Установка для газогидратной очистки воздуха от газа радона

Установка относится к устройствам для очистки воздуха, а именно к установкам для очистки воздуха от газа радона. Устройство может быть использовано в шахтах, на метрополитене, помещениях на урановых рудниках, подвальных помещениях, радоновых лечебницах, т.е. в местах, где концентрация радона может значительно превышать обычную для этого газа концентрацию в воздухе. Техническим результатом является обеспечение возможности эффективной непрерывной очистки воздуха от радона при любых, даже малых концентрациях его в воздухе), путем сепарации из воздуха образующихся двойных газовых гидратов радона и вспомогательного вещества без необходимости частой замены расходных материалов. Установка включает узел подачи загрязненного воздуха 1. узел 2 подачи воды, узел 3 подачи вспомогательного гидратообразующего вещества, необходимого для гидратообразования радона, узел сорбции радона 4, сепаратор 5, а также узел 6 охлаждения для термостатирования воздуха, воды и вспомогательного гидратообразующего вещества. 1 н.п.ф., 15 з.п.ф., 1 ил.

Установка относится к устройствам для очистки воздуха, а именно к установкам для очистки воздуха от газа радона. Устройство может быть использовано в шахтах, на метрополитене, помещениях на урановых рудниках, подвальных помещениях, радоновых лечебницах, т.е. в местах, где концентрация радона может значительно превышать обычную для этого газа концентрацию в воздухе.

Мероприятия по поддержанию концентрации радона в воздухе помещения на допустимом уровне можно проводить по двум направлениям: предотвращение попадания радона в помещения и удаление радона из воздуха помещений.

Первая группа мероприятий - предотвращение попадание радона в помещение - обеспечивается тем, что участки под строительство отводят на территориях с минимальным выходом природного радона из почвы, а также применением различных конструктивных решений, препятствующих проникновению радона из почвы в здание.

Например, известен способ защиты от проникновения радона в помещения зданий (RU 2374404), который включает устройство монолитной стяжки на цементном вяжущем, а также способ ограничения поступления радона в горные выработки (RU 2230910), включающий бурение скважины из горных выработок в окружающий их массив горных пород и откачку радона, через скважины, отличающийся тем, что в призабойной части скважины создают и поддерживают давление, превышающее давление в стволе скважины.

Другим примером ограничения поступления радона является способ защиты от радоновыделений угольного пласта при его подземной добыче (RU 2116444), заключающийся в том, что из полевого подготовительного штрека и участковых квершлагов до подхода лавы бурят веера скважин в боковые породы с выходом забоев скважин в шахматном порядке к почве пласта в районе конвейерного просека, при этом веера скважин из участковых квершлагов располагают по обе стороны выработки, а из полевого штрека только на стороне пласта угля, после чего в одном ряду в скважины нагнетают воздух для подпора пласта угля, а из другого ряда отсасывают радон. При подходе лавы на 3-5 м к забоям скважин воздухом из всех скважин проветривают пласт через трещины зоны максимального отжима угля и подают воздух по скважинам в призабойное пространство до прохода лавы. При отсосе газа в начале скважин устанавливают матерчатые фильтры для задержания частиц распада радона и последующего захоронения фильтров. В результате радоновыделение постоянно нейтрализуется в большей части пласта до выемки угля и при его отделении, что значительно повышает безопасность работ и уменьшает влияние разработки на окружающую среду с учетом захоронения частиц распада радона.

Иначе поступают, если по тем или иным причинам предотвращение проникновения радона в помещение не достаточно эффективно, либо невозможно, либо экономически не целесообразно. В этом случае радон принудительно удаляют из отдельных помещений, где в этом есть необходимость.

Удаление радона из воздуха помещения может быть достигнуто различными способами.

Например, известен способ снижения эквивалентной равновесной объемной активности изотопов радона в помещении (RU 2101790) путем удаления из воздушной среды короткоживущих дочерних продуктов радиоактивного распада за счет создания электростатического поля с помощью генератора с холодной эмиссией электронов.

Для удаления радона в железнодорожных тоннелях может быть использован, в частности, способ (RU 2332571), включающий перемещение потоков воздуха под действием движущегося электропоезда, отличающийся тем, что перед входом в тоннель на электровозе раскрывают закрылки и создают усиление напора потоков воздуха, выносят радон из застойных зон сточных лотков, перемешивают его в турбулентном потоке воздуха и выбрасывают через существующую вентиляционную систему, а после прохождения тоннеля закрылки на электровозе убирают.

