專利名稱：一種用于強溫室氣體SF₆分解的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于強溫室氣體SF6分解的方法，具體涉及 一種將介質(zhì)阻擋放電技術(shù)應(yīng)用于溫室氣體SF6分解的廢氣處理工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
六氟化硫(SF6)氣體因其良好的絕緣和滅弧性能，自1953年被投入工業(yè)應(yīng)用以 來，逐漸被廣泛用于工業(yè)絕緣設(shè)備，如全封閉組合電器GIS、高壓斷路器、氣體絕緣變壓器等 電力設(shè)備中，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計報道，其消費量占到全年SF6總消費量達(dá)的80X。另外，SFe還在半 導(dǎo)體工業(yè)中用作刻蝕或輔助刻蝕氣體，甚至作為大氣污染物長距離擴散的示蹤劑以及醫(yī)用 呼吸氣的稀釋氣也被廣泛使用。2003年六氟化硫年消耗量為8500t，而到2005年六氟化硫 氣體全球每年銷售量大約一萬噸，僅我國SF6氣體產(chǎn)量就達(dá)2500噸，其中每年電力行業(yè)的 正常檢修和補充泄露需要300噸，根據(jù)國家2005年制定的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T941-2005運 行中變壓器用六氟化硫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，允許年漏氣率為1%。，而滲漏的SF6尚無法進行回收，從 而導(dǎo)致大量的SF6氣體被直接排放或泄漏至大氣環(huán)境中。 SF6作為目前大氣中GWP值最大的溫室氣體，大氣壽命長達(dá)3200年，全球增溫潛勢 (GWP100)達(dá)23900， 1960年前他的大氣本底值低于0. 04卯t，但1998年時大氣中含量已達(dá) 4.7ppt，在四十年內(nèi)濃度上升了兩個數(shù)量級。SFe在自然界中的源僅有螢石Ca&通過放射 化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，而主要人為源而同時除了放電作用以外，幾乎不存在匯，因此積累作用將逐 漸顯著，有關(guān)監(jiān)測結(jié)果顯示，SFe的本底值在北半球每年平均增加0. 24-0. 31ppt。由于六氟 化硫顯著的溫室效應(yīng)和在大氣中明顯的積累效應(yīng)，它已經(jīng)被確定為京都議定書優(yōu)先控制的 六種污染物之一。 SFe的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，甚至OCD)或OH自由基都不能與之反應(yīng)，因此使用化學(xué) 氧化方法對SF6進行降解極為困難?，F(xiàn)有的降解SF6的方法有熱解、射頻等離子體、燃燒法 等方法。熱解過程將SF6與CaC03在IIO(TC以上進行反應(yīng)從而轉(zhuǎn)化為CaF2，但耗能顯著。而 射頻等離子體(RF)則是在負(fù)壓環(huán)境中進行，難以工業(yè)應(yīng)用，且存在電極腐蝕以及能耗大的 缺點。燃燒法由于處理率高而成為較可靠的六氟化硫末端處理的方法，但燃燒法溫度需要 IOO(TC以上，能耗高，且產(chǎn)生的HF需要末端處理；另外，燃燒過程中難免產(chǎn)生NOx副產(chǎn)物和 不完全燃燒產(chǎn)物，故燃燒法有其局限性。因此開發(fā)一種經(jīng)濟有效的SF6治理技術(shù)已十分必 要，也符合當(dāng)前氣體污染控制的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有廢氣處理技術(shù)的缺陷，提供一種用于強溫室氣體SF6分 解的方法，具體涉及一種將介質(zhì)阻擋放電技術(shù)應(yīng)用于溫室氣體SF6分解的廢氣處理技術(shù)。
本發(fā)明采用的放電形式為雙介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,簡 稱DBD)。 所述的介質(zhì)阻擋放電是指將絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體放電，整個放電由許多空間和時間上隨機分布的微放電構(gòu)成，這些微放電的持續(xù)時間很短，一般在10ns量
級。作為一種非平衡等離子體，由于其電極被介質(zhì)阻隔，因此具有電極不易被腐蝕的特點。
以在兩個介質(zhì)間發(fā)生的大量的微放電為特征，DBD可在很大的氣壓和頻率范圍內(nèi)工作，其擁
有較高的電子溫度但實際氣體溫度接近室溫。 介質(zhì)阻擋放電化學(xué)反應(yīng)過程中能量的傳遞大致如下 (1).電場+電子一高能電子 (2).高能電子+SF6 (或H20) — SFX+ (6_x) F+H+0H等活性基團
