2. Описание технологии.

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Вирумааский колледж
RAR0693 Сберегающие технологии
Яшичева Тамара 111938RDKR
Плазмокаталитический
метод очистки газов
Домашняя работа №2
Преподаватель: Zguro А.А., лектор
Кохтла-Ярве 2014
Плазмокаталитический метод очистки газов
В настоящее время разработано и опробовано в промышленности большое
количество различных методов очистки газов от технических загрязнений: NOx,
SO2, H2S, NH3, оксида углерода, различных органических и неорганических
веществ. Предлагаю рассмотреть один из новых методов очистки газовплазмокаталитический.
Это довольно новый способ очистки, который использует два известных метода –
плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого
метода, состоят из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор
(озонатор), вторая — каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя
зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с
продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения,
вплоть до CO2 и H2O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной
энергии, выделяющейся в зоне реакции.
1. Плазмокаталитический метод очистки
Плазмокаталитическая технология, первоначально разработанная для установок
очистки воздуха на космических кораблях еще в 80-х годах прошлого столетия,
сегодня является одной из наиболее эффективных и экономичных современных
технологией газоочистки. В основе плазмокаталитической технологии лежат два
способа разложения газообразных загрязняющих веществ до элементарных
соединений: плазмохимический и каталитический. В результате их комплексного
воздействия, органические вещества, состоящие из набора атомов кислорода,
водорода и углерода превращаются в полностью безвредные соединения –
углекислый газ и воду, которые выделяются в газообразной форме. Это можно
проиллюстрировать следующим уравнением реакции:
CxHyOz + hν → CO2 +H2O
Рассмотрим воздействие способов разложения раздельно.
2
1.1 Плазмохимический способ
Плазма, как известно, представляет собой газ, молекулы и атомы которого
ионизированы. Плазма состоит из многих компонентов: электронов различных
энергий,
положительных
и
отрицательных
ионов,
нейтральных
частиц,
возбужденных атомов и молекул. Плазмохимический метод основан на пропускании
через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют,
как правило, озонаторы на основе барьерных,коронных или скользящих разрядов,
либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий
низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке
электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород,
озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют
в
плазмохимических
реакциях
с
вредными
примесями. В
результате
этих
воздействий также происходит возбуждение молекул, атомов и радикалов, что
качественно влияет на работу каталитической ступени очистки.
1.2 Каталитический способ
Каталитический способ разложения газообразных загрязняющих веществ
представляет собой глубокое окисление продуктов конверсии, образовавшихся в
результате прохождения воздуха через плазмохимический реактор. В данном способе
применяется
низкотемпературный
катализатор,
который,
благодаря
плазмохимической ступени, начинает эффективно работать в диапазоне температур
от 40 до 100 0C. Каталитические блоки из пеноматериала (в качестве основы может
быть как металл, так и керамика или полимер) с меньшим диаметром ячеек доводят
содержание озона в очищенном воздухе до санитарных норм и дополнительно
фильтруют воздух от аэрозольных частиц.
3
2. Конструкция установки очистки газов
Плазмокаталитический реактор представляет собой мультиплицированный блок из
реакторов определенной производительности. Каждый реактор в блоке состоит из
трех ступеней. Первая ступень – противопылевая, вторая - плазмохимическая, где
происходит разрушение, окисление молекул газов, бомбардировка быстрыми
электронами, энергетический разрыв молекулярных связей, образование
нестабильных комплексов и радикалов. Третья – каталитическая, где происходит
глубокое окисление, разрушение и стабилизация простых молекулярных форм.
Противопылевая ступень расположена первой по направлению потока.
В объединенных в единый модуль плазмохимической и каталитической ступенях
воздух распределяется от центральной оси к периферии по всему сечению.
Одновременно с этим, стенки каталитической ступени реактора являются
электродами плазмохимической ступени. Происходит процесс одновременной
обработки очищаемого газа. Благодаря такой конструкции устраняются тепловые и
электромагнитные потери. Вся энергия идет на возбуждение катализатора и в разряд.
Разрядная зона занимает практически весь объем модуля за исключением мест
крепления электродов и опорно-проходного изолятора. При таком распределении
активной зоны разряда и размещении катализатора, обрабатываемый газ
подвергается максимально возможной обработке всеми активными частицами,
синтезируемыми в разряде.
Конструкция модуля установки «распределительного» типа унифицирована и
рассчитана на 1000 м3/час (±10%) очищаемой газо-воздушной смеси. Таким
образом, любое количество воздуха можно очистить путем мультипликации (набора)
данных модулей. Например, для очистки выброса газообразных веществ
производительностью 6 000 м3/ч требуется установка с 6 модулями.
Установка состоит из плазмокаталитического реактора, агрегата питания и стойки
управления.
Агрегат питания установки представляет собой высоковольтный трансформатор с
преобразователем. Высоковольтный трансформатор размещен отдельно от реакторов
и блока управления агрегатом электропитания в специальном корпусе.
4
Плазмокаталитический реактор представляет собой мультиплицированный блок из
реакторов определенной производительности.
Рис.1. Принципиальная схема реактора
5
Рис.2. Плазмокаталитический реактор
6
3. Применение
Область применения установки для очистки технологических газовых выбросов в
атмосферу очевидна, т.к. основным критерием применения установки является
достижение нормативов допустимых концентраций вредных веществ. Применение
плазменнокаталитического очистителя воздуха в совокупности с пылеочистными
установками (сооружениями) позволяет осуществить полный цикл очистки
выбрасываемых газов в атмосферу, реализовать систему замкнутого воздухооборота
в рабочем помещении, что сегодня очень актуально, в особенности для стран, где
холодный период времени составляет не менее полугода.
Одним из направлений применения технологии, где она имеет неоспоримые
преимущества перед традиционной газоочисткой, являются отрасли производства,
где применяется малогабаритное и среднегабаритное технологическое оборудование:
нагревательные, термические, плавильные печи малых объемов, покрасочные
камеры, коптильни, плиты для термообработки пищевых продуктов и т.п. Эти
преимущества, связаны с малыми капитальными и эксплуатационными затратами на
плазмокаталитические очистители воздуха и высокой эффективностью газоочистки.
Не менее интересной областью применения плазменнокаталитического очистителя
воздуха является его использование в приточных системах вентиляции. В
особенности это касается крупных промышленных городов и центров.
Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при
температурах, более низких (40-100 °C), чем при термокаталитическом методе, что
приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим
энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5мг/м3). Использование
катализатора без драгметаллов.Химические, сорбционные и биологические методы
предусматривают стадию утилизации продуктов реакции и возмещение затраченных
реагентов. Для осуществления плазмокаталитических реакций разложения вредных
веществ требуется лишь подача электроэнергии.Установки работают в основном на
промышленной частоте питающего напряжения, и степень очистки в них достигает
99,9%.
7
Недостатками данного метода являются: обязательное условие применения ступени
предварительной очистки воздуха от взвешенных частиц (пыль, аэрозоль).
Большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной
очистки до концентрации 3-5 мг/м3, при больших концентрациях вредных
веществ(свыше 1 мг/м3) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы
превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом.
Плазмокаталитическая технология очистки воздуха от вредных газообразных
веществ уникальна, потому что позволяет производить глубокую очистку всего
комплекса токсичных соединений до CO2 и H2O даже при комнатной температуре.
Производится очистка, стерилизация, дезодорирование воздуха от оксида углерода
(угарный газ), оксида азота, озона, аммиака, альдегидов, эфиров, меркаптанов и
других дурнопахнущих соединений, паров и аэрозолей органических и других
летучих токсичных соединений и продуктов их разложения, в том числе диоксинов,
бензпиренов, хлор- и фторорганических соединений.
Эта технология очистки воздуха интересна также тем, что одновременно с
газоочисткой происходит подавление болезнетворной микрофлоры воздуха.
8
Литература:
1.
Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных
примесей. [WWW]
http://www.air-cleaning.ru/d_method_rev.php ( 09.10.14)
2.
Описание технологии. [WWW]
http://www.plazkat.ru/opisanie_tehnologii/ (10.10.14)
3.
Плазмокаталитический воздухоочиститель ПЛАЗМОКАТ. [WWW]
http://info-ecology.ru/ecotechnologies/dlya-ochistki-vozdukha/plazmokataliticheskiyvozdukhoochistitel-plazmokat/ (13.10.2014)
4. ИННОВАЦИИЭКООЧИСТКИ: плазмокаталитическая технология. [WWW]
http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=2157 (19.10.2014)
9