В общем случае вентилирование помещения эффективно используется для снижения концентрации радона в воздухе, но приводит к выхолаживанию помещения и ведет к увеличению затрат на отопление всего здания. При использовании принудительной вентиляции давление в помещении должно быть выше, чем снаружи, что влечет за собой увеличение влажности в помещениях.

Поэтому применяется также очистка от радона без воздухообмена между помещением и окружающей средой.

Наиболее близким аналогом из найденных является устройство для осуществления способа удаления радона из воздуха помещений (RU 2400675) за счет рециркуляции воздуха через фильтр из активированного угля, сорбирующего радон, без поступления наружного воздуха. Интенсивность прокачки воздуха, количество и размещение вентиляторов выбирают, соблюдая баланс, при котором в помещении всегда поддерживается превышение количества поглощенного радона над поступающим в единицу времени.

Недостатками указанного способа являются: во-первых, необходимость контролировать снижение поглощающей способности сорбента и проводить его замену (регенерацию), во-вторых, ограниченная скорость поглощения радона, а также, в-третьих, трудности в использовании в запыленной и загазованной атмосфере, связанные с загрязнением активной поверхности сорбента.

Предлагаемая полезная модель позволяет эффективно решить задачу очистки воздуха от радона, в том числе в условиях запыленности и загазованности, без использования сорбента, реакционная поверхность которого может засориться, и с постоянной скоростью очистки.

Данная задача решается за счет того, что установка для газогидратной очистки воздуха от радона, работающая по принципу принудительной рециркуляции воздуха помещения без поступления наружного воздуха, включает узел сорбции радона, узел подачи загрязненного воздуха, узел подачи воды, узел подачи вспомогательного гидратообразующего вещества, сепаратор гидратов, узел охлаждения, при этом узел сорбции выполнен в виде проточного реактора, в котором сорбция радона происходит в массе газовых гидратов вспомогательного вещества, производимых в процессе работы установки.

Вспомогательным веществом является газ, например, фреон, предпочтительно, «хладон 218».

Вспомогательным веществом может являться сернистый газ или хлор.

Узел сорбции радона представляет собой проточный реактор, в виде протяженной емкости, предпочтительно, трубы.

Узел подачи воздуха представляет собой компрессор с ресивером.

Узел подачи воды, предпочтительно, представляет собой систему из простой форсунки, соединенной с емкостью для воды, и баллона со сжатым воздухом.

Узел подачи вспомогательного вещества представляет собой баллон со сжатым газом, предпочтительно, с «хладоном 218».

Установка может быть дополнительно оснащена смесительным узлом, например, форсункой.

Узел охлаждения представляет собой камеру термостатирования, которая включает емкость, наполненную жидкой средой (теплоносителем), например, водой, в объеме емкости размещены теплообменные элементы, представляющие собой спиральновитые части трубопроводов, через которые узлы подачи воздуха, воды и вспомогательного вещества сообщены с реактором.

Камера термостатирования может быть оснащена механизмом для перемешивания теплоносителя.

Сепаратор выполнен с возможностью отделения очищенного воздуха от гидратов радона, например, под действием центробежных сил.

Сепаратор может представлять собой циклон.

Сепаратор может быть оснащен или соединен с бункером для сбора гидратов радона.

Бункер может быть оснащен автономной системой охлаждения, предпочтительно термоэлементами Пельтье, закрепленными на его внешней поверхности.

Отвод тепла от внешних сторон элементов Пельтье может быть осуществлен посредством, предпочтительно, водяного охлаждения.

Техническим результатом является обеспечение возможности эффективной непрерывной очистки воздуха от радона при любых, даже малых концентрациях его в воздухе, путем сепарации из воздуха образующихся двойных газовых гидратов радона и вспомогательного вещества, без необходимости частой замены расходных материалов (имеются ввиду угольные фильтры сравнение с наиболее близким аналогом).

