СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ


RU (11) 2071816 (13) C1

(51) 6 B01D53/72, B01D53/86, B01D185:00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 92010987/26 
(22) Дата подачи заявки: 1992.12.04 
(45) Опубликовано: 1997.01.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 1346215, кл. В 01 D 53/36, 1985. 
(71) Заявитель(и): Варгаузин Алексей Анатольевич; Кузьмин Георгий Николаевич; Курганов Сергей Вениаминович; Спичкин Георгий Леонидович; Чистов Ефим Кириллович 
(72) Автор(ы): Варгаузин Алексей Анатольевич; Кузьмин Георгий Николаевич; Курганов Сергей Вениаминович; Спичкин Георгий Леонидович; Чистов Ефим Кириллович 
(73) Патентообладатель(и): Варгаузин Алексей Анатольевич; Кузьмин Георгий Николаевич; Курганов Сергей Вениаминович; Спичкин Георгий Леонидович; Чистов Ефим Кириллович 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ 

Использование: газоочистка в химической, нефтехимической, машиностроительной и легкой промышленности. Сущность изобретения: воздух с примесями органических веществ, например бутанола, пропускают через зону импульсного газового разряда. Длительность импульсов 10-2 - 100 мкс. Частота следования импульсов 0,1 - 10 кГц. Степень очистки от бутанола на этой стадии составляет 64 - 95%. Затем очищаемый газ пропускают через блок фотокатализатора. Последний может содержать трубчатые стеклянные элементы, на которые нанесен слой TiO2. Фотокатализатор освещают источником света в видимом или ультра-фиолетовом диапазонах. На стадии фотокатализа достигается полная очистка газа от примесей органических веществ. 1 ил. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технологии каталитического окисления для очистки газов от органических соединений, применяемой в химической, нефтехимической, машиностроительной, легкой промышленности.

Известен способ очистки отходящих газов от органических примесей по авт. св. СССР 1346215, B 01 D 53/36, который выбран за прототип.

По данному способу очищаемый газ пропускает через зону барьерного разряда, формируемого высокочастотным (2,1 2,6 кГц) синусоидальным напряжением с амплитудой 6 12 кВ. При этом осуществляется комбинированное воздействие на органические примеси озоном, образующимся в разряде, электронной и ионной бомбардировкой, интенсивным ультрафиолетовым излучением в разряде и радикалами, образующимися в плазмохимических реакциях.

Затем газ пропускают через окисно-марганцевый катализатор при объемной скорости 5000 20000 м3/ч и температуре 20 100oC.

При этом достигается примерно 99,6 100% степень очистки отходящих газов от органических веществ при сроке службы катализатора 350 ч.

Недостатком данного способа являются значительные энергетические затраты, а также небольшой срок службы катализатора.

Предлагаемый способ решает задачу повышения эффективности очистки воздуха от органических примесей. При этом достигается снижение энергозатрат, увеличение срока службы катализатора при сохранении высокой (до 100%) степени очистки.

Указанный технический результат достигается тем, что кислородсодержащий газ очищают от органических примесей путем пропускания его через зону газового разряда с последующим окислением оставшихся органических примесей на катализаторе, при этом газ пропускают через зону импульсного разряда с длительностью импульсов (10-2 100) мкс и частотой следования импульсов 0,1 10 кГц, а каталитическое окисление осуществляют на фотокатализаторе.

Новым в предлагаемом способе является то, что разряд осуществляют импульсным напряжением с длительностью импульсов (10-2 100) мкс и частотой следования (0,1 10) кГц, а также то, что каталитическое окисление осуществляют на фотокатализаторе. Пропускание кислородосодержащего газа через зону газового разряда приводит к очистке его от органических примесей как за счет окисления примесей озоном, образующимся в зоне разряда, так и за счет протекающих в нем плазмохимических реакций. При этом оказалось, что использование вместо синусоидального напряжения коротких периодических импульсов приводит к существенному повышению эффективности воздействия разряда на очищаемый газ. Это происходит из-за того, что при увеличении скорости нарастания напряжения (больше нескольких кВ/мкс) на газоразрядном промежутке увеличивается концентрация активных частиц (электронов, атомных частиц, возбужденных молекул, радикалов, ионов), а также повышается энергетическая эффективность выхода озона [В.Г. Самойлович, В.М. Гибалов, К.В. Козлов. Физическая химия барьерного разряда. МГУ, 1989, стр. 175] При переходе к импульсному питанию значительно увеличивается доля подводимой к разряду энергии, затрачиваемой на диссоциацию и окисление органических примесей, а потери на нагрев газа резко снижаются.

