一種氣液混合式低溫等離子體發生器及集成裝置的製造方法
2023-05-04 02:13:46 2
一種氣液混合式低溫等離子體發生器及集成裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種氣液混合式低溫等離子體發生器，陰極呈棒狀，安裝於密封的陰極管中；陽極為環形，安裝於密封的陽極管中，陽極管安裝於通風支架上，通風支架固定於陰極管中部，通風支架上設有貫通的進風道；陰極管上端突出於陽極，下端通過導線與高壓脈衝電源連接；陽極內外兩側為陽級內管和陽級外管；陰極管、陽極內管和陽極外管的材質均為石英。所述陰極和陽極之間的放電區域通入的氣體為加入霧化液體的氣體。本實用新型的氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置可以對油氣田產出水及作業廢水中難以降解的有機物進行快速有效降解，並可實現工業化規模生產，且具有體積小、重量輕、操作簡單、免維護、運行成本低等特點。
【專利說明】
一種氣液混合式低溫等離子體發生器及集成裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種低溫等離子體發生器，特別是用於處理油氣田產出水及作業廢水中難以生物降解有機物的氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置。
【背景技術】
[0002]隨著水資源的枯竭及生態環境的惡化、對油氣田開採業及石油化工行業的發展形成了嚴重製約，因此油氣田產出水及作業廢水的深度處理顯得尤為迫切。
[0003]目前對於廢水中難生物降解有機物的處理方法主要有:
[0004]芬頓氧化技術:是將Fe2+和H2O2結合會產生羥基自由基H0.，它與汙染物的反應會使有機物降解最終生成co#ph2o。其技術優點是可氧化破壞多種有毒有害的有機物、反應條件溫和、設備簡單、適用範圍較廣。技術缺點是藥劑使用量大、反應時間長、有些有機物還不能被降解。
[0005]臭氧氧化技術:臭氧在水溶液中可與羥基HO-反應產生羥基自由基H0.，通過H0.與有機物進行氧化反應，臭氧的氧化能力雖然很強，但對設備的耐腐性要求較高。目前在汙染廢水脫色、消毒、除臭等方面有較廣泛的應用。
[0006]光催化氧化技術:包括光激發氧化技術(o3/uv)和催化氧化技術(Ti02/UV)。氧化技術;主要以03、H202、02和空氣作為氧化劑，在光輻射的作用下產生羥基自由基H0.，兩者都是通過H0.，的強氧化性對有機物進行分解，氧化效果較好的是紫外光催化氧化技術。其優點是反應溫和、氧化能力強，特別是在染料廢水、表面活性劑、有機磷化物、多環芳烴等廢水處理中能有效地進行光催化反應，使其轉化為無機小分子，達到無害化處理的目的。缺點是紫外光的吸收範圍窄，光能利用較效率低，其效率會受到催化劑性質、紫外線波長和反應器的限制，短波紫外線比長波紫外線效果好，但短波紫外線較難獲得。光催化還要解決透光度的問題，有些汙水的濁度較高色度較深都不利於光線的透過而影響催化效果。
[0007]電催化氧化技術:電化學氧化是通過陽極表面上放電產生的羥基自由基H0.的氧化作用，與吸附在陽極上的有機物發生氧化反應，從而去除汙染物的一項技術。其優點是裝置設備簡單、操作簡單、價格便宜、陽極可以氧化汙染物，改變陽極的材料就可以去除不同的有機物，陰級可以回收重金屬。其缺點是可溶性電極消耗過大、設備效率偏低、運行成本過尚。
[0008]溼式空氣氧化和溼式催化氧化技術；是在高溫(120 °C?320 °C)、高壓(0.5?1MPa)、和催化劑(氧化物、貴金屬)存在的條件下，以空氣中的O2為氧化劑在液相中將有機汙染物氧化為COdPH2O等無機小分子或有機小分子的化學過程。
