一种基于滑动弧放电等离子体降解SF6的装置和方法

本发明属于六氟化硫降解，具体涉及一种基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置和方法。

背景技术：

1、sf6是一种人工合成的工业气体，具有强电子亲和性和自恢复性，表现出卓越的电气绝缘性能和灭弧性能，主要应用于电气绝缘、半导体加工、金属冶炼等工业领域。其中约80％的sf6应用于电气领域，随着科技的进步和需求的增加，sf6的使用量和排放量在逐年增加。

2、但由于其难于降解，大气中的sf6浓度越来越高，根据ipcc/teap统计，1998年时sf6在大气中的浓度为3.9×10-12l/l,并且以每年约5％的速度增加；2008年到2013年的检测数据表明sf6的平均浓度约为6.9×10-12l/l，并且再以每年0.28×10-12l/l的速度增加。sf6的强温室性已对大气造成破坏，由于近年在双碳计划的号召下，sf6的降解已成为必然。

3、近年来，为减少sf6对大气的损伤，采用sf6废弃吸附净化、sf6代替气体和sf6废弃降解与转化等减排手段，其中放电降解技术能实现高降解率和低能耗。低温等离子体技术在废弃处理方面被广泛应用，具有结构简单、功耗低、效率高、易于控制等特点，并且在sf6废气处理方面已有相关案例，效果优异。

4、目前已有较多学者对sf6废气处理进行实验，例如2019年6月7日公布号为cn208943805u的“基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置”、2021年6月18日公布号为cn112973399a的“一种介质阻挡放电高效无害化降解sf6废气的确认方法”等专利主要采用介质阻挡放电对sf6进行降解，介质阻挡放电的方法对对高浓度sf6的处理效果不佳，且处理量较低，处理量仅为150ml/min。。因此，有必要探究更为高效降解sf6的方法和装置。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置和方法，本发明可将高浓度sf6气体在旋转滑动弧放电等离子体区域和催化剂协同作用下实现sf6高效和高降解量降解，并采用碱液和吸附剂配合对sf6降解尾气进行无害化处理排放。

2、实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

3、一种基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置，包括六氟化硫供气单元、稀释气体供气单元、混配单元、等离子体反应器和尾气处理单元；

4、等离子体反应器包括反应器本体、高压电极组件、低压电极组件、第一电机和第二电机，高压电极组件包括高压电极，高压电极呈杆状，低压电极组件包括低压电极，低压电极呈锥形螺旋状，高压电极和低压电极正相对，且高压电极和低压电极平行设置，第一电机和第二电机位于反应器本体外，第一电机与高压电极固定连接，第二电机与低压电极固定连接，低压电极的小端朝向背向第二电机，反应器本体上分别设有一个以上的进气口和出气口；

5、六氟化硫供气单元和稀释气体供气单元分别与混配单元连接，混配单元通过进气口与反应器本体连接，反应器本体通过出气口与尾气处理单元连接。

6、所述的高压电极组件还包括第一绝缘杆，第一绝缘杆贯穿反应器本体，且第一绝缘杆与反应器本体转动连接，第一绝缘杆的一端与第一电机输出轴连接，第一绝缘杆的另一端与高压电极固定连接，低压电极组件还包括第二绝缘杆，第二绝缘杆贯穿反应器本体，且第二绝缘杆与反应器本体转动连接，第二绝缘杆的一端与第二电机的输出轴连接，低压电极套设于第二绝缘杆的另一侧上。

7、所述反应器本体的外部轮廓呈圆柱状，第一绝缘杆与反应器本体一端面中央转动连接，高压电极呈类l型，第一绝缘杆与高压电极连接后形成z型结构，第二绝缘杆与反应器本体另一端面中央转动连接，第一绝缘杆和第二绝缘杆分布于反应器本体轴线上。

8、所述的进气口有四个，四个进气口设置于反应器本体与第一绝缘杆连接的端面上，四个进气口均匀分布于圆心位于反应器本体轴线的圆周上，出气口有四个，四个出气口设置于反应器本体与第二绝缘杆连接的端面上，四个出气口均匀分布于圆心位于反应器本体轴线的圆周上。

9、所述的高压电极呈圆杆状。

10、所述的尾气处理单元包括第一尾气管、碱液池、第二尾气管、吸附池和第三尾气管，碱液池和吸附池的顶部密封，碱液池中盛放有碱液，吸附池的中间设有放置槽，放置槽上盛放有固态吸附剂，放置槽的两侧为气体通道，第一尾气管的一端与反应器本体的出气口连接，第一尾气管贯穿碱液池，第一尾气管的另一端位于碱液池的碱液中，第二尾气依次管贯穿碱液池和吸附池，第二尾气管的一端位于碱液池的碱液上方，第二尾气管的另一端位于吸附池中放置槽的上方，第三尾气管贯穿吸附池，第三尾气管的一端位于放置槽的下方。

11、一种基于滑动弧放电等离子体降解sf6的方法，包括如下步骤：

12、s1、开启第一电机、第二电机以及将高压电极和低压电极通电，第一电机和第二电机的角速度不相同，第一电机带动高压电极旋转，第二电机带动低压电极旋转，高压电极和低压电极之间产生滑动弧放电电弧；

