Способ очистки газовых выбросов от полициклических ароматических углеводородов, в том числе бенз(а)пирена


 


Владельцы патента RU 2567284:

Иваницкий Максим Сергеевич (RU)

Изобретение относится к способам очистки газовых выбросов от полициклических ароматических углеводородов, в частности бенз(а)пирена. Способ включает облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда в спектральном диапазоне длин волн 290-430 нм со средней плотностью световой энергии 10-3-3×10-1 Дж/см2 в присутствии озона и воды в виде жидкости или пара при температуре газовых выбросов 0°C-250°C, причем озон получают путем облучения потока воздуха, подаваемого в камеру предварительного облучения, при этом большие значения средней плотности световой энергии из указанного диапазона используют в камере предварительного облучения, а меньшие непосредственно в газоходе установки. Изобретение обеспечивает повышение степени очистки промышленных выбросов от токсичных полициклических ароматических углеводородов, в том числе бенз(а)пирена, и снизить кислотную коррозию газохода установки. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к способам очистки газовых выбросов от полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), в частности от бенз(а)пирена, и может быть использовано на предприятиях металлургической, химической, нефтяной, коксохимической, теплоэнергетической отраслей промышленности.

Известен способ очистки газа от органических углеродных соединений [Заявка ФРГ №3541652, МПК B01D 53/00 1987 г.], заключающийся в предварительном обогащении газа водяным паром и облучении ультрафиолетовыми лучами с длинами волн 185 и 250 нм в реакторе в течение 2 минут.

При значительных удельных затратах энергии облучения более 10 Дж/см2 весь органический углерод превращается в диоксид углерода.

Однако в условиях промышленных газоходов со скоростями потоков газовых выбросов от нескольких единиц метров в секунду и более такой способ глубокого фотоокисления всех органических углеродных соединений практически не применим, поскольку требует больших затрат электроэнергии и сложных конструкций установок очистки. Более того, при облучении реальных газовых выбросов промышленных газоходов в заявленном спектральном интервале при плотности энергии облучения 0,05-0,2 Дж/см2 происходило увеличение концентраций некоторых полициклических ароматических углеводородов, включая бенз(а)пирен. Это наблюдалось при облучении УФ-излучением с длинами волн в области 180-250 нм выбросов алюминиевого и электродного заводов.

Известен также способ обезвреживания отходящих газов [Патент №2077936, МПК B01D 53/72 1997 г.] от полициклических ароматических углеводородов путем их облучения потоком ускоренных электронов в присутствии паров минеральной кислоты, взятой в массовом соотношении к ПАУ, равном (1-1,2):1.

Этот процесс также энергоемкий, поскольку он заключается в молекулярно-радикальных преобразованиях за счет соударений всех молекул газовых, аэрозольных, дымовых составляющих выбросов с термолизующимися электронами при вводе электронного пучка ускорителя в отходящие газы. На фоне всех процессов, происходящих в облучаемых выбросах, доля процессов, приводящих к уничтожению токсичных ПАУ, незначительна.

Кроме того, для обработки газовых потоков сечением 1 м и более должны использоваться ускорители с напряжением более 500 кВ, что требует специальных мер радиационной защиты персонала предприятия.

Известен способ [Патент №2118913, МПК B01D 53/32, B03C 3/00 1998 г.] снижения в газовых выбросах содержания бенз(а)пирена и других полициклических ароматических углеводородов путем фотоокисления ПАУ при облучении излучением электрического разряда в интервале длин волн 340-410 нм со средней плотностью световой энергии 10-3-3·10-1 Дж/см2 при рабочих температурах от -20°C до +80°C.

Этот способ обладает сравнительно низкими энергозатратами за счет селективного фотовозбуждения уничтожаемых органических молекул и части молекул ПАУ со спектрами поглощения, попадающими в полосу УФ-облучения. При УФ-облучении молекулы ПАУ переходят в возбужденное синглетное состояние с последующим их переходом за счет столкновений в триплетное состояние и наработкой синглетного кислорода, вступающего в реакцию с ПАУ, с которым реагируют также некоторые составляющие газовых выбросов.

К недостаткам вышеуказанного способа, проверенного на промышленных газоходах, относятся сравнительно невысокие скорости реакций уничтожения бенз(а)пирена и других ПАУ, и при этом степень очистки промышленных выбросов, например, от бенз(а)пирена составляет не более 30-35%, а удельные затраты электроэнергии на каждый грамм уничтоженного бенз(а)пирена достигают 0,5 кВт·ч и более.

Наиболее близким по технической сущности решением (прототипом) к предлагаемому способу является способ [Патент №2257256, МПК B01D 53/32, B01J 19/08 2003 г. ], включающий облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда в рабочем интервале длин волн со средней плотностью световой энергии 10-3-3·10-1 Дж/см2, облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда проводят в присутствии паров жидкости, вплоть до насыщенных, при температуре газовых выбросов 0°C - +250°C, в качестве воды выбирают воду с добавлением озона или окислов серы в определенных концентрациях.

К недостаткам вышеуказанного способа относятся сравнительно невысокая степень очистки газов от бенз(а)пирена и кислотная коррозия газохода установки.

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении степени очистки промышленных выбросов от токсичных ПАУ, в том числе бенз(а)пирена, и снижение кислотной коррозии газохода установки.

В соответствии с предлагаемым изобретением вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе очистки газовых выбросов от полициклических ароматических углеводородов, в том числе бенз(а)пирена, включающем облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда со средней плотностью световой энергии 10-3-3·10-1 Дж/см2, облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда проводят в присутствии озона и воды в виде жидкости или пара при температуре газовых выбросов 0°C - +250°C, причем озон получают путем облучения потока воздуха, подаваемого в камеру предварительного воздействия, причем большие значения средней плотности световой энергии из указанного диапазона используют в камере предварительного облучения, а меньшие непосредственно в газоходе установки, причем облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда проводят в спектральном диапазоне длин волн 290-430 нм.

Для примера заданы параметры процесса облучения и характеристики выбросов котельного агрегата ТГМ-84: температура газовых выбросов tг=136°C, характеристика электрического разряда для получения озона в камере предварительного смешения λ=430 нм, средняя плотность световой энергии в камере предварительного смешения 3·10-1 Дж/см2, характеристика электрического разряда в газоходе котла λ=290 нм, средняя плотность световой энергии в газоходе котла 10-3 Дж/см2. При данных условиях проведения процесса обеспечивается сокращение выбросов ПАУ в пределах 95% от первоначальной концентрации. При облучении газовых выбросов в промышленных газоходах при плотностях энергии облучения больших 3·10-1 Дж/см2 происходит увеличение концентраций некоторых ПАУ, включая бенз(а)пирен. При этом облучение УФ- излучением с длинами волн производилось в области длин волн менее 290 нм. Также в этом случае необходимо отметить высокие удельные затраты энергии на реализацию процесса. В случае использования значений плотностей энергии облучения меньше 10-3 Дж/см2 снижение концентраций ПАУ, включая бенз(а)пирен, в газовых выбросах не происходит вследствие недостатка энергии. Поэтому наиболее эффективное уничтожение органических молекул и части молекул ПАУ со спектрами поглощения происходит при попадании их в полосу УФ-облучения и достаточном уровне значений плотностей энергии облучения. Выбор температурного диапазона (0°C - +250°C) обусловлен реальными технологическими процессами, протекающими на производстве, а также предельными потерями теплоты с газовыми выбросами и высокими скоростями химических реакций окисления ПАУ. При этом конверсия большинства ПАУ, образующихся в технологических процессах, завершается при температурах, близких 250°C.

При большой влажности газов в промышленных выбросах увеличивается скорость химических реакций, в которые вступают молекулы ПАУ, возбуждаемые ультрафиолетовым излучением электрического разряда. В этих условиях работает как механизм окисления ПАУ через газофазные реакции, так и через фотохимические реакции, которые протекают в воде.

После насыщения газовых выбросов парами воды, в частности с помощью аппарата мокрой очистки, облучение УФ-излучением газовых выбросов молекулы ПАУ параллельно могут вступать в реакцию с синглетным кислородом и в реакцию одноэлектронного окисления триплетного состояния молекул ПАУ [«К механизму фотоинициированного превращения бенз(а)пирена в воде». Изв. АН ЭССР Хим., 1982 г., 31 №2, 117-123]. Синглетный кислород нарабатывается при фотовозбуждении молекул ПАУ, которые переходят в синглетное, а затем за счет соударений в триплетное состояния. При соударении с молекулами кислорода они переводят последние в долгоживущее возбужденное состояние - синглетный кислород, который является химически активным к ПАУ.

Рабочие спектры длин волн ультрафиолетового облучения промышленных выбросов могут быть расширены и составлять 290-430 нм. В этом случае увеличивается число ПАУ, поглощающих ультрафиолетовое излучение [Нурмухамедов Р.Н. Поглощение и люминесценция ароматических соединений, М., 1974 г. ] и увеличивается интенсивность поглощения каждым ПАУ, которые участвуют в наработке синглетного кислорода, а следовательно, возрастает скорость его наработки, что приводит к росту скоростей реакций окисления ряда ПАУ, в том числе бенз(а)пирена.

В условиях насыщенных паров воды и при облучении УФ-излучением достаточно легко происходит одноэлектронное окисление ПАУ с образованием сначала катион-радикалов, затем хинонов и димеров исходных молекул ПАУ. Катион-радикалы образуются и в ходе фотокаталитических реакций в присутствии воды и кислорода, причем катализаторами могут быть твердые частицы, содержащиеся в промышленных выбросах.

Другими реакциями, приводящими к уничтожению токсичных ПАУ, являются реакции с окислами веществ, концентрации паров которых присутствуют в промышленных выбросах и после аппаратов мокрой очистки. Эти реакции могут ускоряться при облучении УФ-излучением. При этом продуктами реакций являются гораздо менее токсичные и нетоксичные вещества, например трисульфобенз(а)пирен, хиноны и др.

Дополнительным техническим результатом, улучшающим механизм очистки выбросов с помощью УФ-облучения, является более эффективная вкладка световой энергии за счет рассеивания УФ-излучения на мелкодисперсных частицах воды в присутствии озона. За счет малой общей концентрации ПАУ эффективная длина поглощения ультрафиолетового излучения составляет в газоходе десятки метров [Очистка отходящих газов электродного завода от бенз(а)пирена с помощью фотолитической установки. Научные доклады на 3-й Международной конференции «Экология и развитие Северо-Запада России». СПб, 1998 г., стр. 42-48.]. Рассеивание УФ-излучения на мелкодисперсных частицах водяных ларов приводит к лучшему распределению излучения по сечению газохода. При этом эффективность работы установки очистки повышается при увеличении диаметра газохода и росте концентрации ПАУ.

На фиг.1 представлена блок-схема реализации предлагаемого способа очистки газовых выбросов от полициклических ароматических углеводородов, в том числе и бенз(а)пирена, где 1 - устройство введения озона и воды в виде жидкости или пара; 2, 3 - устройство облучения ультрафиолетовым излучением; 4 - камера предварительного облучения; 5, 6 - пробоотборники; 7, 8 - устройства для удаления твердых отходов.

Способ реализуется следующим образом. Газовые выбросы от технологического цикла подаются на вход устройства для введения озона и воды в виде жидкости или пара 1, где подвергаются облучению ультрафиолетовым излучением устройством 3 при больших значениях средней плотности световой энергии в спектральном интервале длин волн 290-430 нм. Озон поступает на вход устройства для введения озона и воды в виде жидкости или пара 1 из камеры предварительного облучения 4. Затем насыщенные озоном газовые выбросы облучают с помощью устройства 2 облучения ультрафиолетовым излучением при меньших значениях средней плотности световой энергии в спектральном интервале длин волн 290-430 нм. Перед устройством 2 облучения УФ-излучением и после него в газоходе установлены пробоотборники 5 и 6 для взятия проб на смолистые соединения, включая бенз(а)пирен. После устройства 1 насыщения озоном и воды в виде жидкости или пара и устройства 2 облучения ультрафиолетовым излучением установлены устройства для удаления твердых отходов 7 и 8 соответственно.

При использовании предлагаемого способа степень очистки газовых выбросов от бенз(а)пирена достигает 90-99%, в некоторых случаях в газовых выбросах присутствуют лишь следы этого канцерогенного соединения.

Заявленное изобретение позволяет повысить степень очистки промышленных выбросов от токсичных ПАУ, в том числе бенз(а)пирена, и снизить кислотную коррозию газохода установки.

