НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПОСРЕДСТВОМ ИСКУССТВЕННОГО ФОТОСИНТЕЗА Российский патент 2015 года по МПК B01D47/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе и способу нейтрализации газообразных загрязняющих веществ посредством автономного устройства искусственного фотосинтеза, именуемого «SAFA».

Уровень техники

Полезно принять во внимание некоторые технические и исторические аспекты проблемы загрязнения окружающей среды. Наилучшим образцом является парниковый эффект.

В конце столетия, ввиду глобальной индустриализации, мы стали свидетелями всемирной экологической катастрофы, причем большое количество загрязняющих веществ выделяется в ходе промышленных процессов, деятельности человека и ее производных (таких как транспорт и другие мобильные источники). В результате этого увеличилась концентрация естественных газов в атмосфере, а также других газов, обладающих большей токсичностью, чем образующиеся в природе. Среди газов, которые нужно нейтрализовать, монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO₂), хлорфторуглероды (CFC), метан (СН₄) и оксид азота (I) (N₂O).

В известном уровне техники описаны система или способы, направленные на физическое или химическое уменьшение или предотвращение поступления в атмосферу газообразных токсичных отходов. До настоящего времени большая часть исследований была направлена на использование физических средств для фильтрации частиц при помощи тонких мембран или применение электрошока для сообщения частицам отрицательного заряда с целью их улавливания или на использование простых сопел, через которые подается некоторый основный раствор (аммиака, мочевины и т.д.), выполняющий роль катализатора реакций некоторых газов (водорода или CO₂), нейтрализующих газы посредством их химического преобразования в более стабильные соединения, которые менее вредны для окружающей среды. Однако изготовление и обслуживание такого оборудования очень дорого.

Тем не менее в качестве возможного примера новой системы нейтрализации газообразных загрязняющих веществ в настоящем описании приводятся ссылки на некоторые документы известного уровня техники в Chilean National Industrial Property Institute (Национальный институт промышленной собственности Чили).

Патент № CL 38989, выданный в 1995 г., относится к «газоочистителю с жидкокапельной промывкой газов в противотоке», в котором газы подвергают противоточной обработке; для распределения газов в водном основном растворе используется серия насосов. Однако в настоящем изобретении насосы не нужны, только кинетическая энергия и пар.

В патенте № CL 38227 описан «фильтр для улавливания взвешенных частиц, содержащихся в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания». В данном случае, в фильтре, в котором присутствует вода, частицы улавливаются в серии соединенных металлических каналов. Настоящее же изобретение представляет собой не только фильтр, но устройство для обработки газа, функционирующее посредством использования кинетической энергии и химических процессов.

Патент № CL 42130 относится к «устройству с увлажняемым фильтром для всех типов частиц в промышленных дымовых трубах, включающему турбоэкстрактор, в котором имеется фильтровальная ткань и фильтровальные камеры, связанные с лопастным колесом, нагревателями жидкости и охладителями газа». В этом случае налицо другой тип фильтра, в котором для улавливания крупных частиц используется сито, снабженного газоохладителями и нагревателями. Это противостоит изначальному принципу настоящего изобретения, заключающемуся в том, что процесс функционирует абсолютно автономно, и что внутри устройства энергия нужна для возбуждения явления искусственного фотосинтеза.

В патенте № CL 41569, выданном в 2002 г., описано «система очистки загрязненного воздуха, включающая блок улавливания воздуха, камеру накопления газов, туннель начальной очистки с плавающим ситом и пульверизаторами, к которым подведена вода, ванну для отстаивания осадков, осушитель частиц и насос для перемещения очищенной воды». Это иная система, в которой в качестве основы процесса используется вода, она пригодна для улавливания из воздуха только крупных частиц, что делает ее применение практически невозможным. Здесь она упоминается только в качестве ссылки.

В заявке на патент Чили № CL 01930-2001, опубликованной 9 октября 2002 г., упоминается «химико-механический способ уменьшения количества загрязняющих газов, включающий первую стадию промывки, на которой используется химический раствор, состоящий из дистиллированной воды, бикарбоната натрия и мочевины: концентрация каждого из последних двух соединений составляет 5-8%; и еще две стадии фильтрации». В соответствии с указанной заявкой загрязняющие газы вступают в реакцию с химическими веществами при заданной температуре. Следовательно, указанная заявка находится в пределах группы катализаторов известного уровня техники Reducción Catalitica Selectiva (SRC) (селективное каталитическое восстановление). Настоящее же изобретение, напротив, не предусматривает использования внешних химических агентов; в данном случае используется только водяной пар и кинетическая энергия газов с целью получения кислорода.

Заявка на патент Чили № CL 00324-2002, опубликованная в 2002 г., относится к способу уменьшения загрязняющих выбросов из стационарных или мобильных источников газообразных продуктов сгорания, включающему стадии разделения указанных газов на множество потоков, уменьшения температуры газов путем охлаждения, обработки газов на стадии промывки и отстаивания материала в виде частиц». Предметом данной заявки является устройство, состоящее из набора алюминиевых труб с различными диаметрами, через которые пропускают загрязненные газы и, в то же время, впрыскивают раствор дистиллированной воды с целью оказания химического воздействия. В данном случае форма и основной принцип в корне отличны от используемых в настоящем изобретении; в нем для осуществления процесса не используется ни один дополнительный химикат или пересекающиеся линейные трубопроводы.

