Установка термокаталитической очистки отходящих низконапорных газов Советский патент 1987 года по МПК B01J8/00 

1

Изобретение относится к очистке кислородсодержащих отходящих газов от паровых и-тугоплавких пылевидных пирофорных примесей органических веществ, например, производства пиро- меллитового или фталевого ангидрида и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, образующих подобные отходящие газы.

Целью изобретения является повышение пожаровзрывобезопасности, надежности работы и упрощение ремонта установки.

На фиг. 1 схематично показана установка термокаталитической очистки, общий вид; на фиг. 2 - диффузор поперечный разрез; на фиг. 3 - регулируемое крепление лепестков диффу- зора; на фиг. 4 - кольцевая пластин вид спереди; на фиг. 5 - цилиндрическая вставка, поперечный разрез; на фиг. 6 - секция пластин экзотермического нагревателя, поперечный разрез; на фиг. 7 - пластины экзотермического нагревателя с параллелным расположением, установленные в чередующихся секциях горизонтально или вертикально относительно потока очищенных газов.

Установка термокаталитической очистки газов состоит из топки 1, смесителя-сепаратора 2, .экзотермического нагревателя 3, реактора Д с насыпным слоем катализатора и рекупратора 5 тепла.

Смеситель-сепаратор 2 имеет тангенциальный ввод 6 дымовых газов и ввод загрязненного газа в виде сопла-диффузора 7, выполненного из конических лепестков с расходящимися щелями. Лепестки 8 имеют основание 9 с фигурной щелью 10 и крепятся ботами П. Во избежание прохождения дымовых газов- из смесителя-сепаратора 2 непосредственно в газоход, минуя диффузор, между диффузором и корпусом нагревателя установлена кольцевая пластина 12 с продувочными отверстиями 13, выполненными в виде круглых или щелевидных отверстий. Смеситель-сепаратор 2 соедине с первой секцией экзотермического нагревателя 3, в которой расположена цилиндрическая вставка 14 с каталитическим покрытием 15. Последующи секции нагревателя снабжены пластинами 16, установленными горизонтально или вертикально. Пластины 16 по22

крыты с обеих сторон катализаторной пленкой. Число секций и их взаимное расположение может варьироваться в зависимости от исходной концентрации

органических тугоплавких частиц и скорости потока очищаемого газа. В реакторе 4 размещена катализаторная корзина, выполненная из системы проницаемых усеченных конусов, заполненной катализатором. Реактор 4 в верхней части имеет люки 17 для загрузки катализатора и люк 18 для выгрузки катализатора.

Установка термокаталитической

очистки работает следуюищм образом. Балансовое количество топлива и нагретого в рекуператоре 5 тепла воздуха подается в топку 1, образующиеся в результате сгорания топлива дымовые газы с температурой 700- . 900°С по газоходу подаются через тангенциальньш патрубок 6 в цилиндрический корпус смесителя-сепаратора 2, образуя закрученный поток дымовых газов, и поступают далее через щели между коническими лепестками диффузора 7 в зону смешения с отходящими газами. Отходящие газы с температурой SO-ISO C, содержащие пылевидные органические частицы, поступают в смеситель через штуцер и за счет сил внутреннего трения, взаимодействуя с закрученным потоком дымовых газов в диффузоре, также прихо

дят в однонаправленное вращаемое состояние, при зтом частицы оплавляются и частично испаряются. Развиваемые при этом центробежные силы отбрасывают наиболее крупные частицы пирофорных тугоплавких органических веществ на внутреннюю поверхность лепестков 8 диффузора, имеющую температуру, близкую к температуре дымовых газов (700-900 С), при этом частицы интенсивно плавятся, испаряются и подвергаются термодеструкции. Таким образом, в смесителе-отстойнике 2 происходит первая стадия сепа-. рации с отделением и термодеструкцией наиболее крупных пирофорньк частиц. В зависимости от расхода очищаемого газа и размеров частиц пыли, подлежащих сепарации положение лепестков 8 может регулироваться с изменением места закрепления основания 9 лепестков с фигурной щелью 10 с помощью болта 11. На выходе из диффузора 7 происходит интенсивное смешение частично очищенных отходящих

313

и дымовых газов, продолжающееся в объеме цилиндрической вставки первой секции экзотермического нагревателя, при этом катализаторная пленка на поверхности цилиндрической вставки обеспечивает частичное термокаталитическое окисление частиц пирофорной пыли, попадающих на поверхность вставки, препятствуя ее накоплению и созданию взрывоопасной ситуации при возгорании больших масс пирофорных веществ. При прохождении очищаемых между пластинами 16 секций экзотермического нагревателя происходит испарение оставшейся массы пирофорных частиц средних размеров, а также части мелких частиц. Частицы органических веществ попадают на поверхность пластины 16, покрытой катализа торной пленкой, подвергаются плавлению, испарению и термокаталитическому окислению, Вьщеление тепла за счет экзотермической реакции частичного термокаталитического окисления пылевидных частиц позволяет снизить температуру и расход дымовых газов при сохранении расчетной температуры очищаемых газов на входе в каталитический реактор 4. При высоких. скоростях очищаемого газа секции экзотермического нагревателя 3 устанавливают с параллельным горизонтальным расположением пластин 16, что увеличивает площадь осаждения частиц при сохранении режима идеального вытеснения при движении очищаемого газа. При низких скоростях очищаемого газа целесообразно секции экзотермического нагревателя 3 устанавливать взаимно перпендикулярно с их разворотом относительно продольной оси на 90 , что обеспечивает выравнивание структуры потока очищаемого. газа при его движении за счет дополнительной турбулизации газа. Таким образом в секциях экзотермического нагревателя 3 происходит вторая стадия сепарации газа -с отделением средних и мелких пирофорных частиц и переводом твердых пылевидных веществ в парообразное состояние.