Установка для газогидратной очистки воздуха от газа радона, представляет собой устройство непрерывного действия для улавливания и иммобилизации радона из воздуха помещений и включает узел подачи загрязненного воздуха 1, узел 2 подачи воды, узел 3 подачи вспомогательного гидратообразующего вещества, необходимого для гидратообразования радона, узел 4 сорбции радона, сепаратор 5, а также узел 6 охлаждения для термостатирования воздуха, воды и вспомогательного гидратообразующего вещества.

Узел 4 сорбции выполнен в виде проточного реактора, в котором сорбция радона происходит в массе газовых гидратов вспомогательного вещества, производимых в процессе работы установки.

Узел 4 сорбции радона на входе сообщен с узлом 1 подачи загрязненного воздуха, узлом 2 подачи воды и узлом 3 подачи вспомогательного вещества, а на выходе - с сепаратором 5, обеспечивающим очистку воздуха от гидратов радона.

Узлы 1, 2, 3 установки обеспечивают подачу под давлением через трубопроводы 7 в узел 4 сорбции радона соответственно загрязненного воздуха, воды и вспомогательного вещества.

Узел подачи воздуха 1 включает компрессор 8 и ресивер 9, либо компрессор, оснащенный ресивером.

Узел подачи воды 2, предпочтительно, представляет собой систему из простой форсунки, соединенной с емкостью для воды (сифон) 10, и баллона сжатого воздуха 11.

Вспомогательным гидратообразующим веществом является газ, например, фреон.

Узел подачи вспомогательного вещества 3 может представлять собой баллон 12 со сжатым газом, предпочтительно, с хладоном - 218.

В качестве альтернативных вариантов могут быть использованы другие вещества, например, сернистый газ или хлор, либо подходящие для гидратообразования легкокипящие жидкости.

Узел 4 сорбции радона представляет собой проточный реактор, в виде протяженной емкости, предпочтительно, трубы. Внутри проточного реактора для контроля разницы давлений может быть размещена трубка Вентури 13.

Узел охлаждения 6, позволяет регулировать (выравнивать) температуру поступающих в реактор загрязненного воздуха и реагентов (воды и вспомогательного вещества).

В качестве узла 6 охлаждения может использоваться, например, камера термостатирования. Камера термостатирования представляет собой заполненную охлажденным теплоносителем емкость 14, внутри которой размещены теплообменные элементы, например, змеевики 15, через которые проходят воздух и реагенты. Для предотвращения температурного расслоения теплоносителя используется механизм перемешивания 16.

Сепаратор 5, предпочтительно, представляет собой циклон или любое другое устройство, позволяющее разделять смесь на фракции, который обеспечивает отделение очищенного воздуха от образовавшихся в реакторе гидратов радона.

Сепаратор 5 в верхней части содержит трубу 17 для выхода очищенного воздуха, а в нижней части сообщается с бункером 18 для сбора гидратов радона.

Бункер 18 представляет собой толстостенную металлическую емкость, которая охлаждается, например, термоэлементами Пельтье 19, закрепленными в хомуте 20. Охлаждение бункера осуществляется для исключения распада гидратов радона.

Устройство работает следующим образом.

В установку одновременно подаются загрязненный радоном воздух и реагенты (вода и вспомогательное гидратообразующее вещество).

Загрязненный радоном воздух в установку нагнетает компрессор 8. Ресивер 9 нивелирует возможные скачки давления. Воздух по трубопроводу 21 проходит через узел охлаждения 6, где охлаждается до реакционной температуры, и поступает в узел 4 сорбции радона.

Вода в установку поступает из узла 2 подачи воды. Затем вода по трубопроводу 22 проходит через узел охлаждения 6, где охлаждается до реакционной температуры, и под давлением впрыскивается в узел 4 сорбции радона.

Вспомогательное гидратообразующее вещество, например, хладон-218 подается из узла 3. Затем гидратообразующее вещество по трубопроводу 23 проходит через узел охлаждения 6, где охлаждается до реакционной температуры, и под давлением поступает в узел 4 сорбции радона.

В узле 4 сорбции радона происходит смешивание компонентов и образование гидратов вспомогательного вещества, в кристаллическую структуру которых встраиваются атомы радона, таким образом, образуются кристаллы двойных газовых гидратов радона и вспомогательного вещества, т.е. происходит сорбция радона массой газовых гидратов.

Смешение в проточном реакторе происходит в основном за счет турбулентности потоков реагентов, которая возникает в процессе движения реагентов.