Также имеется патент № CL 44552, в котором упоминается «способ очистки выхлопных газов двигателей, предусматривающий наличие устройства для рециркуляции газов, в котором имеется регулятор, предназначенный, посредством данных о температуре и вентильного устройства, для достижения такого соотношения между NO_x и сажей, которое благоприятно для регенерации фильтра. Этот патент относится к автомобильному каталитическому устройству, пригодному для уменьшения содержания NO_x и сажи благодаря наличию системы рециркуляции газов, а также ряду других факторов. Настоящее изобретение не является катализатором либо действует в этом качестве в том смысле, что является устройством, использующим только воду и кинетическую энергию для осуществления процесса нейтрализации газов.

Чтобы пояснить, что настоящая система является уникальной, упомянем два международных патента, относящихся к соответствующим способам и результатам, больше для справки, нежели для непосредственного сравнения достигаемых ими результатов с описываемыми.

Патент ЕР 2119490, опубликованный 18 ноября 2009 г., относится к «системе уменьшения загрязнения воздуха, включающей начальную стадию уменьшения содержания тяжелых металлов, пыли, пыльцы и полициклических ароматических углеводородов в форме частиц с использованием воды, вторую стадию окисления в воде легких углеводородов кислородом, получаемым электролизом, и третью стадию преобразования таких соединений, как CO₂, в бикарбонат в ходе реакции с неорганическими карбонатами». В соответствии с данным патентом используют химические реакции с соответствующими материалами, как в случае карбоната, с целью достижения заданного эффекта (в данном случае, бикарбоната). Электролиз применяют для получения из воды кислорода, вступающего в реакцию с некоторыми углеводородами. Это совершенно отлично от использования в настоящем изобретении водяного пара и кинетической энергии. В соответствии с настоящим изобретением, под действием кинетической энергии кислород высвобождается в ходе процесса искусственного фотосинтеза, разработанного авторами. Система, описанная в данной европейской заявке, включает три различные соединенные друг с другом части. В настоящем изобретении, вместо этого, имеется два взаимодополняющих конструкционных элемента. Один - горизонтальный цилиндрический элемент, другой - вертикальный цилиндрический элемент с направленным вверх выпускным каналом для газа.

Также упомянем заявку на патент США №2009/0016948 А1, датированную 15 января 2009 г., в которой указано: «изобретение направлено на уменьшение содержания диоксида углерода в атмосфере и производство углерода для последующего использования в качестве топлива и, более конкретно, относится к способу растворения атмосферного диоксида углерода в достаточном потоке соли щелочного металла с образованием углерода и кислорода в ходе процесса электролиза». Отметим, что физические и химические процессы, используемые для отделения углерода от кислорода в молекуле CO₂, используемые реагенты или катализаторы (электроды) приводят к получению результатов, совершенно отличающихся от результатов, достигаемых настоящим изобретением. В соответствии с заявкой на патент США №2009/0016948 А1, процесс электролиза используют для получения кислорода в основном растворе ртути при очень высокой температуре (более 800 градусов Цельсия). В настоящем изобретении, напротив, кинетическая энергия используется для осуществления реакции, напоминающей процесс фотосинтеза, который мы наблюдаем в природе. Конечными продуктами настоящего процесса являются кислород и глюкоза. Можно видеть, что ни один из упоминаемых документов не содержит существенного сходства с системой нейтрализации газообразных загрязняющих веществ, предлагаемым в настоящем изобретении.

При существующем положении на рынке и уровне развития промышленности, имеется несколько типов систем регулирования и уменьшения количества материалов в виде частиц; к ним относятся инерционные сепараторы (или циклоны), мокрые газоочистители (скрубберы), рукавные устройства и электростатические осадители. Однако ни одна из этих систем не имеет отношения к обработке газа. Для обработки определенных газов имеются только абсорбционные системы. Проблема заключается в том, что при больших капиталовложениях они пригодны только для некоторых типов промышленных процессов, таких как удаление NO_x или селективное каталитическое восстановление. В то же время, ни одна из систем, упоминаемых в известном уровне техники, не предусматривает одновременного регулирования количества материалов в виде частиц и обработки газов при получении такого же выхода, как в настоящем изобретении.

Настоящее изобретение предусматривает регулирование количества материалов в виде частиц и обработку газов с низкими затратами, при этом эффективность по сравнению с существующими системами значительно выше. Достигается возможность улавливания и преобразования токсичных газов в более безвредные вещества с минимальным запахом.

Большинство систем, представленных в настоящее время на мировом рынке товаров промышленного назначения, направлено на уменьшение количества материалов в виде частиц. К таким системам относятся электростатические устройства, мокрые газоочистители, циклоны и рукавные фильтры. Однако эффективность этих систем в отношении улавливания более летучих веществ ограничена теми, которые содержатся в материале в виде частиц. Что касается стоимости, она изменяется в соответствии с эффективностью. Наибольшие затраты - это начальные капиталовложения, а также стоимость обслуживания систем, способных улавливать 99% материалов в виде частиц.

Главной задачей настоящего изобретения является улавливание и обработка основных газов, вызывающих парниковый эффект, которые образуются в стационарных источниках загрязнения, а именно CO₂, NO_x и SO₂. Источниками этих газов являются металлургические комбинаты, электростанции, промышленные печи и генераторные установки высокой мощности. Все упомянутые газы вносят основной вклад в возникновение кислотных дождей и глобальное потепление.

