SF6废气等离子体降解产物无害化调控及高效降解研究

SF6 has been widely used in power industry and other related fields due to its excellent properties. In order to handle the problem of SF6 exhaust gas treatment, harmless degradation of SF6 gas is studied using dielectric barrier discharge (DBD). In this project, the physical and chemical processes of SF6 destruction under DBD will be explored, and the formation pathways of the products will be revealed by plasma diagnoses, degradation products detection and DBD hybrid model simulation. According to the formation origination of the products, the appropriate additional gas and catalysts will be searched for the regulation of the varieties and contents of discharge products, which is to inhibite formation of other undesired products, and improve the selectivity of HF, SO2 and SOF2 and absorb and convert them into harmless solid products with the suitable alkali solution. Then, some parameters should be established to reflect two evaluation indexes regarding the effects of degradation and the harmlessness. Under the premise of ensuring great effects of degradation and harmlessness, the parameter optimization methods will be used to comprehensively regulate the various influential parameters (such as voltage, frequency, the discharge power, additional gas, catalyst and gas residence time) and get the best condition for high efficient and harmless treatment of SF6. The project is to provide theoretical and technical support for the realization of the industrial application of SF6 degradation by DBD.

SF6由于其优良性能被广泛应用于电力和其他行业，针对具有严重温室效应的SF6废气如何进行处理的难题，提出利用介质阻挡放电(DBD)无害化降解SF6废气的思路与方法。本项目通过等离子体诊断、放电降解产物检测和DBD混合模型仿真，探究SF6在DBD作用下发生分解的物理化学过程，揭示DBD处理SF6的降解产物的形成路径；从产物的形成根源着手寻找合适的外加气体和催化剂调控SF6的放电降解产物的种类和含量，抑制其他非理想产物的生成，提高HF、SO2和SOF2的选择性并采用合适的碱溶液将其吸收转化为无害化的固体产物；确立反映降解效果和无害化效果两个评价指标的参量，在同时保证降解效果和无害化效果的前提下采用参数优化方法全面调控各个影响参数(电源电压、频率、放电功率、外加气体、催化剂、气体停留时间等)，得到高效无害化处理SF6的最佳条件，为最终实现DBD降解SF6废气的工业应用提供理论与技术支撑。

SF6作为电力工业中大量使用的强温室气体，实现其无害化降解是一项重要的减排手段。本项目基于介质阻挡放电方法，以获取的高效无害化降解SF6实验方案为主要目标，并结合仿真手段揭示低温等离子体体系中SF6的降解机理，主要完成的工作包括：搭建低温等离子体SF6降解实验平台，开展系统性实验研究获取电学参数（输入功率、放电电压等）、气相参数（背景气体种类、活性气体种类、气体配比）、放电环境参数（空气、变压器油）、填充介质参数（种类、尺寸、表面状态）等主要实验参数对降解率、降解能效以及产物选择性三个主要降解指标的影响规律，结合等离子体参数计算与DFT方法分析降解体系中SF6的断键分解过程以及主要产物的生成机制。研究结果表明，放电体系的约化场强可以有效反映反应器物理参数与电学输入参数的共同作用。Ar作为背景气体，相比于He、N2与干燥空气，具有最佳的降解促进作用。H2O、O2与NH3三种活性气体的加入能够有效提升体系的降解能效，同时对产物生成产生影响，这得益于活性气体电离产生的各类自由基粒子，其中H2O可以有效促进SO2的生成，O2促进S-O-F类气体的产生，NH3在促进SO2产生的同时会促使SF6还原产生S单质、NH3HF与NH4HF2等固体产物。填充介质颗粒的加入能够有效促进放电过程并提升降解效果，同时γ-Al2O3的加入可以促进SO2的生成；活性气体与填充介质存在协同效益，可以共同促进降解反应的发生。综合上述研究，本项目从反应器设计、关键实验参数选取以及处理流程等方面提出了建议与优化方案，相关研究成果为该技术的工业化成熟应用提供了可靠科学理论与技术支持。