2VZE_s5_dop18

Technisch Universit채t Dresden

Типовий склад газових викидів палива та двигунів

Паливо Двигун

Паливо Двигун

NOx (ppm)

НС (ppm)

СО (ppm)

Н2 (ppm)

900 1135

350 30

5000 490

1700 -

O2 (%)

CO2 (%)

H2 O (%)

SO2 (ppm)

0,5 4-12

10 11

10 12

15-60 20

Євро стандарти газових викидів легкових машин (г/км).

Рівні

Дата

СО

НС

НС+NO

NOx

Євро 1 Євро 2 Євро 3 Євро 4 Євро 5

1992 1996 2000 2005 2008-2010

2,72 2,2 2,30 1,0 1,0

0,20 0,10 0,075

0.97 0.5 -

0.15 0.08 0.06

Методи знешкодження Абсорбція водними розчинами активних речовин

СКВ (селективно-каталітичне відновлення)

Адсорбція на мікропористих адсорбентах

Цеоліти як Адсорбенти

Критичний діаметр молекул Молекули

Діаметр молекул (нм)

Гелій (He)

0.2

Кисень (O2)

0.3

Азот (N2)

0.32

Оксид сульфуру ІV (SO2) Водень (H) Вода (H2O) Оксид вуглицю ІV(CO2) Хлор (Cl2)

0.34 0.25 0.3 0.33 0.38

Оксид азоту ІІ (NO)

0.36

Оксид азоту ІV (NO2)

0.37

Обрані цеоліти Система каналів

13Х

|Na88| [Si104Al88O384] LiLSX

|Li96| [Si96Al96O384]

KA

К+12 (H2O)27|8 [Al12Si12 O48]8 -LTA

Експериментальне устаткування

Схематичне зображення експериментального устаткування D1, D2, D3 – витратоміри; S1, S2 – вимірювачі витрати потоку мильних пузирів; H1, H2 – крани; TI – термопара; M1, M2 – манометри; N голчастий вентиль.

y, % 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 t, хв 0,0 0

1

2

3

4

5 л/год

5

10 л/год

6

7

8

15 л/год

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом на цеоліті 13X при зміні витрати газу

9

10

y, % 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 t, хв 0,0 0

2

4 298 К

6 308 К

8 318 К

10

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом на цеоліті 13X при зміні температури

12

y, % 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 t, хв 0,0 0

2

4

6 5 л/год

8 10 л/год

10 15 л/год

12

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом на цеоліті LiLSX при зміні витрати газу

14

16

y, % 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 t, хв 0,0 0

1

2

3

4

5

298 К

6

308 К

7

8

9

10

318 К

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом на цеоліті LiLSX при зміні витрати газу

11

12

13

y,% 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

t, хв 0,0

1,0

2,0

3,0 5 л/год

4,0

5,0

10 л/год

6,0 15 л/год

7,0

8,0

9,0

10,0

20 л/год

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом на цеоліті KA при зміні витрати газу

11,0

12,0

y, % 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0

t, хв 1,0

2,0 298 K

303 K

3,0 308 K

4,0 313 K

5,0 318 K

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом на цеоліті KA при зміні температури

6,0

Розрахунок адсорбційної ємності цеолітів

tH

mad

де

ttot =

Vtot ⋅ Pads ⋅ Tk F ⋅ P0 ⋅ Tads

FP0 M NO = ∆Cdt ∫ RTk t tot - час смерті, год;

t H - час насичення

адсорбенту, год; F - витрата газу, м3/год; M NO - молярна маса, г/моль; Tk - температура навколишнього середовища, К; Tads - температура

адсорбенту, К; ∆C - зміна концентрації; Vtot - об’єм апаратури (50 мл), P0 , Pads - нормальний тиск і тиск на адсорбенті, Па.

mNO, г 45,0

Т=298 К Т=303 К Т=308 К Т=313 К Т=318 К Т=323 К

40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0

F, л/год

0,0

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

Залежність маси поглинутого монооксиду азоту на цеоліті 13Х від зміни витрати газу при різній температурі

Т=298 К Т=303 К Т=308 К Т=313 К Т=318 К Т=323 К

mNO, г 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0

F, л/год

0,0 2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

Залежність маси поглинутого монооксиду азоту на цеоліті LiLSX від зміни витрати газу при різній температурі

mNO, г 40,0

Т=298 К Т=303 К Т=308 К Т=313 К Т=318 К Т=323 К

35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0

F, л/год

0,0 2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20

22,5

25

Залежність маси поглинутого монооксиду азоту на цеоліті КА від зміни витрати газу при різній температурі