Авторами изобретения обнаружена возможность создания новой системы для нейтрализации газообразных загрязняющих веществ, в которой происходит нейтрализация токсичных газообразных компонентов, при этом сначала в атмосферу выделяются более легкие молекулы (кислород), и частичное преобразование этих газов в безвредные соединения, которые могут быть выпущены в окружающую среду.

Описание изобретения

Настоящим изобретением обеспечивается система для нейтрализации газообразных загрязняющих веществ, которая обрабатывает токсичные компоненты для образования кислорода и безверных жидких отходов с помощью процесса химического симбиоза или взаимодействия между молекулами с использованием физико-химических принципов, аналогичных процессу естественного фотосинтеза.

Настоящее изобретение относится к системе искусственного фотосинтеза, обеспечивающей нейтрализацию вредных соединений в газообразных продуктах сгорания любого типа и, таким образом, уменьшение начального объема и давления этих газов. Это происходит под действием кинетической энергии ускоренной рециркуляции газов по принципу резонансного ускорения молекул или газа. Затем вследствие физических и химических процессов выделяется кислород, и образуются безвредные жидкие вещества. Данная система состоит из основной камеры и вторичной камеры, соединенных трубой. В основной камере имеются:

- Основной впускной канал для газа и выпускной канал для газа;

- Труба с соплами, которая обеспечивает прохождение пара в виде паровой завесы;

- Пропеллер, расположенный внутри основной камеры;

- Первая гибкая труба, расположенная в верхней стороне и отходящая от верхней поверхности основной камеры. Она соединяет основную камеру с основным входом для газа. В основной камере имеется, по меньшей мере, две дополнительных гибких трубы, отходящих от боковых сторон основной камеры;

- Электромотор для отведения газов, позволяющий сжатому газу входить в упомянутые гибкие трубы;

- Отводная труба для жидких отходов, расположенная в нижней части на внутренней стороне основной камеры;

- Один выходной канал для обработанных газов, расположенный в задней части камеры и соединяющий основную камеру и вторичную камеру посредством трубы.

Во вторичной камере имеется:

- Вход для газов, поступающих из основной камеры, и выпускной канал для газа, расположенный в верхнем конце камеры;

- Множество пенопластовых элементов, соединенных друг с другом, при этом в каждом соединении пенопластовых элементов имеется перфорированный алюминиевый лист и ткань из полиэфирного волокна с высокой степенью поглощения;

- Высокомощное центробежное отводящее устройство, облегчающее выпуск газа, расположенное снаружи верхнего конца вторичной камеры;

- Отводная труба для жидких отходов, расположенная в нижней части вторичной камеры и обеспечивающая выведение жидкости.

Настоящее изобретение также относится к способу искусственного фотосинтеза, обеспечивающему нейтрализацию вредных соединений в продуктах сгорания любого типа, уменьшение начального объема и давления этих газов под действием кинетической энергии, выделяющейся при ускоренной рециркуляции газов, по принципу резонансного ускорения молекул или газа.

Вследствие физических и химических процессов образуется кислород и безвредные вещества. Способ включает следующие стадии:

i) Первая стадия: газы из источника загрязнения поступают в основную камеру, газообразная масса вступает в контакт с паровой завесой. Затем газы отклоняются, замедляются и направляются на внутренний пропеллер. После этого газы всасываются в трубу наружным мотором, газообразная масса перемещается к гибким трубам, посредством которых снова поступает в основную камеру, образуя цикл непрерывной циркуляции газа. Целью является сообщение газу некоторого количества энергии, вследствие чего газ становится растворимым в водяном паре.

ii) Вторая стадия: обеспечение возможности химического взаимодействия между молекулами газов под действием кинетической энергии, полученной в ходе рециркуляции. Образующиеся соединения конденсируются по кольцевым стенкам камеры, оседают и собираются на дне основной камеры.

iii) Третья стадия: энергетически обработанные на первой стадии газы поступают во вторичную камеру, при этом облегчается физическое и химическое взаимодействие газов, в ходе которого молекулы соединяются аналогичными элементами, высвобождая кислород. Указанный кислород вместе с другими газообразными отходами перемещается к наружному выпускному каналу вторичной камеры при помощи высокомощного центробежного отводящего устройства, захватывая образовавшиеся в данном процессе жидкие остатки, и, в конце концов, отделяется от жидких остатков при помощи задвижки, расположенной в нижней части вторичной камеры.

Способ нейтрализации загрязненных газов имеет две основных

отличительных особенности, описанных ниже:

1. Элементарное физико-химическое взаимодействие

На первой стадии газообразные загрязняющие вещества поступают в устройство обработки, или основную камеру, где происходит смешивание и взаимодействие газов. Основная камера снабжена воздухонепроницаемым уплотнением. Газы поступают в основную камеру под действием наружного центробежного отводящего устройства. Попав в основную камеру данного устройства, газы сначала вступают в контакт с завесой из насыщенного водяного пара с температурой, по меньшей мере, 100°C. Затем газы вступают в контакт с вогнутой лопастью пропеллера, диаметр которого равен диаметру основного трубопровода подаваемого газа, осуществляющего функцию торможения и рассеяния поступающего газа.