(3).活性基團+活性基團一生成物+熱 從以上過程可以看出，電子先從電場獲得能量，通過激發(fā)或電離將能量轉(zhuǎn)移到目 標(biāo)分子中去，那些獲得能量的分子被激發(fā)或分解產(chǎn)生活性基團。然后這些活性基團之間相 互碰撞后生成穩(wěn)定產(chǎn)物和熱。 所述的DBD在氣態(tài)污染物治理方面具有較低的能量消耗以及較高的處理效率，在 CS2， S02廢氣處理方面也已投入工業(yè)應(yīng)用，但應(yīng)用于長壽命溫室氣體SF6的處理方面尚無應(yīng) 用報道。 本發(fā)明通過介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)池，利用介質(zhì)阻擋放電技術(shù)處理SFe，采用的放電形 式為雙介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,簡稱DBD)。本發(fā)明技術(shù)其處SF6的 原理為利用氟原子的強電負(fù)性和對電子的強捕獲能力的特點，利用介質(zhì)阻擋技術(shù)使氣體 放電產(chǎn)生大量攜能電子(電子平均能量在1 10eV)， SFe在高能電子的轟擊下發(fā)生電離、 解離或激發(fā)，并在H20參與反應(yīng)下發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，最終使SF6分解達(dá)到凈 化目的。 由于SF6的SF6各鍵的鍵能分別為￡>0° (SFs-F) =4. 62 eV， D?！?(SF廠F) =1. 65 eV， "0o(SF3-F)=4. 14 eV，Z)。°(SF2-F)=2.31 eV，Z>?！?(SF-F)= 3.89 eV，而介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)體系 中電子的平均能量為5eV，因此當(dāng)電子攻擊SF6時，其可逐步分解，過程可表示為以下的反應(yīng) 式， e+SF6 — SFX+(6-x) F+e (x《5) (1) 由于SFX會與F碰撞重新生成SF6，因此阻礙SFX與F的復(fù)合反應(yīng)也是提高SF6降 解的途徑之一。為得到有利的降解條件，本發(fā)明外加水氣阻礙SFX與F的復(fù)合以促進SF6的 降解。 另夕卜，水氣放電可以生成OH自由基以及H原子，盡管OH自由基、H原子與SFe不能 直接反應(yīng)，但可與等離子體中SF6分解產(chǎn)生的SF5、 SF4等發(fā)生反應(yīng) SF5+0H — S0F4+HF (2) SF4+0H — S0F3+HF (3) S0F3+0H — S02F2+HF (4) SF5+H — SF4+HF (5) 上述反應(yīng)的發(fā)生有效的防止了 S&與F的復(fù)合反應(yīng)，使得H20(g)-SFe體系中SF6的 降解更加明顯。 本發(fā)明還采用噴淋石灰水的方法去除尾氣中含有副產(chǎn)物HF。 本發(fā)明所述的反應(yīng)池采用純石英材質(zhì)，以直徑大小不一的兩石英管作為介質(zhì)，分 別為外管介質(zhì)和內(nèi)管介質(zhì)，外管上開有旁通支路，用于補充水氣。內(nèi)管外徑為25mm，厚度
42. 0mm，長350mm ;外管內(nèi)徑40mm，厚度2. Omm，長350mm ;旁通支路管徑20mm，厚度2. Omm，長 100mm，配套無油活塞。內(nèi)電極由長X寬=300mmXIOOmm的不銹鋼片(厚度S = 0. 4mm) 巻成筒狀，并緊貼于內(nèi)管內(nèi)壁作為內(nèi)電極；外電極由長X寬=1400mmX4mm的細(xì)長不銹鋼 條(厚度S = 0. 4mm)纏繞外管壁9圈作為外電極，圈與圈間的距離為3mm。反應(yīng)池工作 時，在內(nèi)外電極之間施加6000 9000V脈沖電壓，脈沖頻率10 30kHz。被處理氣體由內(nèi) 外石英管間隙通過，氣體流速控制在3 5m/s。由于氣體不直接接觸氣體，從而避免了電極 腐蝕問題。該SF6分解處理新工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，能效高，在處理難降解有機污染物方面， 具有簡單、成本低廉、效率高、處理效果好等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)池示意圖， 其中，l.外加氣體進口 ；2.無油活塞；3.反應(yīng)氣體；4.自制高壓電源；5.外電極；
6.內(nèi)電極。 圖2是本發(fā)明工藝技術(shù)路線示意圖。
具體實施方式

