СПОСОБ СОРБЦИОННОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ГАЗОВ Российский патент 2003 года по МПК B01D53/04 B65B39/08 

Изобретение относится к технологии физических процессов в присутствии твердых частиц стационарных слоев, в частности химической очистки газов адсорбцией, и может быть использованы для нейтрализации вредных составляющих аэрозоля посредством их концентрации на развитой поверхности твердых сорбентов, преимущественно гранулированного активного угля.

Уровень техники характеризует патент RU 2153926, В 01 J 8/02, B 01 D 53/04, 2000 г. на группу изобретений, связанных единым замыслом. "Устройство и способ сорбционной нейтрализации газов", способ которого выбран в качестве наиболее близкого аналога предлагаемому способу по технической сущности и числу совпадающих признаков.

Известный способ сорбционной нейтрализации газов, последовательно подаваемых в секции вертикального реактора, заключается в том, что гранулированный адсорбент загружают эжекционным пневмотранспортом через штуцер и реактор, в нижних секциях которого, по мере снижения активности, адсорбент заменяют гравитационно, перемещая его из верхних секций через окна роторных затворов, при подключении выхода изолированного от магистрали подачи очищаемого газа кожуха реактора к автономной системе вентиляции со ступенчатой фильтрацией.

Отработавший адсорбент из нижних секций реактора выгружают механически в зажатый горловиной на выходной трубе двумя упругими жгутами термопластичный мешок, который затем заваривают проплавлением и удаляют, а на выходной трубе укрепляют новый мешок, куда сбрасывают горловину предыдущего мешка со жгутами зажима.

Способ характеризуется повышенной производительностью автоматической локализованной сорбционной очистки газов при улучшении ее качества, сокращении времени гравитационной ротации адсорбента в секциях вертикального реактора с рациональным использованием меньшего его количества и герметичной утилизацией. При этом исключаются вредные выбросы в атмосферу во время рабочего и межоперационного подготовительного циклов.

Однако недостатком описанного способа является неудовлетворительная функциональная надежность из-за неизбежного технологического зазора над адсорбентом в верхней секции реактора, образованного углом естественного откоса отсыпки гранулированного активного угля при автоматической загрузке пневмотранспортом. Через этот зазор частично может проходить подаваемый газ, минуя тонкую очистку, что снижает качество очистки и в принципе небезопасно.

Повышение скорости подачи эжектируемого адсорбента обеспечивает полную беззазорную загрузку секций, но не устраняет отмеченный недостаток, так как гранулят при этом может дробиться о заднюю стенку реактора. В динамике работы частички угля просыпаются между гранулами адсорбента, слой которого оседает, образуя вверху зазор еще большей величины, чем в первом случае, что, кроме того, вызывает падение производительности из-за повышения гидродинамического сопротивления технологического слоя адсорбента, изменяется расчетный режим очистки.

Запечатывание отработавшего адсорбента по известному способу в свариваемом термопластичном мешке на выходной трубе реактора не обеспечивает требуемой при нейтрализации отравляющих веществ герметичности упаковки из-за наличия неизбежной прослойки угольной пыли на поляризованных внутренних поверхностях мешка, совмещаемых при смыкании его горловины для скрепления проплавлением.

