CC BY
44
УДК 66.097.3.-039.672
Е. Р. Говоруха*, С. А. Винникова, А. Ю. Петров, Н. В. Нефедова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: [email protected]
ФИНИШНАЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ОЗОНА В СИСТЕМАХ ГАЗООЧИСТКИ
С целью изучения возможности нейтрализации озона на стадии финишной очистки в туннелях глубокого залегания исследованы образцы катализаторов на основе феррита марганца. Синтез образцов осуществлялся из оксалатов железа и марганца, в качестве флюса были выбраны оксалат, карбонат и тартрат аммония. Изучение активности синтезированных катализаторов в реакции детоксикации озона проводилось на образцах в интервале температур от 200 до 1000°С. Изучение активности синтезированных образцов в реакции нейтрализации озона осуществлялось в интервале 25-80°С.
Ключевые слова: система газоочистки, детоксикация озона, нейтрализация озона, ферритовые катализаторы, каталитическая активность.
Загрязнение атмосферного воздуха выхлопными газами является актуальнейшей проблемой столицы. В составе выбросов в атмосферу выхлопных газов автомобильного транспорта содержится более 280 соединений. Это в основном, газообразные вещества, многие из которых, по своим химическим свойствам и характеру воздействия на организм человека, являются токсичными. По данным Всемирной организации здравоохранения основные загрязнители этих выбросов в количествах, превышающих предельно допустимые
концентрации (ПДК), способствуют развитию заболеваний дыхательной, сердечно-сосудистой и нервной систем, онкологических патологии [1].
При подборе технологий для создания системы газоочистки выбросов автодорожных тоннелей был проведен анализ уже существующих аналогичных систем, а также проанализированы стандартные технологические решения. Производители элементов
газоразрядного очистительного комплекса «ГРОК» имеют большой опыт в производстве подобного оборудования [2].
Газоразрядный очистной комплекс «ГРОК» состоит из четырех однотипных систем газоочистки. Типовая камера тоннеля оснащена системой газоочистки, имеющей в своем составе три основных блока:
Блок пылеочистки - состоит из двух ступеней:
1-ая ступень - система тканевых фильтров для грубой очистки от пыли и взвешенных частиц.
2-ая ступень - система тканевых фильтров для тонкой очистки от взвешенных частиц и аэрозолей.
Плазмо-каталитический блок - состоит из двух ступеней:
3-я ступень - плазмохимическое разрушение вредных компонентов вентиляционных выбросов.
4-ая ступень - каталитическое разложение газообразных загрязнителей.
Блок финишной очистки:
Технологическое обеспечение работы основных блоков комплекса «ГРОК» обеспечивают вспомогательные блоки и оборудование:
1. Блок АСУТП;
2. Электротехнический блок;
3. Блок регенерации;
4. Система приточно-вытяжной вентиляции вспомогательных помещений [3].
На финишном этапе работы комплекса «ГРОК» используется система САМСАRВ, производимая во Франции компанией Camfil International АВ, Швеция. CAMCARB в каждой камере газоочистки состоит из 144 стандартных сборок по 16 цилиндров (итого 2304 цилиндров САМСАRВ-СС-3500) заполненных композитным составом.
Синтезируемый в газовом разряде плазмо-каталитического реактора озон, который на предыдущем этапе очистки разрушает токсичные вещества до менее токсичных, далее попадает на низкотемпературный композитный катализатор КНК, где разрушается на активный атомарный и молекулярный кислороды.
Основной функциональной задачей блока финишной очистки является нейтрализация технологического озона, полученного в ПКБ. Второстепенная задача - дополнительная нейтрализация остаточных токсичных
компонентов, содержащихся в газо-воздушной смеси, после прохождения предыдущих ступеней очистки [4].
Образцы катализатора для лабораторного эксперимента получали термолизом при 900°С смеси органических солей соответствующих металлов, для контроля атмосферы в зоне синтеза в указанную смесь дополнительно вводили флюсы - органические соли аммония. Исследовали особенности термолиза
органических солей металлов в
восстановительной атмосфере.
Смесь исходных реагентов тщательно перемешивали и диспергировали, с целью
увеличения однородности исходной шихты и сокращения диффузионного пути перед термолизом. Образцы нагревались вместе с печью в течение 1 часа до требуемой температуры и обжигались при этой температуре в течение различного времени, до 9 часов. После прокаливания образцы остывали вместе с выключенной печью, также в течение 1 часа, после чего выгружались в эксикатор со смесью силикагеля и цеолита, заполненный высокочистым азотом или аргоном, где они естественным образом остывали до комнатной температуры, остывшие образцы диспергировали.
Озон синтезировался барьерным разрядом. Барьерный разряд - наиболее эффективный генератор озона. Под барьерным разрядом понимают разряд, возникающий между двумя диэлектриками или диэлектриком и металлом. Из-за того, что электрическая цепь разорвана диэлектриком, питание осуществляется только переменным током.
Перед синтезом катализатора были проведены дериватографические исследования, температурный интервал исследования от 20 до 1300°С, исходными образцами были оксалаты соответствующих металлов и флюс, которым являлся оксалат аммония, анализ полученных результатов показал наличие тепловых эффектов в интервале от 100 до 950 °С. Образцы готовились из оксалатов соответствующих металлов с добавлением шихты смеси карбоната, оксалата и тартрата аммония в количестве 40% масс. от веса образца.
В ходе работы протекают реакции: ;2+2Ка2820з=Ка2840б+2Ка; (1), 2К1+0з+Н20=2К0Н+02+12 (2), зная количество вещества тиосульфата натрия, мы по уравнению (1) находим содержание йода, и, подставив в уравнение (2) определяем количество вещества озона. Откуда мы находим:
т(03)= 0,000275*48*4(в пересчете на час)=0,0528г/час.
Укат = 1 см3, при скорости 1,8 м3/ч.
Данные характеристики нанокатализатора обусловлены тем, что молекулы реагента быстро адсорбируются наночастицами и медленно десорбируются. При этом, имеют высокую поверхностную подвижность и, следовательно, большую скорость реакции на поверхности, а при реакции образуются молекулы эффективной структуры, при которой скорость десорбции резко возрастает. Так как, эти условия в наносистеме реализуются с большей вероятностью, чем в макросистеме, то нанокатализатор имеет повышенную активность.
О -1-1-1-1-1-1-1-г-
200 300 400 500 600 700 S00 900 1000
t,°C
Рис.1. Сравнение зависимости активности от времени активации при 25°С (2,3,4 ч. выдержка)
100 90 S0 70 60 50
ад
30 20 10 о
"3JT"
-70Д
72,7
—-v-36 Щ
-23,-6-
-1-1-1-1-1-1-1-1-1
300 400 500 600 700 800 900 1000
-25'С
-505С
-70'С
-80'С
Рис. 2. Зависимость активности от условий термолиза для различных температур
У а
45,4
33 7
36/ к 35,1
1 г; 1, 1
2 ,7 L 2 5,1 26,1
2 ,9 1,3
: i 1,9
5,а к
О 15 30 ¿5 GC 75 90 105 120 135
t,°C
Рис. 3. Активность катализатора от времени активации для различных температур
Таблица 1. Характеристика синтезированных образцов феррита марганца
Fe-Mn
№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Время прокаливания, час 3 3 3 3 3 3 3 3 6 9 3
Температура прокаливания, °C 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Говоруха Евгения Романовна, студентка 4 курса факультета Технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Винникова Светлана Андреевна, студентка 4 курса факультета Технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Петров Антон Юрьевич, старший преподаватель кафедры Стандартизации и инженерно-компьютерной графики РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Нефедова Наталья Владимировна, к.т.н., доцент факультета Технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Razumovskii S.D., Zaikov G.E. Ozone and its Reactions with Organic Compounds. Elsevier, Amsterdam, 1984, 402 p.
2. Sinha A., Imre D., Goble H.J. et all. // J. Chem. Phys. - 1986. - V. 84 - № 11. - P. 6108.
3. Atkinson R., Garter W.P.L. // Chem. Rev. - 1984. - V. 84 - № 5. - P. 437.
4. Popovich M.P., Samoilovich V.G., Filippov Y. V. // News. Mosk. Univ. Ser. Chemistry. MSU publishing house -1966. - №. 5. - P.7.
Govoruha Evgenia Romanovna*, Vinnikova Svetlana Andreevna, Petrov Anton Yurievich, Nefedova Natalia Vladimirovna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
FINISHING NEUTRALIZATION OZONE IN THE GAS CLEANING SYSTEM
Abstract
To explore the possibility of neutralizing the ozone at the stage of finish cleaning the tunnels deep-lying samples investigate of the catalysts based on manganese ferrite. Synthesis of samples was carried out from the oxalates of iron and manganese as a gumboil was chosen oxalate, carbonate and tartrate of ammonium. Studies the activities of the synthesized catalysts in the reaction of detoxification of ozone were carried out on samples in the temperature range from 200 to 1000°C. Study the activity of the synthesized samples in the neutralization of ozone was in the range 25-80°C.
Key words: gas cleaning system, detoxification ozone, neutralization of ozone, ferrite catalysts, catalytic activity