實施例1 按本發(fā)明所述工藝技術(shù)路線，收集含SF6氣體后，先經(jīng)過氣體混合器，因此與外加 的水氣充分混合，SFe與水氣的濃度混合比例l : 1 ;然后進入介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)池，在此利 用高能電子的轟擊作用，使SF6發(fā)生脫氟反應(yīng)，并進而發(fā)生一系列反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為HF和其 他含氟無害物質(zhì)，HF的去除可通過噴淋Ca(OH)2水溶液去除。結(jié)果顯示，以SF6與水氣的濃 度比為1 : 1的廢氣為例，外加電壓7000V、放電1小時，500mg的SF6可分解完畢。合計處 理每kg SFe功耗為14kWh。
權(quán)利要求
一種用于強溫室氣體SF6分解的方法，其特征在于該方法通過介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)池，利用介質(zhì)阻擋放電技術(shù)分解處SF6，采用的放電形式為雙介質(zhì)阻擋放電；所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)過程通過以下的反應(yīng)式e+SF6→SFx+(6-x)F+e(x≤5)(1)SF5+OH→SOF4+HF (2)SF4+OH→SOF3+HF (3)SOF3+OH→SO2F2+HF(4)SF5+H→SF4+HF(5)。
2. 按權(quán)利要求1所述的用于強溫室氣體SF6分解的方法，其特征在于所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)池采用純石英材質(zhì)制作，以外管和內(nèi)管石英管作為介質(zhì)；內(nèi)、外石英管間有間隙；外管上開有旁通支路，配套無油活塞；內(nèi)管內(nèi)壁貼有內(nèi)電極，外管壁纏繞有外電極。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的用于強溫室氣體SF6分解的方法，其特征在于所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)池，其內(nèi)管外徑為25mm，厚度2. 0mm，長350mm ;外管內(nèi)徑40mm，厚度2. Omm，長350mm ;旁通支路管徑20mrn，厚度2. Omm，長lOOmm，配套無油活塞。
4. 按權(quán)利要求2所述的用于強溫室氣體SF6分解的方法，其特征在于所述的內(nèi)電極采用不銹鋼片制成巻筒狀，長X寬=300mmX100mm，厚度S = 0. 4mm。
5. 按權(quán)利要求2所述的用于強溫室氣體SF6分解的方法，其特征在于所述的外電極采用不銹鋼條纏繞與外管壁制成，長X寬=1400mmX4mm，厚度S = 0. 4mm。 9圈作為外電極，圈與圈間的距離為3mm。
6. 按權(quán)利要求2所述的用于強溫室氣體SF6分解的方法，其特征在于所述的外電極不銹鋼條的纏繞圈數(shù)為9圈，圈與圈間的距離為3mm。
7. 按權(quán)利要求2所述的用于強溫室氣體SF6分解的方法，其特征在于所述的介質(zhì)阻擋放電分解SF6的操作條件為SF6與水氣的濃度混合比例1 : l，氣體流速3 5m/s，內(nèi)外電極之間施加6000 9000V脈沖電壓，脈沖頻率10 30kHz 。
全文摘要
本發(fā)明屬廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將介質(zhì)阻擋放電技術(shù)應(yīng)用于溫室氣體SF6分解的廢氣處理工藝技術(shù)。本發(fā)明通過介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)池，利用雙介質(zhì)阻擋放電技術(shù)分解處理SF6，所述的反應(yīng)池采用純石英材質(zhì)，以直徑大小不一的外管和內(nèi)管石英管作為介質(zhì)，外管上開有旁通支路，用于補充水氣。內(nèi)電極緊貼于內(nèi)管內(nèi)壁由不銹鋼片卷成筒狀，外電極由細(xì)長不銹鋼條纏繞外管壁。被處理氣體由內(nèi)外石英管間隙通過，由于氣體不直接接觸氣體，從而避免了電極腐蝕問題。該SF6分解處理新工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，能效高，處理效果好，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號B01D53/74GK101757840SQ20081020762
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者侯惠奇, 劉新剛, 宋瀟瀟, 張仁熙 申請人:復(fù)旦大學(xué)