Описание технологий очистки воздуха от вредных газов

Описание технологий очистки воздуха от вредных газов

Наряду с существующими методами очистки воздуха (газов) от загрязняющих веществ - электростатическими, биологическими, сорбционными, каталитическими, химическими, в последние годы распространение получили плазмокаталитические технологии (ПКТ) очистки водуха (газов). Свое название плазмокаталитическая технология берет от разработок технологии очистки воздуха на космических кораблях.

В основе ПКТ лежат два способа разложения газообразных загрязняющих веществ до элементарных соединений (CO2, H2O) : плазмохимический и каталитический.

1.1. Плазмохимический.

Плазма, как известно, представляет собой газ, молекулы которого ионизированы. Плазма состоит из многих компонентов: электроны различных энергий, положительные и отрицательные ионы, нейтральные частицы. К нейтральным частицам относятся как молекулы и атомы в основном состоянии, так и молекулы, атомы, радикалы в возбужденном состоянии.

Различают высокотемпературную и низкотемпературную плазмы.

При наличии высокотемпературной плазмы, газ практически полностью ионизирован, а электронная температура не ниже 2x10 К. Низкотемпературная плазма имеет место в электрических разрядах, формируемых газоразрядными установками и характерезуется температурами 1-10x10 К. Такая плазма ионизирована далеко не полностью и содержит значительное количество нейтральных частиц.

В условиях низкотемпературной плазмы физико-химические процессы и реакции протекают в существенно неравновесных условиях, что проявляется по-разному:в значительном превышении средней энергии электронов над средней энергией тяжелых частиц; в неравновесной функции распределения электронов; в разнице поступательной (300K) и колебательной (10 K) температур; в значительно превышающей равновесную степень ионизации газа и т.д. Эти и другие факторы приводят к большим концентрациям частиц в различных квантовых состояниях,что сближает характерные времена физических и химических процессов. В такой ситуации становится невозможным их разделить, а значит описать законами химической кинетики. Поэтому модели плазмохимических процессов носят эмпирический характер и основываются, в основном, на результатах практического применения газоразрядных установок.

Процесс конверсии вредных веществ происходит по следующему механизму: загрязненный воздух проходит через газоразрядный реактор, в котором происходит разрушение вредных веществ под действием низкотемпературной плазмы и других физико-химических факторов воздействия. А также, в результате этих воздействий происходит возбуждение молекул, атомов и радикалов, что качественно влияет на работу каталитической ступени очистки.

1.2. Каталитический.

Каталитический способ очистки воздуха представляет собой глубокое окисление продуктов коверсии, 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 20 до 50 град.C .

Плазмокаталитическая технология очистки воздуха от газообразных вредных веществ уникальна, потому что позволяет производить глубокую очистку всего комплекса токсичных соединений до CO2 и H2O начиная с низких температур. Кроме того, технология уникальна тем, что одновременно с газоочисткой происходит подавление болезнетворной микрофлоры воздуха.

2. Технические параметры. Таблицы сравнения технических параметров установки "ПЛАЗКАТ" с аналогами.

2.1. "УЛОВ-500"

Технические характеристики

Технология очистки воздуха (газов)



Сорбционно- каталитический "УЛОВ-500" 

Плазмо-каталитический "ПЛАЗКАТ 0,5/2"

Производительность по воздуху , м3/час

500

500

Максимальное гидравлическое сопротивление установки проходу воздуха, кПа

0,5

0,3

Степень очистки, %:стирол, фенол,формальдегид,акролеин 

80-90

93-95

Диапазон концентраций вредных веществ, мг/м3 

До 10

До 100

Количество сорбента-катализатора , кг

27

10

Температура очищаемого воздуха, градC

20-30

От 20

Межрегенерационный период, ч

350-400

10000

Потребляемая электрическая мощность,кВт

Нет данных

2

Примечание: (*) - предприятие-изготовитель фильтра "УЛОВ-500" : НПП "Экоюрус-Венто", Cанкт-Петербург, пл.Красногвардейская, д.2., 2001 г.

