СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ Российский патент 1997 года по МПК B01D53/60 B01D5/00 

Изобретение относится к способам очистки дыма, копоти или выхлопных газов от оксидов серы и азота (SO₂ и NO_x) и предназначено, преимущественно, для очистки выхлопных газов авиадвигателей, работающих в режиме наземных испытаний.

Известен способ очистки газов от окислов азота [1] Способ включает распыление газовой смеси и охлаждение до температуры конденсации окислов азота. Причем охлаждение ведут пропускание смеси через хладоноситель в виде слоя жидкости с удельным весом 1,6-2,0 г/см³ при температуре плюс 21 - минус 42^oC.

Недостаток этого способа сложность реализации и малоэффективность при очистке высокоскоростного потока выхлопных газов авиадвигателя. Это обусловлено сложностью распыления высокоскоростного потока и малым временем взаимодействия его с охладителем (из-за высокой скорости).

Наиболее близким к изобретению является способ очистки газов от оксидов азота и серы, включающий охлаждение газов до получения оксидов в конденсированном состоянии и выпуск очищенных газов в атмосферу [2]
Недостатки способа:
необходимость в периодической остановке оборудования и двигателя для очистки хладоносителя от твердого конденсата;
невысокая эффективность при очистке высокоскоростного потока выхлопных газов авиадвигателя;
большие непроизводительные потери энергии, обусловленные выпуском охлажденного очищенного газа в атмосферу.

Цель изобретения создание не только эффективного, но и экономически выгодного способа очистки выхлопных газов авиадвигателя и других газов от оксидов азота и серы.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, выразится в обеспечении:
быстродействий элементов способа, согласованных между собой и с необходимым временем взаимодействия выхлопных газов с ними;
очистки оборудования от конденсата без прерывания испытаний (процесса очистки газов);
использование очищенного газа в качестве хладоносителя;
Сущность изобретения заключается в том, что в способе очистки газов от оксидов азота и серы, включающем доокисление газов, их охлаждение до температуры кристаллизации или конденсации оксидов пропусканием через хладоноситель в виде регенератора и выпуск очищенного газа, согласно изобретению газы доокисляют облучением электронным пучком, очищенные газы перед выпуском в атмосферу пропускают через дополнительный регенератор, при этом после охлаждения дополнительного регенератора до температуры, необходимой для кристаллизации или конденсации оксидов, через него пропускают неочищенные газы, а очищенные перед выпуском пропускают через основной регенератор.

На чертеже изображена схема установки реализации способа.

Выхлопной элемент испытуемого двигателя 1 соединен с емкостью 2, снабженной электронным ускорителем (на чертеже не показан) для формирования электронного пучка. Системой трубопроводов 3, содержащей переключатель 4 направления тока газов, емкость 2 соединена с основным 5 и дополнительными 6 и 7 регенераторами. Каждый регенератор 5, 6, 7 представляет из себя металлический корпус, наполненный алюминиевой лентой (насадкой), соединен с турбохолодильником 8 через коллектор 9 холодного воздуха и снабжен выходным клапаном 10. Регенераторы 5, 6, 7 дополнительно соединены между собой трубопроводом 11 для очищенных газов, имеющим запорные элементы 12.

Способ реализуют следующим образом.

Выхлопные газы от испытуемого двигателя, например, НК-8-ЗУ подают в емкость 2, при прохождении через которую газы облучаются электронным пучком. Основная часть примесей в выхлопных газах содержится в форме NO. Облучение электронным пучком возбуждает процессы, обеспечивающие окисление NO до NO₂. Скорости протекания этих процессов достаточны для того, чтобы созданный в настоящее время сравнительно небольших размеров электронный ускоритель мощностью 5 мВт обеспечивал окисление всего количества NО, прошедшего через участок облучения. То же самое происходит с оксидами серы. Затем газы через трубопровод 3 подают в основной регенератор 5, при этом переключатели тока 4 запирают дополнительные регенераторы 6 и 7 от поступления в них неочищенных газов.