[0009]超臨界水氧化技術:與溼式氧化技術一樣也是以水為液相主體，以空氣中的氧為氧化劑在高溫高壓下的反應。該技術利用水在超臨界狀態(Tc>374°C，Pc>22.05MPa)下的特殊性質，從而使氣體、有機物完全溶於水中，此時氣液相界面消失，形成了均相氧化體系。由於消除了溼式氧化體系中存在的相間阻力，提高了反應速度，且在均相體系中氧化，自由基的活性更高，氧化程度也隨之提高。其優點是均相反應速度快、分解有機物效率高、無二次汙染。缺點是設備需要高溫高壓、一次性投資大、運行成本高、需專業人員管理和維護、推廣應用困難，從而制約了該技術的工程應用。
[0010]超聲氧化技術:主要是指頻率在15KHz?IMHz的聲波，在微小的區域內瞬間高溫高壓下產生羥基自由基的一項技術。另一種是超聲波吹脫，主要用於廢水中高濃度難降解的有機物的處理。以一定頻率和壓強的超聲波瞬間加壓與容液時，在聲波負壓的作用下溶液中產生了空化泡，在隨後聲波正壓下空化泡迅速崩解，整個過程在納秒至微秒的時間內，氣泡快速崩潰隨著氣泡內蒸汽相的絕熱壓縮，產生瞬間的高溫高壓，同時產生有強烈衝擊力的高速微射流。進入空化泡的水蒸氣在高溫高壓下發生分裂及鏈式反應，產生H0.,HO0.、H.、等自由基以及Η202、Η2等物質。聲化學反應的途徑主要包括高溫高壓熱解反應和自由基氧化反應兩種。其優點是設備配套容易、操作簡單、使用方便，可把有毒有機物降解為毒性較小甚至無毒小分子、降解速度快、不會造成二次汙染。缺點是耗能大。
[0011]綜上所述的氧化技術、是目前國內外認同的廢水處理中較為先進的高級氧化技術，有的已經推廣應用，有的僅限於實驗室或中試階段。
[0012]但上述方法對油氣田產出水及作業廢水的有機物的降解大都不理想，主要原因是油氣田產出水及作業廢水多為高鹽水，常見的處理方法不適合高含鹽的環境。存在降解效率低、達標難度大、不能進行工業化規模生產等問題。
【發明內容】
[0013]針對現有技術不足，本發明提供一種活性離子濃度高、氣液相混式的高效低溫等離子體汙水處理裝置。
[0014]本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括:
[0015]—種氣液混合式低溫等離子體發生器，包括:陰極和陽極，高壓脈衝電源，陽極和陰極分別與高壓脈衝電源的正極和負極連接；
[0016]陰極呈棒狀，安裝於密封的陰極管中；
[0017]陽極為環形，安裝於密封的陽極管中，陽極管安裝於通風支架上，通風支架固定於陰極管中部，通風支架上設有貫通的進風道；
[0018]陰極管上端突出於陽極，下端通過導線與高壓脈衝電源連接；
[0019]陽極內外兩側為陽級內管和陽級外管；
[0020]陰極管、陽極內管和陽極外管的材質均為石英。
[0021]所述陰極和陽極之間的放電區域通入的氣體為加入霧化液體的氣體。
[0022]所述陰極管上端突出於陽極的外表面鍍有納米T12銳鈦礦。
[0023]所述陰極管的納米T12銳鈦礦鍍層厚為0.2?0.3mm。
[0024]所述陽極和陰極的材質為60?80目紫銅顆粒。
[0025]—種氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置，包括殼體，所述的氣液相混式低溫等離子體發生器;其中殼體內設置有內筒，內筒連接有進氣管，進氣管上連接有液體霧化裝置;殼體上連接有進水管、出水管和排氣管;低溫等離子體發生器的電極安裝於內筒上，內筒通過低溫等離子體發生器的支架的進風道與殼體連通;鑲嵌內筒上的水平方向和豎直均設置有至少兩個低溫等離子體發生器的電極;低溫等離子體發生器的陽極和陰極分別與高壓脈衝電源的正極和負極相連。
