Розділ 2
Основні експериментальні методи і напрямки дослідження
Враховуючи малий час життя КВР і низький вихід їх при використанні відомих
методик, першочерговою задачею стає створення нових методів синтезу
кисневмісних радикалів. Це можуть бути методи синтезу радикалів на основі
процесу регульованого розкладання озону в водних розчинах і синтез радикалів
безпосередньо в зоні низькотемпературного окислювального і відновного тихого
розряду. При тушінні радикалів оксидами азоту (а також радикалів О ) це
дозволить:
а) збільшити продуктивність вже існуючих технологічних процесів, таких як
синтез азотної кислоти, очищення технологічних газів і газів, що відходять
після технологічних процесів, тощо;
б) зменшити викиди токсичних сполук при горінні газоподібного палива;
в) спростити ряд технологічних процесів;
г) зменшити реакційний об’єм;
д) зменшити час контакту між реагуючими речовинами;
е) використовувати принципово новий окислювач, який не потребує суттєвих
додаткових витрат на підготовку.
Усе перераховане обумовлює ряд технологічних переваг над існуючими
технологіями, спрощує конструкції апаратів, що використовуються і зменшує їх
матеріалоємність. Це дасть можливість досягти більш повного протікання таких
процесів, як перетворення NOx в HNO3 чи NO, більш повної очистка газів, що
відходять при горінні палива, зменшення викидів токсичних сполук при горінні
газоподібного палива, очищення газів від мікродомішок.
Синтез радикалів в зоні тихого розряду не потребує рекуперації відпрацьованих
розчинів. Навпаки, методи, що пропонуються дозволять використовувати в якості
сировини для синтезу радикалів ряд газів, що відходять від різноманітних
технологічних процесів, за енергоємністю потребують значно менше затрат енергії
в порівнянні з аналогічними методами.
Для вивчення перерахованих методів необхідний строгий науковий підхід і
ретельний вибір експериментальних методів дослідження та аналітичного контролю
за процесами, що вивчаються.
2.1. Методика дослідження процесу синтезу КВР на базі розкладання озону у
водних розчинах
Основною задачею даного методу є визначення умов отримання максимального виходу
КВР на базі озонованих розчинів, створення умов досягнення необхідних
концентрацій озону і радикалів, попередження передчасного розкладання
радикалів, пригнічення впливу інших реакційних компонентів газового потоку,
досягнення високого ступеню перетворення за основними реакціями.
Принципова блок-схема складається з наступних стадій:
Підготовка розчину перед стадією насичення;
Насичення розчину озоном;
Використання озоно-радикального дуття в технологічних процесах;
Регенерація і повернення розчинів.
Розглянемо технологічну схему і методики експерименту на лабораторній установці
синтезу КВР на базі процесу розкладання озону в водних розчинах.
2.1.1. Опис лабораторних установок для дослідження процесу синтезу КВР на
основі розкладання озону у водних розчинах
2.1.1.1 Лабораторна установка по пригніченню утворення оксидів азоту при
горінні газоподібного палива
Із існуючих технологічних методів пригнічення утворення NOx в топці котлів
[24-25] найбільший інтерес викликає метод дозування водяної пари в зону
горіння.
При введені в паливно-повітряну суміш незначної кількості парів води (5-10% від
витрати повітря) спостерігається пригнічення утворення оксиду азоту (ІІ) до
60-120 г/м3. Дозування мікрокількостей озонованої води з регулюванням виходу
радикалів НО і НО, може призвести до зменшення концентрації оксиду азоту (ІІ) і
оксиду вуглецю (ІІ) в продуктах спалювання без порушення процесу горіння. Зміна
вмісту оксиду азоту (ІІ) дозволяє судити про кількість радикалів, що
утворилися.
Схема дослідної установки для дослідження процесу синтезу КВР на базі процесу
розкладання озону у водних розчинах представлена на рис.2.1.
Лабораторна установка складається з блоку осушення повітря, блоку одержання
озону і блоку регулювання концентрації радикалів, блоку спалювання.
Повітря нагнітається повітродувкою ( на схемі не вказано) у вузол осушення
газового потоку, що представляє собою ряд послідовно сполучених склянок
Дрекселя (на рисунку не вказано), заповнених силікагелем, оксидом фосфору (V) і
перхлоратом магнію. Повітря проходить глибоке осушення до вмісту вологи не
більш 0.05 г/см3. Вентилем тонкого регулювання встановлювали точну витрату
повітря в блок генерації озону в межах 0,5-2 дм3/хв
Блок озонування складається з монітора і підвищуючого трансформатора
Озон утворюється дією тихого електричного розряду при пропусканні через
генератор озону повітря:
О2 + е ® О+е , (2.1)
О+О2 ® О3 (2.2)
Генератор озону 2 являє собою фактично випромінювач, що складається з двох
частин - електродів, розташованих на невеликій відстані один від одного.
Конструктивно електроди виконані у вигляді двох концентрично розташованих
циліндрів, які приєднані до джерела перемінного току 3 високої напруги. Між
ними відбувається процес утворення озону.
Щоб уникнути точкового підведення електроенергії до внутрішніх електродів, в
якості електродів використовується 2% розчин сульфату міді. На електроди
подається напруга. Зазор між електродними трубками, де синтезується озон,
складає 1,5±0,5 мм.. На генератор озону подавалася напруга 8-12 кВ, що
відзначалося вольтметром регулятора напруги 3.
Озоно-повітряно-радикальний потік (ОПРП) отримували пропускаючи озоно-повітряну
суміш через склянку Дрекселя 6, заповнену водним розчином лугу з концентрацією
в межах 0,001-0,2 н розчину NaOH.
Блок спалювання досліджуваного газу складається з газового балона, газового
пальника 8 , ротаметрів витрат газу 5, ротаметрів витрат пові
- Київ+380960830922