Способ очистки газовых смесей от вредных примесей и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технологии очистки газов, в частности природного газа, от вредных примесей. Целью изобретения является повышение степени очистки, коэффициента использования излучения и удельной производительности. Для решения поставленной задачи процесс очистки ведут путем селективной диссоциации примесей при поперечном облучении газового потока импульсным источником ультрафиолетового излучения при интенсивности светового потока и длительности импульса в дуге, выбираемых из условия I_o·τ_и=1/G·σ частоте повторения цуга импульсов f=g≪1/K(τ+τ_и) в интервале между импульсами в цуге τ_и≪ τ≪τ_д≪1/f, где σ сечение фотодиссоциации примесей: K- число импульсов УФ-излучения в цуге: I_o интенсивность потока излучения; τ_и - длительность импульса излучения; G фотохимический выход продуктов диссоциации примесей: f частота повторения цуга импульсов; g - удельная производительность очистки: τ интервал между импульсами в дуге: t_D время диффузии примесей в газе. Устройство для осуществления способа содержит реакционный объем с входным и выходным патрубками, источники ультрафиолетового излучения, уловитель продуктов диссоциации, причем плоские импульсные источники ультрафиолетового излучения расположены попарно вдоль потока газа и вплотную к нему в реакционном объеме прямоугольного сечения, расстояние между излучающими поверхностями (1) выбирают из условия 1<(σ·n_o·I)/2≅10, где σ - сечение фотодиссоциации примесей; n_o плотность молекул примесей. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии очистки газов, в частности природного газа от вредных примесей. Целью изобретения является повышение степени очистки, коэффициенты использования излучения и удельной производительности. Устройство для осуществления процесса очистки изображено на чертеже. Устройство содержит реакционный объем 1 с патрубком ввода 2 очищаемого газа и патрубком вывода 3 чистого газа импульсные источники 4 ультрафиолетового излучения, теплообменник 5 для технологического подогрева очищаемого газа и уловитель вредных продуктов диссоциации примесей 6. Устройство работает следующим образом. Очищаемый газ через патрубок ввода 2 подается в реакционный объем 1, предварительно нагретый в теплообменнике 5. Газ нагревают до температур 200-300^оС для устранения образования сероуглеродистых газов. Через промежуток времени T включает источники УФ-излучения 4. Газовая смесь, содержащая продукты диссоциации, из зоны реакции подается в уловитель 6, где происходит очистка от них. Очищенный таким образом газ через патрубок вывода 3 подается к потребителю. Для работы теплообменника и уловителя продуктов диссоциации используется тепло выделяемое при работе источника излучения. Работа предлагаемого технического решения характеризуется следующими примерами. П р и м е р 1. Исходная смесь: газовая смесь при атмосферном давлении и температуре 200^оС с содержанием метана n=2,7 ˙10¹⁹ см^-3, и сероводорода n_o 2,7 ˙10¹⁷ см^-3 (1 об.), интенсивность потока излучения длиной волны 1700 < λ< 2300 А; l_o 10²¹ эВ/см² ˙с, длительность импульса излучения τ_и= 10^-3 с, число импульсов в цуге k 2, продолжительность между импульсами τ 10^-2 с, частота следования цугов импульсов f 1 Гц, ширина источника b 0,5 м, длина источника L 0,5 м, расстояние между излучающими плоскостями l 2 см, т.е. 1 < К. Производительность устройства 17 м³/ч. В этом случае выполнены условия формулы, а именно τ_и < < τ < < τ_D= 1 с; I_oτ_и10 f 1 ≪ Удельная производительность устройства q 3,5·10³ Производительность устройства на единицу излучающей поверхности qs 110 Очистка смеси практически полная, т.к. количество фотонов, поглощаемых в объеме V, равно количеству молекул сероводорода в нем. Коэффициент использования излучения ≈100% П р и м е р 2. Исходная смесь и условия работы те же. Параметры источника: 1700 < λ< 2300 А; l_o 10²³ τ_и= 10^-5 с; τ 10^-3с; К 4; f 20 Гц; b 1 м; L 1 м; l 4 ˙10^-2 с; 1 < 4
Число источников N 20. Производительность устройства
Q 28800 м³/ч; q 7,2˙ 10⁴ Q 28800 м³/ч; q 7,2·10⁴
Производительность на единицу излучающей поверхности источника
qs 2880
Остальные показатели не хуже, чем в первом случае. П р и м е р 3. Исходная смесь и условия работы те же. Параметры источников 1700 < λ< 2300 А; l_o 10²² τ_и= 10^-4 с, τ 10^-3с; К 10; f 5 Гц. Число импульсов в цуге К 3, продолжительность между импульсами τ 10^-3 с, частота следования источника V_ист 5 см, внутренний радиус реактора V_реак 3 см, число источников N 8, длина устройства L 1 м. Производительность устройства Q 150 м³/ч, удельная производительность q 4,93·10⁴
П р и м е р 4. Исходная смесь газовая смесь при атмосферном давлении, состоящие из воздуха и 1 об. закиси азота; интенсивность светового потока в области длин волн 180 400 нм 10²¹ длительность импульса излучения τ_и= 10^-3 с; число импульсов в цуге К 8, продолжительность между импульсами τ 10^-2 с, частота следования импульсов f 1 Гц. Ширина источника b 0,5 м, длина источника L 0,5 м. Расстояние между излучающими плоскостями l 8 см. Производительность устройства 68 м³/ч. В этом случае закись азота по суммарной реакции
NO N₂+O₂ разлагается на нетоксичные газы, вследствие чего отпадает необходимость в теплообменнике и уловителе и общая длина устройства в несколько раз по сравнению с примером 1 уменьшается. Расстояние между излучающими поверхностями выполнено из условия полного поглощения излучения длиной волны 190 нм молекулами NO; при этом для того, чтобы полностью перерабатывался NO₂ по реакции NO NO+ O₂ при поглощении излучения длиной волны 400 нм. Количество импульсов в цуге выбрано К 8. Таким образом выполнены условия формулы:
1 < ≅ K; τ_и≪ τ ≪ τ_D= 20c
I_oτ_и= 10 f 1<
Характеристики производительности устройства сохраняются такими же, что и в примере 1. Степень очистки газовой смеси = 2 ˙10^-4 (т.е. практически полная очистка), при 99,99% использовании излучения, которое не уходит из системы. П р и м е р 5. Необходимо очистить воздух от паров Hl с содержанием 1 об. (n_Hl 2,7 ˙10¹⁷см^-3). Интенсивность потока излучения в области длин волн 207 282 нм 10²¹ длительность импульса излучения τ_и 4 ˙10^{- 3}; число импульсoв в цуге К 3; продолжительность между импульсами τ 10^-2 с; частота следования импульсов f 1 Гц. Ширина источника b 0,5 м; длина L 0,5 м; расстояние между излучающими плоскостями l 20 см. Производительность устройства 170 м³/ч. Параметры осуществления способа и устройства выбраны исходя из следующих расчетов
1) I_oτ_и= 4·10¹⁸
2) Интенсивность светового потока выбирается из технических соображений и условия
I_o >
1,5·10
Выбирает
I_o= 10
3) Длительность импульса
τ_и= 4·10^-3c
4) Из технических соображений число импульсов в цуге К 3. 5) Расстояние между излучателями l 20 удовлетворяет условию
l < < 3
6) Продолжительность между импульсами τ= 10^-2 с удовлетворяет условию:
τ_и≪ τ ≪ τD
7) Частота следования импульсов
f 1Гц < 0,3c^-1
В этом случае примесь по реакции HI H₂I₂ разлагается на водород и йод. Для поддержания технологической температуры на входе и удаления йода из газового потока на выходе необходимость в теплообменнике и уловителе (например холодильник) сохраняется. Условия формулы выполняются. Удельные характеристики процесса остаются прежними. Таким образом, в сравнении с прототипом степень очистки повышается на несколько порядков, коэффициент использования достигает 100% удельная производительность составляет 10⁴-10⁵ величины удельной производительности прототипа.

Формула изобретения

1. Способ очистки газовых смесей от вредных примесей, включающий его селективную диссоциацию под воздействием ультрафиолетового излучения с удалением продуктов диссоциации, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки, процесс ведут при поперечном облучении газового потока импульсным ультрафиолетовым излучением, при этом длительность импульса в цуге определяют по формуле
l_o·τ_и= 1/G·ψ ,
частоту повторения цуга импульсов из условия
f = g ≪ 1/K(τ+τ_и) ,
а интервал между импульсами в цуге из условия

где ψ сечение фотодиссоциации примесей;
t_и длительность импульса излучения;
I₀ интенсивность потока излучения;
G фотохимический выход продуктов диссоциации примесей;
f частота повторения цуга импульсов;
g удельная производительность процесса;
K число импульсов УФ-излучения в цуге;
τ интервал времени между импульсами в цуге;
t_D время диффузии примесей в газе. 2. Устройство для очистки газовых смесей от сероводорода, включающее реакционную камеру с входным и выходным патрубками, источники ультрафиолетового излучения и уловитель продуктов диссоциации, отличающееся тем, что, с целью увеличения производительности, плоские источники ультрафиолетового излучения расположены попарно вдоль потока газа, вплотную к нему в реакционной камере прямоугольного сечения, причем расстояние между излующими поверхностями выбирают из условия
1 < (ψ·n_o·1)/2 ≅ 10,
где ψ сечение фотодиссоциации примесей;
n₀ плотность молекул примесей;
I расстояние между излучающими поверхностями.

РИСУНКИ

Рисунок 1