[0026]所述殼體內設置有至少兩個內筒。
[0027]所述集成裝置為嵌套結構，即內筒中還設置有內筒;從外到內依次構成外層水道、氣道和內層水道;氣道與進氣口連通;外層水道和內層水道與進水口連通;在氣道的內外兩層筒體上，低溫等離子體發生器的雙介質阻擋式電極為兩兩對接，即陰極連接為一體，且兩端陰極突出於兩個環形的陽極。
[0028]所述集成裝置的嵌套結構為殼體內設置有四層內筒，從外到內依次構成外層水道、外層氣道、中層水道、內層氣道、內層水道;氣道與進氣口連通;水道與進水口連通。
[0029]本發明充分利用霧化氣體，形成氣液兩相流，在氣水組合狀態下進行氣中的脈衝電暈或流光放電，產生的等離子體直接與水接觸，從而提供了較好的放電區和傳質區。進一步地，充分利用高壓脈衝放電時產生紫外光，引入負載催化劑T12的石英管作為介質，在高壓脈衝放電產生的紫外光引發T12的催化效應，促進更多的羥基自由基形成，增強對廢水中有機物氧化分解;更進一步地，本發明對高壓脈衝放電採用雙介質阻擋放電形式，即陰極和陽極均採用石英管作為阻擋放電介質，高壓放電時由於脈衝電流的作用，電極的放電端會產生高溫電蝕現象，採用石英管作為阻擋放電介質，可有效地阻止電極的電蝕現象，可大幅提尚電極的使用壽命。
[0030]本發明中電極的導電體材質為60?80目紫銅顆粒，裝入管內插入高壓導線後密封，高壓導線由高壓引線密封裝置引至高壓脈衝電源。
[0031]安裝於陽級內管及陽級外管之間的密封材料材質為矽膠。
[0032]通風支架的材質為矽膠，安裝於陽級內管及陽級外管間的另一端，並將陰極管插入通風支架中間。
[0033]陰極管對接在同一軸線上。
[0034]高壓脈衝放電過程可產生低溫等離子體，它除了在其電場內產生高能電子外，還產生紫外光、臭氧和活性離子(-oh、-o、-h、o3、h2o2)等。這一特性可用來降解水中難以生物降解的有機物、並去除細菌等有害物質。
[0035]T12受到高壓脈衝放電時產生紫外光照射後，產生電子-空穴對，其中電子極易被水中溶解氧等氧化物質捕獲，而空穴則可氧化吸附在T12表面的有機物或先將吸附在T12表面的-OH和H2O氧化成羥基自由基，而羥基自由基則是在水中的氧化能力是最強的。
[0036]本發明氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置是將多個低溫等離子體發生器靈活方便的進行組合，可集成的形式為環形η層X 2 X 8或;環形η層X 2 X 16或；環形η層X 2Χ32等不同形式。並通過安裝固定，將環形η層Χ2Χ32套裝在環形η層Χ2Χ16外，將環形η層X 2 X 8套裝在環形η層X 2 X 16內。形成一個等離子體發生器較為密集的集成裝置。並且通過這種套裝環形可將水分層，加大了等離子體與水的充分融合。因此氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置具有降解效率高、重量輕、操作簡單、免維護、運行成本低、可用於工業規模化生產等特點。
[0037]本發明解決了現有油氣田產出水及作業廢水中的有機物降解技術的不足，提供一種可以對油氣田產出水及作業廢水中難以降解的有機物進行快速有效降解的方法及裝置。
[0038]本發明所具有的有益效果是:提供一種可以對油氣田產出水及作業廢水中難以生物降解的有機物進行快速有效的降解，並可實現工業化規模生產，且具有體積小、重量輕、操作簡單、免維護、運行成本低等特點。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發明陰極對接時的主視圖；
[0040]圖2是圖1的左視圖；
[0041]圖3是圖2的B-B剖視圖；
