способ уменьшения содержания формальдегида в газе

Формула изобретения

1. Способ уменьшения содержания формальдегида в газе, включающий взаимодействие указанного газа с основным водным окисляющим раствором, рН которого составляет от приблизительно 9,0 до приблизительно 10,5, и содержащим Н₂О₂ и катион металла, выбранный из Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ , Сu²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺, Ti⁴⁺ , Cr³⁺, Се³⁺, Zn²⁺, Pd²⁺ , Mo⁶⁺ и их смесей, для окисления по меньшей мере части указанного формальдегида, содержащегося в указанном газе, до муравьиной кислоты, приводя к получению газа с пониженным содержанием формальдегида по сравнению с указанным газом до его взаимодействия с указанным окисляющим раствором, и раствор, содержащий муравьиную кислоту.

2. Способ по п.1, в котором указанный водный окисляющий раствор дополнительно содержит комплексообразующий агент.

3. Способ по п.2, в котором указанный комплексообразующий агент выбран из группы, состоящей из диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПУ), нитрилтриуксусной кислоты (НТУ), этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУ), гексаметафосфата натрия, цитрата натрия и их смесей.

4. Способ по п.2, в котором указанный комплексообразующий агент представляет собой НТУ или ДТПУ.

5. Способ по п.1, в котором указанный основный водный окисляющий раствор содержит Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ или их смеси.

6. Способ уменьшения содержания формальдегида в газе, включающий взаимодействие указанного газа с основным водным окисляющим раствором, рН которого составляет от приблизительно 9,0 до приблизительно 10,5, содержащим Н₂О₂, катион металла и комплексообразующий агент, для окисления по меньшей мере части указанного формальдегида, содержащегося в указанном газе, до муравьиной кислоты, приводя к получению газа с пониженным содержанием формальдегида по сравнению с указанным газом до его взаимодействия с указанным окисляющим раствором, и раствор, содержащий муравьиную кислоту.

7. Способ по п.6, в котором указанный комплексообразующий агент выбран из группы, состоящей из диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПУ), нитрилтриуксусной кислоты (НТУ), этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУ), гексаметафосфата натрия, цитрата натрия и их смесей.

8. Способ по п.6, в котором указанный комплексообразующий агент представляет собой НТУ или ДТПУ.

9. Способ по п.7, в котором указанный основный водный окисляющий раствор содержит Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ или их смеси.

10. Способ по любому из пп.2-9, в котором концентрация указанного комплексообразующего агента, присутствующего в указанном растворе, составляет от приблизительно 2 млнд. до приблизительно 2500 млнд.

11. Способ по любому из пп.1-9, в котором концентрация Н ₂O₂, присутствующего в указанном растворе, составляет по меньшей мере 10 млнд.

12. Способ по любому из пп.1-9, в котором мольное отношение Н₂О₂/СН ₂О составляет по меньшей мере приблизительно 1.

13. Способ по любому из пп.1-9, в котором указанный основный водный окисляющий раствор содержит основание, выбранное из группы, состоящей из NaOH, КОН, Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, NaHCO ₃, Nа₂СО₃, К₂СО₃ , КНСО₃ и их смесей.

14. Способ по любому из пп.1-9, в котором указанное основание представляет собой NaOH.

15. Способ по любому из пп.1-9, в котором рН раствора составляет от приблизительно 9,5 до приблизительно 10,5.

16. Способ по любому из пп.1-9, в котором рН раствора составляет от приблизительно 9,7 до приблизительно 10,0.

17. Способ по любому из пп.1-9, в котором указанный основный водный окисляющий раствор содержит Fe²⁺ в концентрации, составляющей по меньшей мере 0,5 млнд.

18. Способ по любому из пп.1-9, в котором указанный основный водный окисляющий раствор содержит Mg²⁺ и/или Са²⁺ в концентрации, составляющей по меньшей мере 0,5 млнд.

19. Способ по любому из пп.1-9, в котором указанное взаимодействие включает смешивание формальдегида с указанным окисляющим раствором для растворения в нем формальдегида.

20. Способ по любому из пп.1-9, в котором указанный газ и указанный окисляющий раствор смешиваются друг с другом в наполненной колонне.

21. Способ по п.20, в котором газ вводят в нижнюю часть колонны, а раствор вводят в верхнюю часть колонны, причем газ и раствор смешиваются друг с другом в колонне на протяжении заранее заданного числа единиц переноса.

22. Основный водный окисляющий раствор, рН которого составляет от приблизительно 9,0 до приблизительно 10,5, содержащий Н₂O₂ , катион металла и комплексообразующий агент, причем раствор способен окислять формальдегид до муравьиной кислоты.

23. Основный водный окисляющий раствор, рН которого составляет от приблизительно 9,0 до приблизительно 10,5, содержащий Н₂ О₂ и Fe²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺ , Mn²⁺, Ti⁴⁺, Cr³⁺, Ce³⁺ , Zn²⁺, Pd²⁺, Mo⁶⁺ или их смеси, причем раствор способен окислять формальдегид до муравьиной кислоты.

24. Раствор по п.23, в котором указанный водный окисляющий раствор дополнительно включает комплексообразующий агент.

25. Раствор по п.24, в котором указанный комплексообразующий агент выбран из группы, состоящей из диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПУ), нитрилтриуксусной кислоты (НТУ), этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУ), гексаметафосфата натрия, цитрата натрия и их смесей.

26. Раствор по п.24, в котором указанный комплексообразующий агент представляет собой нитрилтриуксусную кислоту (НТУ) или диэтилентриаминпентауксусную кислоту (ДТПУ).

27. Раствор по любому из пп.22-26, рН которого составляет от приблизительно 9,5 до приблизительно 10,5.

28. Раствор по любому из пп.22-26, рН которого составляет от приблизительно 9,7 до приблизительно 10,0.

29. Раствор по любому из пп.22-26, в котором указанный основный водный окисляющий раствор содержит Са²⁺, Mg²⁺, Fе²⁺ или их смеси.