Внутри основной камеры газы смешиваются с насыщенным водяным паром, нагнетаемым или распыляемым в основной камере. Насыщенный водяной пар нагнетают или распыляют через трубу с соплами, формируя паровую завесу. Труба с соплами расположена в нижней части основной камеры. Такой механизм нагнетания или распыления насыщенного водяного пара также помогает уменьшить температуру газа на этой стадии.

На второй стадии газы, смешанные с водяным паром, поступают в три гибкие трубы из гофрированного алюминия, которые в два раза длиннее наружного размера основной камеры. Основная гибкая труба расположена вверху основной камеры, две других трубы расположены по бокам от основной камеры. В верхней части основной камеры имеется электромотор, соединенный с верхней основной трубой.

На второй стадии данного способа двигающийся с ускорением газ циркулирует в замкнутом цикле, порождая своего рода «газовый или молекулярный резонанс» благодаря кинетической энергии, выделяемой частицами газов под действием концентрической центробежной силы в гибких трубах. В это время двигающийся с ускорением воздух может смешиваться с газами и эффективно и быстро конденсироваться. Давление подаваемых газов (которое может изменяться от 1 до «x» бар) уменьшается, что, таким образом, указывает на осуществление в данной системе процесса обработки загрязняющих веществ. В ходе рециркуляции газов их температура уменьшается, по меньшей мере, на 10°C относительно температуры на входе, давление относительного начального давления газов на входе уменьшается на один бар или менее.

По мере уменьшения температуры увеличивается эффективность физических и химических реакций, задействованных в этом процессе, в ходе которых газообразная масса преобразуется в жидкую массу, которая затем по каплям падает на дно основной камеры под действием силы тяжести.

На третьей стадии данного способа используют проницаемый фильтр, установленный в герметичном цилиндрическом устройстве, где прошедшие обработку газы перенасыщены влагой, влага покрывает каждый из внутренних фильтров, на которых осуществляется преобразование насыщенного водяного пара. Он коалесцирует на всей доступной поверхности фильтра из пенопласта, имеющегося во вторичной камере, тем самым, интенсифицируются физико-химические процессы. Температура газов, поступающих во вторичную камеру, меньше, чем исходная температура газа на входе в основную камеру. Газы насыщены влагой, обладают некоторым количеством положительной или отрицательной энергии и, по большей части, улавливаются и нейтрализуются. Благодаря этому появляется возможность высвобождения молекул кислорода.

2. Вторичное физико-химическое взаимодействие

Прежде всего такое комплексное взаимодействие, начинающееся на первой стадии и завершающееся на третьей стадии, является физическим взаимодействием.

Вторичное взаимодействие определяют три основных фактора: температура внутри камеры, давление внутри камеры и влажность газов и водяного пара.

В результате этого взаимодействия, посредством соединения с менее плотным (с меньшим атомным весом) материалом, одновременно и, по видимому, по механизму цепной реакции, происходит трансформация материала в виде частиц в более плотный материал. Это обусловлено, главным образом, процессом молекулярного или газового резонанса, инициированного на второй стадии. Возможно, что на более чувствительных молекулах, таких как углерод, азот и сера, имеется ионный заряд (положительный или отрицательный). Эти молекулы непрерывно притягиваются к фильтру из пенопласта, установленному и в первой, и во второй камере. Энергетически возбужденные молекулы газа легче вступают в химические реакции между газами в присутствии пара с образованием более устойчивых молекулярных связей.

В этой реакции участвуют различные нейтральные соединения (такие как бикарбонаты и, в меньшей степени, сульфаты), что облегчает растворение основных загрязняющих веществ (таких как CO, CO₂, NO_x и SO₂). Таким образом, загрязняющие вещества переходят из исходного газообразного состояния в жидкое состояние, затем, в результате сушки, они становятся твердыми, образуя бикарбонаты, сульфаты или глюкозу (в большем процентном содержании, чем остальные остатки) и, возможно, крахмал и молекулы целлюлозы. Проще говоря, имеет место эффект образования межатомных связей, благодаря чему газы трансформируются в соединения с большим молекулярным весом, чем в естественном состоянии (образуя молекулы глюкозы и, возможно, крахмала и целлюлозы). Посредством этого механизма соединения с большим молекулярным весом и более плотной молекулярной структурой осаждаются во внутренней технологической зоне. Кроме того, облегчается более эффективная абсорбция и улавливание в данной системе веществ с меньшим молекулярным весом и, соответственно, более летучих, однако, всегда выделяются свободные молекулы кислорода, участвующие в химических реакциях, в ходе которых образуются устойчивые химические соединения всех элементов (углерода, азота, водорода, серы и т.д.). Указанные простые химические соединения преобразуются в более сложные химические соединения с большим молекулярным весом и более плотной молекулярной структурой. В результате, в указанном процессе высвобождаются молекулы кислорода, таким образом, достигается более высокое процентное содержание кислорода (относительно потока газа поступающего в систему и выходящего из нее), чем исходное, при поступлении на первую стадию данного способа.

Этот процесс в значительной мере соответствует естественному фотосинтезу, поскольку в образовании жидкой глюкозы участвуют CO₂ и H₂O, а в конце процесса выделяется большое количество чистого кислорода. Образование других химических соединений из газов помимо CO₂ или на основании углеродных связей глюкозы не происходит, напротив, происходит их взаимодействие с молекулярно подобным газом (например, SO₂ соединяется с молекулой H₂O).

