способ очистки воздуха от оксидов азота

Формула изобретения

1. Способ очистки воздуха от оксидов азота, заключающийся в его пропускании через химический поглотитель оксидов азота, включающий два компонента: хемосорбент-основание, поглощающий диоксид азота, и сорбент-окислитель, окисляющий монооксид азота до диоксида, отличающийся тем, что очищаемый воздух пропускают через химический поглотитель оксидов азота, изготовленный в виде последовательности из n пар слоев хемосорбента-основания и сорбента-окислителя, при этом исходная концентрация диоксида азота после прохождении всей последовательности n пар слоев падает в 3ⁿ раз, где n - общее число пар слоев: хемосорбент-основание + сорбент-окислитель и n>1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хемосорбента-основания используют волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме ОН^- или зернистый анионит АВ-17 в форме ОН ^-.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве сорбента-окислителя используют волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме MnO₄ ^- или зернистый анионит АВ-17 в форме MnO₄ ^-.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области создания способов очистки отходящих газов химических производств, а также способов и средств индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания от примесей окислов азота в воздухе, появляющихся в результате аварийных выбросов или преднамеренного химического заражения, террористических актов и т.п., и может найти применение при разработке противогазов, защитных патронов, фильтрующих установок коллективного пользования и др.

Одной из важнейших задач, стоящих перед разработчиками таких средств защиты, является увеличение степени очистки воздуха от вредных примесей. В настоящее время существует множество способов очистки, с помощью которых можно добиться более или менее приемлемых результатов.

Распространенным методом очистки от окислов азота является каталитический метод, заключающийся в проведении гетерогенной реакции восстановления двуокиси азота (NO₂ ) до менее токсичной окиси азота (NO) и далее до азота. Степень очистки с помощью таких методов невысока, как правило, не превышает 90%.

Например, в патенте (RU 2147461, кл. В 01 J 37/04, 2000) описывается катализатор для очистки воздуха от оксидов азота, который получен путем смешения диоксида марганца со связующим - бентонитовой глиной, формования гранул, сушки, дробления и термообработки. При этом в суспензию, содержащую диоксид марганца, вводят гидроксид бария, приготовляемый одновременно при щелочной обработке смеси диоксида марганца с водорастворимой солью бария.

Недостатки способа очистки воздуха с использованием данного катализатора связаны с быстрым отравлением катализатора в результате воздействия влаги воздуха и, как следствие, с его нестабильностью.

Известен также способ для очистки газов от оксидов азота с использованием катализатора, получаемого добавлением к измельченному порошку активной окиси алюминия раствора нитрата меди и небольшого количества воды для придания массе пластичности с последующим формованием и термообработкой гранул при 280-300°C и пропиткой их раствором нитрата марганца и повторной термообработкой (Авт. свид. СССР №986482 от 31.03.80, кл. В 01 J 23/84; В 01 D 53/86).

Недостатки способа очистки с помощью данного катализатора связаны с неравномерностью смешивания его ингредиентов в сухом виде из-за сильного отличия в плотности каждого из компонентов, что приводит к нестабильности защитных свойств и недостаточно высокой каталитической активности полученного катализатора.

Известен способ очистки воздуха с применением анионитных волокнистых материалов (Л.Л.Кукушкина, З.З.Абдулхакова, С.В.Захаров, М.П.Зверев. «Улавливание оксидов азота волокнистым хемосорбентом». Экология и промышленность России, 2001, №4). Для усиления основности анионита авторы обрабатывали волокно ВИОН АН-1 3% раствором гидроксида натрия.

Недостатком данного и подобных методов, в которых используются только анионитные поглотители двуокиси азота, является принципиальная невозможность добиться снижения концентрации оксидов азота в воздушном потоке более чем в три раза, поскольку при хемосорбции двуокиси азота из трех молекул NO₂ образуется одна молекула NO (см. ниже). Теоретически двуокись азота хемосорбируется на 100%, однако образующийся в этом процессе моноксид (NO) быстро окисляется до NO₂ в результате воздействия ультрафиолетового излучения, взаимодействия с озоном или в силу ряда других причин.

Другим недостатком вышеупомянутых способов является потеря защитных свойств при увлажнении сорбента.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки воздуха от оксидов азота (RU 2171140, кл. B 01 J 20/20, 2001), заключающийся в пропускании очищаемого воздуха через химический поглотитель оксидов азота, представляющий собой механическую смесь двух сыпучих компонентов: углеродного сорбента с нанесенным на него карбонатом калия, поглощающим двуокись азота, и активного оксида алюминия с нанесенным на него перманганатом калия - окислителем NO до NO₂.

