Способ очистки отходящих газов от вредных примесей

-5 Ц 1754185 А 1 союз советскихсоцидлистическихРЕСПУБЛИК 5)5 В 01 О 53/34, 5332 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЛИС ОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВУ 1:,: .,:;. .".:.:2(21) 4870 б 04 У 26 (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГА- (22) 02,10,90": .: ЗОВ ОТ, ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ(46) 16.08.92. Бюл, Мю 30,(57) Использование; обезвреживание отхо- (71) Институт механики металлополимерных дящих газов вакуумныхпроизводств, содерсистем АН БССР .: : . жащихфторорганические и . (72)АМ,Красовский, М.С,Семенюк и Г,Г,Ша- элементоорганические- соединения. Сущгас -, .:- кость изобретения: очищаемые тазы обра- (56) Обезвреживание газовых выбросов в батывают в плазме тлеющего разряда, йроийбодстее фторопластов и полистироль . Давление 5-800 Па, Удельный подвод знерных пластиков, Обзорная информация. сер. гии 0,1-100 МДжlкг, Активированные в йолимеризациойные пластмассы; М: НИИ- плазме отходящие газы сжигают. Продукты ТЭХИМ. 1984, с.1-24., . сгорания улавливают в скруббере, орошае Авторское свидетельство СССР мом водой. Степень очистки от тетрафторэМ 600354. кл. Р 2367/06, 1976,:тилена и продуктов его-полимеризации,диэтилтеллурида, тетраметилолова, тетраэтилсвинца и йентакарбонилжелеэа состав-, ляет 94-990, 1 табл., Я Способ относится к обезвреживаййю ные смесй с изменяющимся во врвмени со-.отходящйх газов вакуумныхпройзводств, стевом.содержащих фторооргэнические, а также ме- . Известно множество способов обезвреталло-излементоорганическиесоединеноя, живания газовых выбросов а вакуумных Способ может быть использовайо-в элект- производствах, Это такие, как абсорбция, ронной промышленности в процессах, про- вымораживание. Данные свосабы примени- водящихся в вакуумных установках, в мы к газам, которые в основном не разбавчастности при йроизводстве оптичвскйх но- лены инертными компонентвйи (азот, сителей информации; ., углекислый газ и т.п.), ВымораживаниемРегистркрующая среда носителейин- трудно освободиться от низкекайящих га: . формации может изготавливаться с испаль-: зов - оксидауглерода, водорода, Фреонов.зованием плазмохимических реакций, Кроме того, при абсофции происходит не- Вначале на стеклянную подложку нзносит- полное извлечейие газоа."ея барьернцй слой, содержащий полижет- -:. Наиболее близкйм к предлагаемому яв рафторзтилен,а затем регистрирующйй ляется способ; в котором,. обезврежйеаниеслой, который может состоять из теллура, хлор-фторсодержащих отходов осуществляолова, железа и др. Чаще всего в качестве-.: ется в замкнутом обьеме аппарата при выисходйых веществ используется тетрафто-:," соких температурах в йрисутствии воздуха рэтилен, алкйлпройзеоднце, карбонилы,: и водяного пара Продукты сгорания пропу- , ацетонатыэлементов, Крометого, наподго-скаются через скуббер и сбрасываются в " .:. "тбвительных стадиях применяются аргон. воздух.азот, фреойы, Отходящими газами таких;:" . Недостатком данного процесса являет-производств; таким образом, будут слож-, ся малая степеньочистки от вредных соединений. Это связано, во-первых, с тем, что металло- и элементоорганические соединения сгорают не полностью или являются не- горючими, Особенно это относится к отходящим газам вакуумных установок, где пары металло- и элементооргаических соединений разбавлены аргоном, азотом, фреоном, продуктами разложения соединений. Количество и ассортймейт этих примесей определены технологией и являются весьма разнообразными,- Цель изобретения - повйшейие степени очистки.Поставленная цель достигается тем, что в способе обезвреживания отходящих газов вакуумнь 1 х производств, заключающемся в их сжигании и последующем улавливании продуктов сгорания в орошаемом водой скруббере, осуществляется предварительная обработка газов, содержащих элементоорганические или фторорганические сОединения, в плазме тлеющего разряда при давлении 5 - 500 Па и при удельном подводе энергии 0,1-100 МДж/кг.