Способ очистки газового потока



Способ очистки газового потока
Способ очистки газового потока
Способ очистки газового потока

 

B01D53/00 - Разделение (разделение твердых частиц мокрыми способами B03B,B03D; с помощью пневматических отсадочных машин или концентрационных столов B03B, другими сухими способами B07; магнитное или электростатическое отделение твердых материалов от твердых материалов или от текучей среды, разделение с помощью электрического поля, образованного высоким напряжением B03C; центрифуги, циклоны B04; прессы как таковые для выжимания жидкостей из веществ B30B 9/02; обработка воды C02F, например умягчение ионообменом C02F 1/42; расположение или установка фильтров в устройствах для кондиционирования, увлажнения воздуха, вентиляции F24F 13/28)

Владельцы патента RU 2600997:

Палей Алексей Алексеевич (RU)

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в быту, в различных отраслях промышленности и энергетики для отделения от газового потока содержащихся в нем аэрозольных частиц. Изобретение может также найти свое применение для очистки воздуха от дорожной пыли, включая аэрозольное загрязнение от выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, износа шин и тормозных колодок автомобилей и дорожного покрытия. Изобретение направлено на повышение эффективности очистки газового потока. Способ заключается в пропускании очищаемого газового потока через пористый с открытыми порами материал, в порах которого во время очистки формируют неоднородное электрическое поле величиной не менее 0,1 кВ/см. Технический результат в заявляемом способе очистки газового потока достигается за счет отклонения траекторий движения аэрозольных частиц электрическим полем от линий тока газового потока при движении газового потока по порам пористой перегородки. Отклонившиеся от линий тока газового потока аэрозольные частицы зацепляются за стенки пор пористой перегородки и сепарируются от газового потока. В порах, таким образом, задерживаются частицы, размер которых значительно меньше, чем размер пор, что позволяет повысить эффективность очистки от аэрозольных частиц. Предложенный способ позволяет использовать обычные волокнистые фильтрующие материалы, изготовленные для фильтров грубой очистки, для тонкой очистки газовых потоков. Обеспечивается практически полная очистка газового потока от аэрозольных частиц всего диапазона их размеров, включая нанометровый диапазон. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано как в быту, так и в различных отраслях промышленности и энергетики и транспорта для очистки газов от содержащихся в нем аэрозольных частиц.

Известен способ очистки газов, заключающийся в охлаждении газового потока при его движении из верхней камеры в нижнюю по вертикальному цилиндрическому корпусу, в котором через патрубки входа и выхода циркулирует охлаждающий агент (см. А.Г. Амелин "Теоретические основы образования тумана", М., Химия, 1966 г., стр. 164). В известном способе парогазовая смесь через верхнюю камеру проходит по трубам, охлажденным движущимся в межтрубном пространстве хладагентом. При соприкосновении с холодной поверхностью труб происходит охлаждение газа и конденсация на этой поверхности содержащегося в газе пара. Конденсация паров происходит на содержащихся в газе аэрозольных частицах. Конденсируемая в трубах жидкость с аэрозольными частицами собирается в нижней камере и вытекает их нее через патрубок выхода конденсата. Очищенный газ выходит через патрубок нижней камеры. В известном способе производится конденсация и отделение от газа аэрозольных частиц лишь той части газа, которой удается соприкоснуться с поверхностью труб за время нахождения газа в трубе. Остальная же часть аэрозольных частиц остается в составе выходящего из устройства газа. Таким образом, для повышения степени очистки газа от аэрозольных частиц требуется увеличение габаритных размеров устройства, реализующего известный способ очистки.