Указанные параметры импульсного разряда выбраны, исходя из того, что эффективность очистки воздуха зависит от энергии, вкладываемой в единичный импульс воздействия, и от частоты следования импульсов.

Доля энергии единичного импульса, расходуемая на диссоциацию и окисление молекул органических примесей, определяется крутизной фронта импульса напряжения dV/dt и длительностью импульса тока Ti, чем больше dV/dt и меньше Ti, тем эффективней идет нейтрализация диссоциация и окисление органических примесей, тем меньше потери на нагрев газа в зоне разряда. Кроме того, чем короче длительности воздействия напряжения, тем однороднее распределение плотности тока в разряде, и очистка идет во всем объеме газового разряда. Опытным путем установлено, что оптимальным диапазоном длительности импульсов с точки зрения указанных выше факторов является длительность 10-2 100 мкс.

Число единичных импульсов, воздействующих на элементарный объем газовой смеси за время пребывания его в зоне газового разряда, определяет эффективность очистки от молекул органических примесей. Чем выше это число, т.е. чем выше частота следования импульсов разрядного тока, тем выше степень очистки. Частота следования импульсов выбрана в диапазоне 0,1 10 кГц. При частоте меньше 0,1 кГц очистка будет не эффективна из-за малого числа импульсов напряжения, воздействующих на газ за время прохождения его через зону разряда. При частоте, большей 10 кГц, возможен перегрев газовой смеси в реакторе.

Использование фотокатализатора позволяет эффективно доокислить оставшиеся в газе после прохождения зоны газового разряда органические примеси. При этом протекающие под действием света на поверхности фотокатализатора реакции окисления органических примесей озоном, оставшимся в газовой смеси после выхода из зоны газового разряда, протекают с большей скоростью, чем на традиционных твердотельных катализаторах, при любой температуре вентиляционного потока без затрат энергии на нагрев фотокатализатора. В присутствии света остаточный озон способствует очищению поверхности фотокатализатора, увеличивая его время работы до регенерации. При этом эффективность процесса доокисления органических примесей на фотокатализаторе настолько высока, что практически весь остаточный озон в газовой смеси расходуется, и на выходе фотокатализатора озон отсутствует.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства газоочистки, реализующего предлагаемый способ.

Примеры осуществления способа.

Способ осуществляли на лабораторном макете устройства газоочистки, включающем побудитель расхода 1, реактор 2 низкотемпературной плазмы и блок фотокатализатора 3. Побудителем расхода производили подачу воздуха с органическими примесями (с бутанолом) в реактор 2. В реакторе 2 формировали низкотемпературную плазму в барьерном объемном разряде между двумя цилиндрическими электродами, разделенными разрядным промежутком, равным 2 мм, и барьером стеклянной трубкой. Система питания (высоковольтный генератор) подавала на разрядный промежуток знакопеременные импульсы. После выхода из реактора 2 газовая смесь прокачивалась через трубчатые стеклянные элементы блока фотокатализатора 3, на которые нанесен слой TiO2. Элементы блока фотокатализатора 3 освещались лампой ДРК-120, которая излучала свет в видимом и УФ-диапазонах. На выходе устройства газоочистки получали газ, очищенный от органических примесей.

Проводился анализ очищаемого газа хроматографическим методом на приборе ЛХМ-80М с колонкой ПЭГ-6000 (полиэтиленгликоль). Использовался ионизационно-плазменный детектор с максимальной чувствительностью 10 мкг/м3 по бутанолу. Отбор проб газа на анализ осуществлялся шприцем объемом 1 мл в точках а, b и с блок-схемы устройства на фиг. 1.

Пример 1.

