СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ Российский патент 2000 года по МПК B01D53/34 B01D53/08 

Настоящее изобретение относится к способу очистки газа, который содержит термически разлагаемые компоненты, посредством чего эти термически разлагаемые компоненты термически разлагаются.

Под термически разлагаемыми компонентами главным образом понимают летучие органические компоненты, которые обычно выделяют или испускают неприятный запах. Такими компонентами являются, например, соединения ароматического или алифатического ряда.

Вследствие процесса разложения эти разлагающиеся компоненты разлагаются во вредные конечные продукты.

В частности, изобретение относится к способу декомпозиции термически разлагаемых или декомпозируемых компонентов, в частности летучих органических компонентов, которые присутствуют в газах, посредством которого эти газы пропускаются через теплообменную среду, содержащую частицы, стойкие к температуре декомпозиции или разложения, и посредством которых эти газы нагреваются в упомянутой теплообменной среде до температуры декомпозиции или температуры разложения этих декомпозируемых компонентов. Газы могут иметь в качестве своего источника сушку и/или сжигание органических отходов и могут в большом количестве включать пар.

В известном способе вышеупомянутого типа газы проводятся в нисходящем направлении посредством стационарной теплообменной среды, содержащей керамические кольца, в которую установлен электрический терморезистор.

В этом известном способе теплообменная среда относительно быстро загрязняется, так что ее необходимо относительно скоро заменять.

Этот известный способ нельзя использовать для увлажненных газов.

Задачей настоящего изобретения является создание способа разложения термически разлагаемых компонентов, присутствующих в газах, с прекрасным теплообменом, посредством которого теплообменная масса должна заменяться реже, вследствие чего способ может быть использован для увлажненных газов.

Эта задача достигается в настоящем изобретении посредством того, что теплообменная среда непрерывно переносится по всей первой зоне и затем выносится из первой зоны, в которой эта теплообменная среда нагревает газы, и вновь переносится в направлении второй зоны, в которой эта теплообменная среда нагревается, по крайней мере, частично отходящими газами от сжигания разлагающихся компонентов и/или разлагающихся продуктов сгорания и остальными газами, которые были дополнительно нагреты посредством этого сжигания, при этом сгорание происходит главным образом в зоне сгорания, расположенной между первой и второй зонами.

Перенос повсюду теплообменной среды, через которую текут газы, известен из патента США N 2636575, но теплообменная среда является абсорбентом, который используется главным образом для сушки воздуха в самой верхней зоне, поскольку в самой нижней зоне абсорбент высушивается другим воздухом, который нагревается горелкой. Упоминается, что абсорбент может быть катализатором, посредством которого в этом случае в самой верхней зоне происходит каталитическая реакция, в результате которой катализатор очищается абсобирующими реагентами и продуктами в самой нижней зоне.

Согласно частному варианту настоящего изобретения в зону сгорания подается внешнее тепло.

В первой и второй зонах теплообменная среда, например, двигается вниз вследствие гравитации.

Газы предпочтительнее направляются зигзагообразно через теплообменную среду таким образом, что они пересекают теплообменную среду несколько раз.

Пригодной теплообменной средой является гранулированная масса.

Изобретение также относится к устройству, которое особенно подходит для осуществления способа в соответствии с любым из вышеописанных вариантов.

Таким образом, изобретение относится к устройству для термической декомпозиции термически разлагаемых компонентов, присутствующих в газах, отличающемуся тем, что оно содержит колонну с тремя установленными коаксиально цилиндрическими корпусами, при этом во внутреннем корпусе выполнены отверстия, которые закрыты у дна и у верха, во втором корпусе выполнены отверстия, расположенные вокруг этого внутреннего корпуса, и наружный корпус окружает этот второй корпус, в пространстве или зазоре между вторым корпусом и наружным корпусом предусмотрены стенки, которые разделяют это пространство на камеры, расположенные одна над другой и открытые в пространство между вторым корпусом и внутренним корпусом через упомянутые отверстия во втором кожухе, пространство внутри внутреннего корпуса разделено на верхнюю камеру и нижнюю камеру, по крайней мере, одной перегородкой; устройство дополнительно содержит теплообменную среду между внутренним корпусом и вторым корпусом, состоящую из частиц; средство для сбора этой теплообменной среды у дна колонны и подачи ее обратно на верх колонны между внутренним корпусом и вторым корпусом; средства для введения газов у дна через второй кожух и выпуска газов у верха через второй кожух, при этом упомянутые средства включают ввод или впускной патрубок для газов, который открыт в камеру, расположенную у дна, и выпуск или выпускной патрубок для газов, который открыт в камеру, расположенную у верха.

