Абсорбционное оборудование
В методе абсорбции используются растворители с низкой-летучестью или не-нелетучие растворители для поглощения ЛОС с последующим их разделением на основе различий в физических свойствах ЛОС и абсорбента.
Газ, насыщенный летучими органическими соединениями-, поступает в абсорбционную башню снизу; при подъеме он вступает в встречный-контакт с абсорбентом, поступающим с вершины башни. Очищенный газ затем выпускается из верхней части башни. Абсорбент, теперь насыщенный летучими органическими соединениями, проходит через теплообменник перед тем, как попасть в верхнюю часть отпарной колонны, где десорбция происходит в условиях повышенной температуры (выше температуры абсорбции) или пониженного давления (ниже давления абсорбции). Десорбированный абсорбент конденсируется через конденсатор растворителя и возвращается в абсорбционную колонну. Десорбированный газ ЛОС проходит через конденсатор и газожидкостный сепаратор и выходит из отпарной колонны в виде относительно чистого потока ЛОС, готового к рекуперации и повторному использованию. Этот процесс хорошо-хорошо подходит для очистки газовых потоков, характеризующихся высокой концентрацией летучих органических соединений и низкими температурами; в других обстоятельствах требуются соответствующие корректировки процесса.
Адсорбционное оборудование
Когда смесь жидкостей обрабатывается с использованием пористых твердых материалов, один или несколько компонентов жидкости могут захватываться-и концентрироваться на-твердой поверхности; это явление известно как адсорбция. В контексте очистки отходящих газов посредством адсорбции целевыми веществами являются газообразные загрязняющие вещества, составляющие процесс адсорбции газа-твердых веществ. Адсорбируемые газообразные компоненты называются «адсорбатами», а пористый твердый материал называется «адсорбентом».
После того как твердая поверхность адсорбирует адсорбат, часть адсорбированного материала может впоследствии отделиться от поверхности адсорбента; это явление известно как десорбция. Однако после того, как процесс адсорбции протекал в течение определенного периода времени, накопление адсорбатов на поверхности приводит к значительному снижению емкости адсорбента, что приводит к несоответствию требованиям эффективной очистки. На этом этапе необходимо принять специальные меры для десорбции накопленного материала с адсорбента, тем самым восстанавливая его адсорбционную способность; этот процесс называется *регенерацией адсорбента*. Следовательно, в практических приложениях в области адсорбционной техники циклический процесс,-включающий адсорбцию, регенерацию и последующую адсорбцию-, используется для эффективного удаления загрязняющих веществ из отходящего газа с одновременным восстановлением ценных компонентов, содержащихся в газовом потоке.
Очистное оборудование
Методы, основанные на сжигании-, очень эффективны для очистки потоков отходящих газов, содержащих высокие концентрации летучих органических соединений и соединений с неприятным запахом. Основной принцип предполагает использование избытка воздуха для сжигания этих примесей; при этом большая часть этих веществ преобразуется в углекислый газ и водяной пар, которые затем можно безопасно выбрасывать в атмосферу. Однако при переработке органических соединений, содержащих хлор или серу, в продукты сгорания входят HCl или SO2; следовательно, газы, образующиеся после сгорания-, требуют дальнейшей обработки.
Оборудование для контроля загрязнения
Плазма – это газ в ионизированном состоянии. Термин «плазма» был введен американским ученым Ирвингом Ленгмюром в 1927 году при изучении разрядных явлений в парах ртути в условиях низкого-давления. Плазма состоит из огромного количества электронов, нейтральных атомов, атомов в возбужденном-состоянии, фотонов и свободных радикалов; однако общий отрицательный заряд электронов и общий положительный заряд ионов должны уравновешиваться, что приводит к общей электронейтральности-это определяющая характеристика «плазмы». Плазма проявляет проводящие свойства и реагирует на электромагнитные поля способами, существенно отличающимися от твердых тел, жидкостей и газов; по этой причине их часто называют «четвертым состоянием материи». В зависимости от состояния, температуры и плотности ионов плазму обычно делят на две категории: высокотемпературную плазму и низкотемпературную плазму (включая тепловую плазму и холодную плазму). Высокотемпературная плазма обладает степенью ионизации, приближающейся к единице, а температуры всех составляющих частиц почти одинаковы, что помещает систему в состояние термодинамического равновесия; в основном они используются в исследованиях, связанных с реакциями управляемого термоядерного синтеза. Низко-плазма, наоборот, существует в состоянии термодинамического не-равновесия, при котором температуры различных составляющих частиц различаются. В частности, температура электронов (Te) значительно выше, чем температура ионов (Ti)-часто превышает 10^4 К-, в то время как температуры ионов и нейтральных частиц могут оставаться относительно низкими, в пределах от 300 до 500 К. Плазма, генерируемая обычными газоразрядными процессами, подпадает под категорию низко-плазмы.