Недостаток этого известного способа (прототипа) связан с тем, что на модифицированном карбонатом калия углеродном сорбенте наряду с реакцией химического связывания NO₂ протекает реакция частичного восстановления NO₂ до NO, поскольку, как уже упоминалось, при хемосорбции двуокиси азота основанием из трех молекул NO₂ образуется одна молекула NO (А.И.Родионов, В.Н.Клушин, Н.Ф.Торочешников. Техника защиты окружающей среды, М., Химия, 1989, стр.136). В. результате фактически возникает необходимость окисления NO, не только поступающего в фильтрующий элемент извне, но и перманентно образующегося в фильтрующем слое. Очевидно, что с этой точки зрения использование смесевых композиций, в которых во всех точках фильтрующего слоя одновременно присутствуют компоненты как окисляющие NO, так и восстанавливающие NO ₂, является нерациональным, так как при этом протекают две конкурирующие реакции взаимно противоположной направленности на протяжении всей длины фильтрующего элемента от начала и вплоть до слоев на выходе из него, что приводит к снижению эффективности фильтра.

Задачей изобретения является создание простого и дешевого способа очистки воздуха от окислов азота, который позволит существенно повысить эффективность процесса и обеспечит практически любую высокую степень очистки воздуха, содержащего большие концентрации окислов азота, а также позволит увеличить ресурс работы сорбента, уменьшить его количество при неизменной эффективности и обеспечит возможность его регенерации.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом очистки воздуха от оксидов азота, заключающимся в его пропускании через химический поглотитель оксидов азота, включающий два компонента: хемосорбент-основание, поглощающий диоксид азота, и сорбент-окислитель, окисляющий монооксид азота до диоксида, в котором, согласно изобретению очищаемый воздух пропускают через химический поглотитель оксидов азота, изготовленный в виде последовательности n пар слоев хемосорбента-основания и сорбента-окислителя, при этом исходная концентрация диоксида азота после прохождении всей последовательности n пар слоев падает в 3ⁿ раз, где n - общее число пар слоев: хемосорбент-основание+сорбент-окислитель и n>1.

В качестве хемосорбента-основания можно использовать волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме ОН^- или зернистый анионит АВ-17 в форме ОН^-.

В качестве сорбента-окислителя можно использовать волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме MnO ₄ ^- или зернистый анионит АВ-17 в форме MnO₄ ^-.

Для регенерации хемосорбент анионит можно обрабатывать 2% вес. раствором NaOH в воде.

Главным отличием предлагаемого способа от известного (прототипа) является формирование фильтрующего слоя химического поглотителя оксидов азота в виде последовательности пар слоев хемосорбента анионита в ОН^--форме и окислителя.

В общих чертах процесс, протекающий в первом слое пары - в анионите, можно представить в виде:

3NO₂+2RCOON⁺...OH^- 2RCOON ⁺...NO₃ ^-+NO+H₂O

Как видно из этого уравнения, из трех молекул двуокиси азота в ходе хемосорбции образуется одна молекула NO.

В ходе последующей реакции окисления из одной молекулы NO образуется одна молекула NO₂. Таким образом, после прохождения одной пары слоев анионит+окислитель концентрация NO₂ падает в три раза. Очевидно, что после прохождения n последовательно расположенных пар таких слоев концентрация NO₂ упадет в 3ⁿ раз. Например, при прохождении 4-х пар слоев степень очистки воздушного потока от NO₂ составит 99%.

Правильность такого рассмотрения подтверждается результатами испытаний по очистке воздушного потока от окислов азота. В качестве примера в таблице приведена измеренная зависимость от скорости воздушного потока эффективности его очистки от двуокиси азота при прохождении одной пары слоев анионита ВИОН АН-1 в форме ОН ^- и окислителя. Испытания проводились при следующих условиях: масса фильтрующего материала 17 г, начальная концентрация диоксида азота 100 мг/м³, относительная влажность газо-воздушной смеси 60%.

Таблица Зависимость эффективности очистки от скорости фильтрации
Скорость фильтрации см/сек	1	5	10	15	20
Эффективность очистки (%)	70	68	65	59	50

Как видно из таблицы, эффективность фильтрации при скоростях до 10 см/сек соответствует теоретически определенной - 2/3. При больших скоростях эффективность, как и следовало ожидать, снижается. При повторном пропускании через фильтр концентрация окислов азота вновь уменьшается в три раза. Таким образом, помещая в фильтрующий элемент достаточное количество пар хемосорбент-окислитель можно добиться любой достаточно высокой степени очистки.