PL167219B1 - Układ do katalitycznego, rewersyjnego oczyszczania gazów - Google Patents

Abstract

1. Układ do katalitycznego, rewersyjnego oczyszczania gazówzawierającychzanieczyszczenia organiczne polimeryzujące, oklejające i/lub kondensujące na elementach reaktorów katalitycznych, wyposażony w katalityczny reaktor rewersyjny o złożu katalizatora umieszczonym między dwiema warstwami wypełnienia i o elementach do doprowadzenia ciepła do złoża katalizatora, rewersyjny zawór rozrządu, adsorbery z elementami do doprowadzenia ciepła do złoża adsorbenta, znamienny tym, że ma co najmmej dwa równoleglepołączone adsorbery (Ai; A2), których wyloty są poprzez zawory odcinające (Z1; Z2) połączone z wlotem co najmniejjednego rewersyjnegozaworu rozrządu (ZR) orazwlotemna złoże katalizatora(K)jednego reaktorarewersyjnego(R), przy czym pomiędzy zaworami odcinającymi (Z1; Zs) a przestrzenią zawierającązłoże katalizatora(K)tego reaktora (R)jest usytuowany co najmniej jeden element (Z) dławiący natężenie przepływu przez przewód łączący adsorbery (Ai; A2) ze złożem katalizatora (K) oraz jest zamontowany zawór (P) połączony z atmosferą, natomiast każdy zawór rozrządu (ZR)jest połączony z wlotami(I;U)sterowanegoprzez niego reaktora (R), a wylot każdego zaworu rozrządu(ZR)jestpołączony zwentylatorem(W).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do katalitycznego, rewersyjnego oczyszczania gazów, zawierających zanieczyszczenia, w tym zanieczyszczenia organiczne polimeryzujące, oklejające i/lub kondensujące na elementach katalitycznych reaktorów rewersyjnych.

Typowe procesy katalitycznego utleniania zanieczyszczeń organicznych, zawartych w przemysłowych gazach odlotowych prowadzi się w katalitycznych reaktorach przepływowych.

Zainicjowanie reakcji katalitycznej i jej podtrzymywanie wymaga ciągłego dostarczania energii cieplnej do strumienia oczyszczanego gazu lub do złoża katalitycznego. Opuszczające reaktor gazy unoszą ze sobą znaczne ilości ciepła, powstającego w wyniku dopalenia zawartych w nich zanieczyszczeń.

Aby poprawić bilans energetyczny procesu, na wylocie reaktora umieszcza się przeponowe wymienniki ciepła, umożliwiając odzyskanie do około 60% energii cieplnej potrzebnej do podtrzymania reakcji.

Duży postęp w dziedzinie energooszczędnych technik katalitycznego oczyszczania gazów stanowią procesy rewersyjne, polegające na cyklicznej zmianie kierunku strumienia gazu płynącego przez reaktor rewersyjny, w którym złoże katalizatora jest umieszczone pomiędzy dwiema warstwami wypełnienia ceramicznego.

Ciepło potrzebne do podtrzymywania reakcji odzyskuje się z gorących gazów dzięki regeneratorom, którymi są warstwy wypełnienia ceramicznego.

Katalityczne procesy rewersyjne umożliwiają osiągnięcie autotermiczności reakcji już przy względnie niskim stężeniu zanieczyszczeń w strumieniu oczyszczanego gazu.

Z literatury patentowej znanych jest szereg rozwiązań dotyczących prowadzenia katalitycznych procesów rewersyjnych w celu oczyszczenia gazów od zanieczyszczeń.

Według opisu patentowego USA nr 2 946 651, katalityczny proces rewersyjnego dopalania zanieczyszczeń prowadzi się na złożu katalizatora, umieszczonego między dwiema warstwami wypełnienia ceramicznego.

167 219

W okresie rozruchu, złoże ogrzewa się gorącymi spalinami, po czym przepuszcza się powietrze zanieczyszczone związkami ulegającymi konwersji katalitycznej. Proces prowadzi autotermicznie, jeżeli stężenie zanieczyszczeń przekroczy pewien nieduży pułap. Cykle przepuszczania powietrza w jednym kierunku trwają kilkadziesiąt sekund.

W innym procesie rewersyjnym, znanym z polskiego patentu nr 126 861, złoże katalizatora jest umieszczone pomiędzy dwiema warstwami wypełnienia ceramicznego, a ciepło potrzebne do rozpoczęcia i ewentualnego podtrzymywania reakcji doprowadza się do środkowej części złoża katalizatora.

