Filtru magnetic cu matrita HGMF (Hight Gradient Magnetic Filter) pentru depoluarea gazelor industriale -documentara

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV

FACULTATEA STIINTA SI INGINERIA MATERIALELOR

INGINERIA SI PROTECTIA MEDIULUI IN INDUSTRIE

Lucrare documentara

Filtru magnetic cu matrita HGMF (Hight Gradient Magnetic Filter) pentru depoluarea gazelor industriale

O metoda eficienta de reducere a poluarii cu gaze reziduale reziduale industriale se bazeaza pe o tehnica neconventionala cu un gradient ridicat al filtrului magnetic.Acest lucru conduce la a spune ca acel filtru magnetic are un HGMF ridicat.Principiul care sta la baza HGMF- ului este simplu si similar filtrelor neconventionale.Exista si o diferenta intre celelate aparate constand in faptul ca atractia intre particule si matricea de filtrare este data de forta magnetica.Partea activa a filtrului magnetic este constituita din matricea feromagnetica realizata din aliaje de fire magnetice. Dupa acest lucru s-a realizat o serie de experimente pentru a proba eficienta filrului magnetic.Eficienta utilizarii filtrului magnetic a fost de aproape 100% pentru gazul a carei viteza este cuprinsa intre 25.25cm/s si 37.72 cm/s.

Emisiile acestor tipuri de particule sunt controlate mai mult sau mai putin cu succes folosind tehnologii conventionale ca: filtrarea electrostatica,filtrarea mecanica cu filtre de tipul celor cu ochiuri mai largi sau de tip scruber in epurator de gaze cu apa.Caracterul magnetic al acestor particule este o caracteristica paramagnetica de tipul feri sau feromagnetica.Se sugereaza ca pentru aceasta metoda sa se utilizeze diferite filtre magnetice care constau in metode de separare magnetica.

Singura metoda posibila care da o eficienta buna in filtrare si separare este aceea care utilizeaza particule de tipul micronilor sau sub-micronilor.Aceasta metoda utilizeaza particule a carei filtrare are un gradient magnetic mare.

Filtrarea magnetica are un gradient ridicat,lucru destul de important in procesul de separare magnetica.Separarea magnetica consta in impartirea amestecului in componente magnetice sau non-magnetice.De asemenea filtrarea magnetica consta in prinderea particulelor magnetice considerate ca impuritati sau avand in general concentratii scazute fiind si o caracteristica oricarui fluid.

In realizarea unei filtrari magnetice cat mai bune trebuie avut in vedere si natura campului magnetic.De aceea s-a ajuns in urma analizele efectuate ca exista doua cai de a obtine un camp magnetic cu un gradient mare.Una din posibilitati este legata de modul de a desena polii magnetici a pieselor componente: muchii,varfuri care limiteaza volumul filtrarii. In acest caz,valoarea gradientului B este destul de puternica pentru a prinde marimea marimea particulelor magnetice care sunt plasate la o distanta relativ lunga de polii pieselor componente.Cea de-a doua posibilitate este prin adaugarea usoara a elementelor feromagnetice magnetizabile (sarme,bile,plasa) ce apar in cazul filtrarii volumului.Rolul acestor elemente este acela de a crea gradienti locali ridicati pentru campul magnetic.

O matricea HGMF poate fi formata din trei variante de captare a curgerii:configuratie transversala (T) pentru ca fluidul sa poata curge,campul magnetic si firele sa fie reciproc perpendiculare; configuratie longitudiala (L) in care fluidul curge, iar campul magnetic este paralel; configuratie axiala (A) in care conectarea firelor sa se realizeze astfel incat acestea sa fie paralele,iar campul magnetic transversal.

Parametrii care influenteaza eficienta HGMF sunt:

intensitatea campului magnetic;

viteza gazului care trece prin matrice;

factori de impachetare a matricii;

diametrul firelor feromagnetice

dimensiunea particulelor captate

lungimea matricii.

Partea experimentala a filtrului magnetic se bazeaza pe o solutie tehnica originala.

Filtrul magnetic are trei componente: matricea feromagnetica,sursa campului magnetic: cei doi magneti permanenti si circuitul magnetic. Matricea HGMF este formata din fire cu diametru 0.36-0.1 mm, forma magnetica necristalizata are factor de impachetare 2.63%. Volumul ocupat de matrice este de 250 cm³.

Campul magnetic din jur este generat de magneti permanenti cu suprafata periferica de 770 Gs si suprafata centrala de 1720 Gs.

Testele au fost realizate cu aer artificial impurificat cu pudra magnetica cu dimensiuni intre 0.5-32 µm colectata de la o sursa de gaz industrial.

