CZ283442B6 - Způsob pro katalytické spalování organických látek - Google Patents

Abstract

Zařízení pro katalytické spalování organických látek obsažených v proudu vzduchu v relativně vysoké koncentraci je tvořeno kovovým válcovým tělesem (21) s válcovou nástavbou (39), v nástavbě (39) je uložena první vrstva katalyzátoru (6), v kovovém válcovém tělese (21) jsou vedle vrstev keramické výplně (4) uloženy další dvě vrstvy katalyzátoru (6), přičemž mezi třemi vrstvami katalyzátoru (6) je vytvořen prostor komory (18), ve které je uložen alespoň jeden topný článek (22), přičemž v horní části válcové nástavby (39) je vytvořen výstup (9) pro plyny s regulačním ventilem (19).ŕ

Description

(57) Anotace:

Zařízení pro katalytické spalování organických látek, obsažených v proudu vzduchu v relativně vysoké koncentraci, je tvořeno kovovým válcovým tělesem (21) s válcovou nástavbou (39), v nástavbě (39) je uložena první vrstva katalyzátoru (6), v kovovém válcovém tělese (21) jsou vedle vrstev keramické výplně (4) uloženy další dvě vrstvy katalyzátoru (6), přičemž mezi třemi vrstvami katalyzátoru (6) Je vytvořen prostor komory (18), ve které je uložen alespoň jeden topný článek (22), přičemž v horní části válcové nástavby (39) je vytvořen výstup (9) pro plyny s regulačním ventilem (19).

Zařízení pro katalytické spalování organických látek

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro katalytické spalování organických látek, přičemž se tyto organické látky mísí se vzduchem nebo s jinými plyny, obsahujícími kyslík.

Dosavadní stav techniky

Ochrana životního prostředí a požadavky na zvýšenou výrobu elektrické energie vyžadují v moderním světě používání takových spalovacích procesů, u nichž produkované spaliny neznečišťují okolní životní prostředí a přírodu, přičemž ovšem současně spalovací proces probíhá s co možná nejvyšší účinností.

Zejména je důležité, aby plynné spaliny neobsahovaly oxidy dusíku, které způsobují tak zvaný kyselý déšť, který působí destruktivním způsobem na přírodu.

U spalovacích procesů bylo vždy obtížné kontrolovat jejich průběh, přičemž tato nevýhoda těchto procesů přetrvává dodnes.

Problémy při spalování paliv vyplývají z nutnosti kontrolovat poměr vzduchu k palivu. Procesy úplného spalování probíhají pouze při určitém přesně definovaném poměru obou těchto výše uvedených složek.

Při spalování paliv v plameni obsahují plynné spaliny vždy oxidy dusíku, které mají destruktivní účinky jak na člověka, tak i na přírodu a rovněž způsobují značné škody na materiálních hodnotách.

Významným pokrokem při vyvíjení oxidačních procesů bylo použití heterogenních katalytických postupů. Procesy oxidace paliv na povrchu katalyzátorů probíhají ve velmi širokých rozmezích, přičemž při nich nevznikají oxidy dusíku.

Postupy katalytické oxidace organických látek byly úspěšně aplikovány u technologických postupů čištění odpadních plynů od nežádoucích znečišťujících látek.

Při provádění typického procesu katalytické oxidace organických sloučenin se vzduch společně s organickými látkami zahřívají na iniciační teplotu spalovací reakce pro organické látky a tyto látky se potom zavádí do lože použitého katalyzátoru.

V tomto katalytickém loži se organické látky oxidují. Tato oxidace způsobuje zvýšení teploty. Vzduch společně s produkty spalovacího procesu opouští katalytické lože, přičemž teplota těchto látek je vyšší, než na vstupu do katalytického lože.

Technologické postupy katalytického dodatečného spalování plynů se obvykle aplikují v případech čištění plynů od stopových nečistot, jejichž koncentrace je ve vzduchu obvykle nízká. Za účelem zlepšení ekonomičnosti tohoto procesu se obvykle používá diafragmových tepelných výměníků, které umožňují využití asi 50% tepla horkých plynných spalin k ohřátí vzduchu, přiváděného do reaktoru.

