Теоретичні основи гетерофазних озонних процесів і технологія денітрифікації газових потоків

Радикали НО та НО2 (RO та RO2), очевидно, діють аналогічно до пероксиду свинцю (R`OOH + PbO2 R`OH+PbО+O2), збільшуючи ефективність і повноту переробки вуглеводнів і руйнуючи пероксиди в передполуменевий період. І в даному випадку макровплив при мікродомішках озону пояснюється ланцюговим механізмом:

R`OOH+HO2R`OH + HО+О2, (21)

R`OOH + HО R`ОН+HO2, (22)

R`OOH + RO2 R`OH +RO +O2. (23)

Лише асиміляцією радикалів НО та НО2 (RO та RO2) можна пояснити те, що озонна інтенсифікація процесу горіння не дає повного спалювання СО та інших токсичних сполук у фронті полум'я.

5. Особливий інтерес становлять зміни технічних характеристик при роботі двигуна на озонованому бензині: двигун легко заводиться в холодну пору року; при оптимальній дозі озону відсутня детонація при роботі на низькооктановому паливі; спостерігається стійка робота двигуна при ранньому і пізньому запалюванні; досягнуто підвищення потужності двигуна (до 5%) при тій самій витраті палива; при постійній потужності і кількості обертів спостерігається стабільна економія (до 11%) при переході на озоноване паливо. Останнє пов'язано з тим, що постійні характеристики двигуна при тих самих витратах палива досягаються в зоні вищих коефіцієнтів надлишку повітря.

Результати теоретичного аналізу та проведених досліджень озонної інтенсифікації процесу горіння рідкого палива були застосовані при проектуванні та створенні бортової технологічної системи генерування та використання озону. Перевірка роботи двигуна на озонованому паливі, а

також дослідження впливу дозування озону в ДВЗ проведені на діючому автомобілі ГАЗ-2410. Результати перевірки цілком підтвердили лабораторні і стендові випробування.

У сьомому розділі наведено основні технологічні розробки, виконані автором для практичної реалізації ГОМ:

1. Технологічна схема очищення коксового газу від оксиду азоту (II).

2. Технологічна схема вилучення NOх із відхідних газів малої потужності із використанням органічного розчинника.

3. Технологічна схема денітрифікації димових газів котлоагрегатів.

4. Технологічна установка гетерофазного озоно-радикального методу очищення ваграночних газів.

5. Принципова технологічна схема автономного живлення двигуна внутрішнього згоряння ОПС та озонованим паливом.

На рис.3 наведено опис технологічної схеми очищення коксового газу від оксиду азоту (II).

Газ відбирається з колектора коксового газу КГ після бензольних скруберів і газодувкою 1 подається у верхню частину АРТ 2, де газ очищується від NO озонованою водою. Очищений коксовий газ ОКГ сепарується в нижній частині апарата, проходить краплевіддільник 3, зворотний клапан 4 і повертається в колектор КГ. Атмосферне повітря (АП), яке забирається повітродувкою 13, надходить у блок осушування і очищення 14, де звільняється від органічних домішок, СО2, пилу та осушується.

У додатки, окрім методик аналітичного контролю, винесено: математичні методи обробки результатів експериментів; дані з рівноваги рідина рідина та рідина пара у системах з СCl4; результати термодинамічної перевірки даних з рівноваги за методами Херінгтона та Редліха Кістера; результати визначення коефіцієнтів активності з рівняння ВанЛаара; копії актів впровадження та актів розрахунків економічної ефективності; копії дипломів ВДНГ.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. На підставі вивчення сучасного стану проблеми денітрифікації газових потоків розглянуті всі альтернативні методи зниження вмісту NOх. Встановлено, що гетерофазний озонний метод відрізняється високою селективністю, ефективністю, технологічною простотою як при вилученні NOх з газових потоків, так і в процесах пригнічення утворення токсичних сполук при горінні.

