СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ И СО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F23G7/06 

Изобретение относится к очистке отходящих газов промышленных производств от вредных примесей и может быть использовано, например в окрасочном производстве для обезвреживания газовых выбросов от паров органических растворителей.

Известен способ очистки газовых выбросов от органических компонентов путем их дожигания во вращающемся роторе, выполненном из каталитически активного вещества, но наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является изобретение, включающее в себя каталитическое окисление органических примесей в реакторе в виде вращающегося ротора, в котором патрубки ввода и вывода газовой смеси расположены по одну сторону торца ротора, при этом часть торца ротора перекрывает входной патрубок, а оставшуюся часть - выходной; наполнитель в роторе выполнен двухслойным: первый слой, обращенный к патрубку, из теплопоглощающего материала, а второй - из каталитически активного.

Недостатками такого способа являются: сложность конструкции аппарата, необходимость затраты энергии на вращение ротора, невысокая степень очистки, связанная с перетоком неочищенного воздуха через уплотнения "патрубок-торец ротора" при вращении ротора, сложность герметизации ротора, вследствие его деформации при повышенных температурах, не позволяющая использовать данный метод при рабочих температурах более 350-400^оС; значительные динамические нагрузки на катализатор, возрастающие с увеличением диаметра ротора и частоты оборотов и приводящие в условиях переменного температурного поля к снижению ресурса работы катализатора из-за разрушения и последующего размола его гранул.

Цель изобретения - увеличение степени очистки, увеличение ресурса работы катализатора, снижение энергозатрат, расширение диапазона рабочих температур, упрощение конструкции реактора.

Поставленная цель достигается тем, что процесс проводят путем пропускания очищаемого газа через неподвижную двухслойную насадку, первый слой инерта, второй - катализатора, в прямом и обратном направлениях, периодически изменяя направление газового потока в каждой секции на противоположное.

Для осуществления процесса по данному способу предлагается устройство (реактор) фиг.1-5, выполненное в виде цилиндрического, радиально секционированного с помощью пластин 10 аппарата 1 с неподвижной насадкой, один торец 4 которого герметично закрыт, а к другому подведены патрубки ввода и вывода газов. Для переключения газовых потоков смонтирован коллектор 5, выполненный в виде помещенного в неподвижную оболочку вращающегося цилиндра с секторным вырезом (ротор) 6, один торец которого присоединен к выходу из аппарата, а патрубки ввода 7 и вывода 8 газов присоединены к неподвижной оболочке коллектора. Секторный вырез отделен от остальной части трубы и выходного торца перегородками 12,13. Между корпусом реактора и насадкой имеется слой теплоизоляции 11. Насадка реактора двухслойная: первый слой 3, обращенный к коллектору, из теплопоглощающего материала, а второй 2 - из каталитически активного материала.

В качестве элементов теплообменного слоя могут быть использованы шары, кольца, гранулы с размером частиц от 0,1 мм до 50 мм, или организованная насадка - блоки, сетка, а в качестве каталитически активного слоя используются катализаторы на основе благородных металлов, оксидов 4 периода, оксидов РЗЭ, как нанесенные, так и массивные в виде блоков, шаров, колец, сетки и т.д.

По предлагаемому способу реактор работает следующим образом. Предварительно нагревается, например, с помощью ТЕНов 4 или другим способом, слой катализатора и часть слоя инертной насадки до температуры, выше температуры начала реакции окисления. Затем в реактор подается очищаемый газ. Газовый поток, пройдя теплопоглощающий и каталитический слой, подключенные к входному патрубку, нагревается, при этом часть загрязняющих компонентов окисляется с выделением тепла. В верхней части реактора поток перемешивается и поступает в секции, подключенные к выходному патрубку. В слое катализатора, находящегося в этих секциях, происходит дожигание оставшейся части примесей, а тепло газового потока передается теплопоглощающему слою. После нагрева основной массы теплопоглощающего слоя происходит переключение данной секции от выходного патрубка к входному. Одновременно секция, в которой основная масса насадки охладилась, переключается от входного к выходному патрубку. При этом первая секция начинает работать как подогреватель потока, отдавая тепло входящему газу, а противоположная - как холодильник, охлаждая выходящий поток. При вращении ротора коллектора потоков происходит периодическое подключение секций реактора к входному и выходному патрубку. При такой организации процесса первый слой, инертная насадка выполняет роль регенеративного теплообменника, а во втором слое происходит окисление загрязняющих компонентов.

К основным параметрам технологического режима относятся - степень превращения вредных веществ, линейная скорость газового потока, скорость вращения ротора коллектора потоков, температура в слое катализатора. Скорость вращения ротора коллектора потоков в зависимости от условий процесса может изменяться в интервале 1-1000 оборотов в час. Оптимальное значение находится, как правило, в пределах до 500 оборотов в час, при температуре газа на входе в реактор от 0 до 150^оС, в реакторе 200-800^оС. Осуществление процесса в этих условиях позволяет обезвреживать газовые выбросы с переменным содержанием вредных веществ, при сжигании которых адиабатический разогрев превышает 10^оС, а на больших аппаратах 3-5^оС без использования дополнительного тепла и теплообменной аппаратуры.