Предварительно регенератор 5 должен быть охлажден до температуры, обеспечивающей кристаллизацию или конденсацию NO₂ и SO₂. Подходя к конденсаторному концу регенератора, основной поток газов охлаждается настолько, что происходит осаждение примесей в виде кристаллов или конденсата на насадке основного регенератора 5. Конструкцией регенераторов 5, 6, 7 обеспечивается торможение газов до таких скоростей, что кристаллы и конденсат не уносится с насадки. Очищенный газ совместно с дополнительным потоком из турбохолодильника 8 поступает в дополнительный регенератор 6, при этом вход в регенератор 7 закрыт одним из запорных элементов 12. Очищенный газ в регенераторе 6 охлаждает насадку, а сам нагревается на выходном конце до температуры окружающего воздуха. КПД рекуперации холода в дополнительных регенераторах 6 и 7 достигается ≈ 99% поэтому мощность компрессора турбохолодильника требуется умеренной, равной ≈ 1 мВт.

Через некоторое время направление движения выхлопных газов с помощью переключателя 4 меняют. Неочищенные пазы направляют через трубопровод 3 в дополнительный регенератор 6, а очищенный из него в дополнительный регенератор 7. Основной регенератор 5 в это время очищают от кристаллов или конденсата NO₂ и SO₂. Прерывают подачу очищенных газов в регенераторы запорными элементами 12.

Время работы установки до переключения регенераторов выбирают исходя из необходимости обеспечения: охлаждения регенератора, через который пойдут после переключения неочищенные газы; оптимального количества осажденных кристаллов или конденсата, т.е. чтобы, с одной стороны, накопившийся осадок не затруднял прохождения газов, и время, необходимое на очистку, не было равно или больше времени накопления осадка до закупоривания регенератора, работающего в режиме очистки газов, но, с другой стороны, осадка не должно быть так мало, что подготовка к очистке становилась бы дороже самой очистки. Затем в режиме очистки газов работает регенератор 7, а охлаждается очищенным газом и турбохолодильником 8 основной регенератор 5. Количество переключений в зависимости от времени испытаний двигателя.

Дополнительный регенератор в устройстве для реализации способа может быть один, но в этом случае несколько большими будут затраты на охлаждение, т. к. в течение времени, необходимого для очистки основного регенератора, очищенные газы без отбора холода будут выпускаться в атмосферу.

Регенераторов в установке может быть четыре. Проектируя их работу постоянными парами, можно упростить систему переключения потоков газов.

Как видно из примера реализации способа, именно предлагаемая совокупность операций, а также условий и средств для их выполнения обеспечивает компаратор с повышенной экологической безопасностью и экономичную очистку выхлопных газов. Это обусловлено тем, что применяются экологически опасные средства, временные составляющие режима очистки согласованы, что позволяет очищать газы в процессе их естественного движения без накопления, увеличивающего время существования неочищенных газов и создающего опасность их утечки. Т.е. дополнительное оперативное доокисление с помощью электронного пучка, не применявшееся ранее, хорошо согласуется по времени с регенерацией газа и скоростью движения газов. Причем необходимым является наличие в технологическом процессе не менее двух регенераторов, т.к. благодаря этому нет необходимости в накоплении неочищенных газов во время очистки регенератора или в существенном наращивании габаритов регенератора или в прерывании процесса испытаний.

Использование: очистка выхлопных газов авиадвигателей при наземных испытаниях. Сущность изобретения: выхлопные газы с примесями NO_x и SO_x доокисляют облучением электронным пучком. Затем газы охлаждают до температуры кристаллизации или конденсации оксидов серы и азота в регенераторе с помощью хладоносителя. Охлажденные газы пропускают через дополнительный регенератор для его охлаждения до температур конденсации или кристаллизации NO_x и SO_x и выпускают в атмосферу. 1 ил.

Способ очистки газов от оксидов азота, включающий охлаждение газов до получения оксидов азота в конденсированном состоянии и выпуск очищенных газов, отличающийся тем, что газы перед охлаждением облучают электронным пучком, перед выпуском в атмосферу газы пропускают через дополнительный охлаждающий регенератор, при этом после охлаждения дополнительного регенератора до температуры, необходимой для кристаллизации или конденсации оксидов азота, через него пропускают неочищенные газы, а очищенные перед выпуском пропускают через другой дополнительный или основной регенераторы.