DE3931953A1 - Verfahren und einrichtung zur oxydierung von feuer- und/oder explosionsgefaehrliche komponenten enthaltenden gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Oxydierung von feuer- und/oder explosionsgefährliche Komponenten enthaltenden Gasen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.

Bei zahlreichen Verfahren (z.B. Intermedier-Produktion, Kunstlederproduktion, Lackieren, Trocknen usw.) ent­ stehen derartige nicht nutzbare Gase und/oder Dämpfe, die feuer- und/oder explosionsgefährliche Komponenten enthalten. In zahlreichen Fällen müssen diese Gase in geschlossene Räume abgeführt werden, in denen die Feuer- und Explosionsgefahr fortbestehen.

Die Eliminierung dieser Gase kann am einfachsten und preiswertesten durch eine Oxydation (Verbrennung) ge­ löst werden, wobei jedoch die Vorschriften feuerge­ fährliche Tätigkeiten in Räumen bzw. an Stellen unter­ sagen, wo ein Brand oder eine Explosion verursacht wer­ den könnte.

Bekanntlich verläuft die Oxydation einzelner Gase in der Anwesenheit von entsprechenden Katalysatoren auch bei einer die Entzündungstemperatur unterschreitenden Tem­ peratur und in einem unter der unteren Verbrennbarkeits­ grenze liegenden Konzentrationsbereich. Die HU-PS 1 71 795 empfiehlt eine Lösung zur katalytischen Oxidierung der­ artiger Gase, gibt jedoch keine Hinweise dafür, wie feuer- und explosionsgefährliche Komponenten enthaltende Gase katalytisch oxydiert werden könnten, sei es auch in feuer- und explosionsgefährdeten Räumlichkeiten, ohne daß diese Tätigkeit feuer- und explosionsgefährlich wäre. Bekannt sind verschiedene katalytische Feuerungseinrich­ tungen, z.B. der katalytische Gasofen SZIESZTA, die je­ doch in feuer- und explosionsgefährdeten Räumlichkeiten nicht verwendet werden dürfen, da die Verbrennung nicht vollständig flammenfrei verläuft. Es entstehen sogenannte Mikroflammen, die eine Explosion oder ein Feuer hervor­ rufen können.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, die Beseitigung der vorstehend angeführten Mängel sowie die Entwicklung eines Verfahrens und einer Einrichtung, die eine ungefährli­ che Oxydierung der verschiedenen feuer- und explosions­ gefährliche Komponenten enthaltenden Gase ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Merkmalen gelöst, die in den Unteransprüchen 3 bis 6 vorteilhaft weiter­ gebildet sind.

Wenn erfindungsgemäß das Gas in einen geschlossenen Reaktor geführt und in diesem der entsprechende Kata­ lysator so angeordnet wird, daß dabei kleinere als zur Flammenbildung erforderliche freie Wegstrecken gesi­ chert werden, und wenn weiterhin durch eine entspre­ chende Temperaturregelung eine Überhitzung und durch entsprechende Auswahl der Zuführungsgeschwindigkeit des Gases eine Weiterverbreitung einer in dem geschlossenen Reaktor aufgrund einer eventuellen Schadhaftwerdung auf­ tretenden Flamme verhindert wird, kann die Oxydierung der feuer- und/oder explosionsgefährlichen Gase auch in einem feuer- und/oder explosionsgefährlichen Raum vorgenommen werden, wobei ein geschlossener Reaktor verwendet wird, in dem das Gas auf der zur katalyti­ schen Oxydation erforderlichen Temperatur gehalten und verhindert wird, daß die Temperatur die Entzündungs­ temperatur des Gases erreicht.

Dabei ist erfindungsgemäß ein einen körnigen Katalysa­ tor enthaltender geschlossener Reaktor vorgesehen, vor den eine geschlossene Heizkammer geschaltet ist, in der das Heizmittel angeordnet ist und die Katalysator ent­ hält. Die Heizkammer und der Reaktor besitzen Wärme­ fühler, die über die Steuereinheit mit dem steuerbaren Heizgerät verbunden sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungs­ gemäßen Einrichtung können bei einer in an sich bekann­ ten Weise erfolgenden Auswahl des Katalysatorbettmate­ rials die verschiedensten Gase oxydiert, d.h. gereinigt werden, z.B. aromatische Gase, normale Gase, zyklische und andere Kohlenwasserstoffe, Sauerstoffschwefel- und stickstoffhaltige Gase, Kohlenwasserstoffderivate, Koh­ lenmonoxyd, Schwefelwasserstoff, Markaptane sowie Am­ moniakverunreinigungen enthaltende Luftströme.

