ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОСАЖДЕНИЯ НА КАТАЛИТИЧЕСКОМ ЗАПАЛЬНИКЕ ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ ВМЕСТЕ С ПАРОМ ЖИДКИХ ЖИРОВ ПОВЫШЕННОЙ ВЯЗКОСТИ ПРИ СЖИГАНИИ ВОДОРОДА В СМЕСИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ВОДОРОД, КИСЛОРОД И ПАР, И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 1996 года по МПК B01D53/22 B01D53/34 

Изобретение относится к области защиты при авариях с повреждением реактора на атомных электростанциях, когда водород попадает в содержащую кислород атмосферу предохранительного кожуха, в результате чего возникает опасность взрыва.

Выделяющийся водород в зависимости от локальной концентрации, турбулентности и геометрических параметров предохранительного корпуса может сгорать, вызывая мгновенное сгорание или взрыв. Поэтому проблема как локального, так и глобального удаления водорода в аварийной ситуации, связанной с выходом из строя реактора, приобретает первостепенное значение.

Для сокращения локальной концентрации водорода в предохранительном кожухе может быть использовано запальное устройство. Используя направленное своевременное запаливание и сжигание, удается ограничивать содержание водорода в пределах предохранительного кожуха.

Известно защитное устройство для предотвращения осаждения на каталитическом запальнике выделяющихся вместе с паром жидких жиров повышенной вязкости при сжигании водорода в смеси, содержащей водород, кислород и пар, представляющее собой кожух с держателем для каталитического запальника, выполненный из проницаемого для газа фильтрующего материала /I/.

Из того же источника информации известен способ эксплуатации защитного устройства каталитического запальника, находящегося в содержащей водород, кислород и пар газовой смеси, от осаждения на нем увлекаемых паром жидких жиров повышенной вязкости, включающий сжигание водорода в газовой смеси.

Недостатком защитного устройства и способа его эксплуатации является возникновение опасности осаждения частиц жира на поверхности каталитического запальника, что приведет к повышению концентрации водорода в газовой смеси.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в гарантированном снижении концентрации водорода в газовой смеси. Это достигается тем, что в защитном устройстве для предотвращения осаждения на каталитическом запальнике выделяющихся вместе с паром жидких жиров повышенной вязкости при сжигании водорода в смеси, содержащей водород, кислород и пар, представляющем собой кожух с держателем для каталитического запальника, выполненный из проницаемого для газа фильтрующего материала, кожух выполнен из фильтрующего материала, непроницаемого для жира и при сгорании горючих составляющих превращающегося в легкий пепел, закрывающего каталитический запальник до начала зажигания и предохраняющего его поверхность от загрязнения и осаждения частиц жира.

Этот технический результат в способе эксплуатации защитного устройства каталитического запальника, находящегося в содержащей водород, кислород и пар газовой смеси от осаждения на нем увлекаемых паром жидких жиров повышенной вязкости, включающем сжигание водорода в газовой смеси, после произведенного в атмосфере водорода каталитического воспламенения осуществляют сжигание горючих составляющих фильтрующего материала с поглощенными им частицами жира с образованием легкого тепла, причем в промежуток времени между первым воспламенением и последующим каталитическим сжиганием предотвращение осаждения частиц жиров на поверхности каталитического запальника обеспечивают за счет конвенции, вызываемой его остаточным теплом.

На фиг. 1 представлен вид каталитического запальника с защитным устройством для предотвращения осаждения на нем жидких жиров; на фиг.2 - кривые температуры и давления, полученные в ходе каталитического окисления водорода; на фиг.3 кривые температуры и давления при каталитической реакции; на фиг.4 кривые температуры и давления после протекания каталитической реакции.

Кривые, проведенные сплошной линией, обозначают давление в реакционной камере, кривые, проведенные прерывистой линией, обозначают температуру на каталитическом слое.

Защитное устройство с фильтрующим кожухом на начальной стадии каталитической реакции от запальника препятствует свободному прохождению частиц жира к поверхности каталитического запальника /катализатора/. Если в относительно короткий срок создается температура, необходимая для запаливания, оболочка кожуха сгорает, образуя продукты горения в виде легкого пепла. При последующем запаливании под влиянием каталитического нагревания проблемы осаждения частиц жира более не существует, так как:
1. Катализатор достигает достаточно высокой температуры, необходимой для самопроизвольных каталитических процессов.

2. Вследствие образования пара на поверхности каталитического запальника и связанного с этим появления конвекционного потока осаждение значительно осложняется.

3. При установившемся достаточно высоком температурном режиме частицы жира в жидком состоянии превращаются в пар.

Далее приводятся несколько конкретных примеров исполнения, иллюстрирующих предмет изобретения на основе графических материалов и диаграмм.

Пример 1.

На фиг.1 представлен катализаторный лист с прилегающим к нему фильтром. При этом термоэлемент непосредственно не касается листа, а устанавливается на фильтр. Чтобы препятствовать осаждению жира из жиросодержащей паровой смеси на поверхности катализатора, катализатор закрывается прилегающим к нему фильтром НЕ РА. Этот фильтр, изготовленный из стеклянного волокна, отличается особенно высокой способностью к осаждению жиров и исключительно высокой проницаемостью для воздуха, пара и водорода. Кроме того, подобные фильтры обладают такими качествами, как термостойкость до 560^oС и негорючесть.

Пример 2.

