Устройство для очистки воздуха в жилых и производственных помещениях от щелочных газофазных примесей

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2489196:

Ермаков Сергей Анатольевич (RU)

Устройство для очистки воздуха в жилых и производственных помещениях от щелочных газофазных примесей. Изобретение относится к области инженерного оборудования зданий и сооружений и может быть применено с целью снижения уровня вентиляции для поддержания стандартных уровней концентрации вредных веществ в помещениях. Устройство содержит воздушные камеры с газодиффузионными анодами, через которые проходит очищаемый воздух, воздушные камеры с газодиффузионными катодами, в которые подается продувочный воздух, и электролитные камеры с жидким или мембранным электролитами, расположенные между катодом и анодом. Изобретение обеспечивает возможность непрерывного удаления аммиака и других щелочных газофазных примесей. 11 з.п. ф-лы 2 ил.

Изобретение относится к области инженерного оборудования зданий и сооружений и может быть применено с целью снижения уровня вентиляции для поддержания стандартных уровней концентрации вредных веществ в помещениях.

В помещении, в котором находятся люди или сельскохозяйственные животные, происходит непрерывное снижение качества воздуха вследствие изменения уровня концентрации различных газов, выделяемых людьми и животными в процессе жизнедеятельности. В животноводческих помещениях проблема усугубляется наличием навоза или помета с высоким содержанием мочевой кислоты и других азотсодержащих соединений. При микробиологическом распаде данных веществ образуются значительные количества аммиака, отрицательно влияющего на здоровье человека и животных. Так высокая концентрация аммиака в воздухе птичника отрицательно влияет на скорость роста и эффективность использования корма у цыплят-бройлеров и часто приводит к возникновению различных заболеваний дыхательной системы, патологическим изменениям в трахее, легких, почках, печени, вызывает слабость стенок капилляров, повышение чувствительности к респираторным заболеваниям, снижение способности птиц удалять кишечную палочку из легких и воздухоносных мешков.

Известен способ очистки воздуха животноводческих помещений от вредных примесей, включающий обработку воздуха кислыми растворами солей меди с концентрацией ионов меди 0,02-10 моль/л при температуре от -1 до +35°С. Воздух помещения подвергают принудительной циркуляции через контактный аппарат, в котором диспергируется раствор медного купороса. Способ может быть использован в свинарниках, птичниках, коровниках и других помещениях, загрязненных примесями аммиака и сероводорода (RU 2071813 С1, В01D 53/14, 1997.01.20).

Данный способ требует непрерывного расхода материалов на основе дорогостоящих медных солей, создает предпосылки загрязнения животноводческого помещения токсичными растворимыми соединениями меди, требует специального оборудования для отделения и переработки образующегося шлама.

Известен также способ очистки воздушной среды животноводческих помещений, включающий обработку воздуха озоном, подачу его в теплицу или оранжерею и затем обратно в животноводческое помещение (RU 2230996 C1, F24F 3/16, A01L 9/00, 2004.06.20).

Недостатком способа является его высокая материалоемкость, сложность и затратность - необходимы протяженные утепленные воздуховоды, теплицы или оранжереи.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности непрерывного удаления аммиака и других щелочных газофазных примесей из помещения для поддержания концентрации данных веществ в воздухе помещения в пределах санитарных норм при невысоких материальных и энергетических затратах, возможности концентрирования аммиака и использования его в качестве удобрения.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство содержит воздушные камеры с газодиффузионными анодами, через которые проходит очищаемый воздух, воздушные камеры с газодиффузионными катодами, в которые подается продувочный воздух, и электролитные камеры с жидким или мембранным электролитами, расположенные между катодом и анодом.

В качестве мембранного электролита предпочтительно используется пористая матрица, пропитанная электролитом, например, асбестовая матрица.

Предпочтительно в качестве электролита применен водный раствор гидрофосфата аммония.

В качестве мембранного электролита может быть применена катионообменная мембрана.

В качестве катода/анода используется двухслойный газодиффузионный электрод с гидрофобным запорным слоем, обращенным в сторону воздушной камеры, и активным слоем, обращенным в сторону электролитной камеры. В качестве анода/катода может быть применен двухслойный газодиффузионный электрод с гидрофильным запорным слоем, обращенным в сторону электролитной камеры, и активным слоем, обращенным в сторону воздушной камеры.

Подачу воздуха в газодиффузионные аноды и катоды осуществляют при помощи воздуходувного устройства.

Устройство предпочтительно содержит механический и электростатический фильтры, очищающие воздух от механических примесей перед подачей в воздушные камеры.