В альтернативном варианте выполнения устройства подача реагентов непосредственно в реактор для обеспечения большей дисперсности смеси может осуществляться, например, через дополнительный смесительный узел, например, форсунку (на чертежах условно не показана).

Из узла 4 сорбции радона смесь веществ поступает в сепаратор 5 для очистки воздуха от гидратов.

В сепараторе 5, предпочтительно, циклонного типа кристаллы двойных газовых гидратов под действием центробежной силы отделяются от воздуха, после чего попадают в бункер 18 для сбора гидратов радона, а очищенный воздух выходит из установки через трубу 17 для выхода очищенного воздуха.

Труба 17 может быть оснащена радиометром и дросселем регулировки потока.

Бункер 18 охлаждается для предотвращения разложения кристаллов газовых гидратов и попадания радона обратно в сепаратор 5. Гидраты удаляются из бункера по мере его заполнения. Выделяющееся при работе элементов Пельтье 19 тепло может отводиться, например, посредством узла 24 водяного охлаждения, интегрированного с хомутом 20.

Установка может быть оснащена дополнительной емкостью 25 для отвода излишков последней из узла 4 сорбции радона.

Излишки воды отсекаются подобранной диафрагмой и удаляются из реактора по полимерной трубке. Если воду не отводить, то она может разрушать крупинки гидратов в реакторе.

Трубопроводы 7, а также узел 4 сорбции радона и сепаратор 5 могут быть оснащены электронными датчиками температуры, давления и расхода воздуха и реагентов.

Информация с упомянутых датчиков выводится на табло 26 модуля управления, который позволяет контролировать работу установки.

За счет предложенного набора узлов и взаимосвязи между ними устройство представляет собой газогидратную установку непрерывного действия для улавливания и иммобилизации радона, которая работает по открытой, проточной схеме, и потому новые порции загрязненного радоном воздуха поступают в установку непрерывно; и обеспечивает возможность эффективной сепарации радона при любой его концентрации в воздухе, а также безопасность хранения собранного в виде газовых гидратов газа радона перед его утилизацией.

1. Установка для очистки воздуха от радона, работающая по принципу принудительной рециркуляции воздуха помещения без поступления наружного воздуха, включающая узел сорбции радона, отличающаяся тем, что она также включает в свою конструкцию узел подачи загрязнённого воздуха, узел подачи воды, узел подачи вспомогательного гидратообразующего вещества, сепаратор, узел охлаждения, при этом узел сорбции радона выполнен в виде проточного реактора, в котором сорбция радона происходит в массе газовых гидратов вспомогательного вещества, производимых в процессе работы установки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел сорбции радона с одной стороны сообщен с узлами подачи загрязненного воздуха, воды и вспомогательного вещества, а с другой стороны с сепаратором, который обеспечивает возможность отделения очищенного воздуха от гидратов радона.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри реактора размещена трубка Вентури.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательным веществом является газ, например, фреон, предпочтительно "хладон 218".

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательным веществом является сернистый газ или хлор.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что реактор представляет собой протяженную емкость, предпочтительно трубу.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел подачи воздуха представляет собой компрессор и/или ресивер либо имеет в своем составе компрессор и ресивер.

8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что узел подачи воды, предпочтительно представляет собой систему из простой форсунки, соединённой с ёмкостью для воды, и баллона сжатого воздуха для поддавливания воды.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел подачи вспомогательного вещества представляет собой баллон со сжатым газом, предпочтительно, с "хладоном 218".

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно оснащена смесительным узлом, например пневматической форсункой.

11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел охлаждения представляет собой камеру термостатирования, которая включает емкость наполненную жидкой средой, например водой, внутри ёмкости размещены теплообменные элементы, к которым прилегают спиральновитые части трубопроводов, которыми узлы подачи воздуха, воды и вспомогательного вещества сообщены с реактором.

12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что камера термостатирования оснащена механизмом для перемешивания жидкой среды.

13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сепаратор выполнен с возможностью отделения очищенного воздуха от гидратов радона под действием центробежных сил.

14. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сепаратор представляет собой циклон.

15. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что сепаратор оснащен или соединен с бункером для сбора гидратов радона.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что бункер оснащен термоэлементами Пельтье, предпочтительно закрепленными на его внешней поверхности.