Die in explosionsgefährlichen Räumen angeordneten Geräte, z.B. Ventilatoren, und Ausrüstungen, z.B. Druckschal­ ter und Magnetventile, müssen natürlich in explosions­ sicherer Ausführung hergestellt sein.

Die Oxydation der im zu reinigenden Gasstrom befindli­ chen verunreinigenden Komponenten erfolgt auf der Ober­ fläche des Katalysators bei erhöhter Entzündungstempera­ tur, ohne daß hierbei Flammenerscheinungen auftreten, da im körnigen Katalysatormaterial, das diese Geräte umgibt, die freie Weglänge kleiner als der kritische Wert ist.

Anhand einer Zeichnung, die schematisch ein Ausführungs­ beispiel der Einrichtung zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.

Die in der Zeichnung gezeigte Einrichtung besitzt einen geschlossenen Reaktor 4, der mit einer Gaszuleitung 41 und einer Gasableitung 42 versehen ist. Im Reaktor 4 ist ein körniger Katalysator angeordnet. Die Gasab­ leitung 42 des Reaktors 4 ist gasdicht mit den Rohren eines Wärmetauschers 2 verbunden, durch die das oxydier­ te Gas in einen Kamin 21 entweicht.

Der Eingang der Mantelseite des Wärmetauschers 2 ist mit einem Ventilator 1 verbunden, in den das zu oxydierende Gas, z.B. ein Metangas-Luftgemisch, durch einen Flam­ menverschluß 8, z.B. ein Magnetventil mit Momentauslös­ ung, eintritt. Der Ausgang der Mantelseite ist über zwei parallel zueinander geschaltete Heizkammern 3 mit der Gaszuleitung 41 des Reaktors 4 gasdicht verbunden.

Die Heizkammern 3 sind ebenfalls mit einem körnigen Ka­ talysatormaterial aufgefüllt, das jedoch nicht unbedingt dem im Reaktor 4 verwendeten Katalysatormaterial gleich sein muß. An die Heizkammern 3 sind unter Überdruck stehende elektrische Schaltschränke 5 angeschlossen. An die Schaltschränke 5 sind steuerbare elektrische Heiz­ geräte 31 für die Heizkammern 3 angeschlossen, wobei erstere in das körnige Katalysatorbett hineinreichend angeordnet sind.

Die Schaltschränke 5 sind einerseits über einen Druck­ reglerfilter 7 mit einem nicht gezeigten Druckluft oder ein neutrales Gas liefernden, einen Überdruck gewähr­ leistenden Gerät und andererseits mit einer mit einem Magnetventil 61 versehenen Abflußleitung 6 verbunden.

Der Reaktor 4 und die Heizkammern 3 sind zu einer ge­ meinsamen Einheit zusammengefaßt, um die Wärmeverluste zu vermindern.

Die Einrichtung besitzt ein Bedienungspult 10 und eine Steuereinheit 20, die miteinander sowie mit an den Reaktor 4 und an die Heizkammern 3 angeschlossenen Wärmefühlern 43, 44 und 32, z.B. Temperaturschaltern, und mit an die Schaltschränke 5 angeschlossenen Druck­ fühlern 51, z.B. Druckschaltern, verbunden sind.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Das zu reinigende bzw. zu oxidierende Gas wird durch den Flammenverschluß 8 hindurch vom Ventilator 1 angesaugt und durch die Mantelseite des Wärmetauschers 2 in die zueinander parallel geschalteten Heizkammern 3 gefördert.

Hier wird das durch den Wärmetauscher 2 vorgewärmte Gas durch die elektrischen Heizgeräte 31, die in das körni­ ge Katalysatormaterial eingebettet sind, auf die zur ka­ talytischen Oxydation erforderliche Temperatur von 80 bis 550°C, vorzugsweise 180 bis 330°C, erhitzt. Aus den Heizkammern 3 gelangt das Gas in den Reaktor 4, wo dann die katalytische Oxydation zum Abschluß gelangt. Der oxydierte, und dadurch gereinigte Gasstrom entweicht durch die Rohre des Wärmetauschers 2 in den Kamin 21, wobei der zu reinigende Gasstrom im Gegenstrom vorge­ wärmt wird.

Die Fördergeschwindigkeit wird dabei so gewählt, daß sie größer ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit. Sie be­ trägt dabei das zwei- bis fünffache der Verbrennungs­ geschwindigkeit des gefährlichsten Gases, d.h. des die größte Verbrennungsgeschwindigkeit aufweisenden Gases, beispielsweise Metan.