Устройство предпочтительно содержит электростатический блок с генератором озона, подающий озон в воздушные камеры с каталитически активными газодиффузионными анодами. При этом в качестве обращенного в сторону воздушной камеры слоя анода предпочтительно используется углерод с каталитически активными включениями (сажа, графит, активированный уголь) с удельной поверхностью не менее 60-80 м²/г.

Устройство предпочтительно содержит абсорбер для поглощения аммиака и других щелочных газофазных примесей из продувочного воздуха, выходящего из воздушных камер с газодиффузионными катодами.

Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.

Устройство позволит производить глубокую очистку воздуха от газофазных примесей с щелочными свойствами (аммиак, гидразин, моноэтаноламин и др.).

Устройство позволит производить полную или частичную очистку воздуха от сероводорода, окиси углерода, сероуглерода, углеводородов и других органических и неорганических газофазных примесей, не обладающих щелочными свойствами.

Устройство позволит кардинально снизить нагрузку на систему вентиляции и вследствие этого снизить затраты на отопление помещения в холодный период года и на кондиционирование помещения в жаркий период года.

Применение механического и электростатического фильтра позволит осуществлять очистку воздуха от мелкодисперсных твердофазных и жидкостнофазных примесей, в том числе с микробиологическими включениями.

Применение генератора озона позволит осуществлять инактивацию содержащихся в очищаемом воздухе микроорганизмов, ускорит процесс каталитического и электрокаталитического окисления газофазных соединений, адсорбированных гидрофобным слоем газодиффузионных анодов.

Устройство обеспечит непрерывное удаление аммиака и других щелочных газофазных примесей из помещения при меньших габаритах, пониженном уровне энергопотребления и материальных затрат по сравнению с аналогами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана структурная схема устройства, а на фиг.2 показана конструкция единичной электролитической ячейки.

Устройство содержит механический фильтр 1, электростатический блок 2 с генератором озона 3, электростатический фильтр 4, блок электролитических ячеек 5, блок очистки и регенерации циркулирующего электролита 6, абсорбер 7.

Ячейка содержит воздушную камеру.8 для очищаемого воздуха, пористый газодиффузионный анод 9, пористую асбестовую матрицу 10, через которую циркулирует раствор электролита, пористый газодиффузионный катод 11 и воздушную камеру 12 для продувочного воздуха.

Работа устройства осуществлена следующим образом.

Очищаемый воздух при помощи воздуходувного устройства через механический фильтр 1, который задерживает крупные загрязнители, подают в электростатический блок 2 с генератором озона 3. На электроды зарядителя электростатического блока подается высокое напряжение (10 киловольт), в результате чего в зарядителе непрерывно «горит» коронный разряд, в неравновесной плазме которого заряжаются все частицы загрязнений, находящиеся в потоке воздуха. Здесь же продуцируется озон в высоких концентрациях. Далее воздушный поток проходит через электростатический фильтр 4, который задерживает заряженные частицы аэрозольных загрязнителей, после чего воздушный поток поступает в анодные воздушные камеры 8 блока электролитических ячеек 5. Озон, проходящий через электростатический фильтр, за счет своей высокой реакционной активности инактивирует задержанные фильтром 4 микроорганизмы.

Проходя сквозь воздушные камеры 8, воздух контактирует с газодиффузионными анодами 9, смоченными электролитом, содержащимся в асбестовой матрице 10.

При подаче на электроды электрического напряжения, в анодной зоне будет протекать основная электрохимическая реакция:

$2 H_{2} O - 4 e \to 4 H^{+} + O_{2}$

в результате которой электролит в газодиффузионном аноде 9 приобретет сильные кислотные характеристики (рН электролита понизится). Содержащиеся в очищаемом воздухе газофазные химические соединения с выраженными щелочными свойствами, такие как аммиак, гидразин, моноэтаноламин и т.п., вступят в химическое взаимодействие с кислотным электролитом, образуя ионы аммония и другие катионы, растворимые в электролите:

$H^{+} + N H_{3} \to N H_{4}^{+}$

Содержащиеся в очищаемом воздухе органические и неорганические газофазные примеси, не обладающие щелочными свойствами (сероводород, формальдегид, фенол, сероуглерод, окись углерода и т.п.), будут адсорбироваться на высокоразвитой углеродной поверхности обращенного в сторону воздушной камеры гидрофобного слоя каталитически активного анода. В результате комплексного воздействия адсорбции и электрохимического окисления в присутствии катализаторов и сильных химических окислителей - кислорода и озона, адсорбированные соединения будут окисляться либо до простых веществ (воды, углекислого газа, азота) либо до органических и неорганических кислот, растворимых в водном электролите. При этом анодная поверхность, занятая адсорбированными соединениями, будет непрерывно самоочищаться.