В патенте РФ на изобретение №2175880, МПК 7 B01D 5/00 представлено описание способа очистки газового потока от аэрозольных частиц, в котором совмещены процессы конденсации и сепарации паров с использованием коронного разряда. Сепарация сконденсированных паров в описанном способе реализована с помощью электрофильтра, содержащего соединенный с источником высокого напряжения коронирующий электрод и установленный относительно него с зазором осадительный электрод. Принцип работы электрофильтра достаточно полно освящен в литературе (см., например, А.Г. Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» Госхимиздат, 1950 г., стр. 138-150). В анализируемом электрофильтре электрические заряды, возникающие в зазоре между коронирующим и осадительным электродом, попадая на аэрозольные частицы газовой смеси, заряжают их. Электрическое поле в зазоре между коронирующим и осадительным электродом вынуждают заряженные аэрозольные частицы двигаться по направлению силовых линий к осадительному электроду, чем обеспечивается очищение газовой смеси от аэрозольных частиц. Конденсация паров в описываемом способе реализуется генерацией коронного разряда в газовом потоке. В процессе коронного разряда повышается плотность электрически заряженных частиц, содержащихся в газовом потоке, и при плотности электрических зарядов более 105 е/см3 (e - элементарный электрический заряд) электрически заряженные аэрозольные частицы начинают активно захватывать молекулы конденсируемых паров, превращаясь в крупные молекулярные комплексы. Молекулярная влага и аэрозольные частицы конденсата увлекаются из объема газового потока к осадительному электроду, где реализуется пристеночная конденсация. Таким образом, в описываемом электрофильтре в процессе конденсации задействованы не только случайно попавшие на стенки конденсируемой поверхности молекулы паров, но и молекулярные комплексы. Последние образуются в объеме движущегося газового потока с помощью электрически заряженных частиц и доставляются к поверхности заземленной конструкции электрическим полем. В результате действия механизма конденсации, совмещенного с механизмом электрофильтра, в описанном способе обеспечивается полнота сепарации паров из очищаемого газового потока без существенного увеличения габаритных размеров фильтра. Кроме того, известным способом можно улавливать и аэрозольные частицы, захватившие молекулы конденсируемых паров, т.е. реализовать так называемый принцип мокрой очистки газов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению относится способ очистки газового потока, описанный в патенте РФ №2293597 RU. В известном способе в начале очистки в очищаемом газовом потоке формируют неоднородное электрическое поле и генерируют в очищаемом газовом потоке коронный разряд. Содержащиеся в газовом потоке аэрозольные частицы в процессе воздействия на них электрическим полем и коронным разрядом получают электрический заряд. Далее газовый поток с электрически заряженными аэрозольными частицами пропускаются через осадительный электрод, выполненный в виде пористой с открытыми порами перегородки. При прохождении газового потока через пористую поверхность осадительного электрода электрически заряженные аэрозольные частицы осаждаются на порах осадительного электрода. Известный способ имеет высокую эффективность для очистки увлажненных газовых потоков. Эффективность реализации известного способа определяется в значительной степени степенью пересыщения паров очищаемого газового потока. Электрические заряды, локализованные на аэрозольных частицах, инициируют процессы конденсации. Увлажняются даже самые мелкие аэрозоли, чем и достигается высокая степень очистки.

Вместе с тем, как известно, коронный разряд сам является источником загрязнения газового потока мелкодисперсными аэрозолями. См. Л.И. Толпыгин и др. О перспективах возможности очистки воздуха от аэрозольных частиц посредством неоднородного электрического поля. Экология и промышленность России. Октябрь, 2014 г., стр. 48-51. При использовании известного способа затруднительно добиться высокой эффективности очистки для сухих газовых потоков, что ограничивает область применения известного способа очистки.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки газового потока.

Для достижения поставленной цели в известном способе очистки газа от аэрозолей, заключающемся в воздействии электрическим полем на очищаемый газовый поток и пропускании очищаемого газового потока через пористый с открытыми порами материал, электрическое поле величиной не менее 0,1 кВ/см формируют в порах фильтрующего материала путем подачи высокого напряжения на электрод, установленный по центру заполненной фильтрующим материалом ячейки, образованной установленными с зазором относительно друг друга заземленными пластинами.

Технический результат в заявляемом способе очистки газового потока достигается за счет отклонения траекторий движения аэрозольных частиц электрическим полем от линий тока газового потока при движении газового потока по порам фильтрующего материала. Отклонившиеся от линий тока газового потока аэрозольные частицы зацепляются за стенки пор и сепарируются от газового потока. В порах, таким образом, задерживаются частицы, размер которых значительно меньше, чем размер пор. Более эффективное воздействие на аэрозольные частицы и их отклонение от линий тока обеспечивается при использовании неоднородного электрического поля. Под действием неоднородного электрического поля на частицах индуцируется дипольный момент, вследствие чего частицы движутся в сторону увеличения градиента электрического поля. См. Л.И. Толпыгин и др. О перспективах возможности очистки воздуха от аэрозольных частиц посредством неоднородного электрического поля. Экология и промышленность России. Октябрь, 2014 г., стр. 48-51.