In concluzie matricea HGMF este realizata din fire subtiri feromagnetice. Filtrul magnetic a fost testat pentru filtrarea impuritatilor de gaz artificial cu microparticule magnetice.Eficienta filtrarii magnetice a atins si valori ridicate posibile de aproape de 100% la viteza de curgere a gazului intre n25.25 cm/s si 34.72cm/s.

Cel mai ridicat gradient magnetic de filtrare reprezinta cu siguranta un caz alternativ pentru depoluarea gazelor reziduale mult mai eficient decat metodele conventionale.(1).

Indepartarea poluantilor din atmosfera termala cu plasma

Metodele care s-au folosit la indepartarea poluarii au fost: tehnici termale constand in oxidari catalitice sau metode de adsorbtie.Multe dintre metode folosesc in jur de 100 ppmv.La contaminari chiar si mici ale atmosferei se utilizeaza oxidarea catalitica ca metoda.

Pentru realizarea acestui lucru se consuma o energie substantiala termala.

Acest aspect conduce la eficienta metodei. Ca alternativa se aplica metoda cu plasma non-termala (NTP) in loc sa se utilizeze energia termala.Energia termala nu este favorabila deoarece poate contine componente toxice care in timp au demonstrat ca ar putea afecta atmosfera.

S-au facut studii referitoare la oxizi de azot (NO_x), oxizii de sulf (SO_x) din gazele iesite din instalatiile industriale,dar si studii legate de descompunerea compusilor organici volatili (VOC). Exemplele tipice sunt: hidrocarbonatii,clorocarbonatii si clorofluorocarbonatii (CFS).

Trasatura fundamentala a tehnologiilor NTP este aceea ca produce plasma in care majoritatea din energia primara electrica este formata din electroni in locul caldurii gazelor intrate.

Coroana circulara pulsatorie sau tehniciile barierei dielectrice (DBD) sunt doar doua din cele mai utilizate si comune metode de producere de legaturi electrice pe baza de plasma.Parametrul critic in utilizarea acestor plasme in controlul poluarii este cel al energiei care contribuie la formarea moleculelor toxice.Aceasta energie depinde de: eficienta transferului de la sursa pana la reactorul cu plasma, tipul de electrozi (forma si dimensiunile) si de asemenea de eficienta reactiilor chimice.

De asemenea toate performantele mai sus ilustrate au demonstrat si dovedit rezultate foarte bune pentru controlul poluantilor din atmosfera.Combinarea plasmei non-termale cu cea catalitica este necesara pentru a completa procesul de depoluare a atmosferei.Sistemul hibrid de catalizare NTP poate mari eficienta si selectivitatea de reactie.Un exemplu tipic este modul de tratare a Diese-ului.Gazul evacuat de la masina de la masina care foloseste dprept combustibil benzina cu cele 3 metode de catalizare prezentate anterior,demonstreaza concentratia scazuta a oxigenului in jur de 10%.

Reactorul DBD a fost propus pentru prima data de firma Siemens in 1857 pentru ozonificarea aerului.

   

Configuratia electrodului din reactor este caracterizata prin prezenta cel putin a unei bariere dielectrice in calea curentului la care se adauga un gol de unde se facea legatura cu sursa de gaz.

La presiune atmosferica,la multe gaze legatura este mentinuta de un numar foarte mare localizata ca filamente de curent numite micro-legaturi.

Conditiile NTP-ului pentru micro-legaturi poate influenta optimizarea diferitelor aplicatii.Desigur,aceste multi filamente aparent intamplatoare cu legaturi distribuite pe microlegaturi.DBD-urile pot opera si functiona la inalte niveluri si la diferite presini atmosferice uneori chiar neglijabile deoarece acestea s-au dovedit ca in acest caz controlul poluarii poate monitorizat.

Controlul mirosului din fermele animalelor sau de la fabricile de producere a pestilor (H₂S, NH₃) este o alta aplicatie care poate diminuata daca se utilizeaza ca metoda DBD-ul.

In cadrul acestei metode se foloseste un reactor DBD de forma cilindrica avand un generator HV care genereaza pulsuri de o mare repetabilitate in timp.

Experimentele cu gaz combinat si a cel rezultat de tip Diesel format din (12% O₂, 10% H₂O, 500ppm CO, 10% CO₂, 300ppm NO, 300ppm C₅H₆,N₂) la care se adauga benzina (6% O₂, 10%CO₂, 10%H₂O, 3000ppm CO, 1000 ppm NO,1000 ppm C₃H₆,N₂) ,gazele evacuate de la motor au condus la obtinerea unei temperaturi de 150°C,300°C. Aproximativ 50% din NO_x au fost indepartati prin DBD cu densitatea de energie de aproape 27J/L. Fractia din compusii NO_x a fost indepartata puternic datorita energiei indepartate din molecula.Se pare ca procesul NTP este mai eficient pentru gazele evacuate de tip Diesel la temperatura mai joasa.La temperatura de 150°C in jur de 60% din compusii NO_x sunt indepartati cu o energie de 24eV/molecula.

