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


 

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 2636717:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Способ очистки газовых выбросов может быть использован на предприятиях металлургической, химической, нефтяной, коксохимической, теплоэнергетической отраслей промышленности. Способ включает облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда в рабочем интервале длин волн со средней плотностью световой энергии 10-3-3⋅10-1 Дж/см2, при этом облучение проводят в присутствии озона и карбамида при температуре газовых выбросов 0°С - +250°С, 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 в газоходе проводят в спектральном диапазоне длин волн 290-360 нм, причем облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда в камере предварительного облучения проводят в спектральном диапазоне длин волн 360-430 нм. Изобретение позволяет повысить степень очистки промышленных выбросов от токсичных ПАУ, в том числе бенз(а)пирена. 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 В01D 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 мин.

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

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 В01D 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 термализующимися 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 В01D 53/32, В03С 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°С до +80°С.

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.

Известны устройство и способ [Патент №54581, МПК U 1 С01В 13/11, H01J 19/00, 2006 г.] получения озона путем облучения потока воздуха, подаваемого в камеру облучения при помощи оптодиода.

К недостаткам вышеуказанного способа относятся большие затраты электроэнергии и сложности в конструкции озонатора. Наиболее близким по технической сущности решением (прототипом) к предлагаемому способу является способ [Патент №2541320, МПК В01D 53/32, В01J 19/08, 2013], 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 озона и воды в виде жидкости или пара при температуре газовых выбросов 0°С - +250°С, причем озон получают путем облучения потока воздуха, подаваемого в камеру предварительного воздействия, причем облучение газового потока в газоходе установки осуществляется чередованием больших (3⋅10-1 Дж/см2) и меньших (10-3 Дж/см2) значений средней плотности световой энергии с помощью импульсно-периодического генератора электрического разряда, причем облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда проводят в спектральном диапазоне длин волн 310-410 нм.

К недостаткам вышеуказанного способа относятся сравнительно невысокая степень очистки газов от бенз(а)пирена.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в повышении степени очистки промышленных выбросов от токсичных ПАУ, в том числе бенз(а)пирена.

Поставленная техническая задача решается 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 карбамида при температуре газовых выбросов 0°С - +250°С, 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 ТГМЕ-464: температура газовых выбросов tг=156°C, характеристика электрического разряда для получения озона в камере предварительного смешения λ=400 нм, средняя плотность световой энергии в камере предварительного смешения 3⋅10-1 Дж/см2, характеристика электрического разряда в газоходе котла λ=300 нм, средняя плотность световой энергии в газоходе котла 10-3 Дж/см2. При данных условиях проведения процесса обеспечивается сокращение выбросов ПАУ в пределах 99% 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. В этом случае необходимо отметить высокие удельные затраты электроэнергии 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°С - +250°С) 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°С.

В условиях насыщенных паров карбамида 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.

Реакциями, приводящими к уничтожению токсичных ПАУ, является взаимодействие 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 карбамида 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 паров карбамида приводит к лучшему распределению излучения по сечению газохода. При этом эффективность работы установки очистки повышается при увеличении диаметра газохода и росте концентрации ПАУ.

На чертеже 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 карбамида; 2, 3 - устройства облучения ультрафиолетовым излучением (импульсно-периодический генератор электрического разряда); 4 - камера предварительного облучения; 5, 6 - пробоотборники; 7 - устройство для удаления твердых отходов.

Способ реализуется следующим образом.

Газовые выбросы от технологического цикла подаются на вход устройства для введения озона и карбамида 1, где подвергаются облучению ультрафиолетовым излучением устройством 3 при больших значениях средней плотности световой энергии в спектральном интервале длин волн 360-430 нм. Озон поступает на вход устройства для введения озона и карбамида 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 290-360 нм. Перед устройством для введения озона и карбамида 1 и после устройства 2 облучения УФ-излучения в газоходе установлены пробоотборники 5 и 6 для взятия проб на ПАУ, включая бенз(а)пирен. После устройства 2 облучения ультрафиолетовым излучением установлена система для удаления твердых отходов 7.

При использовании предлагаемого способа степень очистки газовых выбросов от бенз(а)пирена достигает 95-99%, в большинстве случаев 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 в рабочем интервале длин волн со средней плотностью световой энергии 10-3-3⋅10-1 Дж/см2, облучение проводят в присутствии озона и карбамида, отличающийся тем, что облучение проводят при температуре газовых выбросов 0°С - +250°С, 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 в газоходе проводят в спектральном диапазоне длин волн 290-360 нм, причем облучение газовых выбросов ультрафиолетовым излучением электрического разряда в камере предварительного облучения проводят в спектральном диапазоне длин волн 360-430 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к композиции катализатора, пригодной для обработки выхлопного газа, содержащей: а) алюмосиликатный цеолитный материал, включающий в себя диоксид кремния и диоксид алюминия в каркасе СНА и имеющий соотношение оксида кремния и оксида алюминия (SAR) 10–25; b) 1-5 массовых процентов базового металла (ВM), считая на общую массу цеолитного материала, где указанный базовый металл расположен в указанном цеолитном материале в виде свободного и/или внекаркасного обмененного металла; с) щелочноземельный металл (в общем AM), расположенный в указанном цеолитном материале в виде свободного и/или внекаркасного обмененного металла, где ВМ и АМ присутствуют соответственно в мольном соотношении 15:1-1:1, причем диоксид алюминия содержит алюминий (Al), который является частью каркаса цеолита, и композиция катализатора имеет мольное соотношение (ВМ+АМ):Al 0,1-0,4, и AM представляет собой кальций.

