Способ и фильтр для улавливания загрязняющих выбросов

Изобретение относится к системе фильтрования текучей среды и может быть использовано для разделения различных веществ, образующих указанную текучую среду. Способ для улавливания загрязняющих выбросов заключается в приложении однородного магнитного или электрического поля для получения эффекта Штарка и последующее приложение электрического поля, осциллирующего в резонансе с разделением энергетических уровней, вызванным эффектом Штарка, или последующее приложение магнитного поля, осциллирующего в резонансе с разделением энергетических уровней, вызванным эффектом Зеемана. Молекулы, вовлеченные в резонанс, улавливают на фильтре и впоследствии их удаляют, используя отсасывающую систему. Технический результат: возможность фильтрования различных веществ в одной и той же текучей среде. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к новой системе фильтрации загрязняющих веществ в текучей среде, специально разработанной для использования при очистке дыма и/или в установках обработки воды.

Настоящее изобретение относится к области очистки текучей среды и способам разделения веществ.

Существует много способов и систем отделения загрязняющих веществ в текучей среде, но они не похожи на описываемое здесь изобретение.

Эти способы могут быть физическими, такими как фракционная перегонка, фильтрация, декантация, центрифугирование, хроматография, электролиз и т.д., или химическими. Большинство химических способов основаны на добавлении к исходной смеси новых веществ; таким образом создают химические связи, модифицирующие физические свойства указанных веществ, и впоследствии их можно отделить, применяя физические способы. Все эти способы широко описаны, и их, как правило, используют в промышленности.

Существуют изобретения для частного случая, в котором необходимо отделить металлические частицы, присутствующие в текучей среде. В этом случае в текучую среду погружают магнит и собирают эти частицы (WO 2005/014486, WO 03/078069, WO 2002/094351, WO 02/094446, WO 02/094351, WO 02/081092, WO 02/20125, WO 01/78863, WO 98/16320, WO 97/04873, US 6846411, US 6835308, US 6833069, US 6706178, US 6649054, US 6638425, US 6461504, US 6277276, US 6210572, US 5817233, US 4488962, US 5647993, US 5468381, US 5430586, US 5242587, US 5012365, US 5009779, US 4894153, US 4722788, US 4594215, US 4468321, US 4446019, US 4394264, US 4377830, US 4363729, US 4251372, US T997002, US 4209403, US 4206000, US 4154682, US 4082656, US 4054931, US 4031011, US 4026805, US 3979288, ESP 2085824, ESP 2015825, ESP 8700069, ESP 8206202, ESP 0467616, ESP 0332684, ESP 0246811, ESP 0123480).

Также описаны системы, аналогичные вышеописанной, применяемые для обработки смазочных материалов (WO 97/26977, WO 97/09275, US 6729442, US 6554999, US 6524476, US 6503393, US 6413421, US 6337012, US 6207050, US 6162357, US 6139737, US 5932108, US 5702598, US 5423983, US 5078871, US 4826592, 4763092, US 5389252, US 5354462, US 4705626, US 4613435, US 4450075, US 4293410, US 4176065, US 6551506US 6444123, US 5571411, ESP 0274276, ESP 0314351).

В некоторых способах эти системы магнитного разделения применяют при необходимости отделения металлических частиц, находящихся в газообразной текучей среде (US 6897718, US 6750723, US 6594157). В других случаях металлическое вещество взаимодействует с другими веществами, чтобы придать им магнитные свойства и таким образом сделать возможным их отделение посредством использования этих магнитных фильтров (US 5122269).

Магнитные фильтры также можно использовать для отделения ионизованных частиц, электронов или другого типа частиц с электрическим зарядом (US 6559445, US 6441378, US 6094012, US 6016036).

В другом типе фильтров используют взаимодействие неоднородных электрических и магнитных полей, в которых присутствует большой градиент поля, с магнитными и/или электрическими дипольными моментами нейтральных частиц. Эти частицы с помощью этого процесса отклоняются от своих исходных траекторий (US 6251282).

К настоящему времени не описано ни одной фильтрующей системы и/или способа, основанных на применении внешних (электрического и/или магнитного) силовых полей в резонансе с энергетическими переходами улавливаемых веществ.

Настоящее изобретение относится к системе, которая позволяет фильтровать загрязняющие вещества, присутствующие в текучей среде, посредством приложения нескольких электрических и/или магнитных полей, перпендикулярных друг другу и в резонансе с энергетическим переходом молекул, которые необходимо отфильтровать.

Систему, описываемую ниже, можно применять посредством использования электрических и магнитных полей без разграничения. Для упрощения изложения текста здесь и далее упоминаются электрические поля, хотя следует понимать, что все, относящееся к этим полям, можно также применять при использовании магнитных полей.

