СПОСОБ ДОЖИГАНИЯ ГОРЮЧИХ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 1996 года по МПК B01D53/86 B01D131/00 

Изобретение относится к очистке газовоздушной смеси и может быть использовано для дожигания вентиляционных и технологических выбросов.

Известен способ очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, по которому содержащий в выхлопных газах оксид углерода окисляется до СО₂ оксидом азота по реакции СО + NO -> 0,5N₂ + CО₂ путем пропускания горячих газов через катализатор из сплава металлов переходной группы четвертого периода. Поскольку в пусковые периоды или при малых оборотах работы двигателя, когда выхлопные газы недостаточно горячие, происходит осмоление катализатора, что резко снижает эффективность очистки, перед пуском двигателя катализатор, выполненный в виде электронагревательных элементов (проволока навита на термо- и механостойкие диэлектрические трубки), нагревают до 800-1000^оС, пропуская через него электрический ток и дополнительно воздействуя на газовый поток неоднородным электромагнитным полем.

Предлагаемый способ является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному способу и принят за прототип.

В используемом прототипе не приводится требуемая мощность нагревателя, расход газовой смеси, температура на входе в устройство и выходе из него, оборудование и мощность для создания и поддержания неоднородного электромагнитного поля. Однако из нашего опыта работы можно говорить о том, что недостатками способа, описанного в прототипе, являются: большой расход электроэнергии на разогрев до 800-1000^оС обдуваемых диэлектрических трубок с каталитической проволокой, имеющих большую площадь теплоотдачи; значительный разогрев газа вследствие теплоотдачи от больших нагретых поверхностей проволоки и трубок, а также вследствие теплоизлучения поверхностей, нагретых до 800-1000^оС; плохой контакт газовой смеси с каталитической поверхностью вследствие значительного расстояния между электронагревательными элементами, а также необходимость сложного вспомогательного оборудования для создания неоднородного электромагнитного поля.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности дожигания горючих примесей в газовоздушных смесях при их концентрации не более 3-5 г/м³ без значительных энергозатрат, без применения сложного технологического оборудования и без применения дорогостоящих катализаторов. Таким образом, в предлагаемом способе по сравнению с прототипом дожигание горючих примесей проводится кислородом воздуха, площадь нагреваемых поверхностей существенно уменьшена, не используется неоднородное электромагнитное поле, а режим электронагрева проволочного катализатора до 600-900^оС обеспечивает незначительный разогрев очищаемого газа.

Указанная цель обеспечивается тем, что осевым вентилятором производится подача газовоздушной смеси из помещения в вентиляционный канал без предварительного подогрева (т.е. газовоздушная смесь имеет температуру помещения или температуру, обусловленную технологией), затем смесь проходит через нагреваемый электрическим током до 600-900^оС проволочный катализатор из неблагородных тугоплавких металлов, например нихрома, а далее незначительно нагретый обезвреженный газ выбрасывается в атмосферу. При этом проволока, натянутая на рамки, равномерно распределяется поперек газового потока, а чтобы очищаемый газ, проходящий через раскаленную проволочную рамку, не успевал значительно нагреваться, условия электрообогрева регламентируются следующими соображениями.

Скорость тепловыделения (W₁, Bт) при нагреве проволочного катализатора электрическим током можно оценить по формуле
W₁ U ·I I²·R, где U электрическое напряжение, В; I сила тока, А; R электрическое сопротивление проволоки, Ом.

Скорость теплоотдачи (W₂, Вт) от нагретой проволоки к обдувающему ее газу можно оценить по формуле
W₂ α·S·Δ T, гдеα- коэффициент теплоотдачи, Дж/(м²·с·К); S площадь поверхности проволоки, м²; ΔТ разница между температурой проволоки и средней температурой газового потока в зоне контакта, К.

При балансе скоростей тепловыделения и теплоотдачи, т.е. при W₁ W₂, задавшись величиной ΔТ (например, 700^оС), можно оценить необходимые для этого силу тока (I_н), длину одного куска проволоки (l_н) и общее количество параллельно включенных в электрическую сеть кусков проволоки (n) по формулам
I_н= l_н= • n где α- диаметр проволоки, ρ- удельное сопротивление проволоки, W мощность нагревателя каталитического узла, зависящая от производительности вентилятора (расхода газа).

Возможность практической реализации способа проверялась в установке, представляющей собой трубу прямоугольного сечения с осевым вентилятором и каталитическим узлом в виде проволоки, натянутой поперек газового потока на изолированные друг от друга крючки.

На чертеже показан один из вариантов установки.

Очищаемый газ с температурой Т₁ осевым вентилятором 1 подается в трубу 2, проходит каталитический узел 3 с проволокой, разогретой электрическим током до температуры Т_пров., и выбрасывается в атмосферу с температурой Т₂.

Некоторые примеры реализации способа приведены в таблице.

В примере 2 (см. таблицу) весь газовый поток с органической примесью нагревался до 600^оС в кварцевом трубчатом реакторе со спиралью их нихромовой проволоки. В примерах 3 и 4 результат анализа примеси после катализатора несколько завышен за счет подмешивания неочищенного газа, так как отбор пробы проводился на высоте 0,5 м от дожигателя, чтобы не испортить индикатор, который надежно работает до 30^оС.

Таким образом, очистка воздуха от горючих примесей с эффективностью 50-80% за один проход проволочного катализатора, разогретого до 600-900^оС, достигается при разнице температуры между катализатором и выбрасываемым газовым потоком 0-800^оС (см. таблицу).

Заявителю не известны способы дожигания примесей, в которых процесс проводится без предварительного подогрева газовоздушной смеси при разнице температур между катализатором и газом до 800^оС, что по мнению заявителя является существенным отличительным признаком.

При малом содержании горючих примесей (менее 0,5 г/м³) описанный способ можно использовать без выброса очищаемого газа (воздуха) из помещения, ибо предельно допустимая концентрация по СО₂ составляет 9 г/м³. Можно ожидать, что предложенный способ ведения каталитических процессов окажется эффективным для уничтожения запахов дурно пахнущих веществ в пищевой, рыбной, кожевенной и парфюмерной промышленности.

Использование: дожигание горючих примесей в вентиляционных и технологических выбросных газах. Сущность изобретения: газовый поток с примесями горючих веществ в смеси с воздухом пропускают через катализатор из нихромовой проволоки при нагревании его электрическим током. Температура катализатора при дожигании составляет 600 - 900^oС. Разница температур между катализатором и газовоздушной смесью в зоне расположения катализатора не выше 800^oС. 1 ил. , 1 табл.

СПОСОБ ДОЖИГАНИЯ ГОРЮЧИХ ПРИМЕСЕЙ, содержащихся в газовом потоке, пропусканием его через катализатор из нихромовой проволоки при нагревании катализатора электрическим током, отличающийся тем, что газовый поток подают к катализатору в виде газовоздушной смеси, дожигание ведут при температуре катализатора 600 900^oС и при разнице температур между катализатором и газовоздушной смесью в зоне расположения катализатора не выше 800^oС.