Кроме того, нерационально используются зажимные жгуты, которые снимают с выходной трубы и вынужденно сбрасывают вместе с отделенной горловиной мешка внутрь установленного поверх нее следующего мешка, что неудобно и трудоемко, определяет повышенный расход комплектующих, увеличивая себестоимость работ.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение функциональной надежности способа сорбционной нейтрализации газов за счет повышения качества загрузки адсорбента в реактор и очистки подаваемых газов, а также надежности герметичной упаковки отработавшего адсорбента при более производительной его выгрузке.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном способе сорбционной нейтрализации газов при их последовательной подаче в секции вертикального реактора, включающем гравитационную загрузку адсорбента в его секции, причем в верхние секции адсорбент загружают эжекционным пневмотранспортом через штуцер, механическую выгрузку отработавшего адсорбента из нижних секций в зажатый горловиной на выходной трубе двумя упругими жгутами термопластичный мешок и ротацию адсорбента в соосных секциях через окна роторных затворов, по мере снижения его активности в нижних секциях, при подсоединении к изолированному от магистрали подачи очищаемого газа кожуху реактора автономной системы вентиляции, имеющей ступенчатую фильтрацию, а после выгрузки отработавшего адсорбента термопластичный мешок заваривают проплавлением и удаляют, затем на выходную трубу надевают горловину нового мешка, зажимая ее упругими жгутами, согласно изобретению, завершив максимальную загрузку адсорбента, эжекционный пневмотранспорт переносят на противный штуцер реактора и заполняют его верхнюю секцию, а после выгрузки отработавшего адсорбента из нижней секции реактора через 30-60 с удаляют упругие жгуты зажима, расцепив крючок и петлю, встречно перемещая их за рукоятки, снимают мешок с выходной трубы, горловину которого смыкают, перегибают, затем заваривают.

Предложенный новый порядок и режим операций укупорки отработавшего адсорбента повысили надежность герметизации мешка и упростили обслуживание технологического устройства сорбционной нейтрализации газов.

Выдержка временной паузы после выгрузки отработавшего адсорбента в приемный мешок позволяет твердым частичкам осесть, а взвешенную пыль из нижней секции реактора удалить посредством подключенной автономной системы вентиляции для безопасной последующей работы. Пауза в 30 с является минимально необходимым временем для безопасного завершения описанных действий, а выдержка более 60 с нецелесообразна, так как без качественных улучшений работы увеличивает вспомогательное время, снижая производительность.

Рукоятки элементов замка жгутов упрощают расцепление петли с крючком, закрепленных на их концах, для удаления зажима с выходной трубы и позволяют оперативно, после выгрузки отработавшего адсорбента в мешок, освободить силовой зажим его горловины, чтобы затем свободно снять жгуты для повторного многоразового применения по назначению, а мешок с отработавшим адсорбентом - для укупорки.

Складывание и перегибание горловины мешка для смыкания наружной поверхности обеспечивают надежную сварку проплавлением материала без пор и складок, герметичную упаковку отработавшего адсорбента для утилизации сжиганием.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть получен аффект суммы, который является новым техническим результатом при реализации способа по изобретению.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены:
на фиг.1 - технологический поток очистки газов;
на фиг.2 - устройство для сорбционной нейтрализации газов;
на фиг.3 - вид на стрелке А на фиг.2;
на фиг.4 - эжекционный насос;
на фиг.5 - шнек выгрузки;
на фиг.6 - упругий жгут зажима;
на фиг.7 - вид на стрелке Б на фиг.6.

Предложенный способ реализован в описываемой ниже установке для сорбционной очистки газов, отходящих после сжигания паров люизита, содержащихся в слабоконцентрированном виде остатков, путем улавливания осаждающихся на развитой поверхности высокопористой поверхности адсорбента (гранулированного активного угля) вредных веществ: люизита, треххлористого мышьяка, арсина.

Устройство 1 (фиг.1) для сорбционной нейтрализации отходящего воздуха из печи 2 сжигания люизита является структурным элементом агрегатированной линии, включающей связанные магистральным трубопроводом 3 последовательно установленные аэрозольный фильтр 4 в линии неочищенного воздуха, аэрозольный фильтр 5 линии очищенного воздуха и всасывающий вентилятор 6.

Устройство 1 оснащено пневмотранспортом 7 (эжекционным насосом) для автоматической загрузки насыпного адсорбента 8 (гранулированного активного угля марки АГ-ПР по ТУ 6-15-1028844-025 с размерами гранул: диаметр 3 мм, длина 5-9 мм) из накопительной емкости 9, а также подвижной автономной системой 10 межоперационной вентиляции для его продувки и очистки.

Пневмотранспорт 7 с устройством 1 связан посредством герметичного затвора 11.