В соответствии с результатами, полученными в примерах, подробно описанных ниже, можно утверждать, что система настоящего изобретения пригодна для очистки и снижения давления и исходного объема газа, при этом происходит преобразование материала в менее токсичные соединения по сравнению с исходным материалом, поданным в систему. В нем происходит распад молекул, возможно, как указано выше, по принципу резонансного ускорения молекул или газа, вследствие чего выделяется кинетическая энергия, образуются новые связи между атомами подобных элементов, изменяется исходный состав молекул соединений. Эффективность системы настоящего изобретения такова, что прошедшая обработку жидкость также обладает способностью нейтрализации присутствующих микроорганизмов, что предотвращает образование ржавчинного гриба или другой бактериальной флоры в данной системе. Теоретические и научные принципы достижения симбиоза молекул водяного пара с молекулами других токсичных газов, лежащего в основе функционирования данной системы, уникальны и не имеют аналогов в мире, во время подачи данной заявки на патент он не имел себе равных ни в одном физико-химическом процессе, изучаемом в университетах или научных центрах, специализирующихся в данной области. В настоящем изобретении достигается такое же изменение молекул, как в ходе фотосинтеза, но вместо использования световой энергии для достижения того же эффекта используется молекулярный или газовый резонанс. Данное явление известно как искусственный фотосинтез.

Настоящее изобретение включает устройство, разработанное для осуществления способа нейтрализации газообразных загрязняющих веществ. Это устройство состоит из двух конструктивных элементов, основной камеры и вторичной камеры, которые соединены друг с другом нержавеющей стальной трубой круглого сечения или другого материала, изготовленного из пластмассы.

Для пояснения системы и способа настоящего изобретения к описанию прилагается три чертежа:

Фиг. A - вид основной камеры сбоку в продольном сечении.

Фиг. B - вид основной камеры сверху в продольном сечении.

Фиг. C - вид вторичной камеры сбоку в продольном сечении.

Подробное описание изобретения

На фиг. A показана основная камера (1), изготовленная из нержавеющего металла или пластмассы, она имеет цилиндрическую форму и пригодна для выполнения соответствующей функции. На внутренней поверхности этой первичной камеры имеется покрытие из стального материала или пластмассы, облегчающее слив насыщенных парогазовых смесей. Снаружи основной камеры имеются три гибких трубы (2), изготовленных из пластмассы или алюминия и имеющих вогнутый рельеф. Первая гибкая труба выходит из верней части основной камеры (1). Две другие гибкие трубы (2) отходят от каждой из боковых сторон основной камеры (1). Каждая из гибких труб (2) заканчивается соединением с трубой, прикрепленной к каналу (3) на входе в основную камеру в точке, примерно, равноотстоящей от центра камеры. Гибкие трубы, отходящие от основной камеры, изготовлены из пластмассы или алюминия, имеют гофрированную вогнутую полукруглую внутреннюю часть, переходящую в упомянутый основной канал (4) подаваемого газа. Основной канал (4), через который газы поступают в систему, имеет форму усеченного конуса; конечный внутренний диаметр этого канала в два раза больше, чем наружный диаметр впускного канала, благодаря чему облегчается стекание жидких отходов в основной камере. Диаметр основной гибкой трубы равен 15-20% внутреннего диаметра основной камеры, диаметр боковых гибких труб равен до 10% внутреннего диаметра основной камеры. Гибкие трубы имеют гофрированную поверхность с интервалом между сгибами, соответствующим до 5% внутреннего диаметра каждой гибкой трубы, и высотой, соответствующей до 2,5% диаметра каждой трубы. Они расположены по обеим сторонам основной камеры, на равном расстоянии друг от друга. Канал (3) доходит до этих труб и в одном месте соединяется с обеими гибкими трубами (2). Канал (3) расположен у основной точки подачи токсичных газов, через которую осуществляется рециркуляция. Токсичные газы подают через основной канал (4), соединенный с впускным каналом, через который токсичные газы поступают в основную камеру под действием наружного устройства для отведения газа. Внутри основной камеры газы поступают на пропеллер (5), снабженный вогнутыми кромками, выполняющий роль первичного барьера на пути газа, благодаря которому газ снижает скорость и меняет направление. Пропеллер (5), расположенный в центре основной камеры, снабжен вогнутыми кромками и использует напор поступающих газов для вращения и, таким образом, отклонения смешанных газов к внутренним стенкам основной камеры. Под действием инерционной силы газы перемещаются в заднюю часть основной камеры, где встречаются с первой ступенью фильтрации данной системы, состоящей из пенопластового листа, изготовленного из вспененного полиуретана плотностью 25 кг/м³ и толщиной, по меньшей мере, 10 см, и перфорированной алюминиевой пластины или листа, расположенных в заднем конце (6) основной камеры (1). Под действием инерционной силы и благодаря центробежному характеру данного процесса, газы отклоняются к стенкам основной камеры и перемещаются ко входу каждой из гибких труб (7), где их температура уменьшается, и где газы смешиваются друг с другом под действием центробежной силы, создаваемой в каждой из гибких труб, что также облегчается благодаря форме гибких труб и наличию устройства для отведения газа с электромотором, расположенного на входе в основную гибкую трубу (7). Устройство для отведения газа с электромотором (8) создает возможность смешивания газов с водяным паром, затем эта смесь снова поступает в основную камеру по трем гибким трубам, и образуется непрерывная циркуляция газов. Если нужно, устройство для отведения газа с электромотором также может быть расположено и на двух других гибких трубах, тогда электромотор с наибольшей мощностью размещают на той трубе, которая шире и выше, а два других мотора обладают в два раза меньшей мощностью, чем основной мотор. Они могут быть расположены сбоку от основной камеры на выходе других гибких труб с целью интенсификации процесса рециркуляции.