Die Schaltschränke 5 müssen unter Überdruck gehalten wer­ den, damit aus dem äußeren feuer- und explosionsgefähr­ lichen Raum keine Luft eintreten kann. Vor Betriebsbe­ ginn werden sie mit Druckluft oder einem neutralen Gas durchgespült. Das Vorhandensein des vorgeschriebenen Überdruckes, z.B. 100 Pa, wird durch die Druckfühler 51 kontrolliert. Sinkt während des Betriebs der innere Druck im Schaltschrank 5 unter einen vorbestimmten Wert, z.B. 50 Pa, so werden die Heizgeräte 31 durch den Druckfühler 51 automatisch ausgeschaltet.

Das Einschalten des Hauptschalters ist erst nach Durch­ spülen der Schaltschränke 5 und nach dem Aufbau des entsprechenden Überdruckes möglich. Erst danach kann der Ventilator 1 und danach die elektrische Heizung in Gang gesetzt werden. Kommt der Ventilator 1 zum Still­ stand, schaltet die elektrische Heizung automatisch ab.

Überschreitet die Temperatur des Katalysatorbettes den zulässigen Wert, so signalisieren die Wärmefühler 43, 44 und 32 die Betriebsstörung an das Bedienungspult 10 und an die Einheit 20 und schalten die Heizung bzw. nötigenfalls die ganze Einrichtung ab.

Der einwandfreie Zustand der elektrischen Heizgeräte 31 wird mit Hilfe entsprechender Mittel kontrolliert. Fehler oder Betriebsstörungen werden an dem Bedienungs­ pult 10 akustisch oder durch Lichtsignale angezeigt. Ein Ansteigen der Temperatur kann aus drei Gründen er­ folgen, nämlich durch einen Ausfall des Ventilators 1, ein Schadhaftwerden des Regelkreises oder einen An­ stieg der Konzentration der Verunreinigungskomponenten. Der Hauptschalter der Heizung schaltet in allen drei Fällen ab.

Da der Strömungswiderstand der Einrichtung und des darin befindlichen Katalysatorbettes gering ist, beispiels­ weise bei 2000 bis 3000 Pa liegt, kann der Kamin 21 als Berstscheibe wirken. Bei einem Abblasen bedeutet dies keine Gefahrenquelle.

Der Kamin 21 und die Rohrleitungen sind mit nicht gezeig­ ten Schwingungsdämpfern, wie flexiblen Rohrabschnitten, versehen. Die Heizkammern 3, der Reaktor 4 und der Wärme­ tauscher 2 sind durch Schweißverbindungen zu einem Block zusammengefaßt und auf einem entsprechenden Gestell an­ geordnet.

Claims (6)

1. Verfahren zur Oxydation von feuer- und/oder explo­ sionsgefährliche Komponenten enthaltenden Gasen, wobei das Gas in einen Katalysator enthaltenden Reaktor ge­ führt und dort auf die zur katalytischen Oxydation er­ forderliche Temperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in einem geschlossenen Reaktor auf der zur katalytischen Oxyda­ tion erforderlichen, jedoch unter der Entzündungstem­ peratur des Gases liegenden Temperatur gehalten wird.

2. Einrichtung zur Oxydation von feuer- und/oder explo­ sionsgefährliche Komponenten enthaltenden Gasen, mit einem einen Katalysator enthaltenden Reaktor, der eine Gaszuleitung und eine Gasableitung sowie ein steuerbares Heizgerät aufweist, gekennzeichnet durch einen körnigen Katalysator enthaltenden geschlossenen Reaktor (4), vor dem eine geschlossene Heizkammer (3) angeordnet ist, und durch der Heizkammer (3) und dem Reaktor (4) zugeordnete Wärmefühler (32, 43, 44), die über eine Steuereinheit (20) mit dem steuerbaren Heiz­ gerät (31) verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizkammer (3) mit einem elektrischen Heizgerät (31) versehen ist, das an einem geschlossenen verkapselten Schaltschrank (5) an­ geschlossen ist, und daß der Schaltschrank (5) mit einem einen Überdruck in ihm sicherstellenden Gerät sowie mit einem Druckfühler (51) versehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekenn­ zeichnet durch einen Wärmetauscher (2), dessen eine Seite dem Reaktor (4) vorgeschaltet und dessen an­ dere Seite dem Reaktor (4) nachgeschaltet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Reak­ tor (4), die Heizkammer (3) und gegebenenfalls auch der Wärmetauscher (2) in einer Einheit zusammengefaßt sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ge­ kennzeichnet durch zwei Heizkammern (3), die parallel zueinander geschaltet sind.