В воздушных камерах 8 также будет осуществляться влагообмен между протекающим потоком воздуха и электролитом, при этом обмен влагой, в зависимости от концентрации водного раствора электролита и влажности протекающего воздуха, будет идти в прямом или обратном направлении. При очень низкой влажности воздуха в помещении, проходящий воздух будет увлажняться за счет испарения части влаги из циркулирующего электролита, при высокой влажности циркулирующий электролит будет поглощать избыточную влагу из воздуха, нормализуя влажность очищаемого воздуха.

Для поддержания рабочих характеристик электролита на требуемом уровне предусмотрен блок регенерации циркулирующего электролита 6, в котором осуществляют концентрирование электролита или его разбавление водой.

Часть воздушного потока после механического фильтра 1 подается в катодные воздушные камеры 12 блока электролитических ячеек 5.

В катодной зоне будет протекать основная электрохимическая реакция:

$O_{2} + 2 H_{2} O + 4 e \to 4 O H^{-}$

в результате которой электролит в газодиффузионном катоде 11 приобретет сильные щелочные характеристики (рН электролита повысится). Ионы аммония и другие катионы, образовавшиеся в анодной зоне электролитической ячейки из поглощенных газофазных веществ, в результате диффузии, а также под действием электростатических сил мигрируют через матричную или катионообменную мембрану в катодную зону, где вступают во взаимодействие с образующимися в результате электрохимической реакции гидроксид-ионами.

$N H_{4}^{+} + 4 O H^{-} \to N H_{3} + H_{2} O$

Образующиеся в результате химической реакции аммиак и другие газофазные аминосоединения переходят в воздушный поток, протекающий через катодные воздушные камеры 12 блока электролитических ячеек 5. Загрязненный воздушный поток направляют в абсорбер 7, в котором аммиак и другие газофазные аминосоединения поглощают водой, после чего частично очищенный в абсорбере воздушный поток по герметичному воздуховоду выводят за пределы помещения, а образовавшийся водоаммиачный раствор используют в качестве удобрения.

1. Устройство для очистки воздуха в жилых и производственных помещениях от щелочных газофазных примесей, отличающееся тем, что содержит воздушные камеры с газодиффузионными анодами, через которые проходит очищаемый воздух, воздушные камеры с газодиффузионными катодами, в которые подается продувочный воздух, и электролитные камеры с жидким или мембранным электролитами, расположенные между катодом и анодом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит абсорбер для поглощения аммиака и других щелочных газофазных примесей из продувочного воздуха, выходящего из воздушных камер с газодиффузионными катодами.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит механический и электростатический фильтры, очищающие воздух от механических примесей перед подачей в воздушные камеры с газодиффузионными анодами.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит электростатический блок с генератором озона, подающий озон в воздушные камеры с газодиффузионными анодами.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембранного электролита используется пористая матрица, пропитанная электролитом.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве пористой матрицы используется асбестовая матрица.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электролит содержит соли аммония.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве электролита применен водный раствор гидрофосфата аммония.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембранного электролита используется катионообменная мембрана.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве катода/анода используется двухслойный газодиффузионный электрод с гидрофобным запорным слоем, обращенным в сторону воздушной камеры, и активным слоем, обращенным в сторону электролитной камеры.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве анода/катода используется двухслойный газодиффузионный электрод с гидрофильным запорным слоем, обращенным в сторону электролитной камеры, и активным слоем, обращенным в сторону воздушной камеры.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве обращенного в сторону воздушной камеры слоя анода используется углерод с удельной поверхностью не менее 60-80 м²/г с каталитически активными включениями.

Изобретение относится к способам очистки сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода. .

Абсорбент, способ его получения и его применение // 2488429

Изобретение относится к абсорбенту, для удаления диоксида углерода из дымовых газов, образующихся в работающей на ископаемом топливе установке для сжигания. .

Установка и способ регенерации раствора абсорбента // 2486944

Способ обработки потока углеводородного газа, имеющего высокую концентрацию диоксида углерода, с использованием бедного растворителя, содержащего водный раствор аммиака // 2485998

Изобретение относится к способу обработки находящегося под высоким давлением потока углеводородного газа с высокой концентрацией диоксида углерода с целью удаления из него диоксида углерода с образованием обработанного потока углеводородного газа и обогащенного диоксидом углерода потока.

Установка для извлечения со2 и способ извлечения со2 // 2485048

Способ удаления co2 (варианты) // 2484882

Система и способ удаления кислотного компонента из технологического потока // 2483785

Система и способ регенерации раствора абсорбента // 2483784

Способ разделения газов // 2483783

Изобретение относится к разделению газов каталитического крекинга газойля различного происхождения и может быть использовано с целью увеличения отбора пропилена как товарного продукта от потенциально образовавшегося в процессе каталитического крекинга газойля.

Система и способ регенерации раствора абсорбента // 2481881

Изобретение относится к системе и способу регенерации раствора абсорбента, используемого в абсорбции кислотного компонента из технологического потока. .

Мокрый скруббер // 2490055

Способ очистки раствора диэтаноламина от примесей // 2491981

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в газовой или в нефтеперерабатывающей промышленности для очистки абсорбентов от примесей

Способ и система очистки биогаза для извлечения метана // 2495706

Изобретение относится к способу очищения биогаза для извлечения метана, в котором компоненты, содержащиеся в биогазе, такие как диоксид углерода, соединения серы и аммиака, отделяются в ходе нескольких этапов процесса, и к соответствующей системе для осуществления способа. Способ осуществляют в три этапа очистки, на первом биогаз пропускают через очистную колонну (К1) в противоток подаваемой пресной воде, где диоксид углерода, сероводород, аммиак и другие органические водорастворимые вещества связываются в пресной воде, а метановый газ отбирают у головы очистной колонны (К1), на втором растворенный метан удаляют в первой испарительной колонне (К2), посредством добавления аэрирующего воздуха или аэрирующего воздуха и кислорода, и на третьем растворенный диоксид углерода удаляют во второй испарительной колонне (К3) посредством добавления аэрирующего воздуха, при этом отводят очищенный очистной раствор, подаваемый к очистной ступени (К1), и отработанный газ. Система содержит очистную колонну (К1), первую испарительную колонну (К2) и вторую испарительную колонну (К3), при этом очистная и испарительные колонны соединены последовательно, и основание второй испарительной колонны соединено с головой очистной колонны линией (04), несущей очистной раствор. Изобретение позволяет увеличить извлечение метана и снизить потребление энергии. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Способ и устройство для отделения диоксида углерода от отходящего газа работающей на ископаемом топливе электростанции // 2495707

Изобретение относится к способу отделения диоксида углерода от отходящего газа работающей на ископаемом топливе электростанции. Способ включает в себя абсорбционный процесс, в котором содержащий диоксид углерода отходящий газ приводят в контакт с абсорбентом, в результате чего образуется загрязненный диоксидом углерода абсорбент (25), и десорбционный процесс (10), который функционирует от горячего пара из пароводяного контура работающей на ископаемом топливе электростанции и в котором загрязненный диоксидом углерода абсорбент (25) регенерируют, в результате чего образуется регенерированный абсорбент (26). При этом в следующем за десорбционным процессом (10) процессе расширения (20) регенерированный абсорбент (26) расширяют, в результате чего образуется парообразный абсорбент (27), который возвращают в десорбционный процесс (10), и загрязненный абсорбент (25) разделяют, по меньшей мере, на один первый (30) и один второй (40) частичные потоки, причем только второй частичный поток (40) направляют в теплообмене с расширенным абсорбентом, а первый (30) и один второй (40) частичные потоки подают в десорбционный процесс (10) на его разных этапах. Также изобретение относится к устройству для осуществления способа. Изобретение обеспечивает высокую эффективность отделения при низкой потребности в собственной энергии и в то же время при высоком общем кпд энергетического процесса. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ подготовки углеводородного газа к однофазному транспорту // 2497571

Изобретение может быть использовано в газовой промышленности для подготовки углеводородного газа к однофазному транспорту. Способ включает очистку углеводородного газа от тяжелых компонентов путем абсорбции абсорбентом. Углеводородный газ подают в среднюю часть абсорбционной колонны, а абсорбент - наверх колонны и осуществляют нагрев нижней части и охлаждение верхней части абсорбционной колонны по всей высоте ее массообменных секций. Абсорбцию проводят при давлении 2,5-3,8 МПа абс. и при температуре верха колонны 5-25°С и температуре низа колонны 55-105°С. Изобретение позволяет повысить выход подготовленного газа, снизить кратность циркуляции абсорбента в 4 раза и снизить энергозатраты и металлоемкость оборудования. 1 ил.

