FI20195017A1

FI20195017A1 - VOC-kaasujen käsittelylaitteisto

Info

Publication number: FI20195017A1
Application number: FI20195017A
Authority: FI
Inventors: Reijo Lylykangas
Original assignee: Vocci Oy
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-07-12
Also published as: WO2020144409A3; WO2020144409A2; EP3908394B1; EP3908394C0; FI128603B; EP3908394A2

Abstract

Menetelmä ja laitteisto VOC-pitoisten kaasujen puhdistamiseksi. Menetelmässä VOC-yhdisteitä sisältävä kaasu johdetaan tuloputken (9) kautta tulovyöhykkeeseen, josta kaasu siirretään ensimmäiseen katalysaattorivyöhykkeeseen, jossa pääosa VOC-yhdisteistä hapetetaan, minkä jälkeen kaasu johdetaan toiseen katalysaattorivyöhykkeeseen, jossa loppuosa VOC-yhdisteistä hapeteaan. Puhdistettu kaasu poistetaan poistoputken (10) avulla. Keksinnön mukaan kukin katalysaattorivyöhyke on sijoitettu omaan kammioonsa (1, 1') ja tulovyöhyke ja vastaavasti poistovyöhyke on sijoitettu välitilaan (2, 3), joka erottaa katalysaattorivyöhykkeet toisistaan. VOC-yhdisteiden hapetuksen yhteydessä vapautuva lämpö otetaan talteen ainakin toiseen katalysaattorivyöhykkeeseen järjestetyillä lämmönsiirtimillä ja kaasun virtausta tulovyöhykkeestä ensimmäiseen katalysaattorivyöhykkeeseen ohjataan suuntaventttiilillä. Ratkaisulla voidaan pienentää laitteiston kokoa ja vähentää kaasunsyötön suunnanvaihdosta aiheutuvia päästöjä.

Description

VOC-kaasujen käsittelylaitteisto Keksinnön kohteena on menetelmä VOC-kaasujen käsittelylaitteiston valmistamiseksi. Keksinnön kohteena on myös tällä menetelmällä valmistettu laitteisto sekä tällaisten laitteistojen käyttö. EU:n liuotinpäästöjä säätelee lainsäädäntö, joka perustuu ns. VOC-direktiiviin EY1999/13. Direktiivi pitää sisällään BAT-periaatteen (Best Available Technology), joka velvoittaa — viranomaisia käyttämään tiukempia normeja kuin direktiivissä on säädetty, mikäli kaupallisesti on saatavissa kohtuuhintaista ja luotettavaa teknologiaa niiden saavuttamiseksi. Direktiivissä on säädetty teollisuuden liuotinpäästöille (VOC) teollisuudenala- ja — päästömääräkohtaiset normit, jotka vaihtelevat välillä 50-150 mg C/nm’. Koska päästöjen vähennystekniikka on kehittynyt, viranomaiset ovat asettamassa uusien ilmaston lämpenemistietojen takia paljon tiukempia vaatimuksia kaikille suorille ja epäsuorille kasvihuonekaasuille. — VOC-kaasuista monet ovat kasvihuonekaasuja, joiden GWP (Global Warming Potential) -arvot ovat muutamasta kerrasto jopa 3000 kertaan haitallisempia kuin hiilidioksidin (CO). Epäsuorana arvona IPCC, eli hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli, on o ilmoittanut, että VOC-kaasut ovat 11 kertaa pahempia kuin CO,. Tämä johtuu VOC- > päästöjen ja NOx-päästöjen yhdessä tuottamasta alailmakehän otsonista. 5 25 = VOC-päästöjen vähentämiseen on käytettävissä useita keinoja. Voidaan käyttää z vesiohenteisia tai vähemmän liuottimia sisältäviä maaleja ja lakkoja. Yleinen suuntaus a N päästöissä on kohti pienempiä pitoisuuksia, mikä asettaa uusia vaatimuksia päästöjen 3 käsittelylaitteille.