Исследовалась каталитическая эффективность и связанное с ней повышение температур на катализаторном слое в атмосфере, содержащей жировые вещества. Исследование каталитической способности проводилось в реакционной камере, где пропускалась газовая смесь, соответствующая по составу смеси, которая образуется при авариях ядерных реакторов. В камере, закрепленной на верхнем фланце, выходящем в круглую часть реакционного пространства, устанавливался каталитический слой. Чтобы отбросить всякую предвзятость, для эксперимента выбирались жировые вещества с низкой температурой застывания. Таким образом обеспечивалось благоприятное распределение в паровой смеси. На фиг.2 представлены кривые температуры и давления, полученные в ходе каталитического окисления H₂ после выдерживания каталитического слоя в жиросодержащей атмосфере насыщенного пара, содержащей 0,5 г εSSO(εSTAN) в течение 2 часов при 100^oC. Результаты проведенного опыта указывают на то, что ход катализации в содержащей жиры атмосфере насыщенного пара даже после длительного выдерживания может протекать нормально, если за счет блокирования с использованием фильтра удается избежать осаждения жира на поверхности катализатора.

Была проведена целая серия опытов без использования фильтровального покрытия по осаждению содержащихся в паровой фазе жиров, таких как εSSO εSTAN 2 и жиров многоцелевого назначения Shell. При этом какого-либо изменения каталитической активности, связанной с повышением температуры, даже при повторном введении водорода установить не удалось. Например, при очистке реакционной камеры и катализаторного листа ацетоном, бензином или пропаном была зафиксирована высокая каталитическая активность.

Пример 3.

Присутствие жира на оболочке влияет на каталитическую активность до тех пор, пока жировые вещества распределяются в атмосфере пара и могут оседать на поверхности листа. Если температура катализатора достаточно высока, вследствие чего испарение осалившегося жира происходит сразу же после соприкосновения с поверхностью катализатора, то в этом случае каталитическая реакция протекает беспрепятственно.

Для определения температуры переходной фазы проводили эксперимент с 5 см³ воды из кубовой жидкости и 0,5 г жира типа εSSO εSTAN 2. При этом реакционная камера непрерывно нагревалась потоком воздуха. После испарения воды выше 100^oС отводилось время для выдерживания катализаторного слоя в течение 1,5 часов в жиросодержащей атмосфере насыщенного пара. Перед началом осаждения под давлением 0,2 бара пропускался водород.

На фиг. 3 представлены кривые температуры и давления при каталитической реакции. Только при достижении температуры в 130^oC было зарегистрировано медленное повышение температурного режима на поверхности катализатора. При 145^oС начиналась самопроизвольная каталитическая реакция. Из хода кривых следует, что переходная температура для начала каталитической реакции после выдерживания в атмосфере насыщенного пара для жира εSSO εSTAN2 2 лежит в пределах 145^oС.

Пример 4.

Для подтверждения предположения, что выше переходной температуры, когда жировые вещества находятся в парообразном состоянии и не могут осаждаться на поверхности катализатора, каталитическая реакция протекает беспрепятственно, проводили эксперимент при 160^oС. При этом 0,3 г жира εSSO εSTAN2 2 и многоцелевого жира производства фирмы Shell нагревали с 4 см^З кубовой воды. Только после выдерживания листа в жиросодержащей атмосфере насыщенного пара при 160^oС в течение 1,5 часа в камеру пропускали водород под давлением 0,22 бар. При этом в камере создавались следующие условия: воздух - 1,3 бар, пар 1,45 бар и водород 0,22 бар.

Из фиг. 4 следует, что реакция начинается без какого-либо промедления и заканчивается через 4 минуты.

При этих же условиях проводились опыты с различным содержанием жиров, а также наиболее характерными типами жировых веществ. Из кривых давления и температуры следует, что при температуре выше 160^oС жиры находятся в паровой фазе и каталитическая реакция протекает беспрепятственно. Кроме того, кривые свидетельствуют о том, что в предполагаемой жиросодержащей атмосфере насыщенного пара каталитический слой перед осаждением до начала ускоренного каталитического процесса должен быть защищен. ЫЫЫ2

Сущность: защитное устройство для предотвращения осаждения на каталитическом запальнике выделяющихся вместе с паром жидких жиров повышенной вязкости при сжигании водорода в смеси, содержащей водород, кислород, пар, представляет собой кожух из фильтрующего материала, закрывающий запальник до начала зажигания и предохраняющий его поверхность от загрязнения и осаждения частиц жира. Способ эксплуатации защитного устройства включает сжигание водорода в газовой смеси. После произведенного воспламенения осуществляют сжигание горючих составляющих фильтрующего материала с поглощенными им частицами жира. В промежуток времени между первым воспламенением и последующим каталитическим сжиганием предотвращение осаждения частиц жиров на запальник обеспечивают за счет конвенции, вызываемой его остаточным теплом. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Защитное устройство для предотвращения осаждения на каталитическом запальнике выделяющихся вместе с паром жидких жиров повышенной вязкости при сжигании водорода в смеси, содержащей водород, кислород и пар, представляющее собой кожух с держателем для каталитического запальника, выполненный из проницаемого для газа фильтрующего материала, отличающееся тем, что кожух выполнен из фильтрующего материала, не проницаемого для жира и при сгорании горючих составляющих превращающегося в легкий пепел, закрывающего каталитический запальник до начала зажигания и предохраняющего его поверхность от загрязнения и осаждения частиц жира. 2. Способ эксплуатации защитного устройства для предотвращения осаждения на каталитическом запальнике выделяющихся вместе с паром жидких жиров повышенной вязкости при сжигании водорода в смеси, содержащей водород, кислород и пар, включающий сжигание водорода в газовой смеси, отличающийся тем, что после произведенного в атмосфере водорода каталитического воспламенения осуществляют сжигание горючих составляющих фильтрующего материала с поглощенными им частицами жира с образованием легкого пепла, причем в промежуток времени между первым воспламенением и последующим каталитическим сжиганием предотвращение осаждения частиц жиров на поверхности каталитического запальника обеспечивают за счет конвенции, вызываемой его остаточным теплом.