Běžné publikace a patentová literatura, týkající se procesů a zařízení na katalytické čištění plynů podle výše uvedeného schématu, je velice obsáhlá a z tohoto důvodu nejsou v tomto textu uvedeny detailní podrobnosti.

- 1 CZ 283442 B6

Značný pokrok u těchto procesů katalytického čištění plynů představují procesy s obracením proudu plynů, tak zvané reverzní postupy, jejichž podstata spočívá v cyklickém střídání směru proudu vzduchu, proudícího katalytickým ložem, přičemž v případě potřeby se umísťuje katalytické lože mezi dvě vrstvy keramické výplně a do střední části katalytického lože se přivádí teplo. Při provádění tohoto reverzního postupu se využije tepla horkých odpadních plynů, což probíhá prostřednictvím regenerátorů tepla, které tvoří část katalytického lože, a prostřednictvím vrstev keramické výplně.

Jako příklad reverzního katalytického postupu, u kterého plyny proudí katalytickým ložem, přičemž se provádí cyklické střídání směru proudění těchto plynů, je možno uvést patent SSSR č. 865 796. Vynález podle tohoto patentu byl aplikován pro oxidaci oxidu siřičitého na oxid sírový.

Jednotlivé cykly průtoku plynů v jednom směru katalytickým ložem trvají od asi deseti minut až do několika desítek minut. Tento postup je neekonomický z toho důvodu, že vyžaduje použití mnohem většího množství katalyzátoru.

Příklad reverzního procesu pro dodatečné spalování plynů za účelem odstranění organických znečišťujících látek je uveden v patentu US č. 2 946 651. Podle tohoto vynálezu je katalytické lože umístěno mezi dvěma vrstvami keramické výplně.

Na začátku procesu se katalytické lože zahřeje prostřednictvím horkých plynných spalin, přičemž v dalším průběhu se tímto katalytickým ložem vede vzduch, znečištěný sloučeninami, které se mají podrobit katalytické konverzi. Postup podle tohoto vynálezu probíhá autotermálním způsobem, jestliže ovšem koncentrace znečišťujících složek převyšuje určitou spodní hladinu. Cykly, ve kterých se ponechává proud vzduchu proudit katalytickým ložem v jednom směru, trvají několik desítek sekund.

Jako příklad dalšího reverzního procesu, při kterém se katalytické lože umístí mezi dvě vrstvy keramické výplně a teplo se přivádí do střední části katalytického lože, je možno uvést postup, popisovaný v patentu PL č. 126 861.

Postup čištění plynů od nežádoucích znečišťujících látek probíhá podle tohoto patentu za kontinuálního nebo periodického přívodu tepla do střední části katalytického lože.

Teplota katalytického lože se podle výše uvedeného vynálezu kontroluje jednak frekvencí střídání směru průtoku proudu plynů reaktorem, ajednak množstvím tepla, které se přivádí z vnějšku do střední části katalytického lože.

Obecně je možno uvést, že reverzní postupy jsou velmi vhodné pro čištění plynů, obsahujících relativně malé koncentrace znečišťujících látek. Tyto postupy probíhají autotermickým způsobem v těch případech, kdy koncentrace znečišťujících látek ve vzduchu, který je čištěn, se pohybuje v rozmezí od 1 do 5 g/1 m³.

Při vyšších koncentracích nastává nebezpečí přehřátí katalytického lože nebo částí, tvořících dané zařízení, ve kterém se tento proces provádí. Přesto, že existují metody chlazení katalytického lože, jako je například odpouštění části horkých plynných spalin ze střední části katalytického lože, jak je to například uváděno v patentu PL č. 135 515, v praxi se ukázalo, že jestliže vzduch obsahuje značné množství znečišťujících látek a periodicky tyto vysoké koncentrace znečišťujících látek vzrůstají na vysokou hodnotu, potom odpouštění části těchto plynů není dostatečné a katalytické lože se nebezpečným způsobem přehřívá, dokonce na teploty vyšší než 1000 °C a kromě toho odpouštěné plyny nejsou vždy zcela vyčištěny. Tyto faktory snižují účinnost použitého katalyzátoru.