30. Применение раствора, определенного в любом из пп.22-26, для уменьшения содержания формальдегида в газе.

31. Применение нитрилтриуксусной кислоты (НТУ) или диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПУ) в качестве комплексообразующего агента в окисляющем растворе, рН которого составляет от приблизительно 9,0 до приблизительно 10,5, содержащем Н₂О₂ и катион металла.

32. Способ окисления формальдегида до муравьиной кислоты, причем указанный способ включает взаимодействие формальдегида с основным водным окисляющим раствором, рН которого составляет от приблизительно 9,0 до приблизительно 10,5, включающим нитрилтриуксусную кислоту (НТУ) и/или диэтилентриаминпентауксусную кислоту (ДТПУ), катион металла и Н₂О₂.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к улучшениям в области обработки газа с тем, чтобы уменьшить содержание загрязнителей и/или примесей в нем. В частности, данное изобретение относится к способу уменьшения содержания формальдегида в газе. Данный способ может быть особенно полезен для уменьшения содержания формальдегидов в различных газах, таких как отходящие промышленные газы или газы, содержащие формальдегид вместе с другими примесями. Изобретение также относится к водному окисляющему раствору, пригодному для окисления формальдегида.

Уровень техники, к которому относится изобретение

В настоящее время значительное уменьшение выброса различных загрязнителей в окружающую среду становится особенно важным. Формальдегид представляет собой один из продуктов, который в нескольких областях промышленности должен обрабатываться так, чтобы предотвратить его попадание в атмосферу. В частности, такие газы могут вырабатываться деревообрабатывающей или целлюлозно-бумажной промышленностью, например, при изготовлении панелей на основе дерева, таких как древесностружечные плиты с ориентированным расположением стружки (ОДСП) или древесноволокнистые плиты, такие как древесноволокнистые плиты низкой плотности (НДВП), древесноволокнистые плиты средней плотности (СДВП) или древесноволокнистые плиты высокой плотности (ВДВП), и древесностружечные плиты. Выбросы формальдегида происходят и в различных других отраслях промышленности. Такие отрасли промышленности включают литейную промышленность, металлургию, нефтехимическую промышленность, сахарную промышленность, изготовление продуктов для ухода за зубами, полимерную промышленность, автомобилестроение, лакокрасочную промышленность, производство изделий из стекла, производство стеклянной ваты. Зачастую газы, включающие формальдегид, обрабатывают таким образом, чтобы окислять его до CO₂, который вызывает парниковый эффект.

Одна из технологий, предложенных на настоящий момент, представляет собой РТО (Регенеративный Термический Окислитель). Однако было показано, что реализация такой технологии на заводе может быть очень дорогостоящей, и ее использование может быть сопряжено с высокими эксплуатационными расходами. Более того, такая технология может приводить к получению значительных количеств предшественников смога, что нежелательно с экологической точки зрения. РТО основывается на термическом окислительном разрушении данных выбросов. Например, в производстве панелей на основе дерева газы, образуемые при высушивании или прессовании, направляют к РТО, где ЛОС (Летучие Органические Соединения), такие как формальдегид, метанол, этанол, а также пинены, лимонены, камфен, кетоны, сжигают при очень высоких температурах порядка 800°C. Для увеличения теплового коэффициента полезного действия системы используют керамические слои для предварительного нагревания входящего воздуха перед сжиганием. Эта технология может эффективно использоваться для разрушения ЛОС, CO и органических твердых частиц. Однако РТО производят некоторое количество NOx (предшественников смога) и парниковых газов (ПРГ) при сжигании природного газа и других видов ископаемого топлива для поддержания требуемых температур. Эксплуатация РТО достаточно дорогостоящая и требует наличия источника ископаемого топлива. Более того, неорганические твердые частицы могут привести к засорению слоя. РТО функционируют при температуре, равной или близкой к температурам плавления некоторых из данных неорганических твердых частиц, и при плавлении эти побочные продукты могут навсегда прилипнуть к керамическому слою и вызвать его преждевременный выход из строя. Для очистки слоя от органических твердых частиц и уменьшения перепадов давления требуется периодическое выжигание слоя. Могут также потребоваться дополнительные устройства для обработки неорганических частиц, предшествующие РТО.

Биофильтрация представляет собой новую технологию, используемую для улавливания и разрушения твердых частиц и ЛОС. Для разрушения легко разрушающихся ЛОС могут хорошо подходить некоторые мезофильные микроорганизмы. Однако внедрение такой технологии требует высоких затрат и большого пространства. Оно также требует высокой стабильности условий эксплуатации.

Таким образом, было бы желательно разработать способ, который бы устранил вышеуказанные недостатки.

Сущность изобретения

Следовательно, задача данного изобретения заключается в разработке способа, который бы устранил вышеуказанные недостатки.

Еще одна задача данного изобретения заключается в разработке способа уменьшения содержания формальдегида в газе экологически чистым способом.

Еще одна задача данного изобретения заключается в разработке способа уменьшения содержания формальдегида в газе простым способом.

Еще одна задача данного изобретения заключается в разработке способа уменьшения содержания формальдегида в газе, эксплуатация которого не требует больших затрат.

Еще одна задача данного изобретения заключается в разработке способа уменьшения содержания формальдегида в газе без выделения значительных количеств предшественников смога, таких как NOx, SOx и т.д.

Еще одна задача данного изобретения заключается в разработке окисляющего раствора, который пригоден для эффективного уменьшения содержания формальдегида в газе.

