續(xù)性,可以在生產(chǎn)時(shí)開啟,不生產(chǎn)的間隙停止運(yùn)行,大量的節(jié)約能源;
⑥運(yùn)行成本較低,比常用的蓄熱式燃燒爐RTO節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用5-8倍,每立方米氣量運(yùn)行費(fèi)用僅為0.3~0.9分錢,部分高濃度廢氣可以通過空氣稀釋后用DDBD技術(shù)處理;
⑦應(yīng)用范圍廣闊,基本不受氣溫和污染物成分的影響,對惡臭異味的臭氣濃度有良好的分解作用,惡臭異味的去除率達(dá)80-98%,處理后的氣體臭氣濃度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn);
⑧DDBD技術(shù)處理工業(yè)廢氣技術(shù)不是水洗技術(shù),是通過高能量等離子體對污染物的直接擊穿和直接轟擊,使分子鏈斷裂,并非污染物的轉(zhuǎn)移;
⑨重要特點(diǎn):以非甲烷總烴為例,用色譜法檢測,非甲烷總烴去除率也許只有45%,但惡臭異味的去除率達(dá)93%。這是因?yàn)榉羌淄榭偀N經(jīng)過處理后,部分分子變成小分子,用色譜法檢測時(shí),依然表現(xiàn)為非甲烷總烴;惡臭異味的去除率高,表明實(shí)際已經(jīng)分解了93%以上的污染物質(zhì),因?yàn)榉纸夂蟮奈镔|(zhì)也有部分有異味;
⑩DDBD技術(shù)是真正的中國創(chuàng)造,歐美及亞洲國家正在引進(jìn)我國技術(shù),解決二惡英污染問題,DDBD技術(shù)對二惡英這個(gè)世界難題,已經(jīng)是成熟工藝,因?yàn)槎河㈩愇镔|(zhì)含有氯,多數(shù)是親電子基團(tuán),更容易被電子轟擊。
異味氣體從氣體收集系統(tǒng)收集后,一部分廢氣需要進(jìn)行預(yù)處理,除水后進(jìn)入等離子體反應(yīng)區(qū),在高能電子的作用下,使異味分子受激發(fā),帶電粒子或分子間的化學(xué)鍵被打斷,同時(shí)空氣中的水和氧氣在高能電子轟擊下也會產(chǎn)生OH自由基、活性氧等強(qiáng)氧化性物質(zhì),這些強(qiáng)氧化性物質(zhì)也會與異味分子反應(yīng),使其分解,從而促進(jìn)異味消除 。凈化后的氣體經(jīng)排氣筒高空排放。
低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài),當(dāng)外加電壓達(dá)到氣體的著火電壓時(shí),氣體分子被擊穿,產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。低溫等離子體放電過程中雖然電子溫度很高,但重粒子溫度很低,整個(gè)體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài),所以稱為低溫等離子體,也叫非平衡態(tài)等離子體。如果電子的溫度和重粒子溫度差不多,則為高溫等離子體,或平衡態(tài)等離子體。低溫等離子體中能量的傳遞大致為:電子從電場中得到能量,通過碰撞將能量轉(zhuǎn)化為分子的內(nèi)能和動能,獲得能量的分子被激發(fā),與此同時(shí),部分分子被電離,這些活化了的粒子相互碰撞從而引起一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。因等離子體內(nèi)富含的大量活性粒子如離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子和分子及自由基等,從而為等離子體技術(shù)通過化學(xué)反應(yīng)處理異味物質(zhì)提供了條件。它是基于放電物理、放電化學(xué)、反應(yīng)工程學(xué)的學(xué)科之上的交叉學(xué)科。近幾十年來,有關(guān)等離子體技術(shù)的研究非?;钴S,為合成新物質(zhì)、新材料及環(huán)境污染治理等提供了一種新技術(shù)、新方法和新工藝。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用,使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解,并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。但是,無論是哪一種高壓放電技術(shù),都是通過高壓放電的原理,必須充分考慮到爆炸問題,特別是在易燃易爆的化工場合。
