ФОТОХИМИЧЕСКИЙ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ ВЫБРОСНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2003 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, текстильной, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Известны устройства для глубокого окисления углеводородных примесей малой концентрации в объеме инертного газа с использованием инфракрасного излучения и катализатора (SU: 788896, кл. F 23 G 7/06, 1986; 1801752, кл. F 23 G 7/06, 1993; RU 2096077, кл. В 01 J 19/00, 1997).

Недостатком этих устройств является низкая эффективность использования энергии инфракрасных излучателей для активации углеводородных соединений.

Известно устройство для обезвреживания газовых выбросов (SU 1357062, кл. В 01 J 19/00), содержащее корпус с технологическими патрубками, сетчатые катализаторные перегородки и источники инфракрасного излучения. Это устройство является наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату и выбрано в качестве прототипа.

В известном устройстве технологический или вентиляционный газ, содержащий углеводородные соединения в паровой фазе, поступает в термокаталитический реактор. Проходя между катализаторными перегородками, он облучается инфракрасным светом, углеводородные молекулы поглощают кванты света, активизируются и при соприкосновении с катализатором окисляются до воды и диоксида углерода, обезвреженный газ выводится из реактора.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность использования энергии инфракрасных излучателей для активации углеводородных соединений.

Техническим результатом изобретения является снижение энергетических затрат на процесс глубокого окисления углеводородных соединений малой концентрации в объеме инертных газов, повышение эффективности обезвреживания газовых выбросов при меньшем числе источников инфракрасного излучения.

Этот результат достигается тем, что в устройстве для санитарной очистки выбросных газов от паров углеводородных примесей, содержащем корпус с технологическими патрубками, сетчатые катализаторные перегородки и источники инфракрасного излучения, согласно изобретению, корпус выполнен цилиндрическим, по оси корпуса установлен источник инфракрасного излучения, внутри корпуса соосно размещены цилиндрические светоотражатели и сетчатые цилиндрические катализаторные элементы, между которыми установлены источники инфракрасного излучения. Кроме того, оптимальное расстояние между источниками инфракрасного излучения и сетчатыми катализаторными элементами составляет (4,0-4,5) диаметра источника инфракрасного излучения, а оптимальное расстояние между отражателями и источниками излучения - (6,00-6,60) диаметра источника инфракрасного излучения. Источники инфракрасного излучения размещены по окружностям на лучах под углом (45^o / на порядковый номер окружности).

Такая конструкция устройства обеспечивает экономию электроэнергии и уменьшает число источников излучения на объем обезвреживаемого газа.

Предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения предусмотрена установка одного или нескольких цилиндрических отражательных элементов.

На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства, на фиг.2 показано сечение реактора в месте крепления излучателей, катализаторных и отражательных элементов, на фиг.3 - размещение источников излучения, катализаторных и отражательных элементов в корпусе реактора.

Устройство для санитарной очистки выбросных газов от углеводородных примесей содержит корпус 1 со штуцерами подвода напряжения 8, приемную 2 и выпускную 3 камеры, источники инфракрасного излучения 4, цилиндрические сетчатые катализаторные элементы 5, цилиндрические отражательные элементы 6 и крепежную арматуру 7.

Устройство работает следующим образом.

Отработанный выбросной или вентиляционный газ, содержащий пары и аэрозоли углеводородных соединений, поступает в приемную камеру 2 (см. фиг.1), откуда по концентрическим каналам, образуемым катализаторными 5 и отражательными 6 элементами, поступает в корпус реактора. В реакторе газовая смесь облучается инфракрасным светом, испускаемым инфракрасными источниками излучения 4 и отражательными элементами 6. Углеводородные молекулы избирательно поглощают кванты света определенной резонансной длины волны, возбуждаются и при контакте с катализаторной поверхностью элементов 5 окисляются до молекул воды и диоксида углерода. Обезвреженный газ выводится в камеру 3, откуда затем удаляется из реактора.

Процесс фотохимического окисления на поверхности катализатора происходит при определенных условиях как по диапазону испускаемых ИК-излучателем длин волн инфракрасного спектра, так и по геометрическим параметрам компоновки реактора. Оптимальными параметрами для защищаемой конструкции реактора являются параметры, увязанные с геометрическими характеристиками ИК-излучателя. Теоретически и экспериментально установлено, что около 80% энергии излучения поглощается не молекулами углеводородов, а поверхностью катализатора, корпуса и т. д. Установка дополнительных элементов - отражающих поверхностей - позволяет существенно повлиять на процесс окисления. Реакция окисления в поле ИК-света происходит в узком диапазоне расстояния между источником излучения и катализатором. Для защищаемого конструктивного варианта он составляет (4,0-4,5) диаметра источника инфракрасного излучения (d_из.). Эффективно отражающая поверхность работает только на расстоянии, не превышающем 2,1d_из. источника инфракрасного излучения. Эти условия и определяют общую компоновку реактора, соосно-цилиндрическое размещение каталитической и отражающей поверхностей. На расстоянии (6,0-6,6)d_из. от ИК-излучателя, установленного по оси корпуса, размещается первая окружность (n), на которой монтируется следующий ряд ИК-излучателей под углом (45^o/n). На второй окружности ИК-излучатели устанавливаются под углом (45^o/2=22,5^o) и так далее, при этом соблюдается постоянное расстояние между катализаторными и отражательными элементами (см. фиг. 3). В известных конструкциях проточных и вихревых фотохимических термокаталитических реакторов по обезвреживанию выбросных газов минимальное значение потребляемой источниками ИК-излучения энергии составляет около 1,5 Вт/час на один кубический метр обезвреживаемого газа, в предлагаемой конструкции потребление энергии снижено на (28-36)%.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить затраты электроэнергии на проведение процесса окисления углеводородов и уменьшить число источников ИК-излучения из расчета на объем обезвреживаемого выбросного или вентиляционного газа.

Изобретение относится к средствам для беспламенного сжигания газовых технологических и вентиляционных выбросов и может быть использовано для санитарной очистки газов в химической, лакокрасочной, текстильной, приборостроительной и других отраслях промышленности. Фотохимический термокаталитический реактор для санитарной очистки выбросных газов от углеводородных примесей содержит корпус с технологическими патрубками, сетчатые катализаторные перегородки и источники инфракрасного излучения, причем корпус выполнен цилиндрическим, по оси корпуса установлен источник инфракрасного излучения, внутри корпуса соосно размещены цилиндрические светоотражатели и сетчатые цилиндрические катализаторные элементы, между которыми установлены источники инфракрасного излучения. Изобретение позволяет снизить энергетические затраты на процесс глубокого окисления углеводородных соединений малой концентрации в объеме инертных газов, повысить эффективность обезвреживания газовых выбросов при меньшем числе источников инфракрасного излучения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фотохимический термокаталитический реактор для санитарной очистки выбросных газов от углеводородных примесей, содержащий корпус с технологическими патрубками, сетчатые катализаторные перегородки и источники инфракрасного излучения, отличающийся тем, что корпус выполнен цилиндрическим, по оси корпуса установлен источник инфракрасного излучения, внутри корпуса соосно размещены цилиндрические светоотражатели и сетчатые цилиндрические катализаторные элементы, между которыми установлены источники инфракрасного излучения. 2. Фотохимический термокаталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что оптимальное расстояние между источниками инфракрасного излучения и сетчатыми катализаторными элементами составляет (4,0-4,5) диаметра источника излучения, оптимальное расстояние между отражателями и источниками инфракрасного излучения - (6,00-6,60) диаметра источника инфракрасного излучения. 3. Фотохимический термокаталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что источники инфракрасного излучения размещены по окружностям, на лучах под углом 45^o/на порядковый номер окружности.