В соответствии с одним аспектом данного изобретения разработан способ уменьшения содержания формальдегида в газе, включающий взаимодействие газа с основным водным окисляющим раствором, содержащим H₂O₂, для окисления по меньшей мере части формальдегида, содержащегося в газе, до муравьиной кислоты, таким образом приводя к получению газа с пониженным содержанием формальдегида по сравнению с газом до его взаимодействия с окисляющим раствором и раствора, включающего муравьиную кислоту.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения разработан способ уменьшения содержания формальдегида в газе, содержащем формальдегид и примеси. Способ включает

a) уменьшение количества примесей, присутствующих в газе; и

b) взаимодействие газа с основным водным окисляющим раствором, содержащим H₂O₂, для окисления по меньшей мере части формальдегида, содержащегося в газе, до муравьиной кислоты и получения раствора, содержащего муравьиную кислоту, таким образом приводя к понижению содержания формальдегида в газе.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения разработан способ уменьшения концентрации формальдегида в газе, полученном в ходе изготовления панелей на основе дерева, включающих формальдегидсодержащую смолу. Способ включает

a) извлечение газа;

b) взаимодействие газа с водным щелочным раствором для по меньшей мере частичного удаления примесей, присутствующих в газе;

c) взаимодействие газа, полученного на стадии (b), с основным водным окисляющим раствором, содержащим комплексообразующий агент и H₂O₂, для окисления по меньшей мере части формальдегида, содержащегося в газе, до муравьиной кислоты и получения раствора, содержащего муравьиную кислоту. Такой способ может позволить уменьшить содержание формальдегида в газе на по меньшей мере 30%, не требуя, чтобы соотношение H ₂O₂:формальдегид превышало 5:1.

Было обнаружено, что процессы по данному изобретению позволяют уменьшить содержание формальдегида в газе простым способом. Такие процессы можно использовать без больших затрат, и они не требуют дорогостоящего и трудоемкого технического обслуживания систем, используемых для их проведения. Также было обнаружено, что такие процессы не приводят к получению значительных количеств предшественников смога. В действительности такие процессы позволяют уменьшить выделение предшественников смога. Также было обнаружено, что такие процессы могут уменьшить содержание формальдегида в газе, требуя относительно небольшого количества окислителя, такого как H₂O₂. Такое низкое потребление H ₂O₂ в ходе данных процессов может объяснить, почему данные процессы можно проводить с низкими затратами. Интересный факт заключается в том, что низкое потребление H₂O ₂ может наблюдаться даже при обработке газов, содержащих формальдегид, так же как и других окисляемых органических продуктов. Такое низкое потребление H₂O₂ может, в частности, наблюдаться в тех случаях, когда примеси, присутствующие в газе, например, по меньшей мере частично удалены из него до окисления формальдегида.

Согласно другому аспекту данного изобретения разработан основный водный окисляющий раствор, содержащий H₂O₂, причем раствор эффективен для окисления формальдегида до муравьиной кислоты.

Было обнаружено, что такой раствор очень эффективен для уменьшения содержания формальдегида в газе за счет его превращения в муравьиную кислоту. Такой раствор можно приготовить с низкими затратами, и это представляет собой простой способ уменьшения количества формальдегида в газе. Он также позволяет уменьшить содержание формальдегида в газе без выделения значительных количеств предшественников смога (таких как NOx, SOx и т.д.) или парниковых газов. В действительности он позволяет уменьшить выделение предшественников смога и парниковых газов. Такой раствор также может содержать комплексообразующий агент.

Термин «примеси», используемый здесь в отношении составной части газа, относится к примесям, присутствующим в газе, таким как зернистый материал (предпочтительно, частицы дерева), конденсируемые органические соединения, выделенные из дерева (такие как жирные кислоты, терпены и т.д.), или другие соединения, используемые в производстве панелей на основе дерева (такие как минеральные масла, парафины и т.д.).

Выражение «комплексообразующий агент», используемое здесь, включает химические вещества, которые связываются или образуют комплексное соединение с любым катионом или анионом. Примеры комплексообразующих или хелатирующих агентов хорошо известны в данной области техники. Предпочтительно, комплексообразующий агент связывается с катионом металла.

Выражение «наполненная колонна», используемое здесь, относится к абсорбционной колонне, в которой наполнитель используется для увеличения поверхности контакта между газом и жидкостью. Предпочтительно, такая наполненная колонна используется для удаления загрязняющего вещества (такого как формальдегид) из газового потока путем его абсорбции или растворения в жидкости (такой как окисляющий раствор).

В процессах и растворе по данному изобретению раствор может содержать катион металла, выбранного из Ca, Mg, Fe, Cu, Ni, Mn, Ti, Cr, Ce, Zn, Pd, Mo и их смесей. Например, металл может представлять собой Ca, Mg, Fe или Cu. В другом примере раствор может содержать катион Fe.

В способах и растворе по данному изобретению раствор может содержать катион металла, выбранного из Ca²⁺, Mg²⁺, Fe ²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺, Ti⁴⁺, Cr³⁺, Ce³⁺, Zn²⁺ , Pd²⁺, Mo⁶⁺ и их смесей. Например, катион может представлять собой Ca²⁺, Mg²⁺, Fe ²⁺ или Cu²⁺. В другом примере раствор может содержать Fe²⁺.

Концентрация катиона в растворе может составлять по меньшей мере 0,5 млн.д. Предпочтительна концентрация, составляющая от приблизительно 0,5 млн.д. до приблизительно 250 млн.д., и особенно предпочтительна концентрация от приблизительно 1 млн.д. до приблизительно 50 млн.д.

Когда раствор содержит Ca²⁺ и/или Mg²⁺, концентрация катиона(ов) может составлять по меньшей мере 10 млн.д. Например, концентрация Ca²⁺ и/или Mg²⁺ может составлять от приблизительно 10 млн.д. до приблизительно 250 млн.д. В соответствии с другим примером концентрация Ca²⁺ и/или Mg²⁺ может составлять от приблизительно 20 млн.д. до приблизительно 100 млн.д.