При этом степень очистки газового выброса от загрязняющих примесей в 3-6 раз выше по сравнению с прототипом. Невысокая температура на выходе из реактора - до 150^оС, и меньшие размеры торца коллектора в сравнении с торцом реактора вращающегося типа значительно упрощают проблему герметизации стыка между ротором коллектора потоков и реактором и расширяют диапазон рабочих температур до границ, определяемых температурной стабильностью катализатора. Наличие теплопоглощающего слоя позволяет обеспечить защиту катализатора от пыли, при этом в режиме, когда сектор подключен к входному патрубку пыль задерживается в лобовых слоях насадки, а когда к выходному - происходит вынос пыли из слоя. Снижаются затраты энергии на вращение ротора, так как масса ротора коллектора во много раз меньше массы ротора реактора вращающегося типа.

П р и м е р 1. Характеризует работу прототипа.

Поток воздуха, содержащий 0,5 г/м³ стирола, подают в контактный аппарат, выполненный в виде ротора и заполненный слоем инерта (корунд с размером зерна 10 мм) и слоем алюмоплатинового катализатора (размер зерна 2-3 мм). Температура исходной смеси 20^оС, на выходе из реактора - 30^оС. Расход смеси 500 м³/ч, высота слоя катализатора 0,05 мм, инертной засыпки - 0,70 м, диаметр слоя - 0,5 мм, диаметр торцевого уплотнения - 0,55 м, скорость вращения ротора - 30 об/ч, максимальная температура в слое катализатора - 380^оС, доля непревращенного стирола за счет перетечек через уплотнения и перевозок при вращении ротора - 0,9%, масса вращаемой части аппарата - 390 кг.

П р и м е р 2. Характеризует работу предлагаемого способа.

Аналогичен примеру 1, отличается тем, что газовый поток подают в контактный аппарат с неподвижным слоем засыпки. Диаметр торцевого уплотнения - 0,18 м, доля непревращенного стирола за счет обратной продувки слоя при переключении секций реактора от входного патрубка к выходному - 0,25%, масса вращаемой части аппарата - 3,2 кг.

П р и м е р 3. Исходная реакционная смесь, содержащая примеси толуола 4,3 г/м³ в воздухе, подается в контактный аппарат с неподвижным слоем оксидного алюмомарганцевого катализатора с размером зерен 5 мм и инерта, корунда с размером зерен 10 мм. Температура газового потока на входе в реактор - 20^оС, на выходе - 145^оС. Максимальная температура в слое катализатора - 780^оС. Расход смеси - 500 м³/ч, высота слоя катализатора - 0,15 м, инерта - 0,30 м, диаметр слоев - 0,5 м, диаметр торцевого уплотнения - 0,14 м, скорость вращения ротора вариатора потоков - 40 об/ч, доля непревращенного толуола за счет обратной продувки слоя при переключении секций реактора от входного патрубка к выходному - 0,25%, масса вращаемой части аппарата - 3,2 кг.

Как видно из сопоставления примера 1 (прототип) и примера 2, применение предлагаемого способа позволяет увеличить степень очистки, снизить энергозатраты, упростить конструкцию реактора. Пример 3 демонстрирует расширение возможного температурного интервала по сравнению с прототипом.

Сущность изобретения: процесс осуществляют в секционированном реакторе с неподвижной двухслойной насадкой, первый слой - инертная засыпка, второй - каталитическая, а для эффективной регенерации тепла реакции дожигания секции, подключенные к патрубку ввода газового потока с помощью коллектора, поочередно переключают к патрубку ввода и синхронно с этим происходит переключение секций, подключенных к патрубку вывода, к патрубку ввода. Коллектор выполнен в виде вращающегося цилиндра (ротора) с секторным вырезом, один торец которого прижат к выходу из реактора, а другой - к газоотводному патрубку. Коллектор (ротор) помещен в неподвижную оболочку с газоотводными патрубками. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ очистки газовых выбросов от органических примесей и CO путем совмещения регенеративного теплообмена и каталитического окисления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газов, поток очищаемого газа пропускают через неподвижную секционированную каталитическую насадку в прямом и обратном направлении, при этом направление газового потока в каждой секции периодически изменяют на противоположное. 2. Устройство для очистки газовых выбросов от органических примесей и CO, выполненное в виде цилиндрического, радиально-секционированного аппарата с насадкой и патрубками ввода и вывода газов, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газов, оно оборудовано коллектором, выполненным в виде помещенного в неподвижную оболочку цилиндра с секторным вырезом, один торец которого присоединен к выходу из аппарата, а патрубки ввода и вывода газов присоединены к неподвижной оболочке коллектора.