Фильтр для удаления загрязняющих газов из газового потока
Владельцы патента RU 2438753:
Общество с ограниченной ответственностью "Орион Интегрити" (RU)
Изобретение относится к фильтру для удаления загрязняющих газов из газового потока и может использоваться для очистки выхлопных газов автомобилей и для очистки отходящих газов с промышленных предприятий, в частности электростанций. Фильтр для удаления загрязняющих газов из газового потока содержит первый корпус, стенки которого выполнены из переплетенных между собой волокон, образующих множество расположенных в горизонтальном направлении каналов, и второй корпус с закрытым торцом, причем первый корпус является полым и помещен вовнутрь второго корпуса. Пространство между корпусами заполнено волокнами, которые образуют множество каналов. Внутри первого корпуса помещено несколько слоев химических агентов, выбранных в зависимости от газа, подлежащего удалению из газового потока. Характерный поперечный размер образованных волокнами каналов лежит в субмикронном диапазоне. Изобретение позволяет быстро и эффективно удалить загрязняющие газы из газового потока. 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.
Настоящее изобретение относится к фильтру для удаления загрязняющих газов из газового потока (например, из горячего газа, образующегося при сгорании угля, нефтепродуктов и т.д.). Данный фильтр может использоваться как для очистки выхлопных газов автомобилей, так и для очистки отходящих газов с промышленных предприятий, в частности электростанций.
В патенте US 6755892 раскрыта система удаления диоксида углерода из газа, включающая слой сорбента, поглощающий СО2, канал, соединяющий источник CO2 с указанным слоем, канал, соединяющий указанный слой с выходом, устройство регенерации для выделения СО2 из указанного слоя сорбента и, по крайней мере, один клапан для контроля потока газа в систему, а также из нее.
Однако такая система малоэффективна, особенно при высоких скоростях потоков газа, содержащих множество различных видов загрязняющих газов.
В US 7622086, 24.11.2009, NKG Insulators, Ltd., Nagoya (JP) раскрыт реактор на основе селективной мембраны, который может быть использован для разделения компонентов из смеси, содержащий катализатор для обеспечения химической реакции, селективная мембрана, пропускающая определенные компоненты, и носитель, на котором размещены катализатор и мембрана.
Такой реактор конструктивно сложен и не позволяет эффективно очистить газовый поток от смеси загрязняющих газов.
Известно устройство для удаления диоксида углерода, состоящее из термостойкой бумаги, пропитанной адсорбентом, поглощающим диоксид углерода, и имеющая множество выступающих участков на поверхности бумага, где термостойкая бумага свернута в многослойный цилиндр с образованием выступающими участками непрямого канала в продольном направлении цилиндра (JP 2009275585, 26.11.2009, SUZUKI KENJI).
Главным недостатком такого устройства является невозможность удаления загрязняющих газов, не являющихся диоксидом углерода.
Известен фильтрующий элемент для очистки и осушки газов, состоящий из концентрично установленных один в другом двух или более цилиндров, промежутки между которыми заполнены зернистым влагопоглощающим материалом, отличающийся тем, что стенки цилиндров выполнены из термоскрепленных в местах пересечений волокон термопластичного полимера, причем диаметр волокон, образующих первые по ходу движения очищаемого газа цилиндры, больше, а плотность их укладки меньше, чем у последующих, при этом средний диаметр пор первого по ходу движения очищаемого газа цилиндра не более 0,05 мм, а размер частиц зернистого материала находится в пределах от 0,05 до 1 мм, суммарная толщина слоев с зернистым материалом не меньше 60 мм (RU 224580 С1, 27.02.2004, Республиканское унитарное предприятие Специальное конструкторско-технологическое бюро "Металлополимер" (BY)).
Однако эффективность удаления загрязняющих газов и срок службы известного фильтра также низки.
Фильтр согласно настоящему изобретению не содержит недостатков вышеуказанных решений. При создании фильтра автором неожиданно было обнаружено, что при упрощении конструкции фильтра, а также упрощении изготовления существенным образом повышается эффективность удаления загрязняющих газов из газового потока, которая приближается почти к 100%. Кроме того, настоящий фильтр прост в обслуживании и может быть быстро восстановлен для повторного использования.
Согласно настоящему изобретению фильтр состоит из двух корпусов, один из которых помещен вовнутрь второго корпуса, закрытого с одного торца. Стенки внутреннего корпуса сформированы из волокон, которые переплетены друг с другом и образуют множество расположенных по существу в горизонтальном направлении каналов, поперечный размер которых лежит в субмикронном диапазоне, например от 100 нанометров до 1 микрона. Один торец внутреннего корпуса может примыкать к закрытому торцу внешнего корпуса, а может отступать от него на некоторое расстояние. К другому торцу внутреннего корпуса подведен газопровод, через который в фильтр поступает неочищенный газ. Пространство между стенками корпусов заполнено волокнами, образующими множество каналов, а пространство внутреннего корпуса заполняется несколькими слоями химических агентов, выбранных в зависимости от газа, подлежащего удалению из газового потока.