Основание может быть выбрано из NaOH, KOH, Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, NaHCO₃ , Na₂CO₃, K₂CO₃, KHCO₃ и их смесей. Основание также может быть выбрано из NaOH и KOH. В другом примере основание может представлять собой NaOH. H₂O₂ может присутствовать в концентрации, равной приблизительно 10 млн.д. Концентрация H ₂O₂ также может составлять от приблизительно 10 млн.д. до приблизительно 2500 млн.д. Предпочтительно, концентрация H₂O₂ составляет от приблизительно 20 млн.д. до приблизительно 1500 млн.д. Раствор предпочтительно представляет собой основный раствор. pH раствора предпочтительно составляет по меньшей мере 9,0. pH может составлять от приблизительно 9,3 до приблизительно 11,5, предпочтительно, от приблизительно 9,5 до приблизительно 10,5 и, более предпочтительно, от приблизительно 9,7 до приблизительно 10,0.

В способах и растворе по данному изобретению водный окисляющий раствор может также включать комплексообразующий (или хелатирующий) агент. Комплексообразующий (или хелатирующий) агент может быть выбран из группы, состоящей из диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПУ), нитрилотриуксусной кислоты (НТУ), этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУ), гексаметафосфата натрия, цитрата натрия и их смесей. Комплексообразующий агент предпочтительно представляет собой ДТПУ или НТУ, более предпочтительно НТУ. В качестве альтернативы комплексообразующий агент может представлять собой ионообменную смолу, такую как цеолиты. Комплексообразующий агент предпочтительно присутствует в концентрации, равной по меньшей мере 1 млн.д. Концентрация может составлять от приблизительно 2 млн.д. до приблизительно 2500 млн.д. Более предпочтительно, концентрация составляет от приблизительно 4 млн.д. до приблизительно 1500 млн.д.

В соответствии с конкретным примером данного изобретения комплексообразующий агент представляет собой НТУ, а катион представляет собой Fe²⁺.

В соответствии с другим конкретным примером данного изобретения комплексообразующий агент представляет собой НТУ, катион представляет собой Fe²⁺ и основание представляет собой NaOH.

В соответствии с другим конкретным примером данного изобретения комплексообразующий агент представляет собой ДТПУ, а катионы представляют собой Ca²⁺ и Mg²⁺ .

В соответствии с другим конкретным примером данного изобретения комплексообразующий агент представляет собой ДТПУ, катионы представляют собой Ca²⁺ и Mg²⁺ и основание представляет собой NaOH.

В способах и растворе по данному изобретению молярное отношение H₂ O₂/CH₂O может составлять по меньшей мере 1,0. Например, молярное отношение H₂O₂/CH ₂O может составлять от приблизительно 1,0 до приблизительно 10,0, предпочтительно, от приблизительно 1,0 до приблизительно 5,0, более предпочтительно, от приблизительно 1,0 до приблизительно 2,5, и даже более предпочтительно, от 1,1 до приблизительно 1,8. Особенно предпочтительно молярное отношение от приблизительно 1,1 до приблизительно 1,6. Раствор может представлять собой гомогенный раствор. В качестве альтернативы он также может представлять собой гетерогенный раствор.

В процессах по данному изобретению стадия взаимодействия газа и раствора может включать смешивание формальдегида с окисляющим раствором для его растворения в последнем. Такая стадия может включать улучшение или усиление абсорбции формальдегида окисляющим раствором. Газ и окисляющий раствор могут смешиваться вместе в наполненной колонне. Газ можно вводить в нижнюю часть колонны, а раствор можно вводить в верхнюю часть, газ и раствор смешиваются в колонне на протяжении заранее заданного числа теоретических тарелок или единиц переноса. Специалисту в данной области техники будет понятно, что число теоретических тарелок или единиц переноса будет изменяться как функции нескольких параметров, таких как размеры колонны, тип наполнителя, скорости потока газа и жидкости, желаемая конверсия формальдегида в муравьиную кислоту и т.д. Специалисту в данной области техники также будет понятно, что за счет увеличения числа теоретических тарелок или единиц переноса колонны будет ускорена абсорбция или растворение формальдегида в растворе, таким образом увеличивая скорость окисления формальдегида и уменьшение содержания формальдегида в газе. Специалисту в данной области техники также будет понятно, что число теоретических тарелок или единиц переноса будет изменяться как функция начальной концентрации формальдегида в газе, который необходимо обработать, так же как и желаемой скорости уменьшения количества формальдегида в данном конкретном газе.

В процессах по данному изобретению газ перед взаимодействием с раствором может находиться при температуре от приблизительно 10°C до приблизительно 85°C, предпочтительно, от приблизительно 15°C до приблизительно 80°C и, более предпочтительно, от приблизительно 20°C до приблизительно 65°C. В ходе процессов температура окисляющего раствора может составлять от приблизительно 15 до приблизительно 80°C. Предпочтительно, температура составляет от приблизительно 20 до приблизительно 70°C и, более предпочтительно, от приблизительно 25 до приблизительно 60°C. Процессы по данному изобретению могут позволить уменьшить содержание формальдегида в газе на по меньшей мере приблизительно 30%, предпочтительно, на по меньшей мере приблизительно 50%, более предпочтительно, на по меньшей мере приблизительно 70%, даже более предпочтительно, на по меньшей мере приблизительно 85% и, даже еще более предпочтительно, на по меньшей мере приблизительно 90%. Особенно предпочтительно снижение на по меньшей мере приблизительно 95%. В качестве альтернативы они могут уменьшить содержание формальдегида в газе на от приблизительно 90% до приблизительно 95%.

В соответствии с другим конкретным примером данного изобретения газ в процессах по данному изобретению извлекают или улавливают и затем его обрабатывают таким образом, чтобы уменьшить количество примесей, присутствующих в нем.

Когда для обработки газов, включающих, в дополнение к формальдегиду, некоторые примеси, используют процессы по данному изобретению, стадию по меньшей мере частичного удаления их из газа или уменьшения их количества в газе можно проводить при помощи взаимодействия газа с водным щелочным раствором. Предпочтительно, такую стадию проводят при помощи

i) взаимодействия газа с водным щелочным раствором для получения смеси, содержащей газ, водный щелочной раствор и примеси, и

ii) отделения газа от оставшейся смеси.

Стадию (ii) можно проводить при помощи трехфазного сепаратора, такого как циклонный сепаратор или влажный электростатический осадитель.