Побудителем расхода (микронагнетателем) 1 производили подачу смеси воздуха с бутанолом в реактор 2 низкотемпературной плазмы. Концентрацию бутанола измеряли в точке а блок-схемы устройства очистки перед входом в реактор 2. Система питания подавала на газоразрядный промежуток знакопеременные импульсы с амплитудой 10 кВ, длительностью 100 мкс и частотой следования 0,2 кГц. После выхода из реактора 2 газовая смесь прокачивалась через блок фотокатализатора 3 и далее поступала на выход из устройства газоочистки. Осуществлялся отбор проб газа и их анализ после выхода газовой смеси из реактора 2 (точка в блок-схеме устройства очистки) и после выхода очищаемого газа из блока фотокатализатора 3 (точка с блок-схемы устройства очистки). Результат анализа приведен в табл. 1.

Из табл. 1 следует, что в реакторе 2 произошло значительное снижение концентрации бутанола в очищаемом газе (до 36%) за счет процессов окисления органических примесей озоном, образующимся в реакторе 2, и протекающих в нем плазмохимических реакций.

Дальнейшее снижение концентрации бутанола (до 5%) произошло в блоке фотокатализатора 3, в котором осуществлялось "дожигание" остаточных органических примесей и озона после выхода газа из реактора 2.

Озон на выходе очищаемого газа из устройства газоочистки отсутствовал.

Пример 2.

Производили подачу смеси воздуха с бутанолом (концентрацией 292 г/м3 в реактор 2, где формировали низкотемпературную плазму в барьерном объемном разряде, создаваемом импульсами с амплитудой 10 кВ, длительностью 10 мкс и частотой следования 1,0 кГц. После выхода из реактора 2 газовая смесь прокачивалась через блок фотокатализатора 3 и поступала на выход устройства газоочистки. Осуществляли измерение концентрации бутанола в газовой смеси на входе в реактор 2, а также анализ очищаемого газа на выходе из реактора 2 и на выходе из блока фотокатализатора 3 (точки а, b, c блок-схемы устройства очистки). Результаты анализа приведены в таблице.

Из таблицы следует, что концентрация бутанола в очищаемом газе после выхода из реактора 2 снизилась до 29% а после прохождения блока фотокатализатора 3 до 2% Степень очистки газа от органических примесей составила 98% Озон в очищенном газе отсутствовал.

Пример 3.

Осуществляли подачу смеси воздуха с бутанолом (концентрация 292 мг/м3) в реактор 2, где формировали низкотемпературную плазму в барьерном объемном разряде, создаваемом импульсами с амплитудой 10 кВ, длительностью 10 мкс и частотой следования 2 кГц. После выхода из реактора 2 газовая смесь прокачивалась через блок фотокатализатора 3 и поступала на выход устройства газоочистки. Производили измерение концентрации бутанола в газовой смеси перед входом в реактор 1, а также анализ очищаемого газа на выходе из реактора 2 и на выходе из блока фотокатализатора 3 (точки a, b, c блок-схемы устройства очистки). Результаты анализа приведены в таблице.

Из таблицы следует, что концентрация бутанола в очищаемом газе снизилась до 5% после прохождения блока фотокатализатора 3 бутанол в воздухе отсутствует. Степень очистки воздуха составила 100% Озон в очищенном воздухе отсутствовал.

Из приведенных в таблице примеров видно, что по предлагаемому способу достигается 100% степень очистки воздуха от органических примесей. Степень очистки при этом тем выше, чем больше частота следования импульсов напряжения, формирующих газовый разряд, и меньше их длительность, выбранные из указанных выше допустимых диапазонов изменения этих величин.

Способ отличается малым удельным потреблением энергии. Так произведенные оценки показывают, что для эффективной очистки 1000 м3/час воздуха от бутанола с массовой концентрацией до 80 мг/м3 достаточно мощности установки газоочистки, работающей по предлагаемому способу, равной 5 кВт.

Способ достаточно универсален, позволяет очищать воздух от различных типов органических примесей бутанола, толуола, ацетона, фенола, ксилола и т.д. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ очистки воздуха от органических примесей путем пропускания его через зону газового разряда с последующим окислением оставшихся органических примесей на катализаторе, отличающийся тем, что газ пропускают через зону импульсного разряда с длительностью импульсов 0,01 100 мкс с частотой следования импульсов 0,1 10 кГц, а каталитическое окисление осуществляют на фотокатализаторе.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru