УСТРОЙСТВО ПО ОЧИСТКЕ ГАЗОВ ОТ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ И КАНЦЕРОГЕНОВ

Настоящее устройство относится к области сорбционно-каталитической очистки газов от загрязняющих веществ и может быть использовано для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) от токсичных компонентов и канцерогенов. Устройство позволяет отфильтровывать и собирать частицы сажи, которую в дальнейшем можно использовать при производстве различных полимерных смесей.
Из существующего уровня техники известен способ очистки воздуха от токсичных компонентов и фильтрующий модуль для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов (см. патент RU 2172641, опубл. 27.08.2001). Данное техническое решение подразумевает пропускание воздуха через слой адсорбента, а затем через слой катализатора на основе окислов марганца и меди. Адсорбент, через который пропускают очищаемый воздух, охлаждают, после катализатора воздух пропускают через подогреваемый адсорбент, после чего изменяют направление воздушного потока на противоположное с одновременным охлаждением адсорбента на входе потока и подогревом адсорбента на выходе. Адсорбент охлаждают и подогревают с помощью термоэлектрических элементов, в которых осуществляют переключение направления электрического тока синхронно с изменением направления потока воздуха.
Недостатком данного технического решения, является относительно большой расход электроэнергии при использовании в качестве теплообменников термоэлектрических элементов, и недостаточно эффективное очищение воздуха.
Также известен способ фото-каталитической очистки газов. В качестве фотокатализатора в предлагаемом изобретении используют чистый диоксид титана с кристаллической структурой анатаза или диоксид титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий или любая их смесь). На поверхность диоксид титана воздействуют ультрафиолетовым излучением. В качестве стимулирующего фото-катализ вещества, используется перекись водорода, который может подаваться в устройство несколькими способами, в том числе при помощи распыления форсунками. Очищаемый газ предварительно подогревают при помощи теплообменника. При выходе наружу очищенный газ отдает часть тепла, полученного от ультрафиолетовых ламп, второму теплообменнику. Циркуляция теплоносителя между теплообменниками осуществляется с помощью насоса (см. патент RU 2259866, опубл. 10.09.2005).
Недостатком данного технического решения является недостаточно эффективное очищение газа.
Известно устройство фото-каталитической очистки воздуха, включающее корпус, выполненный в виде закрученной в спирали, насос-вентилятор, пылевой фильтр с органическим или неорганическим адсорбентом. Внутренняя поверхность фото-каталитический блока, заключенного в корпусе, покрыта слоем фотокатализатора на основе диоксида титана, который освещается ультрафиолетовыми светодиодами (см. патент RU 2497584).
Недостатками данного технического решения является относительно высокая трудоемкость изготовления и обслуживания фото-каталитического блока.
Задачей является повышение эффективности очистки газов, минимизация затрат на эксплуатационные материалы и электроэнергию, снижение периодичности и трудоемкости обслуживания устройства, расширение зоны применяемости фото-каталитического способа очистки газов, в том числе для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от токсичных компонентов и канцерогенов, образующихся в процессе проведения сервиса по очистке систем ДВС от смолистых отложений и нагара.
Данная задача достигается при помощи следующих решений: Устройство по очистке газов от токсичных компонентов и канцерогенов выполнено из двух наборов кассет сажевых фильтров, одного фотокаталитического фильтра, представляющего собой набор стеклянных пластин, на поверхности которых формируется покрытие из диоксида титана, допированного переходными металлами, ультрафиолетовых ламп, установленных между стеклянными пластинами, двух теплообменников, на поверхность которых нанесен адсорбент в виде силикагеля, подогревающих поток на входе и охлаждающих на выходе фото-каталитического фильтра, форсунок, подающих пероксид водорода в направлении теплообменников, установленных на внешних, пластинах фото-каталитического фильтра, форсунок, подающих озон в направлении фото-каталитического фильтра, установленных в центр теплообменника, двух наборов кассет угольных фильтров и дроссельных заслонок с электромеханическим приводом.
В заявленной полезной модели могут использоваться датчики, измеряющие скорость потока загрязненного и анализирующие состав очищенного газа.
Техническим результатом, обеспечиваемым применением дополнительных фильтрующих наборов сажевых и угольных является повышение эффективности очистки загрязненного газа, посредством разделения процесса на несколько этапов:
1 этап. Очистка газа от относительно крупных частиц сажевым фильтром, который представляет собой набор из кассет керамических, сажевых фильтров. Это позволит значительно снизить нагрузку на фото-каталитический фильтр.
2 этап. Очистка от различных органический и неорганических примесей в фото-каталитическом фильтре. Он представляет собой фотокатализатор, собранный стеклянных пластин толщиной 2-50 мм, с отверстиями диаметром 5-50 мм по всей площади пластины, располагающимися упорядоченно с шагом 5-50 мм соответственно (в зависимости от диаметра отверстий). На пластинах формируется покрытие толщиной от 20 до 2000 нм, содержащее в себе диоксид титана в форме анатаза, допированный переходными металлами, в качестве которых используется платина или палладий. Каждая пластина с двух сторон облучается УФ лампами.
3 этап. Финальная очистка от непрореагировавших в фотокаталитическом фильтре веществ угольным фильтром.
На входе в фото-каталитический фильтр и выходе из него устанавливаются теплообменники, на поверхность оребрения которых нанесен силикагель слоем 0,1-1,5 мм. Это необходимо для нагревания очищаемого газа и регенерации адсорбента на входе в фото-каталитический фильтр, и охлаждении, тем самым усиления адсорбции паров воды и остатков раствора перекиси водорода на выходе.
Теплообменники могут быть подсоединены к системе холодного и горячего водоснабжения (отопления), если таковая имеется. Это позволит значительно снизить затраты на электроэнергию.
Процесс очистки сопровождается периодической сменой режимов работы устройства, посредством переключения направления потока газов при помощи дроссельных заслонок и смены функции теплообменников с нагрева на охлаждение и наоборот. Это решает проблему регенерации адсорбента, нанесенного на теплообменник, и повышает эффективность использования в фото-каталитического фильтра за счет того, что в процессе очистки будет использоваться вся поверхность фото-катализатора.
Проблема снижения затрат на эксплуатационные материалы решается путем точного дозирования, необходимого для реакции количества озона, раствора перекиси водорода и регулирования мощности ультрафиолетовых излучателей, чего можно достигнуть посредством измерения количества поступившего и анализа состава очищенного газа при помощи датчиков и
расходомеров. Применение адсорбции воды и раствора пероксида водорода на выходе из фото-каталитического фильтра, позволит избежать отравления кассет угольного фильтра, тем самым продлить их срок службы. Регенерация кассет керамических, сажевых фильтров посредством снятия их с устройства и воздействия на них вибрацией, позволит многократно применять их в дальнейшем.
Использование в данном устройстве по два набора кассет сажевых и угольных фильтров, работающих поочередно, применение технологии, при которой происходит принудительная регенерация адсорбента воды и раствора пероксида водорода внутри устройства, позволит значительно снизить периодичность обслуживания.
Повышение эффективности отчистки, за счет более тщательного перемешивания очищаемого газа с озоном и пероксидом водорода, достигается путем установки форсунок и создания турбулентного потока в месте распыла ими выше указанных стимуляторов процесса, для этого переход от сажевого фильтра к фото-каталитическому исполнен под углом в 180 градусов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено: фиг. 1 - схема данного устройства с указанием позиций и направления газового потока в первом режиме работы; фиг. 2 - схема данного устройства с указанием позиций и направления газового потока во втором режиме работы; фиг. 3 - блок схема устройства.
Предлагаемая полезная модель состоит из двух наборов кассет сажевых фильтров 1, стеклянных пластин с напылением диоксида титана 2, ультрафиолетовых ламп 3 и форсунок 4, объединенных фотокаталитического фильтр 5; теплообменников 6, двух наборов кассет угольных фильтров 7; фото-каталитический фильтр и теплообменники отделены от сажевых и угольных фильтров перегородками 8, в которые установлены дроссельные заслонки 9, отвечающие за переключение направления газового потока.
Работает устройство следующим образом: очищаемый газ поступает в устройство и проходит через набор кассет сажевых фильтров 1, проходит через окна дроссельных заслонок 9 и подогреваемый теплообменник 6, регенерируя адсорбент и подогреваясь до необходимой температуры. Далее происходит подача озона и пероксида водорода при помощи форсунок 4 и равномерное снижение скорости потока очищаемого газа. После этого, очищаемый газ подвергается окислительно-восстановительному воздействию со стороны диоксида титана и ультрафиолетовых ламп, проходит через охлаждаемый теплообменник и адсорбент нанесенный на его поверхность, где очищается от воды и остатков пероксида водорода. Далее очищаемый газ проходит через набор кассет угольных фильтров 7, где происходит очистка от непрореагировавших в фото-каталитическом фильтре 5 веществ.
По мере насыщения парами воды и раствора перекиси водорода адсорбента, нанесенного на поверхность оребрения охлаждаемого теплообменника 6 расположенного после фото-каталитическом фильтра 5, в направлении потока как показано на фиг. 1, происходит переключение направления газового потока на противоположное при помощи дроссельных заслонок 9, как это показано на фиг. 2, при этом теплообменник, который был охлаждающим переходит в режим нагрева, а нагревающий - в режим охлаждения. Адсорбент который до переключения направления потока, находился на охлаждаемом теплообменнике, нагреваясь начинает отдавать воду и пероксид водорода потоку загрязненного газа, а адсорбент который в это время охлаждается, начинает адсорбировать в себе воду и излишки пероксида водорода.