Согласно изобретению также используют способ, в котором первое внешнее силовое поле вызвано неоднородным электрическим полем, имеющим градиент по оси опорной стойки S, имеющей форму полого цилиндра, а второе внешнее силовое поле вызвано осциллирующим электрическим полем, так что путем стабилизации различных резонансных частот достигают резонанса и улавливания различных веществ.

Сначала необходимо создать однородное электрическое поле посредством приложения разности потенциалов между двумя металлическими элементами (медные пластины или любой аналогичный элемент, позволяющий создать однородное электрическое поле). Для простоты, однородное поле здесь и далее будет обозначено как «О.П.». Текучая среда, из которой нужно извлечь вещества, предназначенные для фильтрования, должна пересекать указанное О.П., и когда она находится внутри него, необходимо прикладывать новое поле, перпендикулярное первому и осциллирующее (которое будет обозначено «Ос.П.»), так что частота колебаний Ос.П. находится в резонансе с разделением энергетических уровней, вызываемым О.П. в молекулах, подвергаемых фильтрованию.

Известно, что любая молекула в присутствии внешнего поля проявляет эффект, называемый эффектом Штарка (в присутствии электрического поля) или эффектом Зеемана (в присутствии магнитного поля). Этот эффект Зеемана или Штарка вызывает расщепление энергетических уровней молекул (электронных, колебательных или вращательных). Можно установить переходы между различными энергетическими уровнями, то есть молекула изменяется от одного энергетического состояния к другому при приложении энергетического излучения, эквивалентного разделению уровней, между которыми происходит изменение. Этот процесс известен как резонанс.

Учитывая, что молекулы, с которыми должен происходить резонанс, проходят через фильтр, когда происходит явление резонанса в вышеупомянутых условиях, возникает отклонение от первоначальной траектории, и молекула следует по другой траектории, которую можно регулировать, изменяя интенсивность О.П. и Ос.П.

Можно рассчитать оптимальные условия, необходимые для удаления этих молекул из текучей среды, которую следует удерживать в области действия данного эффекта. После захвата количества молекул, достаточного для достижения высокой концентрации, становится возможным их извлечение посредством использования отсасывающей системы.

Применение этой системы можно повторять столько раз, сколько требуется в целях повышения выхода процесса фильтрования.

Если в одной и той же текучей среде нужно улавливать различные соединения, можно использовать несколько расположенных последовательно элементов фильтрующего оборудования, каждый из которых находится в резонансе с улавливаемой молекулой.

Настоящее изобретение проиллюстрировано следующим примером, который не ограничивает объем изобретения, определяемый исключительно формулой изобретения.

Фильтрование текучей среды путем приложения полей, находящихся в резонансе с улавливаемыми молекулами

Возможный пример экспериментальной установки показан на фиг.1. Эта установка показана не в масштабе. Система образована опорной стойкой S, имеющей форму полого цилиндра и поддерживающей металлическую поверхность Е2 цилиндрической формы. От опорной стойки S внутрь цилиндра проходит стержень (изготовленный из электроизоляционного материала), который поддерживает два других металлических цилиндра Е1 и Е3, электрически изолированные друг от друга.

Е1 и Е3 имеют одинаковый потенциал. Разность потенциалов, создающую однородное поле О.П., прикладывают между Е2 и областью, составляемой Е1 и Е3, при этом силовые линии поля начинаются от Е1 и Е3 и достигают Е2. В то же время прикладывают разность потенциалов между Е1 и Е3, так что эти два элемента ведут себя подобно антенне, излучающей осциллирующее поле Ос.П., перпендикулярное к О.П.

При поддержании частоты колебаний Ос.П в резонансе с переходами, вызываемыми О.П. в предназначенных для фильтрования молекулах, указанные молекулы могут захватываться в области, близкой к разделителю между Е1 и Е3. При поддержании системы в активном состоянии концентрация этих молекул, вовлеченных в резонанс, увеличивается в области, заключенной между Е1 и ЕЗ. Отсасывающие клапаны V, расположенные вокруг S, периодически открывают. Выходное отверстие указанных клапанов соединено каналом с резервуаром, в котором хранят улавливаемые вещества.

Практический пример показан на фиг.2, в котором фильтр применяют для отделения молекулярного водорода из смеси водорода и гелия. Можно наблюдать, насколько точно отделяется вращательное состояние молекулы, вовлеченной в резонанс.