Форма корпусов может варьироваться, в частности может быть цилиндрической.
Используемые волокна могут быть полипропиленовые волокна, имеющие высокую химическую инертность и выдерживающие температуры выше 200°С. Может применяться и вспененный полипропилен, используемый при изготовлении механических фильтров для очистки воды от частиц микронных размеров. Также волокна могут быть металлические, керамические в зависимости от условий применения фильтра настоящего изобретения.
Химическим агентом является вещество, абсорбирующее диоксид углерода, например гидроксид натрия, гидросульфид кальция, гидроксид кальция, оксиды металла, силикаты. Химическим агентом может также быть вещество, абсорбирующее диоксид серы, например цеолит, хромат щелочного металла, и вещество, абсорбирующее оксид азота, например карбонат калия, перманганат калия.
Вариантом настоящего изобретения является фильтр с указанной конструкцией, где поверх волокон, расположенных между корпусами, дополнительно размещают химический агент, абсорбирующий загрязняющий газ, концентрация которого в газовом потоке наиболее высока по отношению к другим загрязняющим газам.
Стенки внешнего корпуса могут быть выполнены из прозрачного материала, позволяющего наблюдать степень отработки фильтра.
Многочисленные эксперименты показали, что конструкция такого фильтра позволяет почти полностью удалить загрязняющие газы из газового потока. При этом не требуются дополнительные энергетические затраты.
Конструкция фильтра настоящего изобретения детально показана на Фигурах 1-3.
Фигура 1 - общий вид фильтра.
Фигура 2 - фильтр с химическим агентом поверх волокон, расположенных между стенками корпусов.
Фигура 3 - фильтр, где торец внутреннего корпуса отступает от внешнего корпуса на некоторое расстояние.
Автор полагает, что повышенная эффективность фильтра настоящего изобретения обусловлена принципом его работы, которая заключается в следующем.
Поток неочищенного газа через газопровод (1) поступает во внутренний корпус фильтра, в котором происходит первичное улавливание загрязняющих газов слоями химических агентов (3). Предпочтительно во внутреннем корпусе располагают слой химического агента, абсорбирующий диоксид углерода (8), слой химического агента, абсорбирующий диоксид серы (9), и слой химического агента, абсорбирующий оксид азота (10). Помимо поглотительной функции агенты имеют барьерную функцию, позволяющую погасить высокие скорости потока газа, а также достаточно равномерно распределить его по всему объему внутреннего корпуса.
Поскольку противоположный газопроводу торец (7) внешнего канала закрыт, прошедший через сорбент газ направляется через каналы (4), образованные волокнами, в межкорпусное пространство, которое также заполнено волокнами, формирующими каналы (5). Необходимо отметить, что в потоке газа находятся пары воды. При прохождении газа через сорбент температура газа снижается. Также температуру газа позволяют снизить размеры каналов, через которые проходит газ. Таким образом, пары воды, находящиеся в потоке газа, переходят в жидкое состояние. Присутствующие в потоке загрязняющие газы начинают растворяться в воде. Субмикронный диапазон размеров каналов позволяет растворить практически 100% загрязняющих газов в воде.
Далее поток газа через систему каналов, сформированных волокнами, расположенными между корпусами (5), направляется в сторону открытого торца внешнего корпуса, где собирается и выводится.
С целью достижения наилучшего эффекта удаления загрязняющего газа, который находится в потоке в наибольшем количестве, поверх волокон, расположенных между корпусами, дополнительно помещают химический агент, абсорбирующий данный газ (6).
По мере функционирования фильтр наполняется водой, уровень которой можно наблюдать через прозрачные стенки внешнего корпуса (2). Работа фильтра прекращается, когда он полностью заполняется водой. Для регенерации фильтра требуется только удаление из него воды с растворенными в ней загрязняющими газами и замена химического агента.
Многочисленные эксперименты показали, что каналы, поперечный размер которых лежит в субмикронном диапазоне, играют важную роль в обеспечении почти полной абсорбции загрязняющих газов из потока газа. Кроме того, отработанный химический агент может в дальнейшем быть использован, например, в качестве компонента при изготовлении удобрения.
Размеры фильтра могут вирироваться от нескольких сантиметров до нескольких метров в зависимости от назначения.