В магистрали 3 смонтированы герметичные затворы 12: входной после печи 2 на патрубке 13 перед фильтром 4; после устройства 1 на патрубке 14 и выходной после фильтра 5.

За затвором 12 на патрубке 13 смонтирован фильтр 15 забора атмосферного воздуха. За вентилятором 6 в магистрали 3 имеется патрубок 16 коммуникации с автономной системой 10 вентиляции, вход которой подсоединен к затвору 12 патрубка 14.

Мобильная система 10, которая обслуживает несколько параллельно работающих устройств 1 для сорбционной нейтрализации газов, содержит сорбционный фильтр 17, аэрозольный фильтр 18 и всасывающий вентилятор 19.

Система 10 предназначена для продувки рабочего участка магистрали 3 и локальной очистки устройства 1 от навешенных частиц, аэрозоля, образующегося при загрузке адсорбента 8, его ротации и выгрузке. Система 10 на входе и выходе снабжена герметичными затворами 20, изолирующими ее на время рабочего цикла устройства 1.

Конструктивно устройство 1 (фиг.2) выполнено следующим образом. В кожухе 21 с периферийным зазором 22, который служит каналом технологической подачи очищаемого воздуха от печи 2 в вертикально смонтированный многопозиционный реактор 23. Центральная полость 24 кожуха 21 разделена поперечной перегородкой 25.

Автономно работающий реактор 23 каждой сблокированной параллельно позиции выполнен из двух вертикально расположенных секций 26 и 27, нижней и верхней соответственно, сообщающихся между собой посредством роторного затвора 28, установленного в окне 29 поперечной перегородки 25, к которому примыкают сопрягаемые конические склизы 30.

Верхняя секция 27 реактора 23 закрыта технологической крышкой 31 и оснащена диаметрально расположенными штуцерами 32 (фиг.3) коммуникации с пневмотранспортом 7 загрузки адсорбера 8 эжекционного типа, который включает сообщающиеся продуктопровод 33 и трубчатый воздуховод 34 (фиг.1 и 4), связанный с всасывающим вентилятором 35.

Центральная полость 24 кожуха 21 снабжена входным и выходным патрубками 36 и 37 соответственно для коммуникации с магистральным трубопроводом 3.

Конические склизы 30 наклонены к продольной оси реактора 23 под углом естественного откоса для насыпного адсорбента 8, чтобы обеспечить автоматическое перемещение его в нижнюю секцию 26 при ротации, самопроизвольно под действием сил гравитации, без образования сводов в силу того, что активный уголь гранулирован и имеет низкий коэффициент трения скольжения.

На продуктопроводе 33 смонтирован ряд эжекторов 38 (фиг.4), включающих концентрично расположенные сопловые отверстия 39, сообщающиеся с кольцевой проточкой 40, выполняющей функции ресивера для нагнетаемого вентилятором 35 сжатого воздуха через соединительные патрубки 41, связывающие воздуховод 34 с продуктопроводом 33 подачи адсорбента 8.

В нижней части секции 26 реактора 23 (фиг.2) смонтирован шнек 42 подачи отработавшего адсорбента 8 к выходной трубе 43 (фиг.5), перекрытой шибером 44. На выходной трубе 43 посредством двух резиновых жгутов 45 зажимают горловину термопластичного газонепроницаемого мешка 46, закрытого в работе крышкой 47 приемной полости реактора 23.

Упругие жгуты 45 (фиг.6, 7) представляют собой быстросъемный силовой зажим, выполненный в виде закрепленных на концах сцепляемых между собой крючка 48 и петли 49, которые жестко связаны с рукоятками 50.

В нижней части кожуха 21 реактора 23 выполнено окно 51 коммуникации с автономной системой 10 вентиляции (фиг.1), в рабочем положении устройства 1 закрытое крышкой 52.

В кожухе 21 смонтированы на заданном уровне извлекаемые пробники 53, размещаемые внутри насыпного адсорбента 8 секций 26, 27 реактора 23.