2. Основними відмінностями гетерофазного озонного методу від раніше розроблених газофазних озонних процесів, які пройшли промислові випробування, є: можливість прямого синтезу нітратної кислоти; спільного окиснення NO і утворення НNO3 в одному об`ємі безпосередньо на стадії поглинання оксиду азоту (II); використання озоно-радикальних реакцій при абсорбції NO; зниження витратних норм озону. Таким чином, у роботі запропоновано та вивчено новий технологічний метод очищення газів від оксидів азоту, який можна класифікувати як “мокрий” абсорбційно-окиснювальний метод.

3. Для реалізації гетерофазного озонного методу очищення зроблено вибір розчинників: для багатотоннажних газових потоків запропоновано розчини озону у воді; для малотоннажних газових потоків, що містять органічні сполуки, водні та азотнокислі розчини тетрахлорметану (індиферентного стосовно окисників розчинника).

4. Для одержання робочих розчинів і здійснення процесу поглинання NOх експериментально визначені оптимальні умови одержання попередньо насичених озоном розчинів, які утворюються: шляхом барботажу озоно-повітряної суміші; при дроселюванні озонованих розчинів; при інжектуванні ОПС розчином; при розпиленні розчину ОПС.

5. На підставі сучасних уявлень про структуру молекули озону як бірадикала запропоновано змінення першої стадії механізму розкладання озону у водних розчинах. Супероксидний та озонідний іон-радикали, а також НО та НО2 синтезуються на першій стадії за реакціями з гідроксид-іоном:

О3 +ОН О3 + НО,

О3 +ОН О2 + НО2.

Далі іон-радикали вступають у реакцію з водою, і процес розкладання озону проходить за відомим механізмом. У цьому механізмі синтез радикала спрощується, кількість стадій розкладання скорочується.

6. З урахуванням коректування механізму розкладання озону у водних розчинах, а також у краплинно-повітряних струминних потоках розроблено теоретичну концепцію гетерофазного озонного методу абсорбції, що використовує озоно-радикальні процеси поглинання оксидів азоту:

О3 + NO NO2 + O2,

HO2 + NO HNO3,

HO + NO2 HNO3,

RO2 + NO RONO2.

7. Озоно-радикальні процеси, які проходять у розчинах, запропоновано використовувати для пригнічення утворення NO та інших токсичних сполук при інтенсифікації процесів горіння вуглеводнів різних видів палив:

RO2 + O RO + O2,

HO + O HO2,

HO2 + O HO + O2.

8. Вивчено можливі шляхи підвищення вмісту О2, О3 ,НО2 та НО в рідких середовищах: абсорбція в зоні розряду; фотоініціювання зони реакцій; дроселювання озонованих розчинів; коректування рН; збільшення Rt за озоном з використанням індиферентних розчинників. Для процесу абсорбції високу ефективність показали останні три методи.

9. На основі досліджень з ГОМ очищення визначено оптимальні умови вилучення NOx з коксового газу: час контакту фаз 0,4 с; питомі витрати поглинача від 20 до 65 дм3/м3; лінійну швидкість газу в конфузорі від 30 до 50 м/с; молярне співвідношення О3:NO не більше 20:1.

10. При суміщенні процесів дроселювання (АРТ) попередньо насичених озоном розчинів і корекції рН (рН = 9,5 0,5) та оптимальних умов роботи апарата досягнуто, практично, повне перетворення NO у HNO3 при концентрації NO у газовій фазі від 1 до 20 см3/м3.

11. Рівняння ступеня окиснення оксиду азоту (II) і ступеня вилучення NO у вигляді HNO3, а також залежність змінення параметрів ступеня окиснювальності в рідкій фазі і ступеня абсорбції в газовій фазі підтверджує справедливість запропонованої концепції ГОМ.

12. Визначено прямопропорційну залежність питомих витрат рідкої фази від концентрації озону у початковому розчині. Підвищення Rt на порядок (при переході від водних розчинів до розчинів з тетрахлорметаном) приводить до зменшення більше ніж у три рази.