Изобретение относится к способам разделения газовых смесей, содержащих водород и диоксид углерода, с помощью гидридов металлов и может быть использовано в водородной энергетике, химической и пищевой промышленности.

Изобретение относится к нефтегазодобывающему сектору производства для использования при промысловой подготовке углеводородного газа, включая сопутствующий нефтяной и природный газ, к транспорту.

Изобретение относится к технике, предназначенной для сухой очистки газов от пыли, и может быть использовано в строительной, огнеупорной, металлургической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки вентиляционных выбросов.

Изобретение относится к оборудованию для проведения адсорбционных процессов улавливания тумана различных кислот, например в сернокислотной насадочной колонне. Это достигается тем, что в фильтре с зернистым адсорбентом, содержащим корпус, входной и выходной патрубки и элементы со взвешенными слоями адсорбента, в корпусе размещено по крайней мере два элемента со взвешенными слоями адсорбента, установленные параллельно по ходу газового потока, а каждый элемент выполнен в виде заполненных адсорбентом перфорированных опорных решеток, разделенных наклонными в сторону днища корпуса перегородками, причем оросители установлены над каждым слоем адсорбента и связаны между собой единой трубой, а в днище корпуса расположен канал для удаления шлама, а на перфорированных опорных решетках установлен вибратор.

Изобретение относится к оборудованию для проведения адсорбционных процессов в системе газ (пар) - адсорбент. Это достигается тем, что в кольцевом адсорбере, содержащем цилиндрический корпус с крышкой и днищем, выполненными эллиптической формы, причем в крышке смонтированы загрузочный и смотровой люки, причем загрузочный люк соединен с бункером-компенсатором, расположенном в крышке, а штуцер для подачи исходной смеси, сушильного и охлаждающего воздуха расположен в нижней части корпуса, в которой закреплены опоры для базы под внешний и внутренний перфорированные цилиндры, причем выгрузка отработанного адсорбента осуществляется через разгрузочный люк, установленный в нижней части корпуса, который закреплен в, по меньшей мере, трех установочных лапах, а штуцер для отвода паров и конденсата при десорбции и для подачи воды расположен в днище, в котором закреплен штуцер для отвода очищенного газа и отработанного воздуха и для подачи водяного пара, причем он закреплен через коллектор, имеющий два канала, причем в одном из которых расположена заслонка для процесса десорбции, с барботером, барботер выполнен тороидальной формы по всей высоте перфорированных цилиндров, а штуцер для предохранительного клапана установлен в верхней части корпуса, а процесс адсорбции и десорбции протекает при следующих оптимальных соотношениях составляющих аппарат элементов: коэффициент перфорации тороидальной поверхности барботера лежит в оптимальном интервале величин: К=0,5…0,9; отношение высоты Н цилиндрической части корпуса к его диаметру D находится в оптимальном соотношении величин: H/D=2,0…2,5; отношение высоты Н цилиндрической части корпуса к толщине S его стенки находится в оптимальном соотношении величин: H/S=580…875, при этом адсорбент выполнен по форме в виде шариков, а также сплошных или полых цилиндров, зерен произвольной поверхности, получающейся в процессе его изготовления, а также в виде коротких отрезков тонкостенных трубок или колец равного размера по высоте и диаметру: 8, 12, 25 мм.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов от вредных примесей, например, для полной утилизации дымовых газов теплогенераторов, работающих на бессернистом топливе (природном газе).

Предложены системы и способы обнаружения проскока аммиака. В одном из примеров выхлопная система содержит два датчика NOx и использует изменяющиеся отклики этих датчиков NOx для присвоения выходного сигнала датчика NOx на выхлопной трубе уровням NOx и NH3 в ней.

Изобретение относится к процессам разделения многокомпонентных газовых потоков на отдельные компоненты или фракции при помощи адсорбентов и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение раскрывает установку паровой конверсии сернистого углеводородного газа, которая оснащена линией ввода сырьевого газа и линией вывода конвертированного газа с рекуперационным устройством, включает также нагреватель и конвертор, при этом установка оборудована узлом адсорбционного обессеривания, состоящим, по меньшей мере, из двух переключаемых адсорберов, по меньшей мере один из которых, находящийся в режиме регенерации адсорбента, соединен с линией вывода конвертированного газа в дефлегматор, установленный в качестве рекуперационного устройства и оснащенный линией вывода подготовленного газа, а остальные адсорберы, находящиеся в режиме адсорбции, установлены на линии ввода сырьевого газа, кроме того, установка оснащена блоком подготовки воды, соединенным линией подачи подготовленной воды с линией подачи сырьевого газа после адсорбера и оснащенным линиями ввода воды, подачи дегазированного водного конденсата из дефлегматора и вывода солевого концентрата, при этом нагреватель установлен на линии подачи парогазовой смеси из дефлегматора в конвертор.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к флотационному процессу разделения минеральных частиц любой крупности. Может быть также использовано для очистки сточных вод, в химической промышленности и других отраслях производства, где необходима аэрация жидкости. Устройство для аэрации жидкости содержит емкость аэрируемой жидкости, ограниченную перегородками, газовую емкость, открытую в сторону днища емкости аэрируемой жидкости, струенаправляющую насадку, размещенную в газовой емкости, патрубки для подвода жидкости, патрубки для подвода газа, патрубки для отвода газа. Дополнительно устройство содержит источник колебаний, соединенный с газовой емкостью и позволяющий создавать требуемую по технологии дисперсность исходных пузырьков газа. Емкость аэрируемой жидкости содержит не менее 3-х перегородок, образующих между собой камеры сепарации пузырьков газов. Изобретение обеспечивает получение любой, требуемой по технологии, дисперсности исходных пузырьков газа. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх