CZ302279B6

CZ302279B6 - Zpusob zrovnomernení kolísající koncentrace složky nebo složek v proudícím plynu

Info

Publication number: CZ302279B6
Application number: CZ20050434A
Authority: CZ
Inventors: Cervenka@Jan; Obalová@Lucie
Original assignee: Cervenka@Jan; Vysoká škola bánská-Technická univerzita Ostrava
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2011-01-26
Also published as: CZ2005434A3

Abstract

Pri zpusobu zrovnomernení koncentrace složky nebo složek obsažených v proudícím plynu se proudící plyn s kolísající koncentrací složky nebo složek nechá protékat vrstvou sorbentu vhodného pro fyzikální adsorpci složky nebo složek nasyceného touto složkou nebo složkami. Pri dostatecne dlouhé dobe zdržení proudícího plynu ve vrstve sorbentu se pusobením soucasne probíhající fyzikální adsorpce a desorpce složky nebo složek dosáhne prakticky úplného zrovnomernení koncentrace složky nebo složek v plynu vystupujícím z vrstvy. Potrebná doba zdržení se urcí experimentálne merením na modelovém zarízení.

Description

Způsob zrovnoměmění kolísající koncentrace složky nebo složek v proudícím plynu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zrovnoměmění kolísající koncentrace složky nebo složek v proudícím plynu.

Dosavadní stav techniky

V současné době představuje kolísání koncentrace složky nebo složek v proudícím plynu problém zejména při tzv. termické destrukci (spalování) škodlivin obsažených v odplynu (odpadním vzduchu) z chemických výrob, z provozů využívajících organická rozpouštědla apod. Kvůli zpřísňování emisních limitů se termická destrukce využívá jako koncový stupeň čištění odplynu stále častěji.

Při termické destrukci spalitelných složek dochází k jejich oxidaci. Podmínkou pro dokonalou oxidaci spalitelných složek, zejména par organických látek, je provádět termickou destrukci ve správném relativně úzkém rozmezí teplot, na které je spalovací zařízení navrženo. Při poklesu teploty pod spodní hodnotu rozmezí může docházet k nedokonalé oxidaci a/nebo k tvorbě jiných zejména organických látek, které mohou být Škodlivější než původní složky odplynu. Zvýšení teploty nad horní hodnotu rozmezí vede k poškozování spalovacího zařízení. Proti tomu se zařízení chrání havarijním odstavením z provozu. Po havarijním odstavení do opětovného zprovoz25 není spalovacího zařízení odchází odplyn do ovzduší bez čištění.

Při změně koncentrace spalitelných složek se mění výhřevnost odplynu. Aby se teplota spalovacího procesu udržela ve správném rozmezí, vybavují se zařízení pro termickou destrukci plynulou a rychlou regulací výkonu hořáku, automatickým prisáváním ředícího vzduchu a dokonce možností chlazení spalovací komory vstřikováním vody. Ani složitá, nákladná a někdy problematická regulace neumožňuje vždy zpracovat odplyny, ve kterých koncentrace spalitelných složek kolísají relativně rychle v rozmezí několika řádů.

Problém termické destrukce s kolísáním koncentrace spalitelné složky (popř. složek) v odplynu lze s výhodou řešit zrovnoměměním koncentrace složky (popř. složek) v odplynu před vstupem do termické destrukce způsobem podle tohoto vynálezu.

Podstata vynálezu

Podstata způsobu zrovnoměmění kolísající koncentrace složky nebo složek v proudícím plynu podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že proudící plyn se nechá protékat vrstvou sorbentu vhodného pro fyzikální adsorpci složky nebo složek nasyceného touto složkou nebo složkami. Podmínkou pro zrovnoměmění koncentrace složky nebo složek na výstupu z vrstvy sorbentu je dostatečně dlouhá doba zdržení proudícího plynu ve vrstvě sorbentu. Při dostatečné době zdržení proudící plyn vstupující do vrstvy sorbentu s kolísající koncentrací složky nebo složek v rozsahu i několika řádů vystupuje z vrstvy s prakticky konstantní koncentrací. Výstupní koncentrace odpovídá průměrné hodnotě kolísající koncentrace složky nebo složek na vstupu do vrstvy sorbentu.

Vysvětlení jevu využitého v tomto vynálezu je následující. Ve vrstvě nasyceného sorbentu dochází současně k adsorpci a desorpci složky (popř, složek). V době, kdy je koncentrace složky v plynu na vstupu do vrstvy sorbentu nízká, desorbuje se složka ze sorbentu do protékajícího plynu. Koncentrace složky na výstupu z vrstvy sorbentu se oproti vstupní koncentraci zvyšuje.

Přitom se uvolňuje část sorpění kapacity vrstvy sorbentu. Uvolněná sorpční kapacita se využije

- 1 CZ 302279 B6 k adsorpci složky v době, kdy je koncentrace složky v plynu vstupujícím do vrstvy vysoká. Koncentrace složky se tím při průtoku vrstvou sorbentu snižuje.

IJ fyzikální ad sorpce a desorpce se uplatňuje stejná rovnováha, oba děje ale probíhají odlišnou rychlostí. Adsorpce je rychlá, desorpce pomalá. Pro pomalou dcsorpci je důležitá doba zdržení proudícího plynu ve vrstvě sorbentu. Při delší době zdržení se do plynu v době nízkých vstupních koncentrací stačí desorbovat relativně větší množství složky. Tím se dosahuje relativně vyšší výstupní koncentrace složky a uvolňuje se relativně větší sorpční kapacita pro následnou adsorpci. Aby došlo k prakticky úplnému zrovnoměrnění výstupní koncentrace, musí být sorpční kapalo čita vrstvy sorbentu uvolněná v době nízkých vstupních koncentrací dostatečně velká. V opačném případě se zvýšená vstupní koncentrace projeví zvýšením výstupní koncentrace, i když s časovým zpožděním a sjinou absolutní hodnotou.

Popsaný jev byl ověřován měřením na modelovém zařízení. Měřilo se zrovnoměrnění koncentra15 ce par triethylammu (TEA) v proudícím vzduchu protékajícím vrstvou aktivního uhlí nasyceného TEA. Do vrstvy střídavě vstupoval čistý vzduch a vzduch obsahující páry TEA. Střídání se opakovalo v osmihodinovém cyklu. Po kvazíustálení se měřila koncentrace par TEA ve vzduchu na vstupu do vrstvy a na výstupu z vrstvy v průběhu osmihodinového cyklu.

Ze souboru měření vyplynulo, že absolutní hodnota špičkových koncentrací v proudícím plynu na vstupu do vrstvy sorbentu není pro určení minimální doby zdržení ve vrstvě sorbentu potřebné ke zrovnoměrnění výstupní koncentrace významná. Důležitá je pouze relace mezi dobou zdržení a průměrnou koncentrací složky. Závislost minimální doby zdržení ve vrstvě sorbentu potřebné ke zrovnoměrnění výstupních koncentrací složky na průměrné koncentraci složky v proudícím plynu získaná ze souboru měření s parami TEA jako složkou a aktivním uhlím jako sorbentem je, taktak vyplynulo z měření, výrazná.

Minimální doba zdržení ve vrstvě sorbentu potřebná ke zrovnoměrnění koncentrace složky nebo složek závisí i na rovnováze fyzikální adsorpce/desorpce pro určitou složku nebo složky a určitý .to sorbent. Pro návrh minimální doby zdržení není prozatím k dispozici obecný výpočtový postup a je třeba ji určit experimentálně. Vzhledem k mechanické jednoduchosti procesu -jedná se o průtok plynu vrstvou tuhých částic - je možné provést experimenty na modelovém zařízení a výsledky měření převést přímo na dílo.

.35 Složkou (popř. složkami), jejíž kolísající koncentrace v proudícím plynu lze způsobem podle tohoto vynálezu zrovnomčmit, mohou být páry těkavých organických látek, amoniak, suifan, oxid uhličitý, vodní pára apod. Sorbentem vhodným pro fyzikální adsorpci složky (popř. složek) mohou být aktivní uhlí, polyethylen, alumina, molekulová síta, silikagel apod.

Výhodou navrhovaného způsobuje především jednoduchost, a to jak z hlediska provozování, tak z hlediska podstaty zařízení na provádění tohoto způsobu.

Ke zrovnoměrnění koncentrace složky (popř. složek) dochází při průtoku vrstvou nasyceného sorbentu vhodného pro fyzikální adsorpci složky (popř. složek) samovolně probíhajícími procesy adsorpce a desorpce bez vnějších zásahů. Je pouze zapotřebí dimenzovat vrstvu sorbentu tak, aby doba zdržení proudícího plynu ve vrstvě sorbentu byla dostatečně dlouhá.

Zařízení představuje nádoba s vrstvou sorbentu uloženou na sítu. Nádoba je opatřena hrdly pro vstup a výstup plynu zaústěnými do prostorů pod sítem a nad vrstvou sorbentu. Není podstatné, protéká-li plyn vrstvou sorbentu zdola nahoru, nebo shora dolů.

Z hlediska navrhovaného způsobu je jediným důležitým parametrem dodržení alespoň minimální potřebné doby zdržení proudícího plynu ve vrstvě sorbentu. Ta se určí experimenty na modelovém zařízení. Z minimální potřebné doby zdržení a z průtoku plynu vyplývá minimální potřebný objem vrstvy sorbentu. Předimenzování objemu vrstvy sorbentu nemá na zrovnoměrnění kon-2 CZ 302279 B6 centrace složky (popř. složek) negativní účinky. Poddimenzování objemu vrstvy sorbentu při zvýšení průtoku plynu nebo při zvýšení průměrné koncentrace složky (popř. složek) v plynu lze napravit paralelním připojením dalšího objemu vrstvy sorbentu.

Poměr mezi průřezem a výškou vrstvy sorbentu není z hlediska navrhovaného způsobu důležitý. Ovlivňuje samozřejmě spotřebu energie pro průtok plynu vrstvou sorbentu, investiční náklady na zařízení, požadavky na dispoziční řešení apod.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázcích l až 5 je znázorněna část výsledků měření ve formě grafu „koncentrace TEA (CTEA v g/m³) - čas měření (v hodinách)“

Doba přítomnosti par TEA ajejich koncentrace ve vzduchu vstupujícím do vrstvy jsou v grafech vyznačeny čárkovaně. Koncentrace je kromě toho uvedena i číselně. Jednotlivé naměřené hodnoty koncentrace par TEA ve vzduchu na výstupu z vrstvy jsou označeny kroužky. V případě výraznějších změn v průběhu času jsou kroužky proloženy plnou čarou. Průměrná hodnota výstupní koncentrace pro osmihodinový cyklus je vyznačena čerchovanou čarou a je uvedena i číselně. V grafu je dále zaznamenána doba zdržení vzduchu ve vrstvě Θ vztažená na objem vrstvy (objem vrstvy dělený průtokem vzduchu).

Na obr. 1 až 4 je ukázáno, jaký vliv na zrovnoměrnění výstupních koncentrací má doba zdržení. Pokusy znázorněné na obr. 1 až 4 byly provedeny pro průměrnou koncentraci par TEA ve vzduchu pro osmihodinový cyklus cca 20 g/m³. Páry TEA byly ve vstupujícím proudu vzduchu přítomny ve dvouhodinovém časovém bloku z osmihodinového cyklu. Z obrázků je zřejmý význam pojmu dostatečně dlouhá doba zdržení. Teprve při dostatečně dlouhé době zdržení proudícího vzduchu ve vrstvě aktivního uhlí (140 s, viz obr, 4) dochází k prakticky úplnému zrovnoměrnění koncentrace par TEA na výstupu z vrstvy.

U pokusu znázorněného na obr. 5 byla doba přítomnosti par TEA ve vstupujícím vzduchu dvakrát půl hodiny z osmihodinového cyklu. Z obrázku je zřejmé, že při dostatečně dlouhé době zdržení je vrstva aktivního uhlí schopna zrovnoměmit i extrémní kolísání vstupních koncentrací.

Na obr. 6 je znázorněna závislost minimální doby zdržení ve vrstvě sorbentu potřebné ke zrovnoměmění výstupních koncentrací složky na průměrné koncentraci složky v proudícím plynu získaná ze souboru měření s parami TEA jako složkou a aktivním uhlím jako sorbentem. Z obrázku je zřejmé, že tato závislost je výrazná.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Odplyn znečištěný parami triethylaminu je před vstupem do termické destrukce upravován průtokem přes vrstvu nasyceného aktivního uhlí. Průtok odplynů je cca. 360 m³ za hodinu. Koncentrace par triethylaminu v odplynů na vstupu do vrstvy je stanovena v rozmezí od 0,1 do 150 g/m³ s průměrnou hodnotou 16 g/m³ pro osmihodinový cyklus odpovídající pracovní směně. V dvouapůlhodinovém intervalu z osmihodinové směny je v odplynů obsaženo více než 95 % emisí par triethylaminu. Doba zdržení odplynů ve vrstvě aktivního uhlí je na základě experimentů zvolena 190 sekund, tomu odpovídá objem vrstvy aktivního uhlí 19 m³.

Vrstva aktivního uhlí je uložena v kontejneru na sítu, které je podepřeno nosným roštem. Rošt je osazen ve výšce přibližně 0,2 m nad dnem kontejneru. Kontejner je uzavřen víkem. Odplyn vstuCZ 302279 B6 puje do kontejneru hrdlem zaústěným pod nosným roštem a vystupuje hrdlem zaústěným nad vrstvou aktivního uhlí. Koncentrace par triethylaminu na výstupu z vrstvy aktivního uhlí kolísá v rozmezí 15 až 17 g/m\

Příklad 2

Odplyn z odsávání periodicky pracujících sušáren malotonážní chemické výroby obsahuje směs par organických rozpouštědel (uhlovodíků, chlorovaných uhlovodíků, esterů apod.). Koncentrace h) par vyjádřená v ppm organického uhlíku se mění v rozmezí 0 až 3600. Průtok odplynu činí asi

2200 it? za hodinu. Odplyn je upravován průtokem přes vrstvu nasyceného aktivního uhlí. Doba zdržení odplynu ve vrstvě aktivního uhlí vztažená na objem vrstvy je na základě experimentů zvolena na 13 sekund. Tomu odpovídající objem vrstvy aktivního uhlí je 8 m\ Vrstva aktivního uhlí je uložena v nádobě s vypouklým dnem a víkem na sítu podepřeném nosným roštěm. Odplyn vstupuje do nádoby hrdlem zaústěným pod nosným roštěm a vystupuje hrdlem zaústěným nad vrstvou aktivního uhlí. Koncentrace par organických rozpouštědel v odplynu vystupujícím z vrstvy je v rozmezí 750 až 770 ppm organického uhlíku.

2o Průmyslová využitelnost

Využití vynálezu lze očekávat především při zrovnoměmění koncentrace par organických látek, popř. jiných spalitelných znečišťujících složek v odplynu před vstupem do termické destrukce. Vynález je výhodné využít i v případech, kdy průměrná koncentrace znečišťující složky v odply25 nu sice vyhovuje emisním limitům, ale občas se v odplynu vyskytují špičkové nadlimitní koncentrace. Způsobem podle tohoto vynálezu lze zabezpečit trvalé dodržování emisních limitů. Kromě toho je možno vynález využít ke zrovnoměmění kolísající vlhkosti v proudícím vzduchu apod.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zrovnoměmění kolísající koncentrace složky nebo složek v proudícím plynu, zejména koncentrace organických škodlivin v odplynu z průmyslových výrob, vyznačený tím, že se proudící plyn nechá procházet vrstvou sorbentu vhodného pro fyzikální adsorpci složky nebo složek, která se nasytí touto složkou nebo složkami, přičemž doba zdržení proudícího plynu

40 ve vrstvě sorbentu se experimentálně určí na modelovém zařízení tak, aby se působením současně probíhající fyzikální ad sorpce a desorpce složky nebo složek dosáhlo zrovnoměmění koncentrace složky nebo složek v proudícím plynu vystupujícím z vrstvy sorbentu,