冰升溫至0℃會變成水,如繼續(xù)使溫度升至100℃,那么水就會沸騰成為水蒸氣。隨著溫度的上升,物質(zhì)的存在狀態(tài)一般會呈現(xiàn)出固態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)三種物態(tài)的轉(zhuǎn)化過程,我們把這三種基本形態(tài)稱為物質(zhì)的三態(tài)。那么對于氣態(tài)物質(zhì),溫度升至幾千度時(shí),將會有什么新變化呢? 由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動加劇,相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離,這樣物質(zhì)就變成由自由運(yùn)動并相互作用的正離子和電子組成的混合物(蠟燭的火焰就處于這種狀態(tài))。我們把物質(zhì)的這種存在狀態(tài)稱為物質(zhì)的第四態(tài),即等離子體(plasma)。因?yàn)殡婋x過程中正離子和電子總是成對出現(xiàn),所以等離子體中正離子和電子的總數(shù)大致相等,總體來看為準(zhǔn)電中性。反過來,我們可以把等離子體定義為:正離子和電子的密度大致相等的電離氣體。
產(chǎn)生方法:輝光放電,電暈放電,介質(zhì)阻擋放電,射頻放電,滑動電弧放電,射流放電,大氣壓輝光放電,次大氣壓輝光放電。
應(yīng)用:低溫等離子體物理與應(yīng)用已經(jīng)是一個(gè)具有全球影響的重要的科學(xué)與工程,對高科技經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及傳統(tǒng)工業(yè)的改造有著巨大的影響。例如,1995年全球微電子工業(yè)的銷售額達(dá)1400億美元,而三分之一微電子器件設(shè)備采用等離子體技術(shù)。塑料包裝材料百分之九十都要經(jīng)過低溫等離子體的表面處理和改性??茖W(xué)家預(yù)測:二十一世紀(jì)低溫等離子體科學(xué)與技術(shù)將會產(chǎn)生突破。據(jù)估計(jì),低溫等離子體技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)、聚合物薄膜、材料防腐蝕、等離子體電子學(xué)、等離子體合成、等離子體冶金、等離子體煤化工、等離子體三廢處理等領(lǐng)域的潛在市場每年將達(dá)一千幾百億美元。
領(lǐng)域:等離子體輔助加工被用來制造特種優(yōu)良性能的新材料、研制新的化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)過程,加工、改造和精制材料及其表面,具有極其廣泛的工業(yè)應(yīng)用--從薄膜沉積、等離子體聚合、微電路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等離子體噴涂、等離子體冶金、等離子體化工、微波源。等離子體輔助加工已開辟的和潛在的應(yīng)用領(lǐng)域包括:
●工具、模具及工程金屬的硬化
●表面防蝕及其它薄層的沉積
●特殊陶瓷(包括超導(dǎo)材料)
●新的化學(xué)物質(zhì)及材料的制造
●金屬的提煉
●聚合物薄膜的印刷和制備
●有害廢物的處理
●精細(xì)加工
●等離子體化工(氫等離子體裂解煤制乙炔、等離子體煤氣化、等離子體裂解重?zé)N、等離子體制炭黑、等離子體制電石等)
技術(shù)研發(fā):國內(nèi)外企業(yè)利用低溫等離子體技術(shù)在環(huán)保方面開發(fā)出了“低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化設(shè)備”、“低溫等離子體廢水凈化設(shè)備”及“低溫等離子體汽車尾氣凈化技術(shù)”。
1、低溫等離子體在保鮮、殺菌、除臭等方面產(chǎn)品開發(fā),目前已開發(fā)出適用于冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)的發(fā)生器。
2、“低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化設(shè)備”利用低溫等離子體產(chǎn)生的具有高氧化性的臭氧,在催化劑的作用下,使有機(jī)廢氣在較低的溫度完全轉(zhuǎn)化。該設(shè)備可應(yīng)用于溶劑廠、印染廠、油漆廠等有機(jī)廢氣排放源。
3、“低溫等離子體廢水凈化設(shè)備”可使皮革廠、造紙廠、印染廠、游泳池等排放的廢水經(jīng)處理后,達(dá)到無色無味、無菌的效果。
4、“低溫等離子體汽車尾氣凈化技術(shù)”除具有一般汽車尾氣凈化器具有的功能外,還有以下特點(diǎn):
a、可降低發(fā)動機(jī)百公里耗油量;
b、可降低發(fā)動機(jī)噪音,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn);
c、可提高發(fā)動機(jī)起始加速度;
d、在惡劣環(huán)境下,點(diǎn)火啟動成功率達(dá)到100%;
e、降低尾氣中有機(jī)物及一氧化碳等有害物的排放量;
f、適用于任何型號的燃油發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)。