Щелочной раствор может содержать воду и основание, выбранное из NaOH, KOH, Mg(OH)₂, Ca(OH)₂ , Na₂CO₃, NaHCO₃, K₂ CO₃, KHCO₃ и их смесей. Например, основание может представлять собой NaOH или KOH. В другом примере основание может представлять собой NaOH.

Процессы и раствор по данному изобретению особенно пригодны для уменьшения содержания формальдегида в газе, полученном при изготовлении изделия, включающего формальдегидсодержащую смолу. Они также могут быть пригодны для уменьшения содержания формальдегида в газе, полученном в производстве древесных плит, или в газе, полученном в ходе изготовления панелей на основе дерева (таких как древесноволокнистые плиты или древесностружечные плиты с ориентированным расположением стружки). Данные процессы также пригодны для обработки газов, включающих формальдегид, которые выделяются в литейной промышленности, металлургии, нефтехимической промышленности, сахарной промышленности, изготовлении продуктов для ухода за зубами, полимерной промышленности, целлюлозно-бумажной промышленности, автомобилестроении, лакокрасочной промышленности, производстве изделий из стекла, производстве стеклянной ваты.

В соответствии с другим конкретным примером данного изобретения разработан способ изготовления панелей на основе дерева, включающий смешивание частиц дерева с формальдегидсодержащей смолой, прессование полученной смеси для получения панелей на основе дерева и обработку формальдегидсодержащего газа, выделяющегося на стадиях смешивания и/или прессования, причем улучшение достигается за счет того, что формальдегидсодержащий газ обрабатывают при помощи процесса по данному изобретению.

В соответствии с другим конкретным примером данного изобретения разработан способ изготовления панелей на основе дерева, включающий смешивание частиц дерева с формальдегидсодержащей смолой, прессование полученной смеси для получения панелей на основе дерева и обработку формальдегидсодержащего газа, выделяющегося на стадиях смешивания и/или прессования, причем улучшение достигается за счет того, что формальдегидсодержащий газ обрабатывают при помощи его взаимодействия с раствором по данному изобретению.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения разработан способ уменьшения содержания формальдегида в газе, включающий обработку указанного газа водным окисляющим раствором, причем улучшение достигается за счет того, что указанный раствор представляет собой раствор по данному изобретению.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения предложено применение НТУ в качестве комплексообразующего агента в окисляющем растворе. Такой раствор может представлять собой основный раствор. Например, такой окисляющий раствор содержит H₂O₂, Fe²⁺ и основание. Основание может представлять собой NaOH. Конкретные примеры и варианты осуществления раствора по данному изобретению также пригодны для данного применения.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения предложено применение ДТПУ в качестве комплексообразующего агента в окисляющем растворе. Такой раствор может представлять собой основный раствор. Например, такой окисляющий раствор содержит H₂O₂, Ca²⁺, Mg²⁺ и основание. Основание может представлять собой NaOH. Конкретные примеры и варианты осуществления раствора по данному изобретению также пригодны для данного применения.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения разработан способ окисления формальдегида до муравьиной кислоты. Способ включает взаимодействие формальдегида с основным окисляющим раствором, включающим НТУ и H₂O₂. Раствор может включать Fe²⁺. В тех случаях, когда это применимо, все параметры, ранее указанные в отношении к данным способам и раствору по данному изобретению, также могут использоваться в данном способе.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения разработан способ окисления формальдегида до муравьиной кислоты. Способ включает взаимодействие формальдегида с основным окисляющим раствором, содержащим ДТПУ и H₂ O₂. Раствор может содержать смесь Ca²⁺ и Mg²⁺. В тех случаях, когда это применимо, все параметры, ранее указанные в отношении к данным процессам и раствору по данному изобретению, также могут использоваться в данном способе.

Процессы, способы, применения и растворы по данному изобретению могут также применяться к альдегидам, отличным от формальдегида. Например, они могут использоваться для окисления альдегидов, таких как ацетальдегид, пропиональдегид, акролеин и т.д., до соответствующих кислот. Специалисту в данной области техники будет, таким образом, понятно, что в описании процессов, способов, применений и растворов по данному изобретению термин «формальдегид» можно заменить термином «альдегид». Термин «формальдегид» также можно заменить на «ацетальдегид», «пропиональдегид» или «акролеин».

Краткое описание чертежей

Из последующих чертежей, которые представляют конкретные варианты осуществления изобретения исключительно в качестве примеров:

на Фиг.1 изображена блок-схема способа в соответствии с конкретным примером данного изобретения;

Фиг.2 схематически иллюстрирует, как проводится способ в соответствии с другим конкретным примером данного изобретения, когда его используют при изготовлении панелей на основе дерева; и

Фиг.3 схематически иллюстрирует, как проводится способ в соответствии с еще одним конкретным примером данного изобретения, когда его используют при изготовлении панелей на основе дерева.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Дополнительные особенности и преимущества данного изобретения станут более понятными из последующего описания конкретных вариантов осуществления, которые иллюстрируются только при помощи примеров на приложенных чертежах, причем:

Как видно из Фиг.1, такой способ оказывается относительно простым и может легко проводиться без привлечения трудоемких стадий. Когда формальдегидсодержащий газ, который необходимо обработать, также содержит примеси, такие как зернистый материал (предпочтительно частицы дерева) и/или конденсируемые органические соединения, удаление примесей оказывается предпочтительным. После такой предварительной обработки газ взаимодействует с окисляющим раствором, содержащим H₂O₂. Такая обработка позволяет окислить формальдегид до муравьиной кислоты, приводя, таким образом, к уменьшению количества формальдегида, присутствующего в газе.