Далее частично очищенные газы поступают в каталитический реактор 4, проходят насыпной слой катализатора и подвергаются глубокой термокаталитической очистке от паров органических веществ и продуктов тер- модеструкции пылевидных пирофорных

2 4

веществ, полученных на первой и второй стадиях очистки. Коническое исполнение катализаторной корзины с вершиной конуса, направленной вниз

навстречу потоку очищаемого газа, позволяет снизить дезактивацию катализатора и повысить надежность работы реактора, так как в случае поступления в реактор с очищаемым газом

частички пирофорных веществ, не подвергнувшиеся термодеструкции на первой и второй стадиях, за счет инерционности осаждаются лишь на вершинной части катализаторной корзиныч

Очищенные газы из реактора 4 поступают в рекуператор 5 тепла, отдавая 25-30% тепла воздуху, а затем выбрасываются в атмосферу. Исходьый воздух газодувкой (не показана) подается в рекуператор 5 тепла, нагревается и поступает в топку 1. В рекуператоре 5 тепла интенсифицируется теплообмен между воздухом и очищенным отходящим газом благодаря

отсутствию отложений на теплообмен- ных поверхностях.

Технико-экономические преимущества предлагаемой установки термокаталитической очистки отходящих газов

следующие.

Использование смесителя-сепаратора и экзотермического нагревателя позволяет исключить накопление пирофорных Органических веществ, провести сепарацию частиц пыли по размерам со стадийной термодеструкцией их в .областях с оптимальными температурами процесса, частично осуществить очистку газа от частиц органики с утилизацией теплоты реакции их окисления, что уменьшает теплозатра- ты на процесс в целом.

Установка рекуператора тепла отходящих газов на линии воздуха повы- шает надежность работы установки, так как полностью исключает возможность загорания в нем каких-либо продуктов.

Конструктивное оформление установки позволяет снизить дезактивацию

катализатора за счет установки дополнительных устройств, что повышает эффективность и надежность установки.

Конструктивное оформление установки в целом позволяет за счет трех- стадийной очистки от5 одящих тазов (смеситель-сепаратор, секции с пластинами экзотермического нагревателя, каталитический реактор разгрузить

513

работу каталитического реактора, снизить толщину слоя катализатора и, соответственно, затраты на катализатор и гидравлическое сопротивление при прохождении газов через реактор.

Формула изобретения

I, Установка термокаталитической очистки отходящих низконапорных газов от паровых и пылевидных тугоплавких пирофорных примесей, включающая топку - источник дымового газа, каталитический реактор с насыпным слоем катализатора, рекуператоры тепла очищенных газов, соединенные между собой газоходами, отличающаяся тем, что, с целью повьше- ния пожаровзрывобезопасности и надежности работы, она снабжена смесителем-сепаратором с тангенциальным вводом продуктов сгорания топлива и экзотермическим нагревателем с пластинами с каталитическим покрытием, установленными последовательно между топкой и каталитическим реактором, причем рекуператор тепла установлен на линии подачи воздуха в топку.

26

2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью упрощения ремонта, экзотермический нагреватель выполнен в виде съемных

цилиндрических секций, начиненных пластинами, покрытыми термостойкой катализаторной пленкой, установленными в чередующихся секциях горизонтально или вертикально относительно потока очищенных газов.

3.Установка по пп. J и 2, отличающаяся тем, что ввод продуктов сгорания смесителя-сепараг

тора выполнен в виде сопла диффузора из расходящихся конических лепестков, размещенных с эксцентриситетом друг относительно друга и расположенных в пространстве между корпусом смесителя-сепаратора и лепестками на выходе из диффузора, снабженного кольцевой пластиной с отверстиями, при этом лепестки попарно образуют между собой регулируемые щели, направленные нормально по отношению вводимому в топку потоку отходящих газов.

Изобретение относится к химической, нефтеперерабатывающей про- мьшшенности, может использоваться и в других отраслях промышленности. где требуется очистка газа от органических тугоплавких пылевидных примесей. Изобретение позволяет повысить безопасность и надежность работы установки за счет включения смесителя с каталитическими секциями между топкой дымовых газов и реактором дожига с насыпным слоем катализатора. Смеситель имеет тангенциальный ввод дымовых газов и ввод отходящих неочищенных газов в виде диффузора с лепестками, образующими попарно друг с другом щели, что позволяет интенсифицировать процессы смешения, плавления и испарения тугоплавких органических примесей. Каталитические секции имеют цилиндрическую вставку и продольные пластины, покрытые катализаторной пленкой. В этих секциях обеспечивается частичное окисление огранических примесей, в результате этого снижаются тепло- затраты и гидравлическое сопротивление всей системы в целом. Основной реактор дожига имеет корзину в виде усеченных конусов для крупнозернистого насыпного слоя катализатора с вводом очищаемых газов в вершину конуса. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. с (Л с

Отходяи ие

газы

iX

4v очищенные газы I /

Фиг.1

боздух

Фиг.1

8

ФигМ

Фиг. 5

16

Фе/г.6

6

Фиг,1

Составитель А.Телесницкий Редактор И.Николайчук Техред Л.Олийнык

Заказ 2452/6 Тираж 510Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,ул. Проектная, 4

Корректор А.Р1льин