O S 30 VOC-kaasupäästöille on tunnusomaista, että niiden pitoisuus kaasussa on niin alhainen ja edelleen menossa alhaisemmiksi, ettei se riitä tuottamaan läheskään polttamiseentarvittavaa energiaa vaan poltto edellyttää erittäin tehokasta lämmön uudelleenkierrätystä tai VOC- kaasujen konsentrointia. Yleisimmin käytetty tekniikka VOC-kaasujen hävittämiseen on terminen poltto ja — seuraavana on katalyyttinen hapetus. Molemmissa voidaan käyttää rekuperatiivistä tai regeneratiivistä lämmönsiirtäjää esilämmittämään polttolaitokseen tulevaa kaasua. Rekuperatiivisellä lämmönsiirtimellä hyötysuhde on parhaimmillaan 65 % ja regeneratiivisellä jopa 95 %. — Tekniikan tasoa edustavat FI 10329, CN 203642204 ja WO 2011067471. Katalyyttisen ja termisen polton tärkeimpänä erona on polttolämpötila, joka termisessä poltossa on n. 800 °C ja katalyyttisessä poltossa n. 300 °C. Tämä merkitsee sitä, että termisessä poltossa tarvitaan lähes kolme kertaa enemmän energiaa kaasuvirran lämmittämiseen reaktiolämpötilaan kuin katalyyttisessä poltossa. Se liuotinpitoisuus, joka termisessä regeneratiivisessä poltossa riittää tuottamaan polttamisessa tarvittavan energian, on 2-3 g/nm’. Katalyyttisessä poltossa se on vastaavasti 0,5—1,0 g/nm’. Tätä pitoisuutta kutsutaan autotermiseksi pisteeksi (ATP).

Regeneratiivisten polttolaitosten heikkous on se, että kaasun virtaussuuntaa täytyy vaihtaa kahden varaaja-/esilämmitysyksikön (peti) välillä. Tällöin suunnanvaihdon aikana pääsee o pienehkö määrä puhdistamatonta kaasua poistoputkeen, mikä alentaa polttolaitoksen > tehokkuutta. Ns. kaksipetisellä termisellä polttolaitoksella saavutetaan n. 96 %:n 5 25 — puhdistustehokkuus, mikä edelleen on liian pieni yllä mainittujen päästömääräkohtaisten I normien täyttämiseksi. x a N Esillä olevan keksinnön tarkoitus on poistaa ainakin osa tekniikan tasoon liittyvistä 3 epäkohdista ja saada aikaan uudenlainen ratkaisu VOC-pitoisten kaasujen käsittelemiseksi 2 30 — ja puhdistamiseksi.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että VOC-yhdisteitä sisältävä kaasu saatetaan ainakin kahdessa katalysaattorivyöhykkeessä suoritettavaan katalyyttiseen käsittelyyn VOC- yhdisteiden hapettamiseksi ja polttamiseksi.

Kukin katalysaattorivyöhyke on sijoitettu omaan kammioonsa ja kaasun tulovyöhyke ja vastaavasti poistovyöhyke on sijoitettu välitilaan, joka erottaa katalysaattorivyöhykkeet toisistaan. VOC-yhdisteiden hapetuksen yhteydessä vapautuva lämpö otetaan talteen ainakin toiseen katalysaattorivyöhykkeeseen järjestetyillä lämmönsiirtimillä. Kaasun virtausta tulovyöhykkeestä ensimmäiseen katalysaattori-vyöhykkeeseen ohjataan — suuntaventtiilillä, jolloin kaasun virtaussuunnan vaihdosta aiheutuvat päästöt voidaan minimoida. Keksinnön mukaisessa laitteistossa ensimmäinen ja toinen katalysaattorikammio on yhdistetty niitä erottavaan välitilaan, jonka ensimmäinen osa on varustettu puhdistettavan — kaasun tuloputkella ja jonka toinen osa on varustettu puhdistetun kaasun poistoputkella, jolloin puhdistettavan kaasun tuloputki on yhdistetty suuntaventtiilillä puhdistettavan kaasun syöttämiseksi haluttuun kammioon. Ratkaisulla voidaan etenkin pienentää laitteiston kokoa ja vähentää kaasunsyötön — suunnanvaihdosta aiheutuvia päästöjä. Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle ja vastaavasti laitteistolle o on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten > tunnusmerkkiosissa. 5 25 = Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. i N Esillä oleva VOC-kaasujen käsittelylaitteisto ja käsittelymenetelmä ovat teknisesti erittäin 3 edullisia. Uudessa laitteistossa kammiot on siirretty erilleen. Kaasu aiemmista ratkaisuista 2 30 — poiketen tulee sisään ja poistuu kammioiden välitilan kautta. Välitila on jaettu keskeltä N kaasun tulo-osaan ja poisto-osaan. Välitilan korkeus on sopivimmin rajattu ”katoksella”,