-2CZ 283442 B6

Nevýhoda reverzních postupů spočívá v, tom, že během střídání směru průtoku plynů, které protékají reaktorem, není část plynů, která je přítomná v reaktoru, vyčištěna. V případě, že koncentrace znečišťujících látek nejsou vysoké a změny směru průtoku plynů nejsou časté, neovlivňuje tento výše uváděný jev podstatným způsobem stupeň vyčištění plynů od znečišťujících složek. Ovšem při vysokých koncentracích znečišťujících složek je tento jev velkou nevýhodou.

Za účelem eliminování tohoto nedostatku byly aplikovány různé metody. V US patentu č. 3 870 474 se doporučuje v takovýchto případech, kromě jiného, použít několika reakčních členů, které se zapojují do činnosti ve vhodném okamžiku a pomocí těchto členů je možno dosáhnout vyčištění těch podílů plynů od znečišťujících látek, které nebyly vyčištěny v průběhu střídání směru proudu plynů. Tato metoda je ale velmi nákladná.

Z dosavadního stavu techniky jsou rovněž známy katalytické reaktory, které jsou používány v těchto uvedených postupech katalytického čištění plynů. Nová generace zařízení tohoto typu je založena na využití metody katalytického čištění plynů, která je popsána v patentu PL č. 126 861. Podle této uvedené metody je postup katalytického čištění plynů prováděn za pomocí prostředků reverzní metody, přičemž katalyzátor, vhodný pro tento oxidační proces, je umístěn mezi dvě vrstvy výplně pro akumulování tepla, zatímco teplo, které je potřebné k zahřátí katalytického lože, eventuálně k podpoření průběhu dodatečného spalovacího procesu, je přiváděno do střední části katalytického lože.

Zařízení podle výše uvedeného polského patentu sestává ze dvou stejných válcových reaktorů, přičemž každý z těchto reaktorů má dvě komory. První komora je katalytickou komorou, přičemž tato komora je opatřena soustřednými válcovými perforovanými kovovými síty, uzavřenými u dna a tvořícími koš pro uložení katalytického lože. Druhá komora, která je umístěna níže, představuje rekuperační komoru, uvnitř které je umístěna vrstva keramické výplně.

Oba reaktory jsou spojeny navzájem svými spodními částmi za použití kolektoru, ze kterého je přiváděn znečištěný plyn cyklickým reverzním způsobem, tzn. v cyklicky se střídajících cyklech, jednou do jednoho a potom do druhého reaktoru. Současně se vyčištěný plyn odebírá z opačné strany reaktoru. Směr průtoku plynů se změní za pomoci regulačních ventilů a upravitelným provozním časovým režimem.

Tyto reaktory jsou navzájem spojeny svými horními částmi pomocí společného kolektoru, kteiý je opatřen trubkovým hrdlem k přivádění horkých plynných spalin, které jsou nezbytné k zahřátí katalytického lože na iniciační teplotu, nutnou k provedení dodatečné spalovací reakce ke zneškodnění znečišťujících látek. V alternativním provedení může být katalytické lože zahřívané místo horkými plynnými spalinami pomocí elektrického topného článku, který je zaveden do centrální části, konkrétně do prázdné části katalytického koše, která se nazývá ohřívací komora.

Podle patentu PL č. 129 863 se chrání postup katalytického čištění plynů, který se provádí v reverzním reaktoru, vytvořeném ve tvaru válcového tělesa, přičemž v tomto válcovém tělese jsou umístěny tři perforované válce o různých průměrech a tyto válce jsou zde umístěny navzájem souose.

V prostoru, vytvořeném dvěma vnějšími válci, je umístěno lože vhodného katalyzátoru. Prstenec perforované ocelové fólie, připevněný ve střední části perforovaných válců, rozděluje reaktor na dvě komory, přičemž tato přepážka nedosahuje přesně k vnitřnímu perforovanému prstenci. Prostor, vymezený vnitřním válcem, představuje ohřívací komoru, uvnitř které jsou umístěny elektrické topné články.

Znečištěný plyn je nasměrován pomocí regulačních reverzních ventilů buďto do horní části tohoto zařízení, potom se vede horní komorou, naplněnou keramickou výplní, horní katalytickou

-3 CZ 283442 B6 komorou, ohřívací komorou, spodní katalytickou komorou, spodní komorou, naplněnou keramickou výplní, a tato část plynů opouští reaktor v jeho spodní části, nebo se znečištěný plyn vede do spodní části zařízení a dále se vede jednotlivými částmi zařízení ve směru opačném, než bylo uvedeno shora.