Предварительная обработка газоь в плазме тлеющего разряда способствует образованию олигомеров и металлополимерных частиц, содержащих в своем составе металлы. полупроводникиполимерные молекулы. К роме того, они насыщены свободными радикалами и содержат в своих компойентах непредельные связи, Эти термодинамические неустойчивые частицы подаются на сжигание и их сгорание происходит более полно и с большей скоростью, Значительная часть металла или полупроводника в условиях плазменного разряда оседает на стенках и тем самым облегчает улавливание продуктов сгорания, так как в них содержится меньше образующих дым оксидов металлов или полупроводнйков. При давлении меньше 5 Па затруднены реакции между компонентами отходящих газов и эффект плазменной очистки весьма незначительный. Увеличение давления более 500 Па нецелесообразно, так как ведет к уменьшению эоны горения плазмы (образование плазменного шнура, свечение лишь вблизи электродов и др,) и, соответственно. снижению скорости реакции между компонентами. Оптимальные значения удельного подвода энергии 0,1-100 МДж/кг обьясняется тем, что при меньших значениях реакции между компонентами практически не протекают, а при больших - начинается процесс диссоциации олигомеров и металлополимерных частиц.В зависимости от состава отходящих газов вакуумных производств, давления и других заданных величин для возбуждения10 плазмы необходимо применение постоянного тока, тока низкой (50-60 Гц), высокой (1,76 - 40,68 МГц) и сверхвысокой (2,375 ГГц) частот, Тэк. дЛя осаждения теллура из отходящих газов достаточно постоянного тока и тока низкой частоты, для осаждения свинца, железа необходимы токи высокой и сверхвысокой частоты, Кроме того, варьирование чэстоты тока необходимо для регулирования толщины и прочности осадка, осэждаемого в реакторе, Например, полученный при разряде низкой частоты металлополимер на основе политетрафторэтилена обладает хорошей адгезией и барочностью, при высокой- легко отслаиваетсяНа фиг,1 приведена схема устройствадля обезвреживания отходящих газов вакуумных производств, на котором проводились испытания способа,В ходе работы использовэлэсь вэкуумная установка ВУПК, снабженная высоко- вакуумным диффузионным масляным насосом 1 и форвакуумным насосом 2: Нанесение регистрирующей среды производили нэ подложке под колпаком 3 установкиизвестными способами. Подачу реагентов осуществляли с помощью натекэтелей (непоказаны). Между диффузионным и форвакуумным насосами находился реактор 4плэзмохимического обезвреживания, Узел5 сжигэния и скруббер 6 для улавливания продуктов сгорания вбдой были конструктивно обаединены в одном корпусе 7 и находились нэ выходе форвэкуумного насоса2, Нэ форсунку 8 подают пропэн, кислороди отходящие газы через плэмяотсекэтели 9, Скруббер 6, циркуляционный насос 10, емкость 11 для воды соединены между собой трубами 12.Использовались реакторы плазмохимического обезвреживания двух типов, Один из них представлял собой трубчатый стеклянный реактор длиной 70 см, внутренним диаметром 7 см с концевым расположением электродов и имел продольный разрез, Второй, также трубчатый, был сделан из нержавеющей стали. Его длина составляла 60 см, внутренний диаметр 10 см и в нем возбуждался поперечный разрез. Одним из 50 электродов служил корпус реактора, другим- коаксиэльно расположенный внутри негостержень.Устройство работает следующим образом,Вначале включается форвэкуумныйнасос 2 и по достижению давления менее 700 Па нэ выходе высоковэкуумного диффузионного насоса 1 включается его обогревК узлу 5 сжигания подается пропэн, кислород и отходящие газы из форвэкуумного на17541851соса 2 через пламяотсекатели 9 и их смесь его разложения - 118 а,е,м, (Яп ), тетраэподжигается на фарсунке 8, Затем на реак- тилсвинеиЬи продукты его разложения - 207тор 4 для плазмохимическогоабезврежива- а,е.м, (РЬ "), пентакарбонил железа и прония подают электрическое напряжение до дукты ега разложения - 83 а.е.м. (ГеСО ).образования плазмы тлеющего разряда. По Эти характеристические пйки выбраны ввисле выхода высоковакууМЙого насоса 1 на ду их значительной величины в масс-спектрежим - при этом под колпаком 3 вакуум рах соединений; в то время кэксоставляет 0,01 - 0,1 Па - начинае,ся нанесе- молекулярные ионы имели незначительныйние регистрирующей среды на подложки. В сигнал, Степень обеэвреживанйяопределяходе нанесения давление в реакторе 4 обез ли по состоянию высот соответствующих ха-"вреживания составляет 2-600 Па(оптималь- рактеристических пикав соединений поное для обезвреживания 5 - 500 Па). формулеУдельный подвод энергии составляет 0,05- С =(1 - Н/Но) х 100 %,560 МДж/кг отходящего газа (оптимально где С - степень обезвреживания0,1 - 100 МДж/кг). Активированные отхОдя Но и Н 1 - высота пика да и после очисткищие газы проходят через форвакуумный на- соответственно,сос 2 и пламяотсекэтель 9 на форсунку 8, где - П р и м е р, Испытания способа осущесгорают при высокой температуре в прапан- ствляли на установке, схема которой привекислородном пламени. Продукты сгорания дена на чертеже,проходят через орошаемый водой скруббер 20 После включения форвакуумного наса.6, Орошение создается подачей воды из ем- са и по достижению на выходе масляногокости 11 циркуляционным насосом 10 через диффузионного насоса менее 700 Па вклютрубы 12, Выходящие из скруббера газы чалиегообогрев. Затемсоздавалосьорошеанализируются масс-спектрометроми че-ние скруббера подачей водного 5%-ногорез угольный адсорбер (не показаны) на раствора едкоо натрэ, находящегосяв ем-правляются в атмосферу. кости, с помощью циркуляционного насоса,В ходе работы использовались тетраф- К узлу сжигания подавали прапан, кислородтарэтилен, полученный разложением по- и отходящие газычерез пламяотсекатели.