2.2. "ТКРВ0,75-0,15-0,018"(*)



Технические характеристики

Технология очистки воздуха (газов)



Термо - каталитический "ТКРВ0,75-0,15-0,018"(*)

Плазмо-каталитический "ПЛАЗКАТ 0,75/10"

Производительность по воздуху , м3/час

750

750

Максимальное гидравлическое сопротивление установки проходу воздуха, кПа

2,5

0,3

Степень очистки, %:толуол, ксилол, сольвент, бутанол,

95

93-95

Диапазон концентраций вредных веществ, мг/м3 

500

500

Количество сорбента-катализатора , кг

11

11

Температура очищаемого воздуха на катализаторе, градC 

500

От 20

Межрегенерационный период, ч

5000

10000

Потребляемая электрическая мощность,кВт

65

10

Примечание: (*) - предприятие-изготовитель термокаталитического реактора "ТКРВ0,75-0,15-0,018" : Астраханский завод окрасочного оборудования и аппаратуры, 1981г.

Впервые технология "ПЛАЗКАТ" разрешает проблему очистки воздуха(газов) при трех минимумах:

* минимуме катализатора (без драгметаллов);

* минимуме температуры (от20 град С);

* минимуме потребляемой электроэнергии.

3.Область применения продукта/технологии.

Установка "ПЛАЗКАТ" предназначена для очистки от газообразных вредных веществ:

- технологических газовых выбросов в атмосферу;

- воздуха приточной и вытяжной общеобменной вентиляции;

- воздуха рабочей зоны;

- воздуха бытовых и конторских помещений.

В конструкции установки "ПЛАЗКАТ" имеется несколько ноу-хау, делающих ее уникальной :

- особая конструкция газоразрядной ячейки плазмохимического модуля;

- специально подобранный катализатор не содержащий драгметаллы;

- сочетание плазмохимической и каталитической ступеней дающих новое качество;

- конструктивные особенности установки вцелом.  Установка прошла испытания на предмет подавления следующих веществ: фенола, формальдегида, гексана, стирола, толуола, ксилола, сероводорода, оксида углерода, акролеина, ,бутанола, бенз(а)пирена и других соединений. Средняя степень подавления (конверсии) веществ составила от 90 до 98%. Концентрации веществ при этом составляли от 0,5 бенз(а)пирен) до 500 (толуол) мг/м3. Объемы очищаемого воздуха также были различными: от 5 до 12 000 м3/час. и более.

Область применения установки для очистки технологических газовых выбросов в атмосферу очевидна, т.к. основным критерием применения установки является достижение нормативов допустимых концентраций вредных веществ. Однако, в этом случае важным является тот факт, что применение установки в совокупности с пылеочистными установками (сооружениями) позволяет говорить не только о полном цикле очистки выбрасываемых газов в атмосферу, ни и о системе замкнутого воздухооборота в рабочем помещении, что сегодня очень актуально, в особенности для стран, где холодный период времени составляет не менее полугода. Следовательно при расчете экономической целесообразности применения установки "ПЛАЗКАТ", можно говорить о прямом экономическом эффекте ее применения (сроке окупаемости). В качестве примера можно привести применение установки "ПЛАЗКАТ" ( ее газоразрядного реактора) на предприятии "Пластик" (цех производства фенол-формальдегидных пластмасс) в г.Узловая Курской области. Использование установки в системе приточной вентиляции цеха позволило добиться двойного эффекта: с одной стороны очистки приточного воздуха, забираемого из цеха в зимний период времени, с другой - подача воздуха, активированного легкими ионами и озоном (концентрации не превышали допустимые с.с.), привели к снижению концентраций фенола в рабочей зоне до значений ПДК с.с.

Одним из направлений применения установки, где она имеет неоспоримые преимущества перед традиционной газоочисткой, на наш взгляд, являются те 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. В частности, установка "ПЛАЗКАТ" положительно зарекомендовала себя в г.Самаре (Кабельная компания), в г.Москве (компания "Воздух люкс"). Эти преимущества, прежде всего, связаны с малыми капитальными и эксплуатационными затратами на установку и с достижением требуемого эффекта очистки. 

Не менее интересной областью применения установки "ПЛАЗКАТ" является ее использование в приточных системах вентиляции. В особенности это касается крупных промышленных городов и центров. Традиционная воздухоподготовка, в основном, ограничивается применением масляных и волокнистых фильтров, которые достаточно эффективно (не ниже 99%) очищают воздух от пыли и аэрозолей. В тоже время, вопрос об очистке от вредных газов остается открытым. Известны случаи массового отравления вредными газами рабочих на предприятии, которое находилось рядом с другим предприятием,где произошел залповый выброс этих газов. И в этом случае без установки "ПЛАЗКАТ" (или аналогичной) уже не обойтись. Кроме того, многие предприятия расположены рядом с автодорогами, а, как известно, до 30% загрязнения атмосферы вредными газами приходится на долю автотранспорта. И, следовательно, воздух, поступающий в приточную вентиляцию таких предприятий содержит повышенное количество СО, NO, NO2, CxHy, бенз(а)пирена и других токсичных соединений. 

Здесь необходимо затронуть важную тему подавления канцерогенных соединений и, в частности бенз(а)пирена. Совместно с "ВАМИ" нашей организацией были проведены исследования в области подавления бенз(а)пирена и получено, что с помощью установки "ПЛАЗКТ" можно достичь степени его подавления 98,8% при значениях фактора удельной энергии (P/Q Вт/м3 час) от 2 до 4 Вт/м3 час. В этой связи есть основания считать, что положительные результаты можно ожидать и при подавлении фуранов и диоксинов. 

И, наконец, необходимо обратить внимание еще на один аспект применения установки "ПЛАЗКАТ", который является не менее важным, чем очистка воздуха рабочей зоны: это дезодорация воздуха конторских и бытовых помещений. Известные методы кондиционирования воздуха помещений опять же, направлены на очистку воздуха от пыли, хотя в некоторых моделях применяются ионизаторы для оживления воздуха. Однако, по оценкам специалистов (исследования американских ученых), применение ионизаторов не обеспечивает удаление вредных газов и оживление воздушной среды. 

Установка "ПЛАЗКАТ" с добавлением системы поглощения окислов азота (дополнительная ступень), выполняет полный комплекс очистки и дезодорации воздуха помещений. Кроме этого наблюдается дополнительный эффект дезинфекции и дезактивации (сушилки, раздевалки, душевые, квартиры и т.д.). При этом, энергопотребление установки составляет от 10 до 200 Вт час, в зависимости от объема помещения.

4. Преимущества плазмокаталитической технологии по сравнению существующими.

Традиционными методами очистки газов от загрязняющих веществ являются: электростатический, химический, биологический, сорбционный, каталитический.

По мере внедрения плазмохимической технологии очистки газов стали очевидны ее преимущества перед традиционными методами.

Химические, сорбционные, биологические методы всегда должны предусматривать стадию утилизации продуктов реакции и возмещение затраченных реагентов. Для осуществления плазмокаталитических реакций разложения вредных веществ требуется лишь подача электроэнергии. 

Электростатические методы применяются в основном для очистки газовых выбросов от взвешенных частиц (пыль,аэрозоли). Применение этих методов для очистки выбросов от газообразных загрязнителей требует дорогостоящих высокочастотных агрегатов питания и подачи в зону реакции дополнительных газов-реагентов, при этом эффективность очистки составляет не более 80%. Установки "ПЛАЗКАТ" работают, в основном, на промышленной частоте питающего напряжения и степень очистки в них достигает 99,9%.

Каталитичекие методы очистки требуют дорогостоящих катализаторов, высоких температур в зоне катализа, малых объемов газов, проходящих через зону реакции для эффективной очистки. Установки "ПЛАЗКАТ" работают на дешевых катализаторах, в широком диапазоне температур и с любыми объемами очищаемых газов . 

5. Недостатки технологии "ПЛАЗКАТ".

Недостатком технологии является обязательное условие применения ступени предварительной очистки воздуха от взвешенных частиц (пыль, аэрозоль). Работа установки при повышенной влажности (100%) не оценивалась.

6. Защита интеллектуальной собственности.

Поданы заявки на патенты для установки "ПЛАЗКАТ" при условии внедрения ее в других странах.

7. Название продукта или функциональное назначение технологии. 

Установка "ПЛАЗКАТ" использует технологию плазмокаталитического разложения вредных газообразных веществ, содержащихся в технологических выбросах в атмосферу, в воздухе производственных и бытовых помещений, а также уничтожения микроорганизмов. 

8. Дополнительная информация.

Разработчики установки "ПЛАЗКАТ" заинтересованы в сотрудничестве с целью дальнейших исследований по модернизации данной технологии очистки воздуха и увеличения списка разлагаемых веществ. 

В настоящее время проводится разработка проекта системы создания и поддержания микроклимата в замкнутом пространстве, включающей в себя установку регенерации воздуха и оживления его на основе природных процессов (синтез лесного и морского воздуха). Разработчики этого проекта заинтересованы во внедрении системы в больничных палатах, школах, центрах реабилитации, общественном и частном транспорте, квартирах и других замкнутых помещениях.