Jiná, jednodušší konstrukce zařízení je popsána v patentu PL č. 143 752. Toto zařízení pro katalytické čištění plynů je tvořeno v tomto případě jedním kompaktním reaktorem, opatřeným válcovým pláštěm, přičemž tento reaktor funkčně pracuje jako dva reaktory.

Vnitřní prostor tohoto zařízení je rozdělen ode dna vertikální přepážkou, která těsně přiléhá k vnitřním stěnám reaktoru, přičemž ale tato vertikální přepážka nedosahuje k hornímu krytu reaktoru a tato přepážka takto rozděluje tento vnitřní prostor na dvě stejná oddělení, která jsou spojena svými horními částmi pomocí společné ohřívací komory.

Rada symetrických, horizontálně umístěných perforovaných desek rozděluje obě oddělení na jednotlivé komory. Mezi dvěma spodními perforovanými přepážkami je umístěna vrstva keramické výplně a nad ní je umístěna vrstva katalyzátoru, která je omezena shora další perforovanou deskou.

Horní část válcového reaktoru je uzavřena krytem, opatřeným trubkovým hrdlem k odvádění horkých plynů. Ve spodní části tohoto reaktoru jsou pod úrovní nej nižší perforované přepážky umístěna trubková hrdla pro přívod a odvod plynů, přičemž tato hrdla jsou konstruována jako společná a umístěna navzájem v sobě a jsou umístěna na každé straně vertikální přepážky. Těmito hrdly je přiváděn znečištěný plyn, který je vháněn do reaktoru pomocí ventilátoru a regulačních ventilů. Jedním z těchto trubkových hrdel plyn vstupuje do spodní části odpovídající poloviny reaktoru, vede se spodní perforovanou přepážkou, vrstvou keramické výplně, střední perforovanou přepážkou, vrstvou katalyzátoru, horní perforovanou přepážkou, ohřívací komorou a vstupuje shora do druhé symetrické poloviny reaktoru, vede se jednotlivými vrstvami v obráceném směru a jako vyčištěný proud plynu se odvádí z reaktoru druhým trubkovým hrdlem.

Po uplynutí určitého časového intervalu, jehož délka závisí kromě jiných faktorů na koncentraci znečišťujících látek, se ve vratném ventilu změní směr proudění vzduchu reaktorem.

Tento postup čištění odpadních plynů od znečišťujících spalitelných látek, který je charakteristický pro reverzní metody, je energeticky úsporný a umožňuje účinné dodatečné spalování znečišťujících látek v širokém koncentračním rozmezí, obvykle v rozsahu 0,1 g až 3 g znečišťujících látek na 1 m³ vzduchu.

V rozsahu nízkých koncentrací znečišťujících látek je možno teplotu v reaktoru udržovat na konstantní hladině, přičemž periodická zvýšení teploty, která jsou způsobována náhlým krátce trvajícím zvýšením koncentrace spalitelných látek, je možno snadno kontrolovat například aplikací odpouštění horkých plynů, jak je to uvedeno v patentu PL č. 137 515.

Ovšem v případech, kdy koncentrace organických sloučenin v odpadních plynech značně převyšuje uvedenou hraniční hodnotu, například kdy dosahuje hodnoty 10 g/m³, potom tyto katalytické reverzní reaktory pracuji za nestabilního stavu a jejich kontrola je velice obtížná. Za těchto podmínek vzrůstá nebezpečí přehřátí reaktoru, což může být doprovázeno deaktivací katalyzátoru nebo dokonce destrukcí vnitřních částí reaktoru.

Energetické nároky často vyžaduj í, aby společně s proudem vzduchu byly spalovány plynné nebo kapalné uhlovodíky, ovšem toto spalování je nutno provádět za teplot nižších, než je tomu u plamenových hořáků, aby se předešlo tvorbě oxidů dusíku a snížily se tepelné ztráty.