л итетрафтарэтилена .и ри 500 С, Количество подаваемого пропана составилодиэтилтеллурид, тетрээтилсвинец, тетраме-. 30 0,2 г/мин, кислорода - 0,8 г/мин. Газовуютилолово и йвнтакарбонил железа с массо- смесь поджигали на форсунке, К трубчатомувай долей основного вещества неменее реактору с коаксиальным расположением5%, . электродов и с алюминиевой вкладкой внутВ ходе опытов измерялась разность по- ри, находящемуся между диффузионным итенциалов между электродами и проходя форвакуумным насосом, подводилй посто-щий ток, Произведение этих величин янное напряжейие, Разность потенциаловсоставляло мощность, расходуемую на составляла 1000 В, сила тока 20 мА,плазмохимическую обработку отходящих После достижения под вакуумным колпакомгазов, Определение мощности, выделяемой давления 0,1 Па из ампулы через натекательв плазме сверхвысокочастотными калеба подавали тетраметилолово со скоростьюниями, определялось косвенно по нагреву0,133 г/мин. Затем начали нанесение пореактооа, Частное отделение мощности на крытия на подложку, при этомконверсия. подачу отходящих газов составляло удель- тетраметилолова составлялэ 10 , т.е, в виный подвод энергии.- де покрытия оседало 0,0133 г/мин, а в отхоСтепень обезвреживания газов опреде дящие газы поступало О;12 г/мин, Давлениелялась масс-спектрометрическим методом в реакторе обезвреживания при этом сапа известной методике, Для этого к выход- ставляло 5 Па, удельный подвод энергиинай трубе узла сжигания присоединялся 10 МДж/кг. Выходящие йз скруббера газывход масс-спектрометра МХ. После (продукты сгорания) анализировали наэтого установку приводилив-рабочий режим 50 масс-спектрометре, Выходящие в атмосфе(включали ВУПК, возбуждали плазму в ре- ру продукты сгараййя -пропускали через коакторе обезвреживания, зажигали горелку) робку с активированным углеми оп ределяли количество вь 1 ходящих йз узла извлечения остатка токсичных примесей.углем длясжигания вредных соединений, Тетрафто- . Результаты испытания способа приверэтилен и продукты его полимеризации ап дены в таблице,ределяли по пику 60 а.е,м; (СГз). В примере 9 (запредельный) удельныйДиэтилтеллурид и теллурсадержэщие про- подвод энергии составил 500 МДж/кг и давдукты ега разложенйя. сходные по токсич-" ление в реакторе 2 Па,При этом1 ЗОи этом степеньности, определяли для изотопа Те по пику обезвреживания уменьшилась до 86 вви 13030 а,е,м.(Те+).Тетраметилоловои продукты ду значительного распыления осадившего1754185 тоти ли ся металлополимера и малого давления вреакторе обезвреживания. В примере 10 (запредельный) удельный подвод энергии составил 0,05 МДж/кг и давление 600 Па. Степень обезвреживания уменьшилась до 75ввиду недостаточной энергии для осаждения металлополимера и равномерности горения ввиду повышенного давления.В примерах 11 й 12 устройства для сжигания и плазменного обезвреживания работалй по отдельности, При этом степень обезвреживания уменьшилась до 60 прототип) и 81 , соответственно, Без использования узла сжигания. Таким образом, изобретение позволяетповысить степень очистки газов до 94 - 997 Опротив 60; в известном способе,Формула изобретения5 Способ очистки отходящих газов отвредных примесей, включающий их сжигание и последующее улавливание продуктовсгорания в орошаемом водой скруббере,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью10 г 1 овццения степени очистки, отходящие газы вакуумных производств, содержащие. элементоорганические и фторорганическиесоединения, перед сжиганием обрабатывают в плазме тлею",его разряда при давле 15 нии 5 - 500 Па и при удельном подводеэнергии, равном О;1-100 МДж/кг,1754185 Составитель М. СеменРедактор Э. Слиган Техред М.Моргентал Корректор Н; СлободЮник Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 2840 ВНИИПИ Госуд Тираж ,. Подписноенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 3035, Москва. Ж, Раушская наб., 4 И