СПОСОБ ОБРАБОТКИ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B01D53/34 

Описание патента на изобретение RU2065763C1

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения восстановительных газов и кислорода.

Известен способ обработки кислородсодержащих газов, содержащих например, окислы азота, путем их контактирования с природным газом при Т 700 - 730oC в присутствии катализатора (Андреев Ф. А. и др. Технология связанного азота. Химия, 1974, с. 384). При этом окислы азота, содержащиеся в кислородсодержащем газе, восстанавливаются до молекулярного азота.

Способ осуществляется на установке, содержащей теплообменник для подогрева исходных кислородсодержащих газов, камеру сгорания для сжигания природного газа и реактор, загруженный катализатором, для осуществления восстановления окислов азота природным газом.

Недостаток известного способа и установки состоит в расходовании больших количеств природного газа на восстановление окислов азота, низкой производительности и КПД установки.

Наиболее близким к предлагаемому является известный способ обработки кислородсодержащих газов, преимущественно двуокиси углерода и-или водяного пара, и содержащих небольшие количества окислов азота, включающий их контактирование с расплавленным щелочным манганатом при Т 200 600oC и термического разложения образовавшегося многокомпонентного расплава на щелочной манганат для повторного его использования при контрактировании (заявка ФРГ N 2307619, кл. В 01 D 53/14).

Способ осуществляется на установке, содержащей два реакционных аппарата со штуцерами ввода и вывода газообразных продуктов, в которых осуществляется контактирование кислородсодержащих газов с расплавленным щелочным манганатом и термическое разложение образовавшегося расплава с получением щелочного манганата, теплообменники для охлаждения отходящих газов, соединенные с трубопроводами для вывода газов из аппаратов, соединительный и подводящий трубопроводы.

Недостаток известного способа состоит в его невысокой эффективности при обработке кислородсодержащего газа восстановлению подвергается лишь небольшая его часть (окислы азота), в то время как основная его часть (двуокись углерода и водяной пар) в процессе обработки не подвергаются переработке в полезные продукты и в таком виде удаляются из аппарата.

Недостаток установки состоит в том, что процесс термического разложения многокомпонентного расплава до его первоначального состояния осуществляется в две стадии, каждая из которых отличается сложностью в осуществлении протекающих в ней процессов и невысокими скоростями, низкой производительностью и КПД.

Для устранения отмеченных недостатков известного способа предлагается в качестве реагента при контактировании использовать расплавленную закись железа, контактирование осуществлять путем ее обдувки исходными газами при остаточном давлении 760 300 мм рт.ст. с получением расплавленной магнитной окиси железа, разложение которой проводят при температуре расплава 1600 - 2200oC и при остаточном давлении не ниже 100 мм рт.ст. при этом обе стадии осуществляют при непрерывной турбулизации расплавов.

Использование в качестве реагента при контактирования с кислородсодержащими газами, преимущественно двуокисью углерода и-или водяным паром, расплавленной закиси железа обеспечит их восстановление с получением полезных продуктов окиси углерода и водорода. Эти процессы осуществляются по уравнениям
3 FeO + CO2 Fe3O4 + CO (1)
3 FeO + H2O Fe3O4 + H2 (2)
Обдувка кислородсодержащими газами, двуокисью углерода и-или водяным паром, слоя расплавленной закиси железа обеспечит большую поверхность контакта взаимодействующих фаз, высокую степень окисления закиси железа, и, как следствие, высокий выход продуктов реакции окиси углерода и водорода.

Высокие температуры процесса (1400 1600oC) обеспечат высокую скорость взаимодействия расплавленной закиси железа с исходными газами, при этом время контактирования будет исчисляться секундами.

Осуществление процесса при остаточном давлении 760 300 мм рт.ст позволит с высокой эффективностью откачивать образующиеся продукты восстановления и исключить их повторное взаимодействие с расплавами.

Разложение образовавшейся расплавленной магнитной окиси железа проводят при Т 1600 2200oC и при остаточном давлении не ниже 100 мм рт.ст. при этом образуется расплавленная закись железа, для повторного использования на стадии контактирования, и выделяется кислород в виде товарного продукта. Процесс разложения осуществляется по уравнению
Fe3O4_→ 3 FeO + 1/2 O2 (3) Fe3 ---> 3 Fe + 1/2 O2 (3)
В этих условиях обеспечивается высокая степень и скорость разложения расплавленной магнитной окиси железа, и, как следствие, высокая производительность.

Для обеспечения взаимодействия с исходными газами максимально возможных количества расплавленной закиси железа и ускорения извлечения кислорода из расплавленной магнитной окиси железа в способе предусмотрена непрерывная турбулизация расплавов, осуществляемая известными устройствами, например, устройствами для электромагнитного перемешивания расплавов. С помощью турбулизации осуществляется непрерывное обновление поверхности расплавов, вследствие чего происходит непрерывная обдувка кислородсодержащим газом поверхности слоя расплавленной закиси железа, поднимающейся наверх из нижележащих неокисленных слоев и значительно облегчаются условия отщепления кислорода из непрерывно перемешиваемых слоев расплавленной магнитной окиси железа.

П р и м е р 1. 14830 нм3/ч водяного пара при Т 250oC и при атмосферным давлении подали через керамические трубы сверху под углом на поверхность слоя расплавленной закиси железа в количестве 1,2 т, имеющей температуре 1480oC, расположенной в виде слоя толщиной 60 мм в футерованном аппарате с электрообогревом, снабженным устройством для электромагнитного перемешивания. В результате обдувки в течение 25 с слоя расплавленной закиси железа при остаточном давлении и аппарата 600 мм рт.ст. при непрерывном перемешивании расплава получили 1,38 т расплавленной магнитной окиси железа в 102 нм3 газа, содержащего 72 водорода и 28 непрореагировавшего водяного пара, который после охлаждения и конденсации водяного пара с помощью компрессора откачали на использование.

После полной откачки продуктов восстановления в аппарате включили нагреватели, подняли температуру до 1700oC, создали разрежение 200 мм рт.ст. и через клапан выхода кислорода (при закрытых клапанах входа водяного пара и выхода продуктов восстановления) в течение 25 с откачивали с помощью вакуум-насоса через теплообменник кислород, количество которого составило 51 нм3. При этом образовалось 1,2 т расплавленной закиси железа. После откачки кислорода из аппарата клапан выхода кислорода закрыли, открыли клапаны входа водяного пара и выхода продуктов восстановления и снова обдули расплав закиси железа.

П р и м е р 2. По примеру 1 в аппарат, загруженный тем же количеством расплава закиси железа, при Т 300oC и атмосферном давлении подали 13800 нм3/ч двуокиси углерода. Остаточное давление в аппарате составило 550 мм рт. ст. После обдувки в течение 30 с поверхности слоя расплавленной закиси железа получили 115 нм3 газа, содержащего 74 окиси углерода и 26 непрореагировавшей двуокиси углерода. После полного удаления продуктов восстановления на охлаждение и использование клапаны подачи двуокиси углерода и выхода продуктов восстановления закрыли, открыли клапан выхода кислорода, с помощью нагревателей подняли температуру до 1800oC, создали разрежение 300 мм рт.ст. и в течение 30 с осуществляли откачку кислорода, количество которого составило 57 нм3. После полной откачки кислорода снова осуществляли подачу двуокиси углерода на слой расплавленной закиси железа.

Такие контакты двуокиси углерода и/или водяного пара с расплавленной закисью железа и термическое разложение образовавшейся расплавленной магнитной окиси железа проводят попеременно, обеспечивая, как видно из примеров, высокие скорости и степени восстановления двуокиси углерода и/или водяного пара.

Следует отметить, что обработке могут быть подвергнуты не только двуокись углерода или водяной пар, но и другие кислородсодержащие газы, например окислы азота, воздух, двуокись серы.

Способ реализуется на установке, изображенной на чертеже.

Принцип работы установки состоит в том, что для осуществления непрерывности обеих стадий установка содержит два аппарата, поочередно осуществляющие стадии контактирования кислородосодержащего газа с расплавленной закисью железа и термическое разложение расплавленной магнитной окиси железа.

Установка содержит два реакционных футерованных аппарата 1 и 21 с электрообогревом, в полости которых установлены распределительные трубы 2 и 22 с прикрепленными к ним снизу под углом соплами 3 и 23, соединенными через коллекторы 4 и 24 с подводящим трубопроводом с клапанами 5 и 25 для поочередной подачи кислородсодержащего газа, снабженные расплавами закиси и магнитной окиси железа 6 и 26 и устройствами для их турбулизации (не показаны). Аппараты снабжены патрубками 8 и 28 с клапанами 7 и 27 для поочередного вывода кислорода, соединенные с теплообменником 40 и источником разрежения 41, штуцерами 9 и 29 с клапанами 11 и 31 для поочередного вывода продуктов восстановления кислородсодержащего газа, соединенные последовательно с теплообменником 42 и компрессором 43.

Установка работает следующим образом.

Кислородсодержащий газ, например двуокись углерода, с температурой 300oC и атмосферным давлением подали по подводящему трубопроводу через клапан 5 в коллектор 4, расположенный снаружи футерованного аппарата 1. Из коллектора двуокись углерода направляли в распределительные трубы 2, расположенные по всему сечению аппарата, откуда через сопла 3, расположенные снизу под углом, подали на поверхность слоя расплавленной закиси железа, имеющей температуру 1500oC.

Выходя из сопел 3, двуокись углерода дросселируется, обдувает поверхность слоя расплавленной закиси железа, восстанавливается до окиси углерода, после чего продукты восстановления через клапан 11, пройдя теплообменник 42, с помощью компрессора 43 с остаточным давлением 600 мм рт.ст. откачиваются из аппарата 1 для использования. Для непрерывного обновления поверхности расплавленной закиси железа осуществляется непрерывная турбулизация с помощью устройства для электромагнитного перемешивания.

Одновременно с восстановлением в аппарате 1 двуокиси углерода в аппарате 21 осуществляется термическое разложение расплавленной магнитной окиси железа, для чего с помощью нагревателей подняли температуру до 1800oC, с помощью вакуум-насоса 41 установили разрежение в аппарате до остаточного давления 300 мм рт.ст. а непрерывную турбулизацию осуществляли также с помощью электромагнитного перемешивания. Выделившийся кислород через патрубок 28, клапан 27, теплообменник 40 с помощью вакуум-насоса 41 откачивали из аппарата 21 на использование.

После полной откачки кислорода из аппарата 21 клапан 27 автоматически закрывался, клапаны 25 и 31 автоматически открывались и в аппарате 21 осуществлялось восстановление двуокиси углерода расплавленной закисью железа, аналогичное описанному для аппарата 1.

Одновременно с этим в аппарате 1 осуществлялось термическое разложение расплавленной магнитной окиси железа, для чего клапаны 5 и 11 автоматически закрывались, клапан 7 автоматически открывался и осуществлялось термическое разложение, аналогичное описанному для аппарата 21.

Такие чередующиеся циклы происходят непрерывно, обеспечивая непрерывное восстановление кислородсодержащего газа, в данном случае двуокиси углерода, расплавленной закисью железа, и термическое разложение расплавленной магнитной окиси железа.

В качестве футерованных аппаратов могут быть использованы вакуумные индукционные или дуговые печи с электромагнитным перемешиванием расплавов. В качестве источника разрежения могут быть использованы компрессоры или вакуум-насосы.

Новый технический эффект изобретения интенсификация процесса обработки кислородсодержащих газов за счет более высокой производительности и КПД.

Применимость изобретения состоит в получении при обработке кислородсодержащих газов полезных продуктов.

Похожие патенты RU2065763C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОБРАБОТКИ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2016
  • Говоров Геннадий Васильевич
  • Говоров Василий Геннадьевич
  • Говорова Елена Геннадьевна
RU2657079C1
РЕАКТОР ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОГО ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДОВ 1992
  • Говоров Василий Гаврилович
  • Говоров Геннадий Васильевич
RU2044559C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ ДИОКСИДА СЕРЫ 1993
  • Говоров Г.В.
  • Говоров В.Г.
  • Говорова Н.Н.
RU2088313C1
Способ получения непредельных углеводородов 1980
  • Говоров Василий Гаврилович
  • Говоров Геннадий Васильевич
SU1028712A1
ФОРСУНКА ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ 1991
  • Говоров Василий Гаврилович
  • Говоров Геннадий Васильевич
RU2012421C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ПИРОЛИЗА ОТ ГОМОЛОГОВ АЦЕТИЛЕНА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1990
  • Говоров Геннадий Васильевич
RU2006266C1
СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО СЕРОВОДОРОДА 1993
  • Говоров Г.В.
  • Говорова Н.Н.
  • Говоров В.Г.
RU2088516C1
Способ приготовления катализатора для химических процессов,например, конверсии,гидрирования окисления углеводородов 1972
  • Говоров Василий Гаврилович
SU476021A1
Тепломассообменный аппарат 1978
  • Говоров Василий Гаврилович
  • Говоров Геннадий Васильевич
SU743687A1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ 1994
  • Гречко Александр Васильевич
  • Денисов Владимир Филиппович
  • Калнин Евгений Иванович
  • Шишкина Лариса Дмитриевна
  • Герцева Марина Ивановна
  • Васильева Марина Юрьевна
  • Зиберов Валентин Евгеньевич
  • Корольков Геннадий Яковлевич
  • Маслов Виктор Семенович
RU2079778C1

Реферат патента 1996 года СПОСОБ ОБРАБОТКИ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Использование: экология и химическая технология, может быть использовано для очистки отходящих газов, получения газа-восстановителя или энергоносителя и кислорода. Сущность изобретения: кислородсодержащим газом обдувают при остаточном давлении 760 - 300 мм рт.ст. поверхность слоя расплавленной закиси железа, откачивают образующиеся продукты восстановления, а образовавшуюся расплавленную магнитную окись железа подвергают вакуумированию до остаточного давления не ниже 100 мм рт.ст. и при температуре расплава 2200 - 1600oC, преимущественно 1700 - 1900oC, при этом расплавы на обеих стадиях подвергают непрерывной турбулизации. Процессы восстановления и термического разложения проводят в установке, содержащей два обогреваемых футерованных аппарата, в полостях которых размещены распределительные трубы с прикрепленными к ним снизу под углом соплами, соединенные через коллектор с подводящим трубопроводом с клапанами для поочередной подачи кислородсодержащего газа, штуцеры вывода газообразных продуктов соединены попарно с общим трубопроводом, снабженным клапанами для поочередного соединения с линией теплообменник - источник разрежения, при этом аппараты снабжены устройствами для турбулизации расплава. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 065 763 C1

1. Способ обработки кислородсодержащих газов, включающий их контактирование с расплавленным реагентом и термическое разложение расплава для повторного использования, отличающийся тем, что в качестве реагента при контактировании используют расплавленную закись железа, контактирование осуществляют путем ее обдувки исходными газами при остаточном давлении 760 - 300 мм рт. ст. с получением расплавленной магнитной окиси железа, разложение которой проводят при температуре расплава 1600 2200oС и при остаточном давлении не ниже 100 мм рт.ст. при этом обдувку и термическое разложение осуществляют при непрерывной турбулизации расплавов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическое разложение ведут при 1700 1900oС. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработке подвергают двуокись углерода и/или водяной пар. 4. Установка для обработки кислородсодержащих газов, содержащая два реакционных футерованных аппарата со штуцерами ввода и вывода газообразных продуктов, теплообменники, соединенные с трубопроводами для вывода газа из аппаратов, соединительный и подводящий трубопроводы, отличающаяся тем, что она снабжена источником разрежения и приспособлениями для турбулизации расплава, установленными в каждом аппарате, при этом в каждом аппарате установлены дополнительные патрубки для отвода газообразных продуктов реакции, соединенные трубопроводом с теплообменником и источником разрежения, в каждом аппарате установлена распределительная труба с соплами, каждая из которых через коллекторы и клапаны для поочередной подачи газа в каждый из аппаратов соединена с подводящим трубопроводом, на каждом из отводящих трубопроводов установлены клапаны для поочередного соединения с теплообменниками и источником разрежения и сопла каждой трубы закреплены снизу под углом к оси трубы.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2065763C1

СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ СПОНДИЛОЛИСТЕЗА 2006
  • Косарева Ольга Васильевна
  • Сандлер Борис Ильич
  • Чудновский Владимир Михайлович
  • Юсупов Владимир Исаакович
RU2307619C2
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 065 763 C1

Авторы

Говоров Геннадий Васильевич

Говоров Василий Гаврилович

Даты

1996-08-27Публикация

1992-03-25Подача