Как показано на Фиг.2, для изготовления плиты или панели составные части плиты, включающие древесные волокна, смешанные с формальдегидсодержащей смолой и парафином, вводят во входное отверстие пресса (10) для получения стружечного ковра, который будут прессовать для получения плиты. Такие составные части плиты предпочтительно предварительно обработать в сушильном аппарате. Такая предварительная обработка особенно пригодна для уменьшения количества воды, присутствующей в волокнах. На стадии прессования из стружечного ковра выделяется газ. Такой газ содержит формальдегид и может также содержать различные примеси, такие как частицы дерева и конденсируемые органические соединения (отличные от формальдегида). Газ и окружающий воздух улавливают при помощи вытяжки (12), которая соединена с трубопроводом (14). Газ и окружающий воздух втягивают, и он циркулирует за счет потока воздуха, создаваемого вентилятором (16) на протяжении всего способа. Во избежание загрязнения внутренней поверхности трубопровода (14) при помощи множества распыляющих форсунок (18) в нем распыляют щелочной водный раствор. Такой распыляемый раствор позволяет насыщать газ водой и в то же время понижать его температуру.

Когда газ, который необходимо обработать, содержит примеси, в трубопроводе, как правило, образуется смесь, содержащая твердую фазу, жидкую фазу и газовую фазу. Специалисту в данной области техники будет ясно, что в таком способе можно использовать один или несколько трубопроводов и что для каждого трубопровода количества распылительных форсунок (18) может изменяться в соответствии с несколькими параметрами (такими как размеры трубопровода, скорость потока газа, концентрация формальдегида и т.д.).

После обработки щелочным раствором в трубопроводе (14) газ дополнительно обрабатывают до окисления формальдегида, содержащегося в нем. В действительности полученную таким образом смесь обрабатывают при помощи мокрого газоочистителя или трехфазного сепаратора (20) для выделения каждой фазы в индивидуальном виде. Следовательно, из газа удаляется значительное количество примесей. Твердый и жидкий остатки, полученные на данной стадии, объединяют с другими твердыми остатками и жидкими остатками (промывочной водой), полученными в ходе способа, и в конечном итоге обходятся с ними надлежащим образом. Жидкие остатки или полученную таким образом жидкую фазу можно заново запустить в способ при помощи насоса (21), таким образом подводя их к распылительным форсункам (18). При необходимости в ходе способа к жидким остаткам, поступающим к распылительным форсункам (18), можно добавить некоторое количество NaOH.

Газ, из которого эффективно удалено значительное количество примесей, поступает затем в наполненную колонну или абсорбционную колонну (22). В колонне (22) газ и водный окисляющий раствор, заранее приготовленный в баке (24), взаимодействуют друг с другом для усиления растворения формальдегида в окисляющем растворе и, следовательно, увеличения скорости его окисления до муравьиной кислоты.

Первоначально раствор приготавливают в баке (24) путем прибавления и смешивания водопроводной воды (или в качестве альтернативы обработанной воды), основания (предпочтительно NaOH) и, предпочтительно, комплексообразующего агента. Раствор подводят к верхней части колонны (22) при помощи насоса (21). До того, как раствор достигнет колонны (22), к раствору прибавляют окисляющий агент, H₂ O₂. Затем полученный таким образом раствор взаимодействует в колонне (22) с формальдегидом из газа, как определено ранее. Значение pH в баке, предпочтительно, поддерживают в диапазоне от приблизительно 9,5 до 10,5. Таким образом, раствор непрерывно циркулирует через колонну (22). Во избежание образования продуктов реакции, таких как формиат натрия, по истечении определенного времени часть окисляющего раствора можно направить к трехфазному сепаратору (20) и затем к резервуару для промывочной воды при помощи насосов (21). Для замены такого количества отработанного окисляющего раствора в бак (24) добавляют некоторое дополнительное количество водопроводной воды (или обработанной воды), NaOH и, предпочтительно, комплексообразующего агента. Также прибавляют дополнительное количество H₂O₂.

Специалисту в данной области техники будет ясно, что состав водопроводной воды будет изменяться в зависимости от места или города, где проводится способ. В действительности, в некоторых обстоятельствах водопроводной воды как она есть, т.е. без дополнительной обработки путем прибавления или удаления катиона или смеси катионов, будет достаточно для окислительной обработки. Однако в других случаях водопроводную воду будет необходимо обрабатывать путем прибавления или удаления одного или нескольких типов катионов. В действительности, водопроводную воду обычно сначала анализируют, чтобы определить содержание катионов в ней. В зависимости от результатов анализа для обеспечения лучших условий для протекания реакции потребуется дополнительная обработка, т.е. прибавление или удаление катионов. В таком случае катион, такой как описанный ранее в данном изобретении, будут прибавлять к водопроводной воде или удалять из нее, при этом будет указано, что использовали обработанную воду вместо водопроводной воды. Количество катиона, присутствующего в растворе и пригодного для реакции окисления, может составлять от приблизительно 0,5 до приблизительно 250 млн.д. Специалисту в данной области техники также будет понятно, что когда в данном изобретении упоминается «катион», подразумевается тип катиона, такой как описанные ранее. Определенно не подразумевается единичный заряженный атом (единичный катион).

Также стоит отметить, что для достижения оптимальных результатов предпочтительно применять комплексообразующий агент. В действительности, в способах по данному изобретению было замечено, что применение комплексообразующего агента позволяет лучше контролировать и добиться лучшей стабильности реакции окисления. В частности, применение комплексообразующего агента позволяет удерживать мольное отношение H₂O ₂/CH₂O на минимально возможном уровне. Это также позволяет лучше контролировать кинетику реакции. В способах по данному изобретению было замечено, что НТУ и ДТПУ представляли собой особенно эффективные комплексообразующие агенты. В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления Fe²⁺ применяют вместе с НТУ в качестве комплексообразующего агента. В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления ДТПУ оказалась очень эффективной в присутствии Ca²⁺ и Mg²⁺.

Газ, обработанный так, как описано ранее, затем покидает абсорбционную колонну (22) и поступает в дымовую трубу (26) при помощи вентилятора (16). Специалисту в данной области техники будет, таким образом, понятно, что размеры используемой дымовой трубы будут изменяться в соответствии с количеством загрязнителя (формальдегида), выделяемого в атмосферу, так же как и экологическими требованиями или законами или стандартами той местности, где проводится способ. Эффективное уменьшение содержания формальдегида в газе, обеспечиваемое процессами по данному изобретению, таким образом, значительно упростит указанную задачу.