Цилиндрический элемент основной камеры данного устройства завершается воронкообразным концом (10) в форме усеченного конуса. Форма концевого усеченного конуса (10) обусловливает поступление прошедших обработку газов во второй конструктивный элемент данного устройства, или вторичную камеру, с большим усилием, что вызывает осаждение прошедшего обработку газа в первом конструкционном элементе данного устройства, или основной камере. Кроме того, в нижней части основной камеры имеется отводная труба (11) с задвижкой, предназначенная для отведения обработанного материала, образующегося в результате данного процесса, который на данном этапе находится в жидком состоянии.

Второй конструктивный элемент, или вторичная камера, представленный на фиг. C, изготовлен из коррозионно-стойкого металла или пластмассы и также имеет цилиндрическую форму и концы в форме усеченного конуса. В начальной части вторичной камеры (12) имеется группа пенопластовых элементов (13), используемых как преобразователи насыщенного водяного пара и абсорберы влажного газа, поступающего из основной камеры, и как фильтр для задерживания загрязняющих веществ. Во вторичной камере имеется, по меньшей мере, 5 пенопластовых элементов толщиной, по меньшей мере, 10 см и плотностью 25 кг/м³ (килограммов на метр кубический). Элементы изготовлены из вспененного полиуретана, который является наилучшим из используемых и опробованных на настоящий момент материалов благодаря своей высокой удерживающей способности и водопоглощающей способности. Пенопластовые элементы обеспечивают преобразование насыщенного пара основного процесса, при этом молекулы воды сцепляются с доступной поверхностью пенопласта, что облегчает прохождение описанного выше физико-химического процесса, а также фильтрацию газов. Пенопластовые элементы разделены тонкими перфорированными алюминиевыми листами (14), покрытыми полиэфирным волокном, которые расположены в каждом промежутке между пенопластовыми элементами (13). Перед группой пенопластовых элементов (13), в нижней части вторичной камеры имеется металлическая сетка (15) либо пластмассовая сетка, предназначенная для поддержания веса пенопластовых элементов (13) и тонких перфорированных алюминиевых листов (14), когда вторичная камера установлена вертикально относительно основной камеры. Вторичная камера имеет герметичную конструкцию. Снаружи нижней части вторичной камеры имеется труба (16) для подачи газа, поступающего из основной камеры. Труба (16) может быть либо прямой, либо изогнутой в зависимости от положения вторичной камеры, она соединяет основную камеру со вторичной камерой. В верхнем конце вторичной камеры имеется высокомощное центробежное отводящее устройство (17). На каждом конце вторичной камеры имеется элемент в форме усеченного конуса, изготовленный из коррозионно-стойкого металла или пластмассы. Конструкция нижнего элемента (18) облегчает смешивание газов и их поступление под давлением, конструкция верхнего элемента (19) обеспечивает отведение газов. В конструкции верхнего элемента (19) имеется отводное отверстие, которое немного шире, чем отверстие в нижнем конце. В трубе (16), соединяющей основную камеру со вторичной камерой, имеется отводная труба (20), через которую может быть отведена жидкость или жидкие отходы, образующиеся на этой стадии, если они не были абсорбированы пенопластом.

Примеры осуществления настоящего изобретения

Поступившие внутрь основной камеры газы, отклоненные центральным пропеллером, смешиваются с насыщенным водяным паром, нагнетаемым или распыляемым в основной камере и имеющим температуру не более 100°C и давление, обычно, в диапазоне от 1 до 3 бар, в зависимости от влажности газов. Чтобы облегчить понижение температуры и, тем самым, нейтрализацию примесей и высвобождение кислорода, газы пропускают через трубу с соплами (9), которая формирует паровую завесу с высокой концентрацией влаги и температурой не более 100°C. Труба с соплами (9) расположена у впускного канала основной камены (1) данной системы. Труба с соплами (9) соединена с испарителем, расположенным внутри или снаружи основной камеры.

Давление в цикле рециркуляции с ускорением падает до 1 кг/см² или 1 бар. Это является показателем того, что в системе происходит обработка загрязняющих веществ. Температура газов на входе в основной канал (4), имеющий форму усеченного конуса, обычно составляет от 50°C до 100°C, однако, когда газы снова поступают в основную камеру, пройдя цикл рециркуляции, температура газов резко уменьшается до 39°-42°C (в зависимости от температуры газов на входе). В данном примере температура газа на входе составляет 55°C. При оптимальном функционировании внутри основной камеры температура внутренней рециркуляции в гибких трубах равна, примерно, 45°C.