Способ очистки газовых выбросов от полициклических ароматических углеводородов, в том числе бенз(а)пирена, включающий облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда со средней плотностью световой энергии 10-3-3×10-1 Дж/см2, отличающийся тем, что облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда проводят в присутствии озона и воды в виде жидкости или пара при температуре газовых выбросов 0°C - +250°C, причем озон получают путем облучения потока воздуха, подаваемого в камеру предварительного облучения, причем большие значения средней плотности световой энергии из указанного диапазона используют в камере предварительного облучения, а меньшие непосредственно в газоходе установки, причем облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда проводят в спектральном диапазоне длин волн 290-430 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической, горнорудной промышленности. Восстановление железа, кремния и восстановление диоксида титана до металлического титана проводят путем генерации электромагнитных взаимодействий частиц SiO2, кремнийсодержащего газа, частиц FeTiO3 и магнитных волн.

Изобретение относится к технологии получения нанокристаллического карбида кремния. Способ включает плазмодинамический синтез карбида кремния в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы, содержащей кремний и углерод в соотношении 3,0:1, которую генерируют коаксиальным магнитоплазменным ускорителем с графитовыми электродами и направляют в замкнутый объем, заполненный газообразным аргоном при нормальном давлении и температуре 20°C, при этом температуру газообразного аргона в замкнутом объеме изменяют в диапазоне от -20°C до 19°C и от 21°C до 60°C.

Изобретение относится к области получения кристаллического кремния. Способ включает термическое восстановление кварцитов до элементарного кремния с помощью восстановительной газовой смеси с использованием плазмы, при этом процесс ведут одностадийно во встречных потоках кварцитов и восстановителя, в качестве восстановителя используется смесь углеводородов и водяных паров, количество которых не более ¼ необходимого для протекания реакции конверсии, а суммарное количество углерода, содержащегося в углеводородах, не менее чем в 1,5 раза превышает стехиометрически необходимое количество для реализации процесса полного восстановления кварцитов.

Группа изобретений относится к области переработки углеводородного сырья (CH4) - к способу и устройству (реактору) для получения синтез-газа. Способ получения синтез-газа путем каталитического превращения метана посредством пропускания реагентов через неподвижный слой катализатора, в качестве неподвижного слоя катализатора используют кольцевой слой катализатора, в котором реагенты пропускают от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, в качестве реагентов используют смесь метана с газообразными реагентами, дополнительно содержащую продукты плазмохимического распада газообразных реагентов или их смеси, тепловой режим процесса обеспечивают путем смешивания продуктов плазмохимического распада со смесью метана с газообразными реагентами, а, по крайней мере, часть реагентов подают непосредственно в плазмохимическую зону.

Изобретение относится к способу очистки газовых выбросов и может быть использовано на предприятиях металлургической, химической, нефтяной, коксохимической, теплоэнергетической отраслей промышленности.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано в медицине, фармацевтике, косметологии. Наночастицы платиновых металлов получают в прозрачной жидкости на водной основе 7 при разрушении мишени 6 из платинового металла или сплава кавитацией, возникающей путем доставки лазерного излучения 2, представленного в виде импульсов сфокусированного излучения лазера на парах меди 1 с величиной энергии импульса 1-5 мДж и длительностью импульса 20 нс, с частотой следования импульсов 10-15 кГц и плотностью мощности 5,7 ГВт/см2, через прозрачное дно кюветы 5 к мишени 6, помещенной в кювету 5 с прозрачной жидкостью на водной основе 7.

Изобретение относится к области ядерно-физических способов обработки материалов и может найти применение в технологических процессах диффузионного соединения разнородных материалов.

Группа изобретений относится к угольной промышленности, а именно к способу и устройству для плазмохимической переработки угля. Способ включает переработку угля, в реакторе в непрерывном и в импульсно-периодическом режиме поддержания плазмы, включающем камеру формирования пленочного потока жидкой среды, внутренний электрод, внешний электрод, входной штуцер, электроразрядную камеру, выход потока жидкой компоненты, выход потока газообразной компоненты, при этом в качестве жидкой среды используют угольную крошку в водородсодержащем растворителе, в том числе, с содержанием газообразных компонентов, подачу полученного сырья в приемную емкость, разделение его на фракции, выделение жидкого продукта, удаление из газообразной фракции отходов сорбции посредством сорбционной очистки, удаление из жидкой фракции отходов твердых фракций, повторное направление неизрасходованного сырья в камеру подготовки для последующей переработки и смешения с жидкими и/или газообразными веществами донорами водорода в соотношении, позволяющем достичь в смеси молярного соотношения водород/углерод более 1, при значениях удельного энерговклада, превышающих 1 кВт на м3, напряженности электрического поля более 1 кВ на мм и температурах сырья 100-400°C, и воздействие на сырье продуктами низкотемпературной плазмы электрического разряда.

Изобретение относится к способам воздействия на материалы и продукты с целью их активации, преимущественно к способам обезвоживания углеводородов, очистки теплоносителя, стерилизации пищевых жидкостей, подготовки нефтепродуктов к пиролизу и крекингу, переработки сложномолекулярных продуктов.

Изобретение может быть использовано для подготовки водопроводной воды предприятиями пищевых производств, в частности при производстве безалкогольных напитков. Способ включает очищение воды от механических примесей путем фильтрации, обработку воды импульсным ультразвуковым полем с частотой 22±1,65 кГц, мощностью ультразвукового колебания 120-200 Вт, интенсивностью порядка 10-20 Вт/см2 и экспозицией 3-5 мин.

Изобретение относится к способу очистки газовых выбросов и может быть использовано на предприятиях металлургической, химической, нефтяной, коксохимической, теплоэнергетической отраслей промышленности.

Изобретение относится к пищевой и биоэнергетической промышленностям. Способ плазмохимической очистки газов от органических загрязнений путем пропускания указанных газов через область объемного высоковольтного электрического разряда, при этом плазменную обработку газа производят при давлении ниже атмосферного, а в область электрического разряда дополнительно вводят окислитель и гранулированный катализатор.

Изобретение относится к технологиям малотоннажной утилизации непромышленных газов в газовой промышленности. Изобретение касается малотоннажной установки по утилизации ресурсов малых месторождений природного газа, состоящей из последовательно соединенных очистительного модуля, теплообменника предварительного нагрева, теплообменника-рекуператора для тепловой обработки сырья, реактора плазмохимического синтеза для образования водородно-сажевой смеси, теплообменника-рекуператора для закалки, теплообменника-охладителя для охлаждения смеси, циклона для выделения и подачи в рукавный фильтр для сбора с последующей подачей в гранулятор и конденсатор, гранулятора для гранулирования частиц сажи при увлажнении водой из конденсатора и последующей подачи в сушильный барабан, конденсатора для подачи воды в гранулятор и конденсации воды с подачей водородной смеси в компрессор, сушильного барабана для осушки и выделения, компрессора для сжатия водорода и подачи в мембранный блок для обогащения и последующего выделения.

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики для отделения от увлажненного газового потока содержащихся в нем аэрозольных частиц, в том числе и конденсируемой составляющей паров газового потока (конденсата).

Изобретение относится к приводимому в действие электричеством узлу отделения кислорода, включающему в себя по меньшей мере один трубчатый мембранный элемент, имеющий слой анода, слой катода, слой электролита, расположенный между слоем анода и слоем катода, и два слоя токоприемника, расположенные смежными с и в контакте со слоем анода и слоем катода и размещенные на внутренней стороне и наружной стороне упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента; комплект проводников, соединенных с одним из двух слоев токоприемника в двух центральных разнесенных местоположениях упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента и с другим из двух слоев токоприемника по меньшей мере в противоположных концевых местоположениях упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента, разнесенных наружу от упомянутых двух центральных разнесенных местоположений, так что источник питания способен прикладывать электрический потенциал через набор проводников между двумя центральными разнесенными и по меньшей мере двумя противоположными концевыми местоположениями, а вызванный приложенным электрическим потенциалом электрический ток, текущий через упомянутый по меньшей мере один трубчатый мембранный элемент, делится на две части, текущие между двумя центральными разнесенными и противоположными концевыми местоположениями.

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики для очистки газов от содержащихся в них аэрозольных частиц.

Изобретение относится к области химической технологии очистки углеводородного газа (попутного нефтяного, природного, пропан-бутановой смеси и др.) от сероводорода и может быть использовано в нефтегазовой, химической и энергетической промышленности.
Изобретение относится к способу очистки, предназначенному для удаления из материалов кислорода. .

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано при очистке газов и стерилизации воздуха. .

Изобретение относится к устройству для плазменной обработки газообразной среды. Устройство содержит генерирующее плазму устройство для создания в газообразной среде плазмы, диэлектрическую структуру, сформированную в виде трубки из плавленого кварца, причем плазма способна переноситься в диэлектрическую структуру, и камеру взаимодействия, включающую внутреннее пространство и стенку. Изобретение обеспечивает эффективную обработку газообразной среды и снижение потребления энергии. 7 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх