способ очистки отходящих, топочных и топливных газов при помощи барьерного разряда

Формула изобретения

Способ очистки газов от вредных газообразных примесей путем пропускания очищаемого газа через зону барьерного разряда, отличающийся тем, что одновременно противотоком к потоку очищаемого газа 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 барьерным разрядом.

Наиболее близким к предлагаемому является непрерывный способ очистки газов от вредных газообразных примесей при помощи барьерного разряда.

Недостатком данного способа является невозможность использования жидкофазных реакций в зоне разряда для окисления токсичных примесей и закалки продуктов реакции. В результате не подвергаются очистке такие примеси, как толуол, Н₂S, которые эффективно окисляются только при жидкофазных реакциях. В данном случае увеличивается также глубина очистки таких примесей, которые окисляются газофазно (например, NO_x) за счет связывания продуктов реакции в жидкой фазе в зоне разряда и подавления обратной реакции.

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

Цель достигается тем, что поток очищаемой газовой смеси пропускается через зону барьерного разряда, в которую одновременно противотоком подается вода или содержащий воду раствор. 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.

П р и м е р 1. Проведены испытания по устранению сероводорода в воздухе в диапазоне концентраций от 0,1 до 1% при наличии водного раствора в камере. Водный раствор подавали в камеру в небольших количествах, он стекал 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 5 эВ/молек. и оставались неизменными во всем диапазоне концентраций. В ходе экспериментов рН подаваемого в разряд водного раствора варьировалось в очень широких пределах (от 30% кислоты до 1% щелочи). Зависимости энергозатрат от рН не наблюдалось. 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. Проведен массовый баланс с точностью 10% с помощью которого установлено, что вся сера выводится из потока очищаемого газа в виде серной кислоты.

В отсутствие раствора в разрядной камере энергозатраты на разложение одной молекулы сероводорода оказываются порядка 100 эВ/мол. При этом реакция осуществляется в основном на стенки камеры и приводит к выделению твердой серы. В ряде экспериментов в газовую смесь, пропускаемую через камеру, добавлялся водяной пар, концентрация которого приближалась к насыщенному ( 2% ). Добавление пара не влияло на результаты испытаний до тех пор, пока в камере не появлялся водный раствор.

П р и м е р 2. Проведены испытания по разложению сероводорода в водороде и азоте. Концентрация сероводорода составляла 1% Конечным продуктом реакции при этом была сера в виде взвеси, образующаяся в воде, стекающей по стенке. Если вода, подаваемая в разряд, содержала небольшое количество растворенного кислорода, то появлялось некоторое количество серной и сернистой кислот. Этого можно избежать, если подавать в разряд предварительно обескислороженную воду. Сера, образующаяся в воде, быстро собирается крупными хлопьями и легко удаляется в процессе отстаивания. Несмотря на разницу в конечных продуктах реакции, энергозатраты в водороде и азоте практически не отличаются от энергозатрат в воздухе и также составляют приблизительно 15 эВ/молек. В водороде и азоте при этих энергозатратах также зарегистрирована глубина очистки не менее 95% Контрольный сбор серы, проведенный с погрешностью 10% показывает, что вся сера выводится из потока газа вместе с водой.

Показано, что в случае, если в камере отсутствовала вода в жидкой фазе, энергозатраты на разложение сероводорода в водороде оказываются не менее 200 эВ/мол.

П р и м е р 3. Проведены испытания по очистке метана от 1% примеси сероводорода. К газовому потоку добавлялось 15% воздуха. При этом практически весь сероводород окислялся до серной кислоты, которая выводилась из потока очищаемого метана вместе с водой, стекающей по стенкам разряда. Масс-спектральный анализ не обнаружил в потоке газа присутствия каких-либо сероорганических соединений, после воздействия разряда в потоке метана зафиксировано небольшое количество метанола (не более 0,02%) и около 1% углекислого газа. Глубина очистки метана от 1% примеси сероводорода (при добавлении 15% воздуха) оказывается не менее 95% Энергозатраты на окисление сероводорода в метане оказываются 35-40 эВ/молек. В отсутствие воздуха реакция проходила по пути образования метилмеркаптана, причем последний практически весь оставался в газовой фазе и лишь незначительная часть его выводилась из потока газа вместе с водой.

Близкие результаты были получены при испытаниях способа очистки газовых смесей от NO, CS₂, SO₂, меркаптанов и фенола.

Таким образом, предлагаемый способ очистки обладает рядом преимуществ перед используемыми ранее, а именно: 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.