Практически устройство содержит средство для подачи тепла извне к газам между впускным патрубком и выпускным патрубком либо в виде горячих газов, или в виде инжектируемого топлива.

Для лучшего пояснения характеристик изобретения в качестве неограничивающего никоим образом примера далее описан предпочтительный вариант способа и устройства согласно изобретению для декомпозиции термически разлагаемых компонентов, присутствующих в газах, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых
фиг. 1 схематически изображает сечение устройства для декомпозиции термически разлагаемых компонентов согласно изобретению,
фиг. 2 изображает сечение II-II фиг. 1,
фиг. 3 изображает элемент, обозначенный на фиг. 1 как F3 в большем масштабе.

Как представлено на фигурах, устройство для декомпозиции термически разлагаемых компонентов, присутствующих в газах, содержит колонну 1, которая главным образом состоит из трех коаксиально установленных корпусов 2, 3 и 4, образующих цилиндры, которые конически суживаются на обоих концах.

Внутренний корпус 2 закрыт у верха и у дна и имеет отверстия 5 в его цилиндрической части.

Как показано на фиг. 3, этот корпус 2 может быть выполнен в виде полых огнестойких камней 9, которые имеют окна 10 на их изогнутых стенках, которые образуют вышеупомянутые отверстия 5 вместе с полостями 11 в камнях.

Второй, или другими словами, средний корпус 3 также имеет отверстия 12 в его цилиндрической части и может быть выполнен из аналогичных огнестойких камней 9 и таким же образом, как и внутренний корпус 2.

Наружный корпус 4 является сплошной стенкой, например, из газобетона.

Конически суживающиеся наружные части этих корпусов 3 и 4 открыты на их концах так, что у верха и у дна колонны 1 они образуют соответственно ввод или впуск 13 и выпуск 14, открытые в пространство 15, образованное между внутренним корпусом 2 и вторым корпусом 3.

Пространство между вторым корпусом 3 и наружным корпусом 4 разделено кольцеобразными стенками 16 на три кольцеобразные камеры, расположенные одна над другой, а именно нижнюю или донную камеру 17, среднюю камеру 18 и верхнюю камеру 19.

В случае, если второй корпус 3 образован полыми камнями 9 у месторасположения кольцеобразной стенки 16, полые камни 9 заменяются сплошными камнями для предотвращения непосредственного соединения камер 17, 18 и 19 друг с другом через корпус 3.

Пространство между внутренним корпусом 2 и вторым корпусом 3 не разорвано, но заполнено теплообменной средой в форме гранулированной массы, содержащей частицы, стойкие к температурам, необходимым для растворения летучих органических компонентов в газах, и особенно стойкие к температурам от 800 до 900^oC. В качестве гранулированной массы используют один из следующих материалов: глину, алюминат и композицию, содержащую алюминат. Ради ясности эта гранулированная масса не изображена на фигуре 3.

Эти частицы могут не только обеспечить хорошую теплопередачу, но также могут иметь каталитическое воздействие.

Газы, происходящие от сушки и/или сжигания органических отходов, например, идущие от установки обработки отходов и состоящие главным образом из пара и летучих термически разлагаемых органических компонентов, которые обычно являются вредными, могут подаваться через впуск 20, открытый в нижнюю или донную камеру 17 через наружный корпус 4 посредством вентилятора 21, установленного в этом впуске.