ПРИМЕР 1
Был изготовлен фильтр с описанной выше конструкцией с толщиной стенок внутреннего корпуса, где использовали полипропиленовые волокна, гидроксид натрия в качестве химического агента, абсорбирующего диоксид углерода, цеолит в качестве химического агента, абсорбирующего диоксид серы, карбонат калия в качестве химического агента, абсорбирующего оксид азота. Данный фильтр функционировал при температуре потока газа от 100 до 200°С и с содержанием диоксида углерода в потоке примерно 20%, диоксида серы 15%, оксида азота 10%. Сравнительный анализ работы данного фильтра с работой фильтра, раскрытого в патенте RU 224580, показал существенное повышение эффективности фильтра по настоящему изобретению.
| Таблица 1 | |||
| Содержание диоксида углерода в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства (%) | Содержание диоксида серы в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства (%) | Содержание оксида азота в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства (%) | |
| RU 224580 | 15 | 10 | 8 |
| Фильтр согласно настоящему изобретению | 5 | 2 | 1 |
Пример 2
Был изготовлен фильтр с описанной выше конструкцией с толщиной стенок внутреннего корпуса, где использовали полипропиленовые волокна, оксид кальция в качестве химического агента, абсорбирующего диоксид углерода, хромат натрия в качестве химического агента, абсорбирующего диоксид серы, перманганат калия в качестве химического агента, абсорбирующего оксид азота. Данный фильтр функционировал при температуре потока газа от 1000 до 1500°С и с содержанием диоксида углерода в потоке примерно 30%, диоксида серы 25%, оксида азота 20%. Сравнительный анализ работы данного фильтра с работой фильтра, раскрытого в патенте RU 224580, показал существенное повышение эффективности фильтра по настоящему изобретению.
| Таблица 2 | |||
| Содержание диоксида углерода в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства(%) | Содержание диоксида серы в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства (%) | Содержание оксида азота в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства (%) | |
| RU 224580 | 20 | 15 | 10 |
| Фильтр согласно настоящему изобретению | 5 | 5 | 4 |
Пример 3
Был изготовлен фильтр с описанной выше конструкцией с толщиной стенок внутреннего корпуса, где использовали полипропиленовые волокна, оксид кальция в качестве химического агента, абсорбирующего диоксид углерода, хромат натрия в качестве химического агента, абсорбирующего диоксид серы, перманганат калия в качестве химического агента, абсорбирующего оксид азота. Химический агент, абсорбирующий диоксид углерода, дополнительно помещали поверх волокон, расположенных между корпусами. Данный фильтр функционировал при температуре потока газа от 1000 до 2000°С и с содержанием диоксида углерода в потоке примерно 30%, диоксида серы 25%, оксида азота 20%. Сравнительный анализ работы данного фильтра с работой фильтра, раскрытого в патенте RU 224580, показал существенное повышение эффективности фильтра по настоящему изобретению.
| Таблица 3 | |||
| Содержание диоксида углерода в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства (%) | Содержание диоксида серы в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства (%) | Содержание оксида азота в потоке газа на выходе из фильтрующего устройства (%) | |
| RU 224580 | 20 | 15 | 10 |
| Фильтр согласно настоящему изобретению | 2 | 5 | 4 |
1. Фильтр для удаления загрязняющих газов из газового потока, содержащий первый корпус, стенки которого выполнены из переплетенных между собой волокон, образующих множество расположенных, по существу, в горизонтальном направлении каналов, и второй корпус с закрытым торцом, где первый корпус является полым и помещен во внутрь второго корпуса, пространство между указанными корпусами заполнено волокнами, образующими множество каналов, причем внутри первого корпуса помещено несколько слоев химических агентов, выбранных в зависимости от газа, подлежащего удалению из газового потока, и характерный поперечный размер образованных волокнами каналов лежит в субмикронном диапазоне.
2. Газовый фильтр по п.1, где внешний корпус и корпус имеют, по существу, цилиндрическую форму.
3. Газовый фильтр по п.1, где волокна являются полипропиленовыми волокнами.
4. Газовый фильтр по п.1, где волокна являются металлическими волокнами.
5. Газовый фильтр по п.1, где волокна являются керамическими волокнами.
6. Газовый фильтр по п.1, где характерный поперечный размер каналов лежит в диапазоне от 0,1 до 1 мкм.
7. Газовый фильтр по п.1, где поверх волокнистого материала, расположенного между корпусами, дополнительно помещен химический агент, через который проходит выходящий из фильтра газ.
8. Газовый фильтр по пп.1, 4, где в качестве химического агента выбрано вещество, абсорбирующее диоксид углерода.
9. Газовый фильтр по пп.1, 4, где в качестве химического агента выбрано вещество, абсорбирующее диоксид серы.
10. Газовый фильтр по пп.1, 4, где в качестве химического агента выбрано вещество, абсорбирующее оксид азота.