13. Знайдено значення коефіцієнтів об`ємної швидкості абсорбції КV та їх залежність від висоти та об`єму абсорбційної зони: КV = (631h+0,02), де змінюється в межах від -0,6 до -0,82; від питомої витрати рідкої фази і лінійної швидкості газу в конфузорі: КV = 19450,220,28. Ці залежності підтверджують великий вплив дифузійних факторів у хемосорбційному процесі.

14. Визначено коефіцієнти прискорення масообміну процесу абсорбції оксиду азоту (II) при різних концентраціях озону в рідкій фазі: для водних розчинів (для СоNO=120 см3/м3) досягла 3,064; при підвищенні концентрації оксидів азоту (для СоNO=150250см3/м3) величина зростає до 4,14-4,69; для озонованих водно-кислотних розчинів ССl4 9. Вплив радикалів RО2 незначний: для озонованих циркуляційних водних розчинів збільшується від 3,064 до 3,745.

15. Вперше запропоновано проводити кислотоутворення в ОРКП потоці. Процес здійснено в такій послідовності стадій: абсорбція озону з ОПС в потоці; розкладання озону до радикалів корекцією рН; хемосорбція оксиду азоту (II), яка проходить до утворення нітратіона. Досягнуто зменшення витратних норм за озоном на 11-28%.

16. Для корекції рН ОРКП потоку при очищенні димових газів запро-поновано використовувати сульфіт-гідросульфітний лужний розчин у струминному газопромивнику, суміщеному з трубою Вентурі.

17. Досліджено вплив різноманітних домішок (H2S, C2H4,SO2), що містяться в газових потоках на ступінь вилучення NOx і зміни поглинальних властивостей регенераційних розчинів при ГОМ.

18. З використанням ОРКП дуття досліджено процес пригнічення утворення токсичних домішок при горінні газоподібних насичених вуглеводнів. Процес здійснювався шляхом ефективної підготовки паливно-повітряної суміші в передполуменевий період за рахунок озоно-радикальної активації дуття. Вперше встановлено, що в процесі озоно-радикальної активації горіння вуглеводнів спостерігається одночасне зниження вмісту оксиду азоту (II), оксиду вуглецю (II) та вуглеводнів.

Запропоновано механізм пригнічення утворення NOх за рахунок зростання вмісту радикалів НО2 у передполуменевий період. Визначено часові характеристики “життя” радикалів в ОРКП дутті залежно від рН, а також витратні норми за озоном. ГОМ дозволяє уніфікувати і ліквідувати недоліки відомого паро-водяного методу пригнічення NOх при горінні палива.

19. За рахунок синтезу додаткових радикалів RO і RO2 при озонолізі олефінових вуглеводнів спостерігалося збільшення потужності двигуна (на 5%), зниження витрат палива (до 11%), зростання октанового числа палива (на 8-10 од.), зниження токсичності газів, що відпрацювали (до 80%), за оксидами азоту, оксидом вуглецю (II), вуглеводнями, сажею, альдегідами.

Розглянуто й обґрунтовано механізми реалізації озоно-радикального дуття, що дозволяють при мікродозуванні окисника досягти макровпливу на повноту згоряння вуглеводнів рідкого палива і поліпшення технічних показників двигуна внутрішнього згоряння.

20. Розроблено принципову технологічну схему автономного живлення озоно-повітряною сумішшю двигуна внутрішнього згоряння. Підібрано матеріали діелектрика для комірки, що генерує озон; розраховано, розроблено і створено електронний вузол, що охолоджує блок автомобільного генератора озону; технологічну схему автономного живлення; запропоновано методику підвищення потужності озонатора шляхом лазерної обробки поверхні діелектрика.

21. Розроблено технології очищення газів від оксидів азоту, які базуються на гетерофазному озонному методі: технологічна схема очищення коксового газу від оксиду азоту (II); технологічна схема вилучення NOх із відхідних газів малої потужності з використанням органічного розчинника; технологічна схема денітрифікації димових газів котлоагрегатів; технологія гетерофазного озоно-радикального методу очищення ваграночних газів; принципова технологічна схема автономного живлення двигуна внутрішнього згоряння ОПС та озонованим паливом.

Таким чином, гетерофазний озонний метод інтенсифікації окисних процесів є технологічно ефективним і економічно вигідним як для абсорбційних систем очищення газових потоків, так і в технології денітрифікації і детоксикації при горінні газоподібного і рідкого палив.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО У ПРАЦЯХ

1. Столяренко Г.С. Озонные методы снижения токсичности газов // Журнал физической химии. 1992. Т.66, №4. С.889-893.

2. Столяренко Г.С. Розкладання озону у водних системах газ-рідина // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. 1998. №8. С.10-12.

3. Столяренко Г.С. Механизм реакции хемодеструкции озона в гетерофазных окислительных процессах // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту. 1999. №2. С.93-96.

4. Столяренко Г.С., Столяренко Т.Е. Изучение растворимости озона в азотнокислых насыщенных растворах четыреххлористого углерода // Известия вузов: Химия и химическая технология. 1976. Т.19, №10. С.1613-1614.

5. Столяренко Г.С., Столяренко Т.Е., Михайлюк Л.Н. Исследование фазового равновесия в системе двуокись азота - четыреххлористый углерод // Известия вузов: Химия и химическая технология. 1976. Т.19, №11. С.1786-1787.

6. Столяренко Т.Е., Столяренко Г.С. Использование озона для извлечения окислов азота из отходящих газов // Очистка промышленных выбросов и техника безопасности на химических предприятиях. 1976. №3. С.13-15.

7. Столяренко Г.С., Маркова Н.Н. Очистка коксового газа от окиси азота // Кокс и химия. 1982. №2. С.28-30.

8. Столяренко Г.С. Оптимізація системи зниження токсичності димових газів вагранки // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. 1998. №7. С.3-5.

9. Столяренко Г.С. Очищення коксового газу від оксиду азоту // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту. 1999. №1. С.98-104.

10. Столяренко Г.С. Інтенсифікація процесу горіння газоподібного палива //Вісник ДУ “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. 1999. №374. С.26-30.

11. Столяренко Г.С., Громико А.В., Астрелін І.М. Зниження токсичності відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згорання // Труды Одесского поли-технического университета. Одесса.:ОГПУ,1999. Вып.1(7). С.145-149.

12.Фоміна Н.М., Столяренко Г.С. Раціональна технологія водопідготовки // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. 1997. №19. С.8-9.

13. Фомина Н.М., Столяренко Г.С. Оптимизация работы систем водооборотного цикла гидрозолоудаления тепловых электростанций // Химическая промышленность. Серия: Актуальные вопросы химии и химический технологии. Черкассы.: НИИТЭХИМ,1998. Вып.2. С.23-25.

14. АльНаджар Х.М., Столяренко Г.С., Клименко Т.В. Електроакти-ваційний метод очищення та опріснення води // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. 1997. №16. С.48-50.

15. Столяренко Г.С. Механизм химических ионно-радикальных реакций в гетерофазних озонных системах Н2О-О3-О2-NOx-SO2 // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту. 1999. №3. С. 81-85.

16. Аль-Наджар Х. М., Столяренко Г.С. Озонирование как метод очистки слабоминерализованных подземных вод // Меліорація і водне господарство. К.: Аграрна наука,1998. Вип. 85. С.107-112.

17. Столяренко Г.С., Астрелін І.М. Гетерофазний озонний метод видалення оксиду азоту із димових газів // Наукові вісті Національноготехнічного університету України “Київський політехнічний інститут. 2000. №1(9). С.142-145.

18. Столяренко Г.С., Громико А.В. Інтенсифікація процесу горіння бензину у двигуні внутрішнього згорання // Хімічна промисловість України. 1996. №1. С.23.

19. Столяренко Г.С. Электрокаталитический ионно-радикальный метод кондиционирования дымовых газов // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту. 1999. №4. С. 116-119.

20. Столяренко Г.С. Механизм реакций озонной интенсификации процесса горения жидкого топлива // Вопросы химии и химической технологии. 2000. №1. С.223-225.

21. Столяренко Г.С. Озоновий метод очистки коксового газу від оксиду азоту // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. 1998. №7. С.5-7.

22. Столяренко Г.С. Інтенсифікація процесу горіння рідкого палива озоновим методом // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. 1998. №8. С.8-10.

23. Фомина Н.М., Столяренко Г.С. Разработка технологии очистки производственных сточных вод, содержащих красители // Химическая промышленность. Серия: Актуальные вопросы химии и химический технологии. Черкассы.: НИИТЭХИМ, 1998. Вып.2. С.42-48.

24. Столяренко Г.С. Озоновий метод очистки димових газів котлоагрегатів від оксидів азоту // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. 1998. №7. С.7-8.

25. Столяренко Г.С., Фоміна Н.М., Громико А.В. Одержання якісної питної води // Хімічна промисловість України. 1996. №1. С.29.

26. Столяренко Г.С., Клименко Т.В., Аль-Наджар Х. М. Мембранна технологія в утворенні безвідходних хімічних виробництв // Експрес -новини: наука, техніка, виробництво. 1997. №15. С.50-52.

27. А.с. 822873 СССР, МКИ В 01 J 8/02. Способ очистки отходящих газов от сернистого ангидрида / Г.С.Столяренко, Т.Е.Столяренко, Л.Ф.Александрова, Н.Н.Солдатченко, Е.И.Кагакин (СССР). №2621409/23-26; Заявл. 01.06.78; Опубл. 23.04.81, Бюл.№15. 4с.

28 А.с.1240943 СССР, МКИ F 02 M 25/10. Способ питания двигателя внутреннего сгорания / Г.С.Столяренко (СССР). №3710524/25-06; Заявл.11.03.84; Опубл. 30.06.86, Бюл. №24. 2с.

29. А.с.1453120 СССР, МКИ F 23 D 21/00, F 23 С 11/00. Способ сжигания топлива / Г.С.Столяренко, Ю.А.Крыжановский, Л.Н.Кравчук (СССР). №4256305/24-06; Заявл.02.06.87; Опубл. 23.01.89, Бюл.№3. 2с.

30. А.с. 461533 СССР, МКИ В 01 D 53/16, С 01 В 21/38. Способ очистки хвостовых газов от окислов азота / Г.С.Столяренко, Т.Е.Столяренко,

Н.К.Цельм, Г.К.Ильин (СССР). №1776594/23-26; Заявл. 24.04.72; Опубл. 28.10.74. 3с.

31. А.с. 836835 СССР, МКИ В 01 D 53/14, С 01 В 21/20. Способ очистки отходящих нитрозных газов от окислов азота / Г.С.Столяренко, Т.Е.Столя-ренко (СССР) №2107329/23-26; Заявл.24.02.75; Опубл. 06.02.81. 5с.

32. А.с.1151279 СССР, МКИ В 01 D 53/54. Способ очистки газовых смесей от токсичных газообразных отходов / В.Е.Чмовж, Г.С. Столяренко, С.С.Новоселов, М.И. Кудинов.(СССР). №3604728/24; Заявл.01.04.83; Опубл. 22.12.84. 5с.

33. А.с.799280 СССР, МКИ В 01 D 21/20. Способ окисления окиси азота / Г.С.Столяренко, Е.И.Кагакин, Н.М.Булыгин (СССР). №2713240/23-26; Заявл. 15.01.79; Опубл. 22.09.80. 5с.

34. А.с. 1036347 СССР, МКИ В 01 D 35/06, В 01 D 51/00. Электрофильтр / Г.С. Столяренко, Е.И. Кагакин., Б.К.Кретов (СССР). №3431995/22-26; Заявл. 30.04.82; Опубл. 23.08.83, Бюл. №31. 5с.

35. Пат. 2016840 России, МКИ В 01 D 53/16. Диэлектрик с микрорельефом на его поверхности преимущественно для озонаторов / А.Н.Шумский, В.М.Еськов-Сосковец, Г.С.Столяренко (Украина). №4928929; Заявл. 26.02.1991; Опубл. 01.04.94, Бюл.№14. 3с.

36. Пат.2023746 России, МКИ B 01 D53/16. Устройство для электронно-лучевой обработки обьектов / А.Н.Шумский, В.М.Еськов-Сосковец, Г.С.Столяренко (Украина) . №4914456; Заявл. 26.02.91; Опубл. 11.09.94, Бюл. №22. 3с.

37. Пат. №1819250 России, МКИ В 01 D 53/16. Способ изготовления микрорельефа на диэлектрической поверхности / А.Н.Шумский, В.М. Еськов-Сосковец, Г.С.Столяренко (Украина). №4928927; Заявл. 26.02.91; Опубл. 11.06.93, Бюл. №20. 4с.

38. Пат. №22372А України, МКИ А 61 К 33/00, С 07 С 45/79. Спосіб екстракорпоральної електрохімічної детоксикації крові / О.Л.Федорук, Г.С.Столяренко, А.В.Громико, В.О.Бойко (Україна). №97052383; Заявл. 23.05.97; Опубл. 03.03.98, Бюл. №3. 5с.

39. Изучение влияния малых доз озона на работу карбюраторного двигателя внутреннего сгорания / Столяренко Г.С.; Черк.фил.КПИ. Черкасы, 1991. 49 с. Рус. Деп. в ОНИИТЭХИМ Черкассы 11.03.91, №451-ХП 91.

40. Высокоэффективный метод извлечения оксида азота из потока коксового газа / Столяренко Г.С.; Черк. Фил. КПИ. Черкасы,1992. 33с. Рус. Деп. в ОНИИТЭХИМ Черкассы 19.02.92., №93-ХП 92.

41. Столяренко Г.С., Кагакин Е.И. Исследования процесса окисления сернистого ангидрида электроконтактным методом // Труды I Республиканской конференции “Проблемы окружающей среды”. Кемерово: КузПИ. 1979. С.494.

42. Столяренко Г.С., Кагакин Е.И. Исследование процесса окисления двуокиси серы в тихом электрическом разряде // Тезисы докладов Всесоюзного совещания “Физико-химические основы и экологические проблемы использования отходов, добычи и переработки твердых горючих ископаемых”. М: Инст.горючих ископ. 1980. Ч.2. С.50.

43. Столяренко Г.С. Применение озона при очистке газов от кислых примесей // Тезисы докладов Всесоюзного совещания “Физико-химические основы и экологические проблемы использования отходов, добычи и переработки твердых горючих ископамеых. М: Инст.горючих ископ. 1980. Ч.2. С.14-15.

44.Столяренко Г.С., Маркова Н.Н. О селективности гетерофазного озонирования при извлечении окиси азота от коксового газа // Тезисы докладов Всесоюзного семинара по химии озона. Тбилиси: АН Груз. ССР. 1981. С.128.

45. Столяренко Г.С., Кагакин Е.И. Использование озона для извлечения окислов азота и серы из дымовых газов тепловой электростанции // Тезисы докладов Всесоюзного семинара по химии озона. Тбилиси: АН Груз.ССР. 1981. С.129.

46. Столяренко Г.С. Утилизация отходящих нитрозных газов // Тезисы докладов Межотраслевого совещания “Разработка и внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов и производств в химической промышленности”. Черкассы: НИИТЭХИМ. 1983. С.153-155.

47. Минаев Б.Ф., Столяренко Г.С. О роли промежуточных триплетных бирадикалов в механизме озонолиза олефинов // Труды второй Всесоюзной конференции “Озон. Получение и применение”. М: МГУ. 1991. С.104-105.

48. Минаев Б.Ф., Столяренко Г.С. Спин-орбитальное взаимодействие в промежуточных бирадикалах реакции озонолиза олефинов // Труды Х-го Всесоюзного совещания по квантовой химии. Казань: КГУ. 1991. С.31.

49. Столяренко Г.С. Интенсификация процессов озонирования при разработке системы очистки отходящих газов // Материалы ХV Менделеевского съезда по общей и прикладной химии “Химические проблемы экологии”. Том 3. Минск: Навука і тэхніка. 1993. С.246-248.

50. Столяренко Г.С. Снижение содержания токсичных примесей в отходящих дымовых газах котлоагрегатов // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції “Розвиток технічної хімії в Україні”. Вип.1. НАН України. 1995. С.141.

51. Столяренко Г.С., Фомина Н.М. Очистка ваграночных газов // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції “Розвиток технічної хімії в Україні”. Вип.1. НАН України. 1995. С.176.

52.Столяренко Г.С., Громико А.В. Интенсификация процесса горения бензина в двигателе внутреннего сгорания // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції “Розвиток технічної хімії в Україні”. Вип.1. : НАН України. 1995. С.138.

Столяренко Г.С. Теоретичні основи гетерофазних озонних процесів і технологія денітрифікації газових потоків. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.01 технологія неорганічних речовин. - Національний технічний університет України (КПІ), Київ, 2000.

Дисертацію присвячено питанням розробки гетерофазного озонного методу зниження вмісту оксиду азоту (II) у газових потоках і технологічному оформленню процесів абсорбційного очищення газів, а також пригнічення утворення оксидів азоту при горінні вуглеводнів газоподібного і рідкого палив.

Розроблено новий напрямок в озонній технології вилучення оксиду азоту (II) із газів, що ґрунтується на синтезі кисневмісних радикалів і хемосорбції NOх з утворенням нітратної кислоти безпосередньо в зоні абсорбції. Розроблено процеси зменшення утворення оксидів азоту, а також супровідних токсичних сполук, які утворюються при горінні вуглеводнів, засновані на дозуванні озоно-радикального потоку в передполуменеву зону.

Запропоновано нові технологічні схеми реалізації гетерофазного озонного методу. Основні результати роботи знайшли застосування при проектуванні промислових і дослідно-промислових установок для очищення газів від оксидів азоту.

Ключові слова: очищення, оксиди азоту, озоновмісні розчини, кисневмісні радикали, хемосорбція, горіння вуглеводнів.

Столяренко Г.С. Теоретические основы гетерофазных озонных процессов и технология денитрификации газовых потоков. Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.17.01 - технология неорганических веществ. Национальный технический университет Украины (КПИ), Киев, 2000.

Диссертация посвящена вопросам разработки гетерофазного озонного метода снижения содержания оксида азота (II) в газовых потоках и технологического оформления процессов абсорбционной очистки газов, а также подавления образования оксидов азота при горении углеводородов газообразного и жидкого топлив.

Разработано новое направление в озонной технологии извлечения оксида азота (II) из газов. Оно основано на использовании предварительноозонированных растворов, в которых достигаются оптимальные условия синтеза и создания повышенных концентраций кислородсодержащих радикалов. Основными факторами, регулирующими содержание радикалов в жидкой фазе перед стадией хемосорбции, были изменение рН растворов и дросселирование. Критериями эффективности хемосорбции являлись: степень извлечения NO и степень превращения NO в NO3.

Установлены оптимальные условия избирательной хемосорбции микроконцентраций NO из коксового газа, при реализации которых в аппарате распыливающего типа для концентраций 1-20 см3/м3 достигнута 99-99,5%-ая степень очистки газа и 97-97,25%-ое превращение NO в NO3 по озонно-радикальному механизму.

Повышение коэффициента распределения озона путем увеличения концентрации азотной кислоты, а также замены водных растворов озона на озонированные азотнокислые растворы CCl4 при постоянной степени очистки приводит к пропорциональному падению удельного расхода жидкой фазы.

Изучены вопросы рециркуляции поглотительного раствора, влияния примесей коксового газа на степень извлечения оксида азота (II).