Систему фильтрования текучей среды и способ отделения вещества, содержащегося в текучей среде, согласно изобретению можно применять для индивидуального или совместного улавливания диоксида углерода, оксида углерода, оксида азота (I), оксида азота (II), оксида азота (III), оксида азота (IV), оксида азота (V), диоксида серы, триоксида серы, сероводорода, воды, дейтерированной воды, водорода, дейтерированного водорода, дейтерия, трития, молекулярного кислорода, аммиака, бутиламина, дибутиламина, диизопропиламина, диметиламина, этиламина, метиламина, триметиламина, пиридина, скатола, дифенилсульфида, диметилсульфида, аллилмеркаптана, амилмеркаптана, бензилмеркаптана, этилмеркаптана, метилмеркаптана, пропилмеркаптана, фенилмеркаптана, бутилмеркаптана, ацетальдегидов, хлордибензодиоксинов, хлордибензофуранов или любых других молекул, к которым применим резонансный способ, описанный в настоящем изобретении.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан схематический вид экспериментальной системы для случая использования электрического силового поля. На блоке (А) показан вид в вертикальном разрезе или сбоку, а на блоке (Р) показана горизонтальная проекция, или вид сверху. Использованы следующие обозначения:

S: опорная стойка в виде полого цилиндра;

Е2: полый цилиндр из электропроводящего материала.

Е1 и Е3: цилиндры из электропроводящего материала, отделенные друг от друга небольшой полосой материала, не проводящего электрический ток.

V: клапаны, которые могут работать в импульсном режиме, соединенные с внешней вакуумной системой (на чертеже не показана), так что когда они открыты, они отсасывают вещества, захваченные внутри S.

На фиг.2 показан спектр, на котором молекулярный водород отделен от смеси водорода и гелия. На вертикальной оси показана интенсивность сигнала, которая пропорциональна концентрации молекулярного водорода, проходящего через фильтр. На горизонтальной оси показана частота осциллирующего поля. Для однородного поля 100 гаусс можно наблюдать, как количество водорода, выходящего из фильтра, уменьшается на 100% по отношению к состоянию, вовлеченному в резонанс.

1. Способ фильтрования молекул вещества, содержащегося в текучей среде, включающий приложение к текучей среде первого внешнего силового поля, чтобы вызвать разделение энергетических уровней в молекулах, предназначенных для фильтрования; одновременное приложение к текучей среде второго внешнего силового поля в резонансе с разделением энергетических уровней в молекулах, предназначенных для фильтрования; так что молекулы, предназначенные для фильтрования, отклоняются от первоначальной траектории и следуют по другой траектории, которую можно регулировать, изменяя интенсивность первого внешнего силового поля и второго внешнего силового поля, отличающийся тем, что способ применяют к системе фильтрования, включающей, опорную стойку S, имеющую форму полого цилиндра; полый цилиндр (Е2) из электропроводящего материала на внутренней стенке опорной стойки S, имеющей форму полого цилиндра; стержень, изготовленный из электроизоляционного материала, радиально проходящий от внутренней стенки внутрь цилиндра, поддерживающий два металлических цилиндра (E1, E3), электрически изолированных друг от друга и коаксиальных с опорной стойкой S, имеющей форму полого цилиндра, и полым цилиндром (Е2), так что молекулы, предназначенные для фильтрования, захватываются в области, близкой к разделителю между двумя металлическими цилиндрами (Е1, E3).

2. Способ по п.1, в котором первое внешнее силовое поле вызвано однородным электрическим полем, а второе внешнее силовое поле вызвано осциллирующим электрическим полем.

3. Способ по п.1, в котором первое внешнее силовое поле вызвано неоднородным электрическим полем, имеющим градиент по оси опорной стойки S, имеющей форму полого цилиндра, а второе внешнее силовое поле вызвано осциллирующим электрическим полем так, что путем стабилизации различных резонансных частот достигают резонанса и улавливания различных веществ.

4. Способ по п.1, в котором первое внешнее силовое поле вызвано однородным магнитным полем, а второе внешнее силовое поле вызвано осциллирующим магнитным полем.

5. Способ по п.1, в котором силовые поля перпендикулярны друг другу.

6. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно повторение способа n раз применяют к одному и тому же веществу или к нескольким веществам, одновременно или последовательно.

7. Способ по любому из пп.1-6, применяемый для индивидуального или совместного улавливания диоксида углерода, оксида углерода, оксида азота (I), оксида азота (II), оксида азота (III), оксида азота (IV), оксида азота (V), диоксида серы, триоксида серы, сероводорода, воды, дейтерированной воды, водорода, дейтерированного водорода, дейтерия, трития, молекулярного кислорода, аммиака, бутиламина, дибутиламина, диизопропиламина, диметиламина, этиламина, метиламина, триметиламина, пиридина, скатола, дифенилсульфида, диметилсульфида, аллилмеркаптана, амилмеркаптана, бензилмеркаптана, этилмеркаптана, метилмеркаптана, пропилмеркаптана, фенилмеркаптана, бутилмеркаптана, ацетальдегидов, хлордибензодиоксинов, хлордибензофуранов.

8. Система фильтрования текучей среды для отделения вещества, содержащегося в текучей среде, с использованием способа по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что вещества, захваченные в фильтре, удаляют посредством отсасывающей системы.

9. Система фильтрования текучей среды по п.8, отличающаяся тем, что отсасывающая система включает клапаны, работающие в импульсном режиме.