Способ выделения метана из газовых смесей // 2500661

Изобретение относится к способу выделения метана из газовых смесей путем контактирования смеси с водным раствором циклического простого эфира концентрацией не выше 20% мол. при температуре не выше 20°C и давлении до 3,0 МПа с получением конденсированной фазы, содержащей смешанные гидраты метана и циклического простого эфира, и газовой фазы, отделения газовой фазы, извлечения из конденсированной фазы метана с последующей рециркуляцией водного раствора циклического простого эфира на выделение. Предлагаемый способ позволяет эффективно выделять метан из газовых смесей эффективным образом за счет упрощения технологии процесса, в частности снижения давления разделения. 1 з.п. ф-лы, 8 табл., 8 пр., 1 ил.

Очистка потока газа // 2501593

По меньшей мере, одну газообразную примесь, например силан, удаляют путем абсорбции из поступающего потока газа, например потока газа, содержащего азот и водород, каковая газообразная примесь обладает меньшей летучестью, чем поступающий поток газа. Абсорбирование проводят переохлажденным жидким абсорбентом при первой криогенной температуре и первом давлении. Типичным абсорбентом является пропан. Абсорбирование может быть осуществлено в колонне (130) газожидкостного контакта. Абсорбент, содержащий примесь, может быть регенерирован в регенерационном резервуаре 150 и возвращен в колонну (130). 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ очистки газов // 2505341

Изобретение относится к способам для проведения тепло-массобменных процессов для системы газ-жидкость, в том числе для кондиционирования воздуха и его осушки, очистки газов от примесей других газов, паров жидкости и дисперсных твердых частиц, и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, санитарной очистки газовых выбросов, для подготовки природных или попутных нефтяных газов перед их использованием или транспортом. Способ очистки газов включает охлаждение газового потока, образование конденсата, выделение его с абсорбированными газовыми и механическими примесями. В качестве холодного теплоносителя, непосредственно контактирующего с газовым потоком, используется ранее образованный конденсат из очищаемого газового потока, охлажденный до температуры ниже точки росы газового потока. Перед взаимодействием разделяемого газа и охлажденного конденсата вводят часть ранее полученного конденсата без его охлаждения с целью насыщения паром газовой фазы и последующего увеличения количества конденсата на жидких или твердых частицах для повышения эффективности их сепарации. Очистку газа проводят в несколько этапов с целью выделения на каждом этапе отдельного компонента или групп компонентов газовой фазы. Технический результат: разработка простого, эффективного и надежного способа очистки газов от газовых, жидких и твердых примесей, снижение материалоемкости оборудования и эксплуатационных затрат. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Способ очистки газов от сероводорода // 2505344

Изобретение может быть использовано в нефтяной, газовой, газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической отраслях промышленности и относится к способам жидкофазной окислительной конверсии сероводорода, содержащегося в газах, с получением элементарной серы. Способ включает подачу очищаемых от сероводорода газов в зону абсорбции при встречном движении их с абсорбентом, а воздуха - в зону регенерации в количестве, обеспечивающем отношение парциальных объемов кислорода воздуха и сероводорода в газах в диапазоне 0,5÷25:1, отбор очищенных газов из верхней части зоны абсорбции, а серы - из нижней зоны регенерации, отличающийся тем, что вместе с очищаемыми газами в зону абсорбции подают воздух в количестве, обеспечивающем соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду газов 0,05÷0,75:1, причем суммарный объем подаваемого воздуха в зоны абсорбции и регенерации обеспечивает соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду, не превышающее первоначальное. Предлагаемый способ позволяет увеличить эффективность очистки газов от сероводорода (не менее 99,99%) за счет интенсификации процесса окисления сероводорода до элементарной серы благодаря частичному проведению регенерации абсорбента в зоне абсорбции и, как следствие, снизить материальные затраты на реализацию способа. 3 табл., 2 ил.

Способ удаления кислотных газов из газового потока // 2506985

Изобретение относится к способу удаления кислотных газов из газового потока, в частности потока природного газа, потока синтез-газа или тому подобного, причем кислотные газы поглощаются из потока газа, по меньшей мере, одним абсорбентом. В качестве абсорбента применяется смесь из физического моющего средства, химического средства и воды. Абсорбент имеет более 60% по массе физического моющего средства, причем в качестве физического моющего средства применяется производное морфолина и применяется химическое моющее средство на основе, по меньшей мере, одного алифатического амина. Изобретение позволяет удалять компоненты кислотных газов из газового потока и предотвратить появление коррозии. 5 з.п. ф-лы.