Исследована струевая технология подготовки предварительно насыщенных озоном жидких фаз (для очистки дымовых газов) путем инжектирования. Коррекция рН озоно-радикальной капельно-воздушной струи дает возможность устранить дефицит радикалов. Оптимальное значение рН находится в пределах 9,0-10,5 и приводит к соотношению NO3 к NO2 в отходящей жидкой фазе 99:1. Предложено проводить совместную очистку газов от NOx и SO2 с использованием (для коррекции рН) сульфит-гидросульфитного аммиачного раствора.

Установлено, что гетерофазный озонный метод (по сравнению с газофазными) дает возможность: снизить расходные нормы по озону; в качестве конечного продукта получить из NO азотную кислоту (или нитраты) непосредственно на стадии очистки.

Проведена математическая обработка результатов исследования абсорбционных процессов. Получены значения коэффициентов ускорения абсорбции, зависимости степени абсорбции и объемного коэффициента скорости абсорбции от различных факторов.

Изучены процессы утилизации поглотительных растворов и деминерализации воды рецикла, определены оптимальные условия регенерации растворителя.

Показано, что озоно-радикальный капельно-воздушный поток, содержащий гидропероксидные радикалы, может быть использован для ассимиляции кислородных радикалов в предпламенный период. Этот процесс приводит к снижению образования “термических” оксидов азота при горении углеводородов газообразного топлива. Определены зависимости степени подавления образования NOx от времени “жизни” радикалов, от рН раствора, массового соотношения окислителя и подаваемого топлива. Технология подавления образования токсичных соединений с озонной интенсификацией процесса горения прошла проверку при работе вагранки.

Эффективность влияния микродоз озона на интенсификацию горения углеводородов жидкого топлива, на комплексное снижение содержания токсичных соединений в отработавших газах изучена на стендовой установке и при работе серийного двигателя. На основании гетерофазного озонного метода и полученных экспериментальных данных рассмотрены механизмы снижения содержания оксидов азота и углерода, углеводородов, сажи и альдегидов в отработанных газах с учётом синтеза кислородсодержащих радикалов в зоне горения. Показано, что озонная интенсификация процессов помимо снижения токсичности приводит к повышению мощности двигателя, снижению затрат топлива и оптимизации работы двигателя на озонированном бензине.

На основании приведенных исследований разработаны новые технологии снижения содержания токсичных примесей в газовых потоках. Основные результаты работы нашли внедрение при проектировании промышленных и опытно-промышленных установок по очистке газов от оксида азота (II).

Ключевые слова: очистка, оксиды азота, озонсодержащие растворы, кислородсодержащие радикалы, хемосорбция, горение углеводородов.

Stolyarenko G.S. Theoretical foundations of heterophaseous ozonous processes and he technology of denitrification of gas streams.-Manuscript.

The thesis submitted for a doctor's dregree, specialty 05.17.01 technology of inorganic substances. National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”, Kiev, 2000.

The thesis deals with the problem of working out the heterophaseout ozonous method of nitrogen oxide (II) in gas streams and technological design of the processes of absorbing purification of gasses as well as the depression of nitrogen formation at burning of hydrocarbons of gaseous and liquid fuels.

A new trend in ozone technology of extracting nitrogen oxide (II) from gases has been worked out. It is bases on the syntesis of radicals containing oxygen and hemosorbtion of NOx with the formation of nitric acid in the very zone of absorbtion. The processes of the depression of nitrogen oxides formation of dtendant toxic compounds which are formed at burning hydrocarbons bases on the dosing of ozone and radical streams into the pre-flaming zone have also been worked out.

New technological diagrams of using the heterophaseous ozone method have been suggested .The main results of the work have found application in designing industrial and experimental-industrial installations for purifying gases from nitrogen oxides.

Key words: purification, nitrogen oxides, substances containing ozone, radicals containing oxygen, hemosorbtion, burning hydrocarbons.

Размещено на Allbest.ru