способ очистки отходящих, топочных и топливных газов от газообразных примесей при помощи импульсного коронного разряда

Формула изобретения

Способ очистки отходящих, топочных и топливных газов от газообразных примесей при помощи импульсного коронного разряда путем пропускания потока очищаемого газа через зону разряда, отличающийся тем, что газ пропускают через зону импульсного коронного разряда, в которую подают воду либо содержащий воду раствор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к защите окружающей среды от промышленных выбросов токсичных газов в атмосферу, в частности к очистке отходящих, топочных и топливных газов импульсным коронным разрядом.

Наиболее близким к предлагаемому является непрерывный способ очистки отходящих газов при помощи коренного разряда.

Недостатком данного способа является получение продуктов окисления токсичных газов в виде кислотного тумана и аэрозолей, что значительно затрудняет их сбор и вывод из потока очищаемого газа и требует дополнительных конструктивных решений.

Целью предлагаемого технического решения является достижение высоких экологических показателей за счет глубокой степени очистки отходящих, топочных и топливных газов, получение продуктов в концентрированном и легкоутилизируемом виде, а также использование компактной установки при умеренных энергозатратах.

Указанная цель достигается тем, что поток очищаемой газовой смеси пропускается через зону импульсного коренного разряда, в которую подается вода. Разряд инициирует жидкофазные реакции, приводящие к быстрому и эффективному устранению токсичных примесей из потока газа. Продукты реакции образуются при этом непосредственно в самой воде и выносятся вместе с ней в виде концентрированного раствора или взвеси, удобных для дальнейшего использования.

Пример 1. Проведены испытания по устранению сероводорода в воздухе при помощи импульсного коронного разряда в диапазоне концентраций от 0,1 до 1% при наличии жидкой воды в камере. Вода подавалась в камеру в небольших количествах и стекала вниз по стенкам противотоком к потоку газа. При этом конверсия сероводорода происходила до серной кислоты. Энергозатраты на окисление одной молекулы сероводорода до H₂SO₄ составляли приблизительно 15 эВ/мол. и оставались неизменными во всем диапазоне концентраций. В ходе экспериментов pH подаваемой в разряд воды варьировалось в очень широких пределах (от 30%-ной кислоты до 1%-ной щелочи). Зависимости энергозатрат от pH не наблюдалось. При таких энергозатратах наблюдалась глубина очистки не менее 95% Причем эта цифра является оценкой снизу и определялась точностью измерений при помощи ультразвуковой диагностики и точностью масс-спектрометрического метода. Проведен массовый баланс с точностью 10% которым установлено, что вся сера выводится из потока очищаемого газа в виде серной кислоты.

В отсутствии жидкой воды в разрядной камере энергозатраты на разложение одной молекулы сероводорода оказываются порядка 100 эВ/мол. При этом реакция идет, в основном, на стенке камеры и приводит к выделению твердой серы. В ряде экспериментов в газовую смесь, пропускаемую через камеру, добавлялся водяной пар, концентрация которого приближалась к насыщенному (приблизительно 2% ). Добавление пара не влияло на результаты испытаний до тех пор, пока в камере не появилась вода в жидкой фазе.

Пример 2. Проведены испытаний по устранению примесей NO в воздухе при помощи импульсного коронного разряда в диапазоне концентраций от 0,1 до 1% при наличии жидкой воды в камере. Вода подавалась в камеру в небольших количествах и стекала вниз по стенкам противотоком к потоку газа. При этом конверсия окислов азота происходила до азотной кислоты. Энергозатраты на окисление одной молекулы NO до HNO₃ составляли приблизительно 9 эВ/мол и оставались неизменными во всем диапазоне концентраций. При таких энергозатратах наблюдалась глубина очистки не менее 95% Причем эта цифра является оценкой снизу и определялась точностью измерений при помощи ультрафиолетовой диагностики и точностью масс-спектрометрического метода. Проведем массовый баланс с точностью 10% которым установлено, что все окислы азота убираются из потока воздуха, переходя в азотную кислоту.

В отсутствии жидкой воды в камере максимальная достижимая глубина очистки оказывается не более 60-70% и не увеличивается при увеличении вводимой мощности.

Пример 3. Проведены испытания по устранению примесей толуола в воздухе при помощи импульсного коронного разряда в диапазоне концентраций 0,02-0,1% при наличии жидкой воды в камере. Вода подавалась в камеру в небольших количествах и стекала вниз по стенкам противотоком к потоку газа. Энергозатраты на конверсии одной молекулы толуола составляли приблизительно 100 эВ/мол. и оставались неизменными во всем диапазоне концентраций. При таких энергозатратах наблюдалась глубина очистки не менее 90% Причем эта цифра является оценкой снизу и определялась точностью измерений при помощи ультрафиолетовой диагностики и точностью масс-спектрометрического метода.

Основными продуктами окисления толуола являлись CO₂, H₂O и небольшое количество органических кислот. При отсутствии жидкой воды в камере энергозатраты на окисление толуола увеличивались в 2-3 раза, максимальная глубина очистки падала до 30-50%

Таким образом, предлагаемый способ очистки обладает рядом преимуществ перед используемыми ранее: отсутствие необходимости дополнительных устройств для сбора и вывода продуктов реакции: концентрированный и удобный для утилизации вид продуктов реакции; энергетическая эффективность; большая достигаемая степень очистки без увеличения энергозатрат; простота и относительно низкая цена установки.