[0042]圖4是本發明氣液相混式低溫等離子體發生器集成裝置的主視圖；
[0043]圖5是圖4的剖面圖；
[0044]圖6是圖5的I1-1I剖視圖；
[0045]圖7是本發明的氣水分層不意圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖對本發明的實施作進一步描述。
[0047]見圖1至圖7:
[0048]本發明一種氣液混合式低溫等離子體發生器，包括:陰極和陽極，高壓脈衝電源，陽極和陰極分別通過高壓導線7與高壓脈衝電源的正極和負極連接；
[0049]陰極安裝於密封的陰極管33中；
[0050]環形陽極安裝於密封的陽極管中，陽極管安裝於通風支架36上，通風支架固定於陰極管33中部，通風支架36上設有貫通的進風道；
[0051]陰極管33上端突出於陽極，下端通過導線與高壓脈衝電源連接；
[0052]陽極內外兩側為陽級內管31和陽級外管32;陽極管上側為密封環37，陽極管下側與通風支架36為一體；
[0053]陰極管33、陽極內管31和陽極外32的材質均為石英。
[0054]通風支架36的材質為矽膠，固定陽極內管和陽極外管並使之同心。
[0055]見圖4至圖7:
[0056]本發明的一種氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置，包括殼體20，四層內筒，從外到內依次構成外層水道41、外環氣道42、中層水道43、內環氣道44、內層水道45;氣液混合式低溫等離子體發生器的陽極固定於內筒的筒璧上;外環氣道42和內環氣道44的陰極管在氣體通道內兩兩通過陰極對接管34對接在同一軸線上。陰極對接管34材質為矽膠。
[0057]殼體20上設置有進水口I，進水口 5 ；進水口 I與分氣缸8連接;進水口 5與外層水道
41、中層水道43、內層水道45連通。
[0058]內環氣道44及外環氣道42的筒壁材質為高密度工程塑料通過絲接氣嘴、柔性氣管與分氣缸8連接，分氣缸8與進氣口連接，將壓縮霧化氣體經氣道送入等離子體發生器的通風支架36端，霧化氣體再經等離子體發生器15的脈衝放電區域進入液體中，當霧化氣體的壓力大於容器出水壓力時，則液體不能通過等離子體發生器15的脈衝放電區域進入氣道內。
[0059]在環形方向上，外環氣道42平均分布16對電極，內環氣道44平均分布8對電極。在豎直方向上，外環氣道42電極安裝的層數為10層，內環氣道44電極安裝的層數為9層。具體的安裝數量可根據汙水處理量、汙水中COD的濃度及有機物的種類進行調整。
[0060]內筒通過固定板固定於殼體內。固定板分別通過螺栓與殼體和內筒連接。[0061 ] 進氣管通過分氣缸8與外環氣道42、內環氣道44連接。
[0062]外環氣道42有外環氣槽27圍成、內環氣道44有類環氣槽13圍成。
[0063]殼體20設有排氣裝置6，排氣裝置6與外層水道、中層水道43、內層水道45連通，排氣裝置6上設有手動閥及自動排氣閥。
[0064]殼體下端設置有直通快插25。外環氣道、內環氣道分別通過排放管26與直通快插25連接，通過直通快插25的手動閥來檢驗集成裝置內氣壓與載體容器內的水壓是否平衡:當水壓大於氣壓時打開手動閥有液體流出，當氣壓大於水壓時打開手動閥則無液體流出。
[0065]殼體20上設置有進水口，用於連接供水網。
[0066]出水口22將載體容器內的水通過出水口連接回水網進行回收。
[0067]在汙水處理時:
[0068]由載體容器進水口接入供水管網，載體容器出水口接入回水網，載體容器進氣口接入供氣管網。
[0069]先將設備供氣閥打開，氣壓調整為0.1?0.1 IMPa左右，並打開排氣裝置上的閥門。
[0070]將供水管網閥門打開後，流量調整為0.8?I米/秒(進水壓力0.09?0.1Mpa)。
[0071]打開直通快插25的手動閥少許，看是否有水流出，若有水流出逐漸加大供氣壓力直到直通快插25的手動閥沒有水流出為止，在將直通快插25的手動閥關閉即可。
[0072]打開高壓脈衝電源，將高壓脈衝電源輸出電壓調至OV後，再打開脈衝輸出開關，逐步將輸出脈衝電壓調整至21.5?22KV，脈寬輸出調整為10?15ys，觀察在線儀表的⑶D指標，當C0D>150mg/L時減小流量直到C0D<150mg/L為止。
[0073]綜上所述，設備處理汙水的能力與汙水的COD濃度、有機物的種類及等離子體發生器的數量有關，因此在汙水處理前要確認有機物的種類、COD的濃度、汙水處理量等參數來確定等離子體發生器的數量及脈衝電源的功率。
【主權項】
1.一種氣液混合式低溫等離子體發生器，其特徵在於，包括:陰極和陽極，高壓脈衝電源，陽極和陰極分別與高壓脈衝電源的正極和負極連接； 陰極呈棒狀，安裝於密封的陰極管中； 陽極為環形，安裝於密封的陽極管中，陽極管安裝於通風支架上，通風支架固定於陰極管中部，通風支架上設有貫通的進風道； 陰極管上端突出於陽極，下端通過導線與高壓脈衝電源連接； 陽極內外兩側為陽級內管和陽級外管； 陰極管、陽極內管和陽極外管的材質均為石英。2.根據權利要求1所述的一種氣液混合式低溫等離子體發生器，其特徵在於，所述陰極和陽極之間的放電區域通入的氣體為加入霧化液體的氣體。3.根據權利要求1或2所述的一種氣液混合式低溫等離子體發生器，所述陰極管上端突出於陽極的外表面鍍有納米T12銳鈦礦。4.根據權利要求3所述的一種氣液混合式低溫等離子體發生器，所述陰極管的納米T12銳鈦礦鍍層厚為0.2?0.3mm。5.根據權利要求1或2所述的一種氣液混合式低溫等離子體發生器，所述陽極和陰極的材質為60?80目紫銅顆粒。6.一種氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置，其特徵在於，包括殼體，權利要求1、2和4之一所述的氣液相混式低溫等離子體發生器； 其中殼體內設置有內筒，內筒連接有進氣管，進氣管上連接有液體霧化裝置； 殼體上連接有進水管、出水管和排氣管； 低溫等離子體發生器的電極安裝於內筒上，內筒通過低溫等離子體發生器的支架的進風道與殼體連通； 鑲嵌內筒上的水平方向和豎直均設置有至少兩個低溫等離子體發生器的電極； 低溫等離子體發生器的陽極和陰極分別與高壓脈衝電源的正極和負極相連。7.根據權利要求6所述的一種氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置，其特徵在於，所述殼體內設置有至少兩個內筒。8.根據權利要求6所述的一種氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置，其特徵在於，所述集成裝置為嵌套結構，即內筒中還設置有內筒;從外到內依次構成外層水道、氣道和內層水道;氣道與進氣口連通;外層水道和內層水道與進水口連通； 在氣道的內外兩層筒體上，低溫等離子體發生器的雙介質阻擋式電極為兩兩對接，即陰極連接為一體，且兩端陰極突出於兩個環形的陽極。9.根據權利要求6所述的一種氣液混合式低溫等離子體發生器集成裝置，其特徵在於，所述集成裝置的嵌套結構為殼體內設置有四層內筒，從外到內依次構成外層水道、外層氣道、中層水道、內層氣道、內層水道;氣道與進氣口連通;水道與進水口連通。
【文檔編號】C02F1/78GK205710010SQ201620542722
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】張克江, 吳文, 吳樹林, 彭曉東
【申請人】成都科衡環保技術有限公司