13、s2、通过六氟化硫供气单元、稀释气体供气单元以及混配单元，通过进气口向反应器本体内通入sf6气体和稀释气体，由于低压电极呈螺旋状，且低压电弧和高压电弧均能旋转，电弧被拉长，sf6气体在等离子体的作用下更加充分地分解；

14、s3、经步骤s2降解产生的尾气通过出气口通入尾气处理单元中进行处理。

15、进一步，所述的第一电机和第二电机的角速度不相同。

16、进一步，所述的经步骤s2降解产生的尾气在尾气处理单元中，先经过碱液进行吸收，随后经过固态吸附剂进行吸附。

17、与现有技术相比，本发明的优点与有益效果在于：

18、1、本发明采用杆状或棒状的高压电极以及锥形螺旋状的低压电极，且高压电极和低压电极均可旋转，这种新结构电极和电极的旋转方式，可引起电极在轴向和角向上的三维运动以及放电电弧进行伸长，进而增加等离子体放电区域，使sf6在等离子体放电区域的停留时间边长，近而使sf6废气充分降解，大大提高了sf废气的降解率和降解量。

19、2、本发明将sf6废气降解产生的尾气通入碱液池中进行洗气，洗气后通过固态吸附剂后，可将降解后的气体中难溶、微溶于碱液的气体进行吸附(如so2f2、sof2)等，进而实现sf6的无害化降解和排放。

20、3、本发明解决了现有技术仅针对六氟化硫气体降解效率低、降解量低的问题，采用旋转滑动弧放电等离子体可有效提高sf6降解率和降解量，实现sf6快速无害化降解。

技术特征：

1.一种基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置，其特征在于：包括六氟化硫供气单元、稀释气体供气单元、混配单元、等离子体反应器和尾气处理单元；

2.根据权利要求1所述的基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置，其特征在于：所述的高压电极组件还包括第一绝缘杆，第一绝缘杆贯穿反应器本体，且第一绝缘杆与反应器本体转动连接，第一绝缘杆的一端与第一电机输出轴连接，第一绝缘杆的另一端与高压电极固定连接，低压电极组件还包括第二绝缘杆，第二绝缘杆贯穿反应器本体，且第二绝缘杆与反应器本体转动连接，第二绝缘杆的一端与第二电机的输出轴连接，低压电极套设于第二绝缘杆的另一侧上。

3.根据权利要求2所述的基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置，其特征在于：所述反应器本体的外部轮廓呈圆柱状，第一绝缘杆与反应器本体一端面中央转动连接，高压电极呈类l型，第一绝缘杆与高压电极连接后形成z型结构，第二绝缘杆与反应器本体另一端面中央转动连接，第一绝缘杆和第二绝缘杆分布于反应器本体轴线上。

4.根据权利要求3所述的基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置，其特征在于：所述的进气口有四个，四个进气口设置于反应器本体与第一绝缘杆连接的端面上，四个进气口均匀分布于圆心位于反应器本体轴线的圆周上，出气口有四个，四个出气口设置于反应器本体与第二绝缘杆连接的端面上，四个出气口均匀分布于圆心位于反应器本体轴线的圆周上。

5.根据权利要求3所述的基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置，其特征在于：所述的高压电极呈圆杆状。

6.根据权利要求1所述的基于滑动弧放电等离子体降解sf6的装置，其特征在于：所述的尾气处理单元包括第一尾气管、碱液池、第二尾气管、吸附池和第三尾气管，碱液池和吸附池的顶部密封，碱液池中盛放有碱液，吸附池的中间设有放置槽，放置槽上盛放有固态吸附剂，放置槽的两侧为气体通道，第一尾气管的一端与反应器本体的出气口连接，第一尾气管贯穿碱液池，第一尾气管的另一端位于碱液池的碱液中，第二尾气依次管贯穿碱液池和吸附池，第二尾气管的一端位于碱液池的碱液上方，第二尾气管的另一端位于吸附池中放置槽的上方，第三尾气管贯穿吸附池，第三尾气管的一端位于放置槽的下方。

7.一种基于滑动弧放电等离子体降解sf6的方法，其特征在于包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于滑动弧放电等离子体降解sf6的方法，其特征在于：所述的第一电机和第二电机的角速度不相同。

9.根据权利要求7所述的基于滑动弧放电等离子体降解sf6的方法，其特征在于：所述的经步骤s2降解产生的尾气在尾气处理单元中，先经过碱液进行吸收，随后经过固态吸附剂进行吸附。

技术总结本发明公开了一种基于滑动弧放电等离子体降解SF6的装置和方法，本发明采用杆状或棒状的高压电极以及锥形螺旋状的低压电极，且高压电极和低压电极均可旋转，这种新结构电极和电极的旋转方式，可引起电极在轴向和角向上的三维运动以及放电电弧进行伸长，进而增加等离子体放电区域，使SF6在等离子体放电区域的停留时间边长，近而使SF6废气充分降解，大大提高了SF废气的降解率和降解量。本发明解决了现有技术仅针对六氟化硫气体降解效率低、降解量低的问题，采用旋转滑动弧放电等离子体可有效提高SF6降解率和降解量，实现SF6快速无害化降解。技术研发人员：李亚龙,张晓星,杨照迪,刘健犇,万昆,刘艳,谭辉宇,李妮,余磊受保护的技术使用者：湖北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23