МОДЕЛЬ ЗЕРНА

ЦИКЛІЧНА АДСОРБЦІЯ

АДІАБАТИЧНА АДСОРБЦІЯ

АДСОРБЦІЯ НА РУХОМІЙ НАСАДЦІ

АДСОРБЦІЯ НА ФІКСОВАНІЙ НАСАДЦІ

АДСОРБЦІЯ НА СКВ КАТАЛІЗАТОРІ

АДСОРБЦІЯ НА ГЦС

ГЕТЕРОГЕННА ПОВЕРХНЕВА ДИФУЗІЯ

ГОМОГЕННА ПОВЕРХНЕВА ДИФУЗІЯ

АДСОРБЦІЯ БАГАТОКОМПОНЕНТНОЇ СУМІШІ

АДСОРБЦІЯ ОДНОКОМПОНЕНТНОЇ СУМІШІ

ІЗОТЕРМІЧНА АДСОРБЦІЯ

НЕІЗОТЕРМІЧНА АДСОРБЦІЯ

1) ретельний аналіз реального процесу; 2) виділення найбільш істотних факторів; 3) визначення змінних (параметри, значення яких впливають на основні риси і властивості процесу); 4) опис залежності основних властивостей процесу від значень змінних за допомогою математичних співвідношень; 5) визначення внутрішніх і зовнішніх зв'язків і описання їх за допомогою рівнянь і обмежень.

Модель процесу адсорбції/десорбції NOх на цеолітах ґрунтується на наступних допущеннях: процес адсорбції - ізотермічний; концентрація газу на адсорбенті рівна середньому значенню між вхідною концентрацією газу та його концентрацією на виході; градієнт температури та концентрації перпендикулярному напрямку до газу відсутні;

у

адсорбційний шар вважається суцільним пористим тілом з ізоморфними властивостями; відсутня дезактивація експерименту.

адсорбенту

протягом

dy out ,i dt

2 RT = ε ⋅ Vi ⋅ Pt

 FPt   RT ( y in ,i − y out ,i ) − k ⋅ y i ⋅ θ v ⋅ q o ⋅ wi   

θ v = y in ,i i

tH FPt M (t H − ∑ y i ) mad RT 0

Початкові умови: Процесу адсорбції

t = 0, y(0) = y 0 ,

θV (0) = 1,

Процесу десорбції

t = t н , y(t н ) = y н ,

θV ( t н ) = 0,

Порівняння експериментальних даних з даними отриманими за моделлю y, % 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 t, хв 0,0 0

2

4 5 л/год експ 5 л/год мод

6 10 л/год експ 10 л/год мод

8

10

12

15 л/год експ 15 л/год мод

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом при температурі 298 К і витраті газового потоку 10*10-3 м3/год на цеоліті 13X

y, % 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 t, хв 0,0 0

2 5 л/год експ.

5 л/год мод

4

6

8

10 л/год експ.

10 л/год мод

10

12

15 л/год експ.

15 л/год мод

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом при температурі 298 К і витраті газового потоку 10*10-3 м3/год на цеоліті LiLSX

14

y, % 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 t, хв

0,0 0

2 5 л/год експ 5 л/год мод

4

6 10 л/год експ 10 л/год мод

8 10 15 л/год експ 15 л/год мод

Залежність концентрації NO в адсорбері з часом при температурі 298 К і витраті газового потоку 10*10-3 м3/год на цеоліті КА

12

Експериментально досліджено процес адсорбції/десорбції оксидів азоту на синтетичних цеолітах Х - типу (13X, LiLSX) та А – типу (КА) та досягнуто 99,9% ступінь видалення шкідливого газу. Визначено найбільш вагомі чинники впливу на процес. Розроблена

математична

модель

процесу

ізотермічної

адсорбції/десорбції оксидів азоту на цеолітах. Визначено оптимальні умови проведення процесу параметри: витрата газу 10 л/год, температур 298 – 303 К.

та

головні

Модель адекватно описує досліджуваний процес і її можна використати на практиці при розробці та удосконаленні устаткування для очищення відкидних газів. Даний метод і модель є перспективними методами очистки відкидних газів від оксидів азоту, за рахунок 99,9 % видалення шкідливих речовин при мінімальних енергетичних та економічних витратах.

Об'єкти впровадження Коптильні

Парфумерія та фармацевтика

Бойлерні

Лакофарбове виробництво

Ростінг-кава

Виробництво табаку

Цукровий завод

Національний Технічний Університет України "КПІ", Київ, Україна Institut für Technische Chemie, TU Dresden, Dresden, Germany

E-mail: primiska@rambler.ru ОЧИСТКА ГАЗІВ ВІД ОКСИДІВ СУЛЬФУРУ ТА АЗОТУ НА ШТУЧНИХ ЦЕОЛІТАХ