По состоянию на 2013 год исследования основных механизмов низкотемпературной плазмы показывают, что ее эффекты в первую очередь являются результатом неупругих столкновений между частицами. Низко-плазма богата электронами, ионами, свободными радикалами и молекулами в возбужденном-состоянии. Электроны с высокой-энергией сталкиваются с молекулами газа (или атомами), передавая свою кинетическую энергию во внутреннюю энергию молекул (или атомов) основного-состояния; этот процесс запускает каскад реакций,-включая возбуждение, диссоциацию и ионизацию,-тем самым переводя молекулы в активированное состояние. С одной стороны, этот процесс разрывает молекулярные связи внутри газа, образуя более простые молекулы и твердые частицы; с другой стороны, он производит свободные радикалы,-такие как •OH и H2O2-а также озон (O3), очень сильный окислитель. Во всем этом процессе решающую роль играют электроны высоких-энергий, тогда как тепловое движение ионов дает лишь второстепенный или вспомогательный эффект. При атмосферном давлении сильно не-неравновесная плазма, генерируемая газовым разрядом, имеет температуру электронов,-обычно находящуюся в диапазоне нескольких тысяч градусов Цельсия-, которая намного выше температуры газа (которая остается близкой к комнатной температуре или около 100 градусов). В этой не-неравновесной плазме могут происходить различные типы химических реакций; эти реакции в первую очередь определяются такими факторами, как средняя энергия электронов, плотность электронов, температура газа, концентрация опасных молекул газа и общий состав газа. Эта возможность предлагает жизнеспособную альтернативу для облегчения реакций, требующих высоких энергий активации,-таких как удаление стойких загрязняющих веществ в атмосфере-, а также позволяет обрабатывать газовые потоки, характеризующиеся низкой концентрацией загрязняющих веществ, высокими скоростями потока и большими объемными расходами (например, потоки, содержащие летучие органические соединения или серосодержащие загрязняющие вещества).
Наиболее распространенным методом генерации плазмы является газовый разряд. Газовый разряд — это процесс, в котором определенный механизм вызывает ионизацию электрона-отрывом-от атома или молекулы газа. Образующуюся газовую среду называют «ионизированным газом»; если этот ионизированный газ генерируется внешним электрическим полем и поддерживает проводящий ток, это явление называется «газовым разрядом». В зависимости от основного механизма разряда, природы газовой среды и источника энергии, а также геометрии электродов газоразрядную плазму можно разделить на следующие категории: ① Тлеющий разряд; ② Диэлектрический барьерный разряд (ДБД); ③ Радио-частотный (РЧ) разряд; и ④ Микроволновой разряд. Независимо от конкретной используемой формы генерации плазмы, всегда требуется разряд высокого-напряжения. Это требование создает потенциальный риск возникновения электрической дуги или искрения, что может быть опасным,-что является серьезной проблемой, учитывая, что устранение газообразных загрязняющих веществ обычно требует работы при атмосферном давлении.
Оборудование для фотокатализа и биоочистки
Фотокатализ — это передовая технология реакций, предназначенная для работы при температуре окружающей среды. Фотокаталитическое окисление позволяет полностью преобразовать органические загрязнители, присутствующие в воде, воздухе и почве, в не-токсичные и безвредные продукты при комнатной температуре. Напротив, традиционные технологии высокотемпературного сжигания- требуют чрезвычайно высоких температур для эффективного уничтожения загрязняющих веществ; даже традиционные методы каталитического окисления обычно требуют температуры, достигающей нескольких сотен градусов Цельсия.
Теоретически, при условии, что энергия света, поглощаемая полупроводником, равна или превышает энергию его запрещенной зоны, он обладает достаточной энергией для возбуждения и генерации электронно-дырочных пар; следовательно, такой полупроводник потенциально может служить фотокатализатором. Типичные примеры фотокатализаторов с одним-составом включают оксиды и сульфиды различных металлов,-такие как TiO₂, ZnO, ZnS, CdS и PbS. Каждый из этих катализаторов предлагает определенные преимущества для конкретных реакций и может быть выбран по мере необходимости в практических исследованиях. Например, полупроводник CdS обладает относительно узкой запрещенной зоной, которая хорошо согласуется с ближней-ультрафиолетовой областью солнечного спектра, тем самым позволяя эффективно использовать энергию естественного света; однако он подвержен фотокоррозии, что приводит к ограниченному сроку службы. Напротив, TiO2 демонстрирует превосходные общие характеристики и считается наиболее широко используемым и широко изученным однокомпонентным фотокатализатором.