jolloin tähän voidaan sijoittaa lisälämpölähteet, joilla kaasuun voidaan tuoda lämpöä laitteiston käytön aikana. Regeneratiivinen lämmönsiirrin on hyötysuhteeltaan tehokkain lämmön kerääjä.

Katalyyttisellä polttolaitoksella, sen pienemmästä koosta johtuen, suunnanvaihdon hävikki on lähtökohtaisesti pienempi, joten hyötysuhde on korkeampi. Esillä olevalla ratkaisulla voidaan vielä entisestään parantaa tällaisen polttolaitoksen hyötyastetta ja saavuttaa uudet päästörajat (oletus 5 mg/nm”), mihin ei päästä nykyisillä laitteilla. Esimerkiksi verrattuna julkaisuissa FI 10329 ja WO 2011067471 esitettyihin ratkaisuihin esillä olevalla — keksinnöllä saavutetaan merkittäviä parannuksia juuri näiden seikkojen osalta. Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan jopa 5 mg/nm’:n päästöraja tilanteissa, joissa autoterminen piste on niinkin alhainen kuin 0,5 g/nm’.

Virheellisen palamisen aiheuttamat riskit pienenevät oleellisesti, kun poltin ja — katalysaattori on eriytetty eri tilaan.

Kaasun virtauksen ohjaaminen siten, että sen suunnanvaihto tapahtuu esim. korkeintaan 0,1 sekunnissa vähentää merkittävästi kaasun virtaussuunnan vaihdosta aiheutuvia päästöjä. Suuntaventtiilinä käytetään tällöin sopivimmin venttiiliä, jolla on lyhyt — iskupituus. Tämä mahdollistaa nopeuden oleellisen nostamisen ja kaksitoimisen sylinterin käytön.

o Termisessä ja katalyyttisessä polttolaitoksessa sekä lämmönsiirtimessä että > katalysaattorissa kaasun virtaus on laminaarista. Reaktoreissa käytettävissä 5 25 — virtausnopeuksissa RTO:n suorissa kanavissa Nusseltin ja Sherwoodin luvut ovat noin 3.

- Ne kasvavat hitaasti lähes lineaarisesti nopeuden kasvaessa. Vastaavilla virtausnopeuksilla E sekoittavissa X-flow kanavissa luvut ovat vastaavasti 9-12. Eli lämmön ja aineensiirron N suhteellinen tehokkuus kasvaa 3-...4-kertaiseksi.

3 S 30 Tyypillisesti polttolaitokset valmistetaan räätälöityinä kuhunkin kohteeseen ja ne N asennetaan ja otetaan käyttöön toimittajan henkilökunnan toimesta. Esillä olevaista uusista laitteistoista voidaan valmistaa useamman, esim. seitsemän laitteen standardituotesarja,

joka voidaan helposti asentaa ja ohjeiden avulla ottaa käyttöön samaan tapaan kuin monet muutkin laitteet.. Tällä saavutetaan siis selkeä ero nykyisiin laitteistoihin verrattuna, joiden asennus suuresta koosta johtuen tehdään aina paikalla.

5 Yhdessä sovelluksessa laitteisto on luonteeltaan plug and play -tuote. Käynnistys