In acest articol,tratamentul compusilor organici volatili (VOC), in speta ozonul este eficient pentru a-i putea elimina prin combustia catalitica a hidrocarbonatilor sau clorocarbonatilor.Performanta NTP-ului la indepartarea compusilor organici volatili s-a realizat prin introducerea materialelor catalitice care sa rupa legaturile acestora la o temperatura joasa.Un efect intre plasma catalizata si cea non-termala a fost pusa in evidenta prin conducerea compusilor organici volatili (VOC) spre eliminare a unui poluant fara sa apara in mod accidental CO sau CO₂.

In concluzie,sistemul hibrid, NTP a folosit procesul catalitic care a reprezentat o sursa alternativa de reducere in mod eficient a emisiilor de NO_x.Folosind aceasta metoda s-a dovedit ca gazele evacuate de la masini obtinute din arderea hidrocarburilor s-au diminuat sau chiar au inregistrat concentratii mai mici decat daca nu s-ar fi apelat la aceasta tehnica.In felul acesta continutul de oxigen a crescut.

In urma studiilor realizate dupa aplicarea sistemului NTP s-a observat si evidentiat modul in care moleculele poluante au fost eliminate fara a produce hazarde in sensul aparitiei de CO sau CO₂. Mecanismele de investigare bazate pe reactii catalitice sub plasma au condus la rezultate spectaculoase,de aceea s-a ajuns la concluzia ca sistemul hibrid este cel mai avantajos mijloc de indepartare a poluantilor din atmosfera.(2)

Combustia catalitica a compusilor organici volatili folosind zeoliti metalici sub forma de spuma

Emisia cu compusi organici volatili (VOC) in atmosfera este una dintre cele mai importante probleme de mediu.Printre tehnicile indepartate oxidarea catalitica este una dintre cea mai convenabila cale de indepartare a acestor poluanti.

Se doreste eliminarea pe cat posibil a gazelor reziduale prin moduri cat mai economice si eficiente.Cu cativa ani in urma multe din metode se bazau pe cataliza,in special pe trecerea unor metale ca: platina (Pt) sau cupru (Cu) manifestand in final caracter catalitic ca si compusii organici volatili (VOC) indepartati.

Utilizarea materialelor celulare ca ceramicile ocupa de asemenea interes pentru suprafete in care se foloseste cataliza.Materiile inalte poroase prezinta unele avantaje atunci cand sunt comparate cu cele de fag sau analizate cu izopropanol si toluen substante rezultate din combustia totala.

O spuma flexibila poliuretanica a fost impregnata de un precursor al spumei ceramice fapt ce a condus la optimizare atunci cand s-a adaugat sau se mai adauga surfactant ca Targon.Se pare ca utilizand acesti surfactanti vor conduce la un comportament foarte bun a mediului,deci o reducere a poluarii atmosferei cat mai eficienta.

Zeolitii MFI de Cu si Pt vor fi pusi in evidenta si tratati cu spume ceramice prin metoda de spalare.Aceasta metoda consta in imersarea spumelor ceramice si tratarea cu un polimer cationic.Dupa aceasta tratare se utilizeaza si o suspensie catalitica continand 13%,0.14% silicat coloidal si 0.4% surfactant Teepol.Dupa excesul de suspensie, acesta se va trece prin centrifugator.Metoda folosita este evidenta,cea de centrifugare.

Spuma 2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂ este produsa in situ prin polimerizare.Aceasta metoda este una directa numita si metoda directa de spumare.Metoda consta in interconectarea celulelor cu porozitati la 94% si cu densitatea de 130kg/cm³.

Aceasta metoda de cataliza eset una dintre cea mai eficienta deoarece se bazeaza pe fenomenul de transfer de masa,cu aplicabilitate si in cazul spumei.(3)

Bibliografie:

1.M.Curuia,M.Iliescu,I.Stefanescu,Gh.Iacob,H.Chiriac Magnetic Filter With HGMF Matrix For Industrial Gases Depollution ,Journal of Optoelectronics and Advanced Materials,Vol 6., 2004 p.709-712.

2.Ahmed Khacef,Jean Marie Cormier,Jean Michel Pouvesle,Tiep Le Van Removal of Pollutants by Atmosferic Non Thermal Plasmas, Catalysis for Environment Depollution,Renewable Energy and Clean Fuels, 2008.

3.Elisabete Ribeiro Silva, Joao Miguel Silva,Fernando Oliveira, Filipa Ribeiro, Catalysis combustion of VOC's over metal zeolities supported on cordierite foams, Catalysis for Environment Depollution,Renewable Energy and Clean Fuels,2008.