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