Реализация заявляемого способа очистки газового потока следующая. Поперечное сечение воздуховода, по которому перемещается подлежащий очистке от аэрозольных частиц газовый ток, перекрывается пористым с открытыми порами фильтрующим материалом. В качестве фильтрующего материала могут быть использованы стекловолокна или другие фильтрующие материалы, широко предлагаемые на рынке для использования в фильтрах грубой очистки. Фильтрующий материал укладывается в ячейки, образованные заземленными электропроводными пластинами, установленными с зазором относительно друг друга. Для укрепления конструкции электропроводные пластины могут быть установлены между двумя сетками. Для повышения эффективности очистки рекомендуется использовать материал с высоким значением диэлектрической проницаемости не менее 1,3. Чем выше значение диэлектрической проницаемости материала, тем выше эффективность очистки. В пористом материале формируется неоднородное электрическое поле величиной не менее 0,1 кВ/см, градиент которого не менее 0,01 кВ/см2. Формирование неоднородного электрического поля осуществляется путем подачи напряжения на электрод, установленный по центру заполненной фильтрующим материалом ячейки, образованной установленными с зазором относительно друг друга заземленными пластинами. Содержащиеся в очищаемом газовом потоке аэрозольные частицы неоднородным электрическим полем увлекаются в сторону увеличения градиента электрического поля, отклоняются от линий тока газового потока, зацепляются за стенки пор перегородки и сепарируются от газового потока. Очищенный от аэрозольных частиц газовый поток выходит наружу. При переполнении пор производится либо регенерация фильтрующего материала с очисткой пор, либо, при невозможности осуществления регенерации, производится замена фильтрующего материала. Учитывая, что путем воздействия неоднородным электрическим полем на очищаемый газ в фильтрующем материале задерживаются частицы, размер которых значительно меньше размера пор, предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность очистки, не увеличивая при этом гидравлического сопротивления очищаемому потоку. Степень различия в размерах пор и сепарируемых аэрозолей определяется временем прохождения очищаемого газа через фильтрующий материал, а также значениями параметров неоднородного электрического поля (напряженность электрического поля и степень его неоднородности).

На рис. 1 представлена условная схема конструкции фильтра, обеспечивающего реализацию предлагаемого способа очистки. Фильтр включает в себя конструкцию, выполненную из установленных между двумя сетками 1 с зазором относительно друг друга электропроводных пластин 2. Ячейки, образованные электропроводными пластинами 2, заполнены фильтрующим материалом 3. По центру ячеек внутри фильтрующего материала 3 электрически изолированно установлены электроды 4, соединенные с одним из полюсов высоковольтного источника питания 5, другой полюс которого соединен с электропроводными пластинами. При наличии контура заземления второй полюс высоковольтного источника питания и электропроводные пластины могут быть заземлены. Для фиксации фильтрующего материала ячейки могут быть перекрыты конструкцией, прозрачной для прохождения газового потока, например сеткой 1. Устройство работает следующим образом. Подлежащий очистке газовый поток (на рис. 1 показан стрелкой W) проходит в поры фильтрующего материала. При подаче высокого напряжения на электроды 4 между электродами 4 и заземленными электропроводными пластинами 2 образуется неоднородное электрическое поле. Неоднородное электрическое поле на содержащихся в очищаемом газовом потоке аэрозольных частицах индуцирует дипольный момент, который вынуждает аэрозольные частицы двигаться в сторону увеличения градиента сформированного электрического поля. При движении газового потока по порам фильтрующего материала, аэрозольные частицы отклоняются от линий тока, что увеличивает вероятность столкновения их с поверхностью пор и, как следствие, повышает эффективность очистки газового потока. Проведенные автором изобретения исследования показали высокую эффективность предложенного способа. График распределения аэрозольных частиц, содержащихся в очищаемом воздухе (фон) и в очищенном воздухе (кривые, обозначенные как фильтр, 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 20 кВ) представлен на рис. 2. Кривая, обозначенная «фильтр» отображает распределение частиц, содержащихся в воздухе, прошедшем через фильтрующий материал. Кривые, обозначенные на рисунке 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 20 кВ, - распределение частиц, содержащихся в воздухе, прошедшем через тот же фильтрующий материал, при воздействии на него неоднородным электрическим полем 0,1; 0,17; 0,25; 0,33 кВ/см. Поле формировалось путем подачи на электроды напряжения, соответственно 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 20 кВ. Для наглядности изображения концентрации частиц после фильтра на графике представлены увеличенными соответственно в 5 (фильтр и 6 кВ), в 50 (10 и 15 кВ) и 100 (20 кВ) раз.

Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 1. Распределение аэрозольных частиц, содержащихся в очищенном фильтром воздухе.

Фильтрующий материал на основе стекловолокон, предназначенный для использования в фильтрах грубой очистки, ФВР-PS3-G3, в эксперименте обеспечивал пятикратное снижение концентрации аэрозольных частиц. Эффективность очистки во всем диапазоне размеров частиц составила 82,4% во всем диапазоне размеров частиц. В диапазоне частиц 50-200 нм эффективность очистки испытуемого фильтрующего материала составляла 60-70%. Эффект повышения эффективности очистки газового потока от аэрозольных частиц обычным волокнистым фильтрующим материалом существенно проявляется при приложении разности потенциалов в 6 кВ, которое обеспечивает формирование в фильтрующем материале неоднородного электрического поля значением не менее 0,1 кВ/см, градиент которого не менее 0,01 кВ/см2. При формировании в фильтрующем материале электрического поля с напряженностью электрического поля ~0,1 кВ/см эффективность очистки воздуха по концентрации частиц возросла практически до 97% во всем диапазоне размеров частиц. Исключение составил диапазон размеров частиц 20-80 нм, где эффективность очистки достигала значения 80-90%. При повышении напряженности электрического поля воздух очищался практически полностью, улавливались практически все частицы. В очищенном воздухе оставалось всего до нескольких десятков частиц на см3 во всем диапазоне размеров частиц, включая нанометровый диапазон, при фоновом загрязнении в несколько тысяч частиц на см3.

Таким образом, предложенное техническое решение благодаря новым признакам позволяет повысить эффективность способа очистки и достичь поставленной цели изобретения.

Изобретение создано при поддержке грантов РФФИ №№14-08-00836, 15-0804724, 15-0810081.

Способ очистки газа от аэрозолей, заключающийся в воздействии электрическим полем на очищаемый газовый поток и пропускании очищаемого газового потока через пористый с открытыми порами фильтрующий материал, отличающийся тем, что электрическое поле величиной не менее 0,1 кВ/см формируют в порах фильтрующего материала путем подачи высокого напряжения на электрод, установленный по центру заполненной фильтрующим материалом ячейки, образованной установленными с зазором относительно друг друга заземленными пластинами.



 

Похожие патенты:

Предложена система для производства диоксида углерода, включающая в себя: подсистему сбора, выполненную для сбора технологического газа, причем технологический газ включает в себя углеводород; подсистему сжигания, выполненную для сжигания углеводорода в технологическом газе и получения газообразного потока сгорания, при этом газообразный поток продуктов сгорания включает в себя диоксид углерода и воду; и подсистему отделения, выполненную для отделения диоксида углерода от газообразного потока продуктов сгорания.

Изобретение относится к обработке углеводородного газа с использованием низкотемпературного процесса и может быть использовано в процессах промысловой подготовки к транспорту продукции газоконденсатных месторождений.

Изобретение относится к усовершенствованному способу оксосинтеза с рециркуляцией преобразованных отходов масел. Способ включает гидроформилирование олефина с синтез-газом в реакторе с полученим продукта оксосинтеза и побочного продукта - отходов масел, характеризующегося более низкой или более высокой температурой кипения, чем продукт оксосинтеза, отделение продукта оксосинтеза от отходов масел, преобразование отделенных отходов масел в синтез-газ, включающее испарение отходов масел газообразным углеводородом в резервуаре испарителя с получением смешанного парообразногопотока газообразного углеводорода и испаренных отходов масел и прямое окисление смешанного парообразного потока с получение синтез-газа, и рециркуляцию синтез-газа.

Изобретение относится к опреснению соленой воды, в том числе морской или минерализованной воды дистилляцией, и может быть использовано для локального водоснабжения пресной водой.