Поскольку воздух, выходящий через дымовую трубу (26), насыщен водой, может произойти конденсация. В этом случае сконденсированная вода возвращается в реакционный бак (24).

Промывочную воду, содержащую формиат натрия, можно использовать на заводе различными способами. В качестве примера промывочная вода может использоваться для увлажнения пыли, образующейся в ходе шлифования панелей, для сжигания в паровом котле. Предпочтительно, от твердых остатков также можно избавиться различными экологически чистыми способами. Поскольку эти остатки также обладают теплотворной способностью, их также можно использовать для подогрева парового котла.

Как можно видеть из Фиг.3, такой процесс аналогичен проиллюстрированному на Фиг.2. Однако в случае способа, показанного на Фиг.3, газ улавливают из сушильного аппарата, используемого для производства панелей на основе дерева. В действительности, в способе с Фиг.3 влажные составляющие панели (такие как влажная смесь, включающая древесные волокна, формальдегидсодержащую смолу и парафин) нагревают в сушильном аппарате (111) для удаления из них воды и получения сухих составляющих панели. Такие сухие составляющие можно затем использовать при изготовлении панели в прессе, как показано на Фиг.2. При нагревании в сушильном аппарате смесь составляющих панели выделяет газ, содержащий формальдегид и другие примеси, такие как зернистый материал (предпочтительно, частицы дерева) и/или конденсируемые органические соединения. Газ таким образом улавливают в сушильном аппарате (111) и затем втягивают, и он циркулирует за счет потока воздуха, создаваемого вентилятором (116) на протяжении всего способа. Газ затем проходит через циклонный сепаратор (113) для удаления и регенерации сухих составляющих панели, содержащихся в нем. Газ собирают при помощи трубопровода (114), оснащенного множеством распылительных форсунок (118). Во избежание загрязнения внутренней поверхности трубопровода (114) в нем распыляют щелочной водный раствор при помощи форсунок (118). Такой распыленный раствор позволяет насытить газ водой и в то же время понизить его температуру. То, что газ горячий и насыщенный, способствует конденсации воды. В трубопроводе (114), как правило, образуется смесь, включающая твердую фазу, жидкую фазу и газовую фазу.

После обработки щелочным раствором газ дополнительно обрабатывают до окисления формальдегида, содержащегося в нем. В действительности полученную таким образом смесь обрабатывают при помощи мокрого газоочистителя или трехфазного сепаратора (120) для выделения каждой фазы в индивидуальном виде. Следовательно, из указанного газа удаляется значительное количество оставшихся примесей. Твердую фазу затем обрабатывают при помощи ротационного фильтра (123), а жидкую фазу можно заново подать при помощи насоса (121) в распылительные форсунки (118) или трехфазный сепаратор (120). Когда жидкую фазу заново подают в сепаратор (120), к ней можно добавить некоторое количество NaOH. После обработки твердой фазы в ротационном фильтре (123) образуются твердые остатки и промывочная вода. Эти остатки и промывочную воду можно объединить с другими аналогичными отходами, полученными в ходе всего способа. Водную составляющую, полученную из фильтра (123), можно в дальнейшем заново пустить в сепаратор (120).

Газ, из которого эффективно удалено значительное количество примесей, поступает затем в наполненную колонну или абсорбционную колонну (122) под действием вентилятора (116). В колонне (122) газ и водный окисляющий раствор, заранее приготовленный в баке (124), взаимодействуют друг с другом для усиления растворения формальдегида в окисляющем растворе и, следовательно, увеличения скорости его окисления до муравьиной кислоты.

До взаимодействия с газом в колонне раствор заранее получают в баке (124) путем прибавления и смешивания водопроводной воды (или, в качестве альтернативы, обработанной воды), основания (предпочтительно NaOH) и, предпочтительно, комплексообразующего агента. Как обсуждалось ранее, использование водопроводной воды или обработанной воды будет изменяться в соответствии с составляющими (катионом(ами)), присутствующими в водопроводной воде. Такие параметры могут также определять, применять или нет комплексообразующий агент и, возможно, его природу. Если водопроводную воду необходимо обработать, она проходит через устройство для обработки воды (130), которое необязательно присутствует. Такое устройство может присутствовать на заводе, и, при необходимости, водопроводная вода проходит через него в целях ее обработки. Если это не требуется, водопроводная вода просто обходит его. Устройство для обработки (130) может применяться для смягчения воды, прибавления некоторых катионов и т.д. Такое устройство может представлять собой колонну для смягчения воды. В таком устройстве Ca²⁺, присутствующий в воде, по меньшей мере частично, заменяется на Na⁺ для получения мягкой воды. В качестве альтернативы такое устройство может представлять собой смесительный сосуд, в котором прибавляют один или более типов катионов и смешивают с водопроводной водой. Устройство (130) также может представлять собой сочетание такой колонны и сосуда. Устройство (130) может быть полезным, поскольку даже для одной и той же водопроводной воды, полученной из конкретного источника, могут наблюдаться значительные изменения концентраций ионов на протяжении одного и того же года или одного и того же месяца.

После получения в баке (124) раствор подводят к верхней части колонны (122) при помощи насоса (121). До того как раствор достигнет колонны (122), к раствору прибавляют окисляющий агент, H₂O₂. Затем полученный таким образом раствор взаимодействует в колонне с формальдегидом из газа, как определено ранее. Значение pH в баке, предпочтительно, поддерживают в диапазоне от приблизительно 9,5 до 10,5. Таким образом, раствор непрерывно циркулирует через колонну (122).

Аналогично тому, что было описано для Фиг.2, по истечении заранее определенного времени часть окисляющего раствора в баке (124) предпочтительно направляют к резервуару для промывочной воды или к сепаратору (120) при помощи насоса (121). В дальнейшем, для замены такого количества отработанного окисляющего раствора в бак (124) добавляют некоторое дополнительное количество водопроводной воды (или обработанной воды), NaOH и, предпочтительно, комплексообразующего агента. Также прибавляют дополнительное количество H₂O ₂.

Наконец, газ затем покидает абсорбционную колонну (122) и поступает в дымовую трубу (126) при помощи вентилятора (116). Размеры такой дымовой трубы будут изменяться, как описано выше.

Способы, показанные на Фиг.1-3, можно использовать для обработки формальдегидсодержащих газов, производимых множеством других отраслей промышленности, как определено выше.

Следующие неограничивающие примеры дополнительно иллюстрируют изобретение.

Примеры

Пример 1. Уменьшение содержания формальдегида в газовом потоке, выходящем из пресса для производства древесностружечных плит

Данный способ, определенный в примере 1, проводили с использованием системы, аналогичной системе, схематически изображенной на Фиг.2.

Данный способ использовали для обработки потока воздуха в 79000 Нм³/час с концентрацией формальдегида, равной 38 мг/Нм³. Использовали две абсорбционные колонны и два реакционных бака при температуре в 30°C. Абсорбционные колонны характеризовались, приблизительно, 7 единицами переноса. С такой системой проводили несколько испытаний для оптимизации различных параметров данного конкретного способа.

В различных испытаниях используемое основание представляло собой NaOH при значении pH, равном от приблизительно 9,5 до приблизительно 10,5, и оптимальные результаты были получены для значения pH, равного от приблизительно 9,7 до приблизительно 10,0. К водопроводной воде прибавляли комплексообразующий агент, ДТПУ, для получения его концентрации, равной от приблизительно 1200 млн.д. до приблизительно 2000 млн.д. в окисляющем растворе, и, предпочтительно, равной приблизительно 1600 млн.д. Сама по себе водопроводная вода уже содержала ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ в достаточном количестве, поэтому не требовалось проводить дополнительную обработку водопроводной воды. В ходе нескольких проводимых испытаний средняя концентрация Ca²⁺ составляла от приблизительно 90 до приблизительно 110 млн.д. и средняя концентрация Mg²⁺ составляла от приблизительно 15 до приблизительно 25 млн.д.

Время пребывания в баке было достаточно долгим (предпочтительно, приблизительно 20 минут) для получения хороших значений конверсии формальдегида в муравьиную кислоту и ее соль (натриевую соль). Прибавляли H₂O₂, как показано на Фиг.2, для достижения остаточной концентрации H₂O₂ на выходе из реакционного бака, равной приблизительно от 1200 до 2000 млн.д., и, предпочтительно, 1800 млн.д.

Такие испытания обеспечили удаление формальдегида на 97,3%, по отношению к выбросу формальдегида из пресса. Более того, в ходе данных испытаний оказалось возможным поддерживать мольное отношение H₂O₂/CH₂O, не превышающим 2,0 и даже равным приблизительно 1,7.

Пример 2. Уменьшение содержания формальдегида в газовом потоке, выходящем из сушильного аппарата для СДВП/ВДВП.

Несколько испытаний проводили с использованием системы опытного масштаба, аналогичной системе, схематически изображенной на Фиг.3. Обрабатывали поток воздуха со скоростью потока, равной 2000 Нм³ /час, и концентрацией формальдегида, равной 20 мг/Нм³ при температуре 48°C. Используемое основание представляло собой NaOH при различных значениях pH между 9,5 и 10,5 и, предпочтительно, при значении, равном 9,8. К водопроводной воде прибавляли комплексообразующий агент, НТУ, для получения его концентрации, равной от приблизительно 4 млн.д. до приблизительно 20 млн.д., в окисляющем растворе. Водопроводную воду обрабатывали путем прибавления к ней ионов Fe²⁺ в концентрации, равной от приблизительно 1 до приблизительно 5 млн.д.

Время пребывания в баке было достаточно долгим (предпочтительно, приблизительно 20 минут) для получения хороших значений конверсии формальдегида в муравьиную кислоту и ее соль (натриевую соль). Прибавляли H₂O ₂, как показано на Фиг.3, для достижения остаточной концентрации H₂O₂ на выходе из реакционного бака, равной приблизительно от 10 до 75 млн.д. и, предпочтительно, приблизительно 10 млн.д. Абсорбционная колонна характеризовалась приблизительно 2,4 единицами переноса.

Такие испытания обеспечили удаление формальдегида на 77,0% по отношению к выбросу формальдегида из сушильного аппарата. Более того, в ходе данных испытаний оказалось возможным поддерживать мольное отношение H₂O₂ /CH₂O не превышающим 2,0 и даже равным приблизительно 1,6.

Данные примеры ясно показывают, что процессы, раствор и способ по данному изобретению позволяют эффективно и просто уменьшать содержание формальдегида в газе. Процессы по данному изобретению можно проводить с низкими затратами и без привлечения трудоемких и сложных стадий. Было показано, что при данных основных условиях pH, как определено в примерах 1 и 2, наблюдается эффективное превращение формальдегида в муравьиную кислоту и что в ходе такого окислительного способа не выделяется CO₂. Было также обнаружено, что при проведении, предпочтительно при значениях pH, составляющих от 9,5 до 10,5, получаются очень интересные результаты. В данных примерах наблюдалось значительное уменьшение содержания формальдегида в обрабатываемых газах при поддержании мольного отношения H₂O₂/CH ₂O на существенно низком уровне.

Хотя данное изобретение было описано применительно к конкретным вариантам его осуществления, будет понятно, что в него могут быть внесены дальнейшие модификации и данная заявка подразумевается покрывающей любые изменения, применения или доработки данного изобретения, следуя, в общем случае, принципам изобретения, и включающей такие отступления от данного раскрытия, которые не выходят за рамки известной или стандартной практики в области техники, к которой принадлежит данное изобретение, которые могут применяться к важным особенностям, указанным выше, и которые не выходят за рамки объема притязаний приложенной формулы изобретения.