С этим впуском 20 соединена труба 22 для подачи горячего воздуха в газы.

Газы выпускаются из верхней камеры 19 через выпуск или выпускной патрубок 23, который проходит через наружный корпус 4 и в котором также установлен вытяжной вентилятор 21.

Теплотворность или тепло может подаваться к гранулированной массе посредствам средств 24, 25 для подачи тепла извне к газам, причем эти средства содержат кольцеобразную газовую трубу 24, которая установлена в средней камере 18 и снабжена отверстиями, и наружную горелку 25, которая соединена с трубой 24 и установлена снаружи наружного корпуса 4.

Наружный корпус 4 дополнительно окружен кожухом 26, через который проходят вышеупомянутые впускные патрубки 13 и 20 и выпускные патрубки 14 и 23.

Под выпускным патрубком 14 установлен выпускной шнек 27 для гранулированной массы, и над впускным патрубком 13 установлен подающий шнек 28 для гранулированной массы. Для обеспечения переноса гранулированной пассы с одного шнека на другой между выпускным шнеком 27 и подающих шнеком 28 предусмотрен подъемник 29.

Горячий воздух в количестве предпочтительнее до 10 объемных % добавляют к газам через трубу 22 для обеспечения подачи достаточного количества кислорода для сжигания термически разлагаемых компонентов и/или продуктов их разложения, так же как и воздуха для возможного сжигания газов, инжектируемых через газовую трубу 24.

Этот воздух предпочтительнее имеет температуру выше 650^oC, что также обеспечивает предварительный нагрев газов и, если эти газы содержат пар, понижает температуру насыщения этого пара и таким образом предотвращает конденсацию.

Принцип очистки газа, или другими словами, разложения или декомпозиции разлагающихся компонентов в безопасные, невредные конечные продукты заключается в создании циркуляции гранулированной массы и направлении газов в противотоке относительно нисходящего потока этой гранулированной массы, вследствие чего газы пересекают поток гранулированной массы несколько раз.

Такое пересечение становится возможным, когда во внутреннем корпусе 2 и втором корпусе 3 выполнены отверстия 5, 12 соответственно.

В нормальном режиме газы нагреваются в первой самой нижней зоне 30 гранулированной массы посредством последней, тогда как во второй, самой верхней зоне 31 эта гранулированная масса нагревается отходящими газами от сжигания или пиролиза летучих органических компонентов и/или продуктов их разложения, с одной стороны, и отходящими газами наружной горелки 25, которые вводятся в зону сжигания 32, расположенную между зонами 30 и 31, через газовую трубу 24, с другой стороны. Прежде чем газы достигают зоны сгорания 32, в эти газы подают воздух.

Газы с температурой от 150 до 200^oC вдуваются в самую нижнюю или донную зону 30 через впускной патрубок 20 и самую нижнюю камеру 17 через второй корпус 3.

Как показано стрелками, основная часть этих газов течет через гранулированную массу и через внутренний корпус 2 в самую нижнюю или донную камеру 8, вследствие чего эти газы нагреваются.

Газы останавливаются перегородкой 6 и в результате снова текут прямо через зону 30 вверх в среднюю камеру между корпусами 3 и 4, вследствие чего они дополнительно нагреваются гранулированной массой.

В процессе упомянутого нагрева газов, по крайней мере, часть декомпозируемых компонентов обычно уже начинает разлагаться в газообразные продукты разложения, которые могут дополнительно термически декомпозированы или сожжены.

В этой средней камере 18 и части гранулированной массы, соединенной с ней посредством отверстий 12 во втором корпусе 3, образуется зона сжигания 32. В этой зоне сжигания 32 происходит дальнейшее разложение разлагающихся компонентов и/или продуктов их разложения, в частности происходит сжигание газообразных продуктов разложения в безопасные, невредные конечные продукты, в частности в CO₂, H₂ и N₂. В этой зоне сжигания также дополнительно могут сжигаться отходящие газы от наружной горелки 25.