Изобретение относится к технологии дополнительного извлечения ценных компонентов из природного углеводородного газа и может быть использовано на предприятиях газоперерабатывающей промышленности. Способ комплексного извлечения ценных примесей из природного гелийсодержащего углеводородного газа с повышенным содержанием азота включает стадии: первого уровня очистки сырьевого потока природного углеводородного газа от механических примесей и капельной жидкости, второго уровня очистки первого потока очищенного углеводородного газа от примесей сероводорода, диоксида углерода и метанола, регенерации потока насыщенного абсорбента, отпарки кислой воды от метанола, сероводорода и диоксида углерода, компримирования и осушки низконапорных кислых газов, третьего уровня осушки, очистки от соединений ртути второго потока очищенного углеводородного газа, низкотемпературного разделения третьего потока осушенного и очищенного углеводородного газа, расширения и охлаждения деэтанизированного газа с частичной его конденсацией в «холодном боксе», криогенного деазотирования, удаления водорода из азотно-гелиевой смеси, криогенной доочистки полупродукта жидкого гелия от примесей азота, кислорода, аргона и неона, криогенного выделения гелия, адсорбционной очистки ШФЛУ, газофракционирования очищенной ШФЛУ, подготовки товарного топливного газа, хранения жидких азота и гелия в сосудах Дьюара в товарном парке.

Изобретение относится к устройству для регулирования технологических газов в установке для получения металлов прямым восстановлением руд. Устройство имеет восстановительный реактор, смонтированное выше по потоку относительно восстановительного реактора устройство для разделения газовых смесей с сопряженным нагнетательным устройством, установленное ниже по потоку относительно восстановительного реактора газоочистительное устройство, сконфигурированное для регулирования количества технологических газов, и устройство для регулирования давления, которое таким образом размещено перед местом присоединения подводящего трубопровода к перепускному трубопроводу для технологических газов, в частности так называемого отходящего газа, что уровень давления поддерживается постоянным в устройстве для разделения газовых смесей с сопряженным нагнетательным устройством.

Изобретение относится к системам и способам фракционного отделения газовой смеси, содержащей диоксид углерода. Система отделения включает в себя источник газовой смеси, содержащей по меньшей мере первый компонент и второй компонент, и сепарационную установку в гидравлической связи с источником для приема газовой смеси и по меньшей мере частичного отделения первого компонента от второго компонента, причем сепарационная установка содержит по меньшей мере одно из устройств: вихревой сепаратор и емкость высокого давления.

Изобретение относится к переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Установка для переработки ЖРО содержит узел их нейтрализации, соединенный со сборной емкостью, парогенератор, цилиндрический роторно-пленочный испаритель с рубашкой и со штуцерами ввода ЖРО, отвода концентрата и вторичного пара, ротор с закрепленными по всей его длине лопатками, распределяющими ЖРО по обогреваемой поверхности испарителя в виде тонкой пленки, линию слива конденсата первичного пара, сепаратор и конденсатор.

Изобретение относится к газонефтяной промышленности, в частности к сбору и обработке природного углеводородного газа по технологии абсорбционной осушки, и может применяться в процессах промысловой подготовки к транспорту продукции газовых и газоконденсатных месторождений.

Настоящее изобретение относится к области газохимии и касается очистки газовых потоков от кислых примесей, в частности углекислого газа. Изобретение касается способа очистки газового потока, содержащего углекислый газ.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам сепарации водогазонефтяной смеси, и направлено на повышение степени утилизации попутного нефтяного газа. Система сепарации водогазонефтяной смеси включает трубопровод подачи сырья, соединенный с блоком сепарации сырья, имеющим отвод водонефтяной эмульсии, и содержит не менее двух ступеней сепарации, каждая из которых имеет вход для сырья и отводы попутного нефтяного газа, соединенные с газовым сепаратором, имеющим отвод газа потребителю. Система дополнительно содержит струйное устройство сепарации потока, расположенное на входе трубопровода подачи сырья, выполненное в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури с двумя щелями эжекции: одна - в области сужения, которая сообщается с входным патрубком подачи газа среднего давления, соединенным с отводом попутного нефтяного газа второй ступени сепарации, другая - на образующей диффузора, которая сообщается с входным патрубком подвода газа низкого давления, соединенным с отводом попутного нефтяного газа концевой ступени сепарации, причем в целях отвода попутного нефтяного газа второй и концевой ступеней сепарации установлены промежуточные газовые сепараторы. Изобретение обеспечивает стабильную, надежную работу системы сепарации водогазонефтяной смеси при минимальных объемах газа сепарации низкого давления и максимальном выходе легких углеводородных фракций в выходном потоке товарной нефти. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх