ФОТОХИМИЧЕСКИЙ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ ВЫБРОСНЫХ ГАЗОВ Российский патент 1997 года по МПК B01J19/00 

Изобретение относится к средствам для беспламенного сжигания газовых технологических и вентиляционных выбросов и может быть использовано для санитарной очистки газов в химической, лакокрасочной, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Из уровня техники известны реакторы для глубокого окисления углеводородных примесей малой концентрации в объеме инертного газа с использованием инфракрасного источника излучения и катализатор [1]
Недостатком этого устройства является неравномерность распределения окисляемых углеводородных примесей по поверхности катализатора, местный его перегрев, сложность создания равных условий по всему сечению аппарата, трудоемкость в изготовлении, монтаже и обслуживании.

Известно также устройство для обезвреживания газовых выбросов, содержащее цилиндрический корпус, на внутренней поверхности которого закреплена пленка катализатора, обогреваемая установленным по оси корпуса источником инфракрасного излучения. В торцевой части корпуса размещена конусная вставка с винтовыми каналами [2]
Недостатком прототипа является узкая область применения, в частности невозможность его использования для обезвреживания газов, содержащих углеводородсодержащие вещества в виде аэрозолей жидкой и твердой фаз, запыленных газов, а также в случаях залпового выброса с резким возрастанием концентрации окисляющихся компонентов, поскольку это приводит к резкому увеличению тепловыделения, перегреву катализатора и потери его активности.

Технической задачей, решаемой изобретением, является расширение диапазона применения фотохимического реактора за счет создания одинаковых условий процесса обезвреживания газа по всему объему реактора с одновременным обеспечением эффективного охлаждения катализатора. Это позволяет повысить эффективность и надежность предлагаемого реактора.

Поставленная задача решена тем, что в фотохимическом термокаталитическом реакторе санитарной очистки выбросных газов, содержащем корпус со штуцерами подвода и отвода обеззараживаемого газа и установленными в нем термокаталитическими элементами, состоящими из катализаторных решеток и инфракрасных излучателей, согласно изобретению, термокаталитические элементы выполнены в виде труб, смонтированных в реакторе в виде трубного пучка, при этом пространство между трубными досками выполнено в виде охлаждающей камеры, а каждая труба упомянутого пучка на входе снабжена винтовой вставкой-держателем источника инфракрасного излучения, расположенного по оси трубы, на внутренней поверхности которой закреплены катализаторные решетки. Кроме того, верхняя трубная решетка может снабжена отверстиями для прохода охлаждающего агента, а в охлаждающей камере могут быть дополнительно выполнены штуцеры подвода и отвода жидкости и установлено распределительное устройство этой жидкости в виде решетки с распыливающими форсунками.

На фиг.1 представлен общий вид реактора (продольный разрез);
на фиг.2 то же (вариант выполнения);
на фиг.3 изображен термокаталитический элемент (продольный разрез);
Реактор состоит из цилиндрического корпуса 1, приемно-распределительной камеры 2 со штуцером 3, камеры 4 очищенного газа со штуцером 5, трубных решеток 6 и 7, в которых закреплены термокаталитические элементы в виде труб 8. Трубы 8 и трубные решетки 6 и 7 образуют трубный пучок, каждая труба 8 которого снабжена закрепленной на ее внутренней поверхности катализаторной решеткой 9, винтовым закручивающим узлом 10, установленным на входе в трубу, и источниками инфракрасного излучения 11, закрепленными в узле 10 посредством изолятора 12 и упоров 13. Источники инфракрасного излучения 11 подключены к электросети 14. Пространство между трубными решетками 6 и 7 в корпусе 1 реактора используется в качестве охлаждающей камеры 15, снабженной входным 16 и выходным 17 штуцерами для подачи и вывода хладоагента. В варианте выполнения (см. фиг.2) трубная решетка 7 снабжена отверстиями 18 для прохода газа из межтрубного пространства трубного пучка в камеру 2. Поскольку в этом варианте в качестве охлаждающего агента используется обезвреживаемый газ, штуцер вывода охлаждающего агента отсутствует. При обезвреживании запыленных газов, которые необходимо предварительно очищать от механических примесей, в охлаждающей камере 15 может быть смонтировано распределяющее устройство в виде решетки 19 с форсунками 20 для распыла жидкой фазы, подвод и отвод которой осуществляется через штуцеры 21 и 22.

Реактор работает следующим образом.