Температура газов повышается в этой зоне сжигания 32 от температуры выше 100^oC до температуры от 800 до 900^oC и даже выше.

Согласно варианту либо обычные нагретые газы, либо чистое, например, газообразное топливо могут подаваться через газовую трубу 24 вместо отработанных или отходящих газов.

Благодаря инжектированию газов через газовую трубу 24 в зоне сжигания создается избыточное относительно атмосферного давление менее 5%, и эти газы впрыскиваются в другие газы. Таким образом предотвращается образование окислов азота.

В верхней части средней камеры 18 горячие газы снова радиально текут через гранулированную массу, а именно через ее самую верхнюю зону 31, в камеру 7, вследствие чего газы нагревают гранулированную массу.

Благодаря наличию вентилятора 21, установленного в выпускном патрубке 23 для газов, и вследствие того, что камера 7 закрыта у верха, преимущественно очищенные газы текут напротив выпускного патрубка 23 радиально наружу из камеры 7 через гранулированную массу, так что они дополнительно нагревают эту гранулированную массу.

Эти газы выпускаются через самую верхнюю камеру 19 и выпускной патрубок 23 и выходят из колонны 1 при температуре выше 150^oC.

В процессе этой циркуляции газов гранулированная масса носится вокруг. Эта масса непрерывно опускается в пространстве 15 между внутренним корпусом 2 и вторым корпусом 3 вследствие гравитации.

У дна охлажденная гранулированная масса собирается на выпускном шнеке 27. Эта масса переносится подъемником или элеватором 29 на подающий шнек 28 и переносится этим подающим шнеком на верх пространства 15.

Между гранулированной массой и газами происходит прекрасный теплообмен, и очистка газов посредством декомпозиции или сжигания термически разлагаемых компонентов может осуществляться очень экономным образом.

Хотя гранулированная масса является в значительной степени самоочищающейся, она может быть дополнительно очищена снаружи колонны 1 в процессе циркуляции. В процессе очистки эта гранулированная масса может быть частично или полностью заменена новой массой.

В колонне 1 гранулированная масса может действовать как фильтр, который останавливает твердые частицы, возможно присутствующие в газовом потоке, который предпочтительнее течет со скоростью менее чем 1,5 м/сек. В процессе очистки гранулированной массы эти твердые частицы могут затем удаляться выпускным или разгрузочным шнеком 27.

Такие компоненты, как металлы, которые могут высвобождаться в процессе очистки, в частности медь, могут осаждаться на частицах гранулированной массы при ее охлаждении. Вследствие взаимного трения частиц при движении гранулированной массы этот осадок удаляется.

Способ может использоваться для увлажненных газов, но эти газы не должны непременно состоять главным образом из пара.

Циркуляция гранулированной массы не должна непременно осуществляться посредством подъемника или элеватора. Она может осуществляться, например, посредством шнеков или подобных им.

Точно также течение газов не должно быть вызвано именно двумя вентиляторами. Оно также может осуществляться одним вентилятором или одним или более экстракторами.

При необходимости к зоне сжигания может быть добавлено тепло извне. Нельзя исключить того, что, как только запуск завершен, такая добавка больше не потребуется, поскольку декомпозиция или сжигание органических компонентов в газах обеспечивает достаточно тепла для поддержания процесса декомпозиции.

Настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными вариантами, представленными на приложенных чертежах, наоборот, эти способ и устройство могут быть осуществлены в виде всех вариантов, все еще остающихся в сфере действия настоящего изобретения, как это заявлено в последующей формуле изобретения.

Способ и устройство предназначены для очистки газов и позволяют повысить эффективность очистки. Газы направляют через теплообменную среду, состоящую из частиц, стойких к температуре декомпозиции, и нагревают в теплообменной среде до температуры декомпозиции. Обеспечивают непрерывный перенос теплообменной среды повсюду и последующий вынос ее из первой зоны, в которой эта теплообменная среда нагревает газы. Затем снова переносят ее во вторую зону, в которой теплообменная среда нагревается отходящими газами от сжигания разлагаемых компонентов и/или продуктов их разложения и остальными газами, которые дополнительно нагреваются за счет их сгорания. Сгорание происходит главным образом в зоне горения, расположенной между упомянутыми зонами. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ декомпозиции термически разлагаемых компонентов, присутствующих в газах, посредством которого эти газы направляют через теплообменную среду, содержащую частицы, стойкие к температуре декомпозиции, и посредством которого эти газы нагревают в теплообменной среде до температуры декомпозиции разлагаемых компонентов, обеспечивают непрерывный перенос теплообменной среды и последующее удаление ее из первой зоны, затем снова обеспечивают ее перенос во вторую зону, при этом сгорание осуществляют, главным образом, в зоне сгорания, расположенной между первой и второй зонами, отличающийся тем, что в первой зоне теплообменная среда нагревает газы, во второй зоне теплообменная среда нагревается, по меньшей мере, частично отходящими газами от сгорания разлагающихся компонентов и/или продуктов их разложения и остальными газами, которые были дополнительно нагреты за счет этого сгорания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термически разлагаемыми компонентами в газах являются летучие органические компоненты, при этом газы в зоне сгорания (32) нагревают до температуры 800^oC или выше. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что прежде, чем газы достигают зоны сгорания (32), в эти газы подают воздух. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что воздух подают с температурой свыше 650^oC. 5. Способ по любому из пп.3 или 4, отличающийся тем, что к газам добавляют до 10 об.% воздуха. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в зону сгорания (32) добавляют тепло извне. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в зоне сгорания создают избыточное относительно атмосферного давление менее 5%. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в первой (30) и второй (31) зонах теплообменную среду перемещают в нисходящем направлении благодаря гравитации, и газы направляют зигзагообразно через теплообменную среду так, чтобы они пересекали теплообменную среду несколько раз. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в качестве теплообменной среды используют гранулированную массу. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в качестве гранулированной массы используют один из следующих материалов: глину, алюминат и композицию, содержащую алюминат. 11. Устройство для термического разложения термически разлагаемых компонентов, присутствующих в газах, содержащее колонку с теплообменной средой, состоящей из частиц, средство для сбора этой теплообменной среды у дна колонны и для подачи ее обратно к верху колонны, средства (20, 21, 23) для введения газов у дна и для выпуска газов у верха, при этом упомянутые средства содержат впускной патрубок (20) и выпускной патрубок (23), отличающееся тем, что колонна имеет три коаксиально установленных цилиндрических корпуса, включающих внутренний корпус (2), в котором выполнены отверстия (5), которые закрыты у верха и у дна, второй корпус (3), в котором выполнены отверстия (12), расположенный вокруг вышеупомянутого первого корпуса (2), и наружный корпус (4), окружающий второй корпус (3), в пространстве между вторым корпусом (3) и наружным корпусом (4) предусмотрены стенки (16), разделяющие это пространство на камеры (17, 18, 19), расположенные одна над другой и открытые в пространство (15) между вторым корпусом (3) и внутренним корпусом (2) посредством упомянутых отверстий (12), и пространство внутри внутреннего корпуса (2) разделено на верхнюю камеру (7) и нижнюю камеру (8) посредством, по меньшей мере, одной перегородки (6), причем теплообменная среда размещена между внутренним корпусом (2) и вторым корпусом (3), при этом впускной патрубок (20) для газов открыт в камеру (17), расположенную у дна для введения газов через второй корпус (3), и выпускной патрубок (23) открыт в камеру (19), расположенную у верха для выпуска газов через второй корпус (3). 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит средства (24 - 25) для подачи тепла извне к газам между впускным патрубком (20) и выпускным патрубком (23) для газов. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что средства (24 - 25) для подачи тепла газам содержат газовую трубу (24), которая установлена в средней камере (18), образованной между вторым корпусом (3) и наружным корпусом (4). 14. Устройство по любому из пп.12 или 13, отличающееся тем, что средства (24 - 25) для подачи тепла газам содержат наружную горелку (25), установленную снаружи наружного кожуха (4).