Proces oczyszczania gazów od zanieczyszczeń zachodzi przy ciągłym lub periodycznym doprowadzaniu ciepła do środkowej części złoża, którego temperaturę reguluje się zarówno częstotliwością zmian kierunku przepływu gazu przez reaktor rewersyjny, jak i ilością ciepła doprowadzanego z zewnątrz do środkowej części złoża.

Według tego patentu, przeznaczone do oczyszczania gazy podaje się poprzez pierwszą warstwę wypełnienia na rozgrzane złoże katalizatora, zaś ciepło reakcji kumuluje się w drugiej warstwie wypełnienia. Po zmianie kierunku przepływu strumienia gazów przez reaktor, regeneruje się ciepło skumulowane w drugiej warstwie wypełnienia, wykorzystując je do podgrzewania oczyszczanych gazów, a ciepło reakcji katalitycznej kumuluje się w pierwszej warstwie wypełnienia.

Opisane powyżej katalityczne procesy rewersyjne okazały się bardzo przydatne do oczyszczania gazów, zanieczyszczonych związkami organicznymi, które nie mają tendencji do kondensowania i ociekania po warstwach wypełnienia ceramicznego, albo związków organicznych, które nie oklejają się lub nie polimeryzują na powierzchni wypełnienia.

W praktyce przemysłowej gazy odlotowe z emiterów zanieczyszczeń zawierają zwykle mieszaninę różnych związków organicznych i tlenku węgla. Zdarza się często, że wśród emitowanych zanieczyszczeń organicznych znajdują się związki, mające tendencję do oklejania, polimeryzowania i/lub kondensowania na wewnętrznych powierzchniach reaktorów rewersyjnych. Związki te występują w przemysłowych gazach odlotowych przeważnie w postaci zawiesin, kropli cieczy wysokowrzących, smół czy pyłów organicznych. Wprowadzone do rewersyjnego reaktora katalitycznego kumulują się głównie w warstwach wypełnienia ceramicznego, co może doprowadzić do eksplozji lub pożaru reaktora po przekroczeniu stężenia granicznego.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 159920, sposób rewersyjnego dopalania gazów zawierających zanieczyszczenia organiczne oklejające lub kondensujące na elementach reaktora. Zgodnie z tym sposobem, zanieczyszczone gazy wprowadza się do środka symetrycznego układu reakcyjnego zawierającego kilka, korzystnie dwa złoża katalityczne, z których każde jest umieszczone pomiędzy dwiema warstwami wypełnienia ceramicznego, a w środkowej części złoża katalizatora znajdują się grzałki elektryczne dostarczające ciepło. Kierunek strumienia gazów płynących przez układ zmienia się cyklicznie na odwrotny, umożliwiając akumulację ciepła i wzrost temperatury w złożu katalizatora. Część strumienia gazów po przejściu przez reaktor i zawór rewersyjny podaje się powtórnie do reaktora dla wymuszenia obiegu cyrkulacyjnego przez system.

Ujawniony w opisie patentowym nr 159920 układ do realizacji sposobu ma katalityczny reaktor rewersyjny o dwóch złożach katalitycznych. Każde ze złóż, umieszczone między dwiema warstwami wypełnienia ceramicznego, jest zaopatrzone w źródło ciepła w postaci grzałki elektrycznej. W miejscu, dzielącym reaktor na dwie symetryczne części, pomiędzy wewnętrzne warstwy wypełnień, jest doprowadzany strumień gazów przeznaczonych do oczyszczenia.

Wloty reaktora są poprzez rewersyjny zawór połączone z wentylatorem wymuszającym przepływ gazów przez układ. Do przewodu tłocznego wentylatora jest przyłączony dodatkowy przewód, podający część oczyszczonych gazów do zaworu rewersyjnego celem ich recyrkulacji przez reaktor.

Realizacja opisanego powyżej sposobu, jakkolwiek umożliwia utylizację zanieczyszczeń oklejających lub kondensujących na elementach reaktora, daleka jest jednak od idei autotermiczności procesów rewersyjnych.

Recyrkulujące przez reaktor gazy są ostudzone. Muszą one, według przedmiotowego sposobu, przejść przez złoże katalityczne przeciwległe do złoża biorącego udział w reakcji dopalania zanieczyszczeń przy danym kierunku strumienia przepływającego przez reaktor. Złoże nie biorące udziału w reakcji katalitycznej musi więc być ciągle podgrzewane grzałkami do temperatury umożliwiającej rozpoczęcie na nim reakcji po zmianie na przeciwny kierunku strumienia gazów przepływających przez reaktor.

167 219

Niedogodności powyższych można uniknąć, o ile wykorzysta się układ do katalitycznego rewersyjnego oczyszczania gazów, będący przedmiotem wynalazku.

Układ według wynalazku, ma na swoim wejściu co najmniej dwa adsorbery, połączone równolegle i pracujące w przemiennym cyklu adsorpcja-desorpcja.

Do wlotów adsorberów jest doprowadzany strumień przeznaczonych do oczyszczania gazów. Adsorbery są zaopatrzone w elementy doprowadzające do złoża adsorbera ciepło z zewnątrz podczas cyklu desorpcji, korzystnie w grzałki elektryczne. Wyloty adsorberów są połączone poprzez zawory odcinające, korzystnie trójdrożne, z wlotem co najmniej jednego rewersyjnego zaworu rozrządu oraz z wlotem na złoże katalizatora jednego reaktora rewersyjnego.

Pomiędzy zaworami odcinającymi a przestrzenią reaktora zawierającą złoże katalizatora, jest umieszczony co najmniej jeden element dławiący natężenie przepływu przez przewód, który łączy adsorbery ze złożem katalizatora, a także zawór połączony z atmosferą.

Każdy rewersyjny zawór rozrządu jest połączony z wlotami sterowanego przez niego reaktora rewersyjnego, mającego złoże katalizatora umieszczone między dwiema warstwami wypełnienia oraz elementy do doprowadzania z zewnątrz ciepła do złoża katalizatora, korzystnie grzałki elektryczne.

Wylot każdego rewersyjnego zaworu rozrządu jest połączony z wentylatorem, wymuszającym przepływ gazów przez reaktor i odprowadzającym je do atmosfery.

W tak pomyślanym układzie, katalityczny reaktor rewersyjny zachowuje ideę autotermiczności procesów rewersyjnych, wykonując w każdym cyklu dwa równolegle przebiegające procesy utylizacji zanieczyszczeń. Jeden z tych procesów związany jest z oczyszczaniem tej części gazów, które pozbawione są zanieczyszczeń polimeryzujących, oklejających i/lub kondensujących doprowadzanej do wlotów reaktora, zaś drugi - z oczyszczaniem pozostałej części gazów zawierających głównie wspomniane zanieczyszczenia -doprowadzanej bezpośrednio na złoże katalityczne reaktora.

Ciepło reakcji, wywiązujące się podczas tych procesów, niezależnie od kierunku przepływu gazów przez reaktor, obciąża naprzemiennie każde z wypełnień reaktora w równym stopniu.

Przykład wykonania układu według wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na schemacie ideowym.

Układ ma dwa połączone równolegle adsorbery Ai i Az, zaopatrzone w grzałki elektryczne. Do wlotów adsorberów Ai i A2 doprowadza się strumień V oczyszczanych gazów.

Wyloty adsorberów A1 i A2 są połączone poprzez trójdrożne zawory odcinające Z1, Z2 z rurociągiem zasilającym zawór rozrządu ZR w strumień główny V₀ gazów pozbawionych zanieczyszczeń polimeryzujących, oklejających i/lub kondensujących.

Równocześnie wyloty adsorberów ·Ai i A2 są poprzez zawory odcinające Z1, Z2 połączone z rurociągiem zasilającym złoże katalityczne K reaktora rewersyjnego R w strumień pomocniczy Vp gazów, zawierający głównie zanieczyszczenia polimeryzujące, oklejające i/lub kondensujące.

Na rurociągu zasilającym złoże katalityczne K w strumień pomocniczy Vp jest umieszczony zawór P, połączony z atmosferą oraz zasuwa Z regulująca natężenie przepływu strumienia pomocniczego Vp.

Reaktor rewersyjny R ma złoże katalityczne K umieszczone pomiędzy dwiema warstwami wypełnienia ceramicznego 1,2. W środkowej części złoża katalitycznego K jest pusta przestrzeń, w której usytuowane są grzałki elektryczne, doprowadzające ciepło potrzebne do zainicjowania reakcji i ewentualnego jej podtrzymania.

Wyloty I, II reaktora R są połączone z zaworem rozrządu ZR. Na wylocie zaworu rozrządu ZR jest umieszczony wentylator W, wymuszający przepływ przez układ strumienia V oczyszczanych gazów.

Realizacja rewersyjnego katalitycznego oczyszczania gazów przez układ według wynalazku przedstawia się następująco. Do adsorbera A1, pracującego w cyklu adsorpcji zanieczyszczeń polimeryzujących, oklejających i/lub kondensujących, podaje się część strumienia V oczyszczanych gazów i formuje po jej przejściu przez adsorber A1 strumień główny V_fl.

Strumień główny V_a cyrkuluje się z zaworu rozrządu ZR przez reaktor R od wlotu I do II, zaś ciepło powstałe w wyniku dopalenia zanieczyszczeń zawartych w strumieniu głównym V₈ na złożu katalitycznym K kumuluje się w wypełnieniu 2.

167 219

Zaworem rozrządu ZR zmienia się kierunek cyrkulacji strumienia głównego V_B przez reaktor, wykorzystując ciepło z warstwy wypełnienia 2 do podtrzymania temperatury złoża katalitycznego K, zaś ciepło reakcji kumuluje się w warstwach wypełnienia 1. Zmian kierunku strumienia V_fl dokonuje się cyklicznie, regenerując ciepło reakcji w warstwach wypełnienia 1,2.

Jednocześnie do adsorberaA2, pracującego w cyklu desorpcji doprowadza się grzałkami ciepło, potrzebne do zdesorbowania zanieczyszczeń polimeryzujących, oklejających i/lub kondensujących, zaadsorbowanych w złożu adsorbenta i przepuszczając przez adsorber A2 część strumienia V oczyszczanych gazów, formuje się na wylocie adsorbera A2 strumień pomocniczy Vp.

Strumień pomocniczy Vp kieruje się przez zawór Z2 do rurociągu łączącego zawór Z1, Z2 z przestrzenią reaktora R, zawierającą złoże katalityczne K i miesza się na złożu katalitycznym K ze strumieniem głównym Vg cyrkulującym przez reaktor R.

Natężenie strumienia pomocniczego Vp reguluje się zasuwą Z, umieszczoną na rurociągu łączącym zawory Z1, Z 2 z przestrzenią reaktora R, zawierającą złoże katalityczne K.

Doprowadzone do rozgrzanego złoża katalitycznego K zanieczyszczenia ze strumienia pomocniczego Vp ulegają dopaleniu, a ciepło tej reakcji kumuluje się przemiennie w warstwach wypełnienia ceramicznego 1, 2 zgodnie z kierunkiem przepływu przez reaktor R strumienia głównego V_B.

Jeżeli ciepło reakcji katalitycznej jest zbyt duże i może to grozić utratą równowagi termicznej przez reaktor R lub przegrzaniem złoża katalitycznego K, zaworem P wpuszcza się do wnętrza reaktora R zimne powietrze z atmosfery.

Gazy pozbawione zanieczyszczeń zasysa się z reaktora R poprzez zawór rozrządu ZR i wentylatorem W odprowadza do atmosfery.

Po zdesorbowaniu zanieczyszczeń w adsorberze A2 i jego ostygnięciu, przełącza się zawory odcinające Z1, Z2 i rozpoczyna termiczną desorpcję zanieczyszczeń z adsorbera A1, formując na nim strumień pomocniczy Vp. Natomiast na adsorberze A 2 prowadzi się adsorpcję zanieczyszczeń polimeryzujących, oklejających i/lub kondensujących, formując strumień główny V_B.

*-V

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do katalitycznego, rewersyjnego oczyszczania gazów zawierających zanieczyszczenia organiczne polimeryzujące, oklejające i/lub kondensujące na elementach reaktorów katalitycznych, wyposażony w katalityczny reaktor rewersyjny o złożu katalizatora umieszczonym między dwiema warstwami wypełnienia i o elementach do doprowadzenia ciepła do złoża katalizatora, rewersyjny zawór rozrządu, adsorbery z elementami do doprowadzenia ciepła do złoża adsorbenta, znamienny tym, że ma co najmniej dwa równolegle połączone adsorbery (A1; A2), których wyloty są poprzez zawory odcinające (Z 1; Zz) połączone z wlotem co najmniej jednego rewersyjnego zaworu rozrządu (ZR) oraz wlotem na złoże katalizatora (K) jednego reaktora rewersyjnego (R), przy czym pomiędzy zaworami odcinającymi (Z 1; Z 2) a przestrzenią zawierającą złoże katalizatora (K) tego reaktora (R) jest usytuowany co najmniej jeden element (Z) dławiący natężenie przepływu przez przewód łączący adsorbery (Ai; Aa) ze złożem katalizatora (K) oraz jest zamontowany zawór (P) połączony z atmosferą, natomiast każdy zawór rozrządu (ZR) jest połączony z wlotami (I; II) sterowanego przez niego reaktora (R), a wylot każdego zaworu rozrządu (ZR) jest połączony z wentylatorem (W).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawory odcinające (Z 1; Z2) są zaworami trójdrożnymi.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że adsorbery (Ai; Aa) i reaktor (R) są wyposażone w źródła ciepła w postaci grzałek elektrycznych.