Разработанная система способно поглощать более 90% всех газов и 99% материала в виде частиц, поступающих в устройство. Эффективность данной системы была подтверждена в ходе следующего эксперимента. Установленное на выходе выхлопной трубы электрогенератора, работающего на бензине, мощностью 1 л.с. (746 Вт), данная система функционировала более двух часов, было достигнуто реальное уменьшение содержания CO₂ и CO 90%, содержание NO_x уменьшилось почти на 62%, содержание кислорода увеличилось с 8% до 19,7%. При наблюдении за объемным давлением было установлено, что когда на входе объемное давление составляло 60 л/мин, на выходе было получено объемное давление, приблизительно, от 5 до 1 л/мин. Все измерения проводились в процентах относительно входа и выхода газа в данной системе.

В проведенных испытаниях подтверждено, что настоящее изобретение обеспечивает достижение выхода от 18,5% до 19,7% при фактическом приросте процентной доли кислорода в газообразных продуктах сгорания, поступающих в устройство, по сравнению с содержанием кислорода на выходе из устройства, более 250%. Следовательно, система и способ настоящего изобретения, в итоге, позволяют достичь содержания кислорода, соответствующего вполне пригодному для дыхания воздуху. Эти результаты существенно улучшаются, когда друг с другом соединены два или более аналогичных устройства, работающих непрерывно. Возможно, что при таком соединении может быть получен первый в мире замкнутый цикл сжигания топлива, в котором адекватное количество кислорода образуется отчасти в данном устройстве, и не происходит загрязнения атмосферы дополнительными вредными газами.

Далее подробно описана каждая часть настоящего изобретения, известного как автономная система искусственного фотосинтеза, или «SAFA», с целью четкого определения каждого пункта формулы, описывающей систему и способ настоящего изобретения.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для уменьшения или предотвращения поступления в атмосферу газообразных токсичных отходов. Система состоит из основной камеры (1), имеющей трубу с соплами, расположенную в нижней части и обеспечивающую подачу пара в форме паровой завесы; пропеллера (5); гибких труб (2), которые отходят от основной камеры и соединяются с основным впускным каналом для газа; электромотора (8) для отведения газов, создающего в газах давление, под действием которого они проходят через гибкие трубы; отводной трубы (11), соединяющей основную камеру со вторичной камерой, в которой имеется входная труба для газов из основной камеры и выпускной канал для газов, расположенный в верхнем конце вторичной камеры. Во вторичной камере имеется множество соединенных друг с другом пенопластовых элементов, включающих перфорированный алюминиевый лист в месте соединения этих элементов, центробежное отводящее устройство, расположенное снаружи верхнего конца вторичной камеры и трубы для отведения жидких остатков, расположенные в нижней части основной камеры (1) и вторичной камеры. Изобретение позволяет уменьшить поступление в атмосферу газообразных токсичных отходов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 ил.

1. Система для нейтрализации газообразных загрязняющих веществ из сгорания, которая уменьшает начальный объем и давление газов за счет кинетической энергии ускоренной рециркуляции газов и выпускает кислород и безвредные жидкие вещества; причем она состоит из основной камеры и вторичной камеры, соединенных трубой, при этом основная камера содержит:
- основной впускной канал для газа и выпускной канал для газа, причем указанный впускной канал для газа изготовлен из коррозионно-стойкого металла или специальной пластмассы, пригодной для использования при заданных температурах, причем внутренняя поверхность основной камеры покрыта сталью или пластмассовым полимером для облегчения осаждения насыщенных парогазовых смесей, причем основная камера заканчивается прямой или изогнутой стальной трубой, соединяющей основную камеру со вторичной камерой;
- трубу с соплами, которая обеспечивает прохождение пара в виде паровой завесы;
- пропеллер, расположенный в центре основной камеры;
- первую гибкую трубу, расположенную на верхней стороне и отходящую от верхней поверхности основной камеры и соединяющую основную камеру с основным входом для газов, причем основная камера имеет по меньшей мере две дополнительных гибких трубы, отходящих от боковых сторон основной камеры, причем две гибких трубы отходят от каждой внешней боковой стороны основной камеры на одинаковом расстоянии от впускного канала для газообразных загрязненных веществ, причем эти гибкие трубы прикреплены к основной камере посредством трубы из стали или пластмассового полимера, которая прикреплена на одинаковом расстоянии к основному впускному каналу для газа, имеющему форму усеченного конуса;
- электромотор для отведения газов, позволяющий сжатому газу входить в гибкие трубы;
- отводную трубу для жидких отходов, расположенную в нижней части на внутренней стороне основной камеры;
- один выходной канал для обработанных газов, расположенный в задней части камеры и соединяющий основную камеру со вторичной камерой посредством трубы;
вторичная камера содержит:
- вход для газов, поступающих из основной камеры, и выпускной канал для газа, расположенный в верхнем конце;
- множество пенопластовых элементов, соединенных друг с другом, при этом каждое соединение пенопластовых элементов имеет перфорированный алюминиевый лист и ткань из полиэфирного волокна с высокой степенью поглощения;
- высокомощное центробежное отводящее устройство, облегчающее выпуск газа, расположенное снаружи верхнего конца вторичной камеры;
- отводную трубу для жидких отходов, обеспечивающую выведение жидкости, расположенную в нижней части вторичной камеры, причем вторичная камера является цилиндрической, имеет воронкообразные концы в форме усеченного конуса, изготовлена из коррозионно-стойкого металла или пластмассы и является воздухонепроницаемой.

2. Система по п. 1, в которой основная камера является цилиндрической и снабжена воронкообразным концом в форме усеченного конуса, входным каналом для газа в форме усеченного конуса.

3. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой гибкие трубы, отходящие от основной камеры, изготовлены из пластмассы или алюминия, имеют гофрированную вогнутую полукруглую внутреннюю часть, переходящую в упомянутый основной вход для газов.

4. Система по п. 1, в которой в основной камере имеется труба с соплами, расположенная в нижней части основной камеры, обеспечивающая прохождение пара и соединенная с испарителем.

5. Система по п. 1, в которой пропеллер выполнен из вогнутых металлических или пластмассовых лопастей и функционирует под действием динамического усилия подаваемых газов, при этом пропеллер расположен сразу за трубой с соплами.

6. Система по п. 1, в которой во вторичной камере имеется по меньшей мере 5 пенопластовых элементов высотой по меньшей мере 10 см и плотностью 25 кг/м³ (килограммов на метр кубический), эти пенопластовые элементы изготовлены из вспененного полиуретана и соединены друг с другом, причем каждое место соединения имеет перфорированный алюминиевый лист, являющийся опорой для вспененного полиуретана, между алюминиевыми листами имеется тонкий слой полиэфирного волокна с высокой степенью поглощения, причем перед группой пенопластовых элементов в нижней части вторичной камеры имеется металлическая сетка либо коррозионно-стойкий пластмассовый полимер, предназначенная для поддержания веса пенопластовых элементов и алюминиевых листов, когда вторичная камера используется вертикально (относительно основной камеры).

7. Система по п. 1, в которой в задней части основной камеры дополнительно предусмотрено наличие листа из вспененного полиуретанового пенопласта толщиной по меньшей мере 10 см и плотностью 25 кг/м³ и листа из перфорированного алюминия.

8. Способ нейтрализации газообразных загрязняющих веществ из сгорания, который уменьшает начальный объем и давление газов за счет кинетической энергии, образуемой от ускоренной рециркуляции газа, и выпускает кислород и безвредные жидкие вещества; при этом данный способ включает следующие стадии:
i) первая стадия включает: газы из источника загрязнения поступают в основную камеру и вступают в контакт с паровой завесой; газы отклоняются, замедляются, движимые внутренним пропеллером с вогнутыми лопастями, причем пропеллер, в свою очередь, приводится в действие динамической энергией газов, входящих в основную камеру; газы засасывают наружным устройством извлечения с мотором, перемещают газообразную массу к гибким трубам, где газы смешиваются под действием центробежной силы и кинетической энергии, генерируемой в гибких трубах, в результате чего образуется газ с низким давлением (давление составляет менее 1 бар), причем давление рециркулируемых газов в основной камере равно около 1 бар; и обратно подают газы в основную камеру, и обеспечивают рециркуляцию газа;
ii) вторая стадия включает: соединение химических элементов газов под действием кинетической энергии, полученной в ходе процесса рециркуляции, конденсацию и осаждение соединений, образованных по кольцевым стенкам основной камеры, и сбор на дне основной камеры;
iii) третья стадия включает: газы из основной камеры поступают во вторичную камеру для облегчения химического и физического взаимодействия этих газов, соединяющихся друг с другом и со своими соединительными элементами, высвобождая, таким образом, кислород, причем химическое и физическое взаимодействие газа облегчается за счет элементов из вспененного полиуретана, действующих как преобразователи насыщенного водяного пара, и абсорберы и фильтр газообразных загрязняющих веществ вместе с алюминиевыми листами и полиэфирными волокнами образуют фильтрующие элементы во вторичной камере, причем кислород вместе с другими газообразными отходами выпускается наружу из наружного выпуска вторичной камеры, захватывая образовавшийся в данном процессе жидкий остаток.

9. Способ по п. 8, в котором на первой стадии газы из источника загрязнения поступают в основную камеру при температуре более 50°C, поступление газов облегчается под действием всасывающего усилия центробежного отводящего устройства, расположенного снаружи вторичной камеры.

10. Способ по любому из пп. 8 или 9, в котором на первой стадии газообразная масса вступает в контакт с завесой из насыщенного пара при температуре не более 100°C и давлении от 1 до 3 бар.

11. Способ по п. 8, в котором на третьей стадии выпускается наружу кислород вместе с газообразными отходами, поток выпускаемых газообразных отходов составляет не более одной десятой исходного потока газа, выходящего из источника загрязнения, причем выпуск кислорода вместе с газообразными отходами наружу вторичной камеры возможен благодаря высокомощному центробежному отводящему устройству.

12. Способ по п. 8, в котором на третьей стадии жидкий остаток, захваченный в данном способе, представляют собой, главным образом, глюкозу и другие химические соединения, которые молекулярно обогащены углеродными связями (крахмал и, возможно, целлюлоза), эти захваченные жидкие отходы выводятся через задвижку, расположенную в нижней части вторичной камеры.

13. Способ по п. 8, в котором основной жидкий остаток, образующийся в основной камере, может быть выведен через задвижку, расположенную в нижней части основной камеры, глюкоза (крахмал и целлюлоза), содержащиеся в этой остаточной жидкости, могут быть слиты и использованы для коммерческих целей.

14. Способ по п. 8, в котором температура внутри камеры превышает, в среднем, 40°C, газы насыщены влагой, водяной пар, распыляемый для создания паровой завесы, имеет максимальную температуру 100°C и давление менее 3 бар.