Предложенный способ сорбционной очистки газов осуществляется в описанной выше установке следующим образом. В реактор 23 гранулированный адсорбент 8 загружают посредством эжекционного насоса 7: поток воздуха от вентилятора 35 по трубе 34 через патрубки 41 нагнетают в кольцевые проточки 40 эжекторов 38. В кольцевых проточках 40 нагнетаемый воздух скапливается, при этом сглаживаются пульсации давления от неравномерной подачи и струйно расходуется через сопловые отверстия 39 высокоскоростными пристеночными потоками в сторону устройства 1, создавая кинетической энергией выбрасываемого воздуха разрежение, перемещающее захватываемую порцию адсорбента 8 адекватной массы из накопительной емкости 9.

Скорость и объем подаваемой массы адсорбента 8 на загрузку регулируют числом включенных в работу эжекторов 38 посредством герметичных затворов (условно не показаны), установленных на воздуховоде 34 и перекрывающих питающие патрубки 41.

Загрузку адсорбента 8 в реактор 23 осуществляют при включенном всасывающем вентиляторе 19 системы 10, подсоединенной к окну 51 кожуха 21, с открытыми затворами 20 и 12 на патрубке 14 и закрытым затвором 12 за фильтром 5.

После максимальной загрузки верхней секции 27 реактора 23 эжекционный насос 7 подключают к противному штуцеру 32 для заполнения зазора, образованного откосом насыпного адсорбента 8.

После заполнения секции 27 встречной подачей адсорбента 8 отключают вентилятор 35 пневмотранспорта 7, вентилятор 19 системы 10, перекрывая герметичные затворы 11, 20 и 12 на патрубке 14, чем изолируют систему 10 и ажекционный насос 7.

Поворотом роторного затвора 28 на 90 градусов перекрывают объемы секций 26 и 27 реактора 23.

Из печи 2 сжигания люизита отходящий воздух, содержащий незначительное количество вредных веществ, принудительно вентилятором 6 подается в магистраль 3 при закрытом герметичном затворе 12 на патрубке 13 и открытых затворах 12 после печи 2 и фильтра 5.

При этом в фильтре 4 осуществляется грубая очистка газов от твердых несгоревших в печи 2 частиц и взвешенных веществ аэрозоля в магистрали 3.

Далее воздух через патрубок 36 устройства 1 поступает в центральную полость 24 кожуха 21 секции 26 реактора 23 под перегородку 25 и сквозь слой насыпного газопроницаемого адсорбента 8 в периферийный зазор 22 кожуха 21. По зазору 22 практически полностью очищенный воздух, так как слабоконцентрированные вредные вещества активно осаждаются на развитой поверхности высокопористого адсорбента 8, поступает в зазор 22 верхней секции 27, где проходит через слой адсорбента 8 в центральную полость 24 кожуха 21, выше перегородки 25.

Затем полностью очищенный воздух через патрубок 37 поступает в магистраль 3 и через фильтр 5, улавливающий уносимые из устройства 1 твердые частички угольного адсорбента 8, выбрасываются вентилятором 6 в атмосферу.

Технологический контроль за состоянием адсорбента 8 в реакторе 23 осуществляют взятием проб из пробников 53 через заданное время работы для определения его активности и степени загрязненности.

В случае снижения активности адсорбента 8 в нижней секции 26 реактора 23 менее установленного уровня эффективности очистки газов отключают вентилятор 6, перекрывают входной и выходной затворы 12 магистрали 3, а к патрубкам 14 и 16 подключают систему 10 вентиляции. Затем открывают ее герметичные затворы 20 и затворы 12 на патрубках 14, 16, после чего включают вентилятор 19 системы 10, продувающей рабочую часть магистрали 3 и устройство 1 атмосферным воздухом через заборный фильтр 15 при открытом затворе 12 патрубка 13.

Для удаления отработавшего адсорбента 8 из нижней секции 26 реактора 23 снимают крышку 47 с выходной трубы 43, а полимерный мешок 46 помещают в жесткую тару, устанавливаемую под ней.

Затем поворотом шибера 44 освобождают проход в трубе 43 для адсорбента 8, который механически вращением шнека 42 подается на выгрузку через трубу 43 в мешок 46.

Угольная пыль и аэрозоль взвешенных твердых частиц из кожуха 21, при этом увлекается атмосферным воздухом посредством всасывающего вентилятора 19 в систему 10, где они активно осаждаются в сорбционном фильтре 17 и задерживаются в аэрозольном фильтре 18. Чистый воздух поступает на выход магистрали 3.

После выгрузки адсорбента 8 из секции 26 выдерживают паузу 30-60 с и снимают мешок 46 с выходной трубы 43, для чего удаляют резиновые жгуты 45, освобождая горловину мешка 46; за рукоятки 50 встречно перемещают закрепленные на концах жгутов 45 крючок 48 и петлю 49, где выводят их из геометрического замыкания, снимая тем самым упругонапряженное состояние усилий прижима жгутов 45.

Шибер 44 внутри трубы 43 возвращают в исходное положение, перекрывая объем секции 26, а на выходную трубу 43 устанавливают новый мешок 46 и обратным порядком вышеописанных операций зажимают его горловину двумя жгутами 45 многоразового использования, для чего за рукоятки 50 растягивают жгут 45 и сцепляют крючок 48 с петлей 49. Затем освобождают рукоятки 50 и растянутый жгут 45 сокращается за счет сил упругости материала, фиксируя горловину мешка 46 на трубе 43. При этом петля 49 с крючком 48 образуют замковое соединение, так как находятся в силовом и геометрическом замыкании.

Освобожденную горловину наполненного отработавшим адсорбентом 8 мешка 46 смыкают и перегибают, складывая пополам, а затем двойным поперечным сварным швом с проплавлением термоэластичного материала в складке наружной стороной герметично укупоривают для отправки на утилизацию в печи 2.

Для ротации адсорбента 8 из верхней секции 27 реактора 23 в его нижнюю секцию 26 поворачивают роторный затвор 28 на 90 градусов, совмещая его поперечный канал с осью вертикального реактора 23. При этом практически чистый гранулированный адсорбент 8 по коническому склизу 30 самопроизвольно под действием гравитационных сил без остатка в секции 27, не образуя сводов, пересыпается в секцию 26.

Затем затвор 28 поворачивают в исходное положение, перекрывая окно 29 коммуникации секций 26, 27, и производят загрузку свежего адсорбена 8 эжекционным пневмотранспортом 7 в свободную верхнюю секцию 27 из накопительной емкости 9, последовательно через два противоположно расположенных штуцера 32 реактора 23, как описано выше.

Выгрузку, ротацию и загрузку адсорбента 8 в реакторе 23 проводят при работающей системе 10 вентиляции для продувки и очистки центральной полости 24 и периферийных зазоров 22 кожуха 21.

После окончания загрузки свежего адсорбента 8 в секцию 27 реактора 23 систему 10 вентиляции отсоединяют от магистрали 3, отключив вентилятор 19 и перекрыв задвижку 12 на патрубке 14 и задвижку 20 системы 10, затем открывают входную и выходную задвижки 12 магистрали 3.

Установка нейтрализации вредных газов готова к продолжению работы с обновленным адсорбентом 8 в обеих секциях 26, 27 реактора 23 при включении всасывающего вентилятора 6.

Проводить ротацию адсорбента 8 из секции 27 в секцию 26 реактора 23 с последовательным его повторным использованием целесообразно, потому что в верхней секции 27 адсорбент 8 заметно не нагружается вредными веществами, которые активно осаждаются в абсолютном большинстве на развитой поверхности пористых гранул слоя адсорбента 8 в нижней секции 26 достаточного объема. Верхняя секция 27 служит для тонкой очистки газов от остатков твердых частиц.

Лимитирующей по времени эксплуатации адсорбента 8 является степень его активности (загрязненность) в нижней секции 26 реактора 23, которую в установленном порядке контролируют по извлекаемым периодически пробникам 53 из рабочей среды для анализа.

Далее цикл работы установки по предложенному технологическому режиму способа нейтрализации газов повторяется.

Фильтры 17 и 18 автономной системы 10 с накопившимися от многократной межоперационной продувки и очистки функциональных элементов параллельно работающих устройств 1 извлекают и сжигают в печи 2, периодически заменяя новыми.

Таким образом осуществляется автоматическая локализация вредных веществ из отходящих печных газов после сжигания люизита, в замкнутом технологическом объеме, исключая выбросы в атмосферу.

Предложенный способ, за счет совмещения операций при дифференцированной автоматической беззазорной загрузке насыпного адсорбента в верхние секции реактора и оптимизированного порядка операций локализованной выгрузки отработавшего адсорбента с герметичной укупоркой в завариваемый проплавлением материала термопластичный мешок, обеспечивает повышение функциональной надежности и качества очистки газов в замкнутом объеме полного цикла работ с безопасным удалением расходных технологических материалов на утилизацию.

Применение быстросъемных, сцепляемых концами зажимных жгутов многоразового использования позволило сократить вспомогательное время нетрудоемких и безопасных операций выгрузки и удаления отработавшего адсорбента, что повышает производительность и качество работ по нейтрализации газов, содержащих вредные и химические вещества.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с наиболее близким аналогом уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по химзащите, показал, что способ неизвестен, а с учетом возможности его практической реализации в действующем производственном технологическом потоке, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к технологии химической очистки газов адсорбцией. Способ сорбционной нейтрализации газов включает их последовательную подачу в секции вертикального реактора, гравитационную загрузку адсорбента в его секции, причем в верхние секции адсорбент загружают эжекционным пневмотранспортом через штуцер, механическую выгрузку отработавшего адсорбента из нижних секций в зажатый горловиной на выходной трубе двумя упругими жгутами термопластичный мешок и ротацию адсорбера в соосных секциях через окна роторных затворов, по мере снижения его активности в нижних секциях, при подсоединении к изолированному от магистрали подачи очищаемого газа кожуху реактора автономной системы вентиляции, имеющей ступенчатую фильтрацию, а после выгрузки отработавшего адсорбента термопластичный мешок заваривают проплавлением и удаляют, затем на выходную трубу надевают горловину нового мешка, зажимая ее упругими жгутами, причем, завершив максимальную загрузку адсорбента, эжекционный пневмотранспорт переносят на противный штуцер реактора и заполняют его верхнюю секцию, а после выгрузки отработавшего адсорбента из нижней секции реактора через 30-60 с удаляют упругие жгуты зажима, расцепив крючок и петлю, встречно перемещая их за рукоятки, снимают мешок с выходной трубы, горловину которого смыкают, перегибают, затем заваривают. Изобретение обеспечивает повышение функциональной надежности и качества нейтрализации слабоконцентрированных вредных и отравляющих газов. 7 ил.

Способ сорбционной нейтрализации газов, включающий их последовательную подачу в секции вертикального реактора, гравитационную загрузку адсорбента в его секции, причем в верхние секции адсорбент загружают эжекционным пневмотранспортом через штуцер, механическую выгрузку отработавшего адсорбента из нижних секций в зажатый горловиной на выходной трубе двумя упругими жгутами термопластичный мешок и ротацию адсорбента в соосных секциях через окна роторных затворов, по мере снижения его активности в нижних секциях, при подсоединении к изолированному от магистрали подачи очищаемого газа кожуху реактора автономной системы вентиляции, имеющей ступенчатую фильтрацию, а после выгрузки отработавшего адсорбента термопластичный мешок заваривают проплавлением и удаляют, затем на выходную трубу надевают горловину нового мешка, зажимая ее упругими жгутами, отличающийся тем, что завершив максимальную загрузку адсорбента, эжекционный пневмотранспорт переносят на противный штуцер реактора и заполняют его верхнюю секцию, а после выгрузки отработавшего адсорбента из нижней секции реактора через 30-60 с удаляют упругие жгуты зажима, расцепив крючок и петлю, встречно перемещая их за рукоятки, снимают мешок с выходной трубы, горловину которого смыкают, перегибают, затем заваривают.