Отработанный выбросный газ или вентиляционный выброс, содержащий пары углеводородных веществ, поступает через приемный штуцер 3 (см. фиг.1) в распределительную камеру 2, из которой через винтовые каналы закручивающих узлов 10 в виде закрученных струй поступает в термокаталитические элемента 8 и движется в них по кольцевым каналам между катализаторными решетками 9 и источниками инфракрасного излучения 11. В процессе высокоскоростного течения закрученного потока газа по кольцевому каналу термокаталитических элементов он подвергается инфракрасному облучению, лучистая энергия поглощается избирательно только молекулами углеводородных соединений, которые при этом активизируются. Катализаторная поверхность поглощает около 80% всей энергии излучения и нагревается. При взаимодействии углеводородсодержащих соединений с активными центрами катализатора происходит процесс окисления до образования CO₂ и H₂O с выделением тепла реакции, которое также способствует нагреву катализатора. Возникновение поля центробежных сил в закрученном потоке создает условия для радиальной сепарации тяжелых углеводородных соединений к стенке канала, причем (экспериментально установленный) оптимальный размер длины кольцевого канала, связанный с шагом винтового закручивающего устройства, обеспечивает высокую равномерность распределения углеводородных веществ по всей длине канала. Кроме того, обеспечивается равномерный разогрев катализатора по всей поверхности, что позволяет определить оптимальную длину зоны облучения и общую длину термокаталитического элемента.

Обезвреженный газ из термокаталитических элементов 8 собирается в камере 4 и через штуцер 5 удаляется из реактора.

Для поддержания температурного режима в реакторе и исключения перегрева катализатора в межтрубное пространство трубного пучка через штуцер 16 подводится охлаждающий агент, который, охлаждая трубы 8, выводится затем из камеры через штуцер 15. В качестве источника инфракрасного излучения могут использоваться галогенные кварцевые лампы, подбор которых ведется исходя из химического состава обезвреживаемого газа. В зависимости от значения резонансных частот индивидуальных углеводородных соединений в газе подбирается и источник инфракрасного излучения, имеющий максимум энергии излучения в том же диапазоне частот или длин волн, что и углеводородные соединения. Например, для обезвреживания газа от паров толуола, ацетона, фенола могут быть использованы лампы типа КГП 220-1650, имеющие односторонний цоколь (см. фиг. 1) и позволяющие устанавливать реактор в любом помещении.

В варианте выполнения в качестве хладоагента-теплоносителя используется обезвреживаемый газ, который через штуцер 3 подается сначала в охлаждающую камеру реактора (межтрубное пространство трубного пучка) и, пройдя через отверстия 18 трубной решетки 7, попадает в камеру 2, откуда через термокаталитические элементы поступает на выход и через штуцер 5 выводится из реактора. Данный тип реактора может использоваться также при обезвреживании запыленных газов, которые предварительно очищаются от механических примесей в межтрубном пространстве с помощью жидкой фазы. В этом случае жидкая фаза подается через штуцер 21 на распыливающие форсунки 20, которые, распыливая жидкую фазу, очищают поступающий снизу газ в противотоке. В обоих вариантах выполнения реактора достигается требуемая степень санитарной очистки газов с остаточной концентрацией ниже требований ПДК (предельно-допустимых концентраций) по любому из его токсичных углеводородных компонентов.

Использование: изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к средствам для беспламенного сжигания газовых технологических и вентиляционных выбросов, и может быть использовано для санитарной очистки газов в химической, лакокрасочной, приборостроительной и других отраслях промышленности. Сущность: термокаталитические элементы реактора выполнены в виде труб и установлены в нем в виде трубного пучка, охлаждающая камера которого расположена между трубными досками. Каждая труба пучка на входе снабжена винтовой вставкой-держателем источника инфракрасного излучения, расположенного по оси трубы, на внутренней поверхности которой закреплены катализаторные решетки. Верхняя трубная решетка может быть снабжена отверстиями для прохода охлаждающего агента, а охлаждающая камера может быть дополнительно снабжена штуцерами подвода и отвода жидкости и распределительным устройством этой жидкости в виде решетки с распыливающими форсунками. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фотохимический термокаталитический реактор санитарной очистки выбросных газов, содержащий корпус с установленными в нем термокаталитическими элементами, состоящими из катализаторных решеток и инфракрасных излучателей, отличающийся тем, что термокаталитические элементы выполнены в виде труб и установлены в реакторе в виде трубного пучка, охлаждающая камера которого расположена между трубными досками, при этом каждая труба упомянутого пучка на входе снабжена винтовой вставкой-держателем источника инфракрасного излучения, расположенного по оси трубы, на внутренней поверхности которой закреплены катализаторные решетки. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что верхняя трубная решетка снабжена отверстиями для прохода охлаждающего агента. 3. Реактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что охлаждающая камера дополнительно снабжена штуцерами подвода и отвода жидкости и распределительным устройством этой жидкости в виде решетки с распыливающими форсунками.