-4CZ 283442 B6

Podstata vynálezu

Nedostatky stávajícího stavu techniky jsou odstraněny zařízením pro katalytické spalování organických látek, obsažených v proudu vzduchu v relativně vysoké koncentraci, podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno kovovým válcovým tělesem s válcovou nástavbou, v níž je uložena první vrstva katalyzátoru. V kovovém válcovém tělese jsou vedle vrstev keramické výplně uloženy další dvě vrstvy katalyzátoru, přičemž mezi třemi vrstvami katalyzátoru je vytvořen prostor komory, ve které je uložen alespoň jeden topný článek, přičemž v horní části válcové nástavby je vytvořen výstup pro plyny s regulačním ventilem.

Kovové válcové těleso je rozděleno ve střední části kovovou přepážkou, která rozděluje vnitřní prostor na dvě stejné katalytické regenerační komory, ve kterých jsou umístěny dvě vrstvy keramické výplně a dvě vrstvy katalyzátoru ve tvaru kuliček. Tyto komory jsou spojeny ve svých spodních částech hrdlovitými nátrubky s vratným ventilem a dále jsou napojeny na ventilátor pro dopravu proudu vzduchu s organickými látkami do reaktoru, přičemž regulační ventil je spojen s odfukovým ventilem pro kontrolu množství plynů, proudících do vnějších prostor. Přívodní ventil vzduchu, přiváděného do reaktoru, je předřazen ventilátoru a mezi přívodním ventilem a odfukovým ventilem je zařazen plynový ventil pro regulaci množství plynů, cirkulujících regeneračními komorami, přičemž pod úrovní vrstvy katalyzátoru ve válcové nástavbě je přídavné hrdlo pro přívod dalšího množství přídavného vzduchu s vysokou koncentrací spalitelných látek.

Zcela neočekávaně bylo při vyvíjení zařízení podle uvedeného vynálezu zjištěno, že je možno v tomto zařízení provádět katalytické spalování organických látek v proudu vzduchu za širokého rozmezí průtokové rychlosti směsi plynů, proudících reaktorem, za širokého rozmezí koncentrací organických sloučenin, obsažených v proudu vzduchu a při širokém rozmezí teplot reakční směsi, přičemž je možno do proudu těchto plynů přidávat plynná nebo kapalná paliva a získávat tak plynné spaliny o požadované teplotě, které je možno dále energetickým způsobem využít, aniž by vznikaly oxidy dusíku jako výsledek přímé reakce dusíku s atmosférickým kyslíkem.

Konstrukce reverzního katalytického reaktoru podle uvedeného vynálezu umožňuje provádět spalování organických sloučenin ve vzduchu za stabilních podmínek a při vysokých a velmi vysokých koncentracích uvedených znečišťujících organických sloučenin.

Výhody tohoto zařízení spočívají v tom, že je možno dosáhnout stabilní oxidace paliva i při velmi vysokých koncentracích tohoto paliva v blízkosti spodní meze exploze a při velmi širokém rozmezí průtoků plynu.

Vzhledem k výše uvedenému opatření je zdroj tepla pro iniciaci spalovacího procesu umístěn v prostoru mezi třemi vrstvami katalyzátoru a spalovací reakci je možno rychle iniciovat nebo udržovat v případech, kdy koncentrace organických látek periodicky klesá.

Zařízení podle uvedeného vynálezu umožňuje jak vyčištění odpadních plynů, které mají vysoký obsah spalitelných látek nebo se tento obsah spalitelných látek periodicky zvyšuje, tak i dosažení stálého složení plynného paliva, které se zavádí do proudu vzduchu z energetických důvodů.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení pro katalytické spalování organických látek podle vynálezu je v příkladném provedení znázorněno na přiložených výkresech, kde představuje obr. 1 spalovací zařízení s horizontálním systémem katalytických regenerativních komor a obr. 2 spalovací zařízení s vertikálním systémem katalytických regenerativních komor.

-5CZ 283442 B6

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 1 je vzduch společně se spalitelnými plyny nebo párami přiváděn prostřednictvím přívodního potrubí 1 a regulačního ventilu 12, přičemž je stlačován ve ventilátoru 35 a odváděn do vratného ventilu 3. Pomocí tohoto vratného ventilu 3 se usměrňuje směs vzduchu a organických látek do válcového tělesa 21, což probíhá při cyklicky se střídajícím směru průtoku vzduchu s uvedenými spalitelnými látkami. Tato směs prochází vrstvou 4 keramické výplně, vrstvou katalyzátoru 6, ve kterém probíhá reakce a komorou 18.

V této komoře 18 se proud plynu rozděluje, přičemž část této směsi se vrací přes vrstvu katalyzátoru 6, vrstvu keramické výplně 4 a vratným ventilem 3 a plynovým ventilem 13 do ventilátoru 35, kde se spojuje s proudem čerstvého vzduchu. Druhá část proudu plynu z komory 18 proudí do vrstvy katalyzátoru 6 a přes výpustný ventil 19 je tato část plynu odváděna potrubím 9 do vnějšího prostoru, kde je možno tento proud plynu využít běžným způsobem v obvyklých tepelných výměnících.

V okamžiku, kdy vratný ventil 3 změní svoji polohu, se plynná směs vede reaktorem v obráceném směru, tzn. vrstvou 4 keramické výplně, vrstvou katalyzátoru 6, komorou 18. přičemž část tohoto plynného proudu se vede zpět vrstvou katalyzátoru 6 a vrstvou 4 keramické výplně, zatímco druhá část tohoto plynu se vede z komory 18 do vnějšího prostoru přes vrstvu katalyzátoru 6 a výpustný ventil 19, přičemž tento proud je možno využít v tepelných výměnících obvyklého provedení.

Komora 18 je opatřena topným článkem 22, který je nutný pro zahřátí vrstvy katalyzátoru 6 během počáteční periody a pro udržování vhodné teploty v případech, kdy kalorická hodnota plynu, který je určen k čištěni, je příliš malá k udržování průběhu reakce v autotermálním rozsahu. Ve výhodném provedení se jako tepelného zdroje používá elektrických topných článků.

Výše uvedené schéma spalování je možno aplikovat v případech plynných směsí, obsahujících spalitelné látky s vysokou teplotou spalování.

Toto schéma spalování je možno rovněž aplikovat na spalování paliv, dávkovaných do proudu vzduchu za tím účelem, aby byly získány horké plynné spaliny pro různé spotřebitele s různými nároky na energetický obsah těchto spalin.

V těchto případech se do proudu plynu dávkuje spalitelná plynná látka, například ze zásobníku 17. přičemž průtokové množství této plynné látky se kontroluje ventilem 16, a tento plyn se zavádí do proudu vzduchu před reaktorem a/nebo prostřednictvím přímého ventilu 23 do komory 18 před vrstvu katalyzátoru 6.

Jako paliva je možno rovněž použít kapalného paliva, přičemž toto palivo je možno čerpat pomocí systému směrným čerpadlem 15 a potom prostřednictvím propouštěcího ventilu 14 a/nebo druhého přímého ventilu 20. V obou případech je možno teplotu vystupujících plynných spalin snadno kontrolovat regulováním množství paliva, přiváděného do procesu, až do teplot asi 1500 °C, aniž by nastávalo nebezpečí tvorby oxidů dusíku.

V případech, kdy teplota vrstvy katalyzátoru 6 klesá, je možno tuto teplotu kontrolovat, jak již bylo výše vysvětleno, pomocí topného článku 22 nebo prostřednictvím množství přidávaného paliva. Rovněž je možno tuto teplotu regulovat tím, že se část nebo veškerý podíl plynu odvádí výpustným potrubím 10, přičemž průtokové množství tohoto proudu se reguluje odfukovým ventilem 11 a výpustný ventil 19 je v tomto okamžiku částečně nebo zcela zavřen. Toto opatření je zejména vhodné v těch případech, kdy proud plynu obsahuje proměnlivou koncentraci spalitelných látek a kdy je rovněž průtokové množství proudu vzduchu proměnlivé.

-6CZ 283442 B6

Katalytické spalovací zařízení, které je zobrazeno na obr. 2, sestává z kovového válcového tělesa 21, které je uvnitř rozděleno kovovou přepážkou 25 na dvě symetrické části. Tato kovová přepážka 25 vymezuje dvě stejné katalytické regenerační komory 30, ve kterých jsou uspořádány vrstvy 4 keramické výplně, tvořené částicemi ve tvaru kuliček, kroužků, mřížek nebo jiných forem, a rovněž tak i vrstvy katalyzátoru 6, které se používají pro dodatečné spalování plynů. Ve spodní části uvedených komor 30 jsou uspořádány hrdlovité nátrubky 32, které spojují obě komory 30 s vratným ventilem 3, ve kterém se usměrňuje proud plynů, hnaných ventilátorem 35, ve střídajících se cyklech, do katalytické regenerační komory 30.

Na víku 36 reaktoru jsou uspořádány elektrické topné články 22 a válcová nástavba 39 o průměru menším než je průměr kovového válcového tělesa 21. Uvnitř této válcové nástavby 39 je umístěna vrstva katalyzátoru 6, která je umístěna na perforované desce a která je použita pro proces čištění plynů.

Pomocí přívodního ventilu 12 se reguluje průtok vzduchu, který je přiváděn zvnějšku, prostřednictvím plynového ventilu 13 se reguluje průtok plynů, které cirkulují katalytickými regeneračními komorami 30. Výpustným ventilem 19 a odfukovým ventilem 11 se kontroluje průtok proudu plynů, kteiý se vede vrstvou katalyzátoru 6.

Přídavné hrdlo 44 umožňuje zavedení proudu vzduchu s velmi vysokou koncentrací spalitelných látek nebo dokonce čistého paliva pod vrstvu katalyzátoru 6, což se provádí v případech, kdy teplota vrstvy katalyzátoru 6 je dostatečná k tomu, aby došlo ke katalytickému spalovacímu procesu.

Uvedený postup spalování organických látek, obsažených v plynech, nehledě na skutečnost, zda tyto organické látky představují znečišťující látky, které je třeba odstranit před vypouštěním těchto plynů do atmosféry, nebo zda jsou tyto látky přidávány do proudu vzduchu jako palivo z důvodu zlepšení energetického obsahu plynů, má velké výhody v porovnání se spalovacími postupy podle dosavadního stavu techniky. V porovnání se spalováním v plameni nebo s tepelnými metodami umožňuje postup podle uvedeného vynálezu spalování látek, aniž by došlo k tvorbě sloučenin dusíku ve formě oxidů.

V porovnání se známými metodami katalytického dodatečného spalování plynů umožňuje postup podle uvedeného vynálezu spalování organických látek za stabilních podmínek v širokém rozsahu koncentrací těchto organických látek a rovněž tak i při koncentracích blízkých spodní mezi exploze, aniž by bylo třeba aplikovat nákladné diafřagmové tepelné výměníky.

V porovnání s reverzními metodami katalytického dodatečného spalování plynů umožňuje postup podle uvedeného vynálezu provedení dodatečného spalování bez nebezpečí nekontrolovatelného přehřátí katalytického lože, přičemž se při tomto postupu podle vynálezu eliminuje nevýhoda uvolňování podílu nevyčištěného plynu během provádění cyklické změny směru průtoku plynu.

Vynález byl vyzkoušen v praktickém měřítku na několika prototypových zařízeních, konstruovaných pro dodatečné spalování odpadních plynů s relativně vysokými koncentracemi látek, určených ke spalování. Získané výsledky jsou uvedeny v následujících příkladech konkrétního provedení.

Příklad 1

Podle tohoto provedení byl ve spalovacím zařízení dodatečně spalován hexan, obsažený ve vzduchu v množství 10 g/m³ vzduchu. Teplota této plynné směsi byla 150 °C. Prototyp reaktoru byl ve formě válce o průměru 50 cm, přičemž ke střední části tohoto válce byl přivařen v pravém

-7CZ 283442 B6 úhlu druhý válec rovněž o průměru 50 cm. Jednotlivé vrstvy katalyzátoru 6 a keramické výplně 4 byly uspořádány v těchto válcových částech stejně, jako je tomu na obr. 1.

Použitým katalyzátorem byl běžně průmyslově používaný platinový katalyzátor, používaný pro procesy dodatečného katalytického spalování plynů. Částice katalyzátoru měly kulovitý tvar, přičemž jejich průměr byl 5 mm.

Všechny tři vrstvy katalyzátoru 6 měly výšku 12 cm. Vrstvy keramické výplně 4 byly tvořeny keramickými prstenci o průměru 15 mm.

Uvedeným reaktorem byla vedena plynná směs v množství 300 m³/hod. Zahájení procesu v tomto zařízení bylo provedeno elektrickými topnými články 22 o výkonu 4 kW.

Teplota plynné směsi, která opouští reaktor prostřednictvím potrubí 9, byla v rozmezí od 430 do 460 °C, přičemž stupeň konverze hexanu byl větší než 99 %.

Příklad 2

V tomto příkladu provedení byl použit stejný prototyp reaktoru jako v předchozím příkladu, přičemž toto zařízení bylo použito pro dodatečné spalování methanolu, obsaženého ve vzduchu, přiváděném v množství 40 m³/hod. , přičemž prostřednictvím měrného čerpadla 15 byl přiváděn methanol v množství 800 mm³/hod, propouštěcím ventilem 14 a druhým přímým ventilem 20 v množství 1500 mm³/hod.

Proces spalování methanolu probíhal s účinností 99,9 %. Teplota plynných spalin na výstupu potrubí 9 ze zařízení byla 675 °C.

V těchto plynných spalinách nebyla zjištěna žádná přítomnost oxidů dusíku.

Příklad 3

Podle tohoto příkladu bylo katalytické spalovací zařízení podle uvedeného vynálezu testováno v praktických podmínkách pro spalování par organických rozpouštědel, obsažených ve vzduchu. Průtokové množství proudu vzduchu bylo 200 m³/hod.

Koncentrace organických rozpouštědel, zejména acetonu a methanolu, se pohybovala v rozmezí od 5 do 25 g/m³. Zařízení umožňovalo spalování těchto organických par s účinností vyšší než 99 %. V plynných spalinách nebyla zjištěna žádná přítomnost oxidů dusíku.

Katalytické spalovací zařízení podle uvedeného vynálezu umožňuje provádět oxidační reakce s chemickými sloučeninami, obsaženými ve vzduchu, při relativně vysokých koncentracích těchto chemických látek, až do několika desítek g/1 m³ vzduchu. Spalovací proces, probíhající ve spalovacím zařízení podle uvedeného vynálezu, je stabilní, přičemž nedochází k žádným náhlým přehřátím nebo k náhlým poklesům reakční rychlosti.

Katalytická spalovací zařízení podle vynálezu je možno aplikovat pro čištění odpadních plynů s vysokými koncentracemi znečišťujících látek, které se podrobují katalytické konverzi. Rovněž je možno toto zařízení využít pro spalování různých organických látek, přidávaných do proudu vzduchu, přiváděného do spalovacího zařízení, které funguje jako katalytické spalovací zařízení, za účelem výroby horkých plynných spalin.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro katalytické spalování organických látek, obsažených v proudu vzduchu v relativně vysoké koncentraci, vyznačující se tím, že je tvořeno kovovým válcovým tělesem (21) s válcovou nástavbou (39), v nástavbě (39) je uložena první vrstva katalyzátoru (6), v kovovém válcovém tělese (21) jsou vedle vrstev keramické výplně (4) uloženy další dvě vrstvy katalyzátoru (6), přičemž mezi třemi vrstvami katalyzátoru (6) je vytvořen prostor komory (18), ve které je uložen alespoň jeden topný článek (22), přičemž v homí části válcové nástavby (39) je vytvořen výstup (9) pro plyny s regulačním ventilem (19).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že kovové válcové těleso (21) je rozděleno ve střední části kovovou přepážkou (25), která rozděluje vnitřní prostor na dvě stejné katalytické regenerační komory (30), ve kterých jsou umístěny dvě vrstvy keramické výplně (4) a dvě vrstvy katalyzátoru (6) ve tvaru kuliček, tyto komory (30) jsou spojeny ve svých spodních částech hrdlovitými nátrubky (32) s vratným ventilem (3) a dále jsou napojeny na ventilátor (35) pro dopravu proudu vzduchu s organickými látkami do reaktoru, přičemž regulační ventil (19) je spojen s odfukovým ventilem (11) pro kontrolu množství plynů, proudících do vnějších prostor, přívodní ventil (12) vzduchu, přiváděného do reaktoru, je předřazen ventilátoru (35) a mezi přívodním ventilem (12) a odfukovým ventilem (11) je zařazen plynový ventil (13) pro regulaci množství plynů, cirkulujících regeneračními komorami (30), přičemž pod úrovní vrstvy (6) katalyzátoru ve válcové nástavbě (39) je přídavné hrdlo (44) pro přívod dalšího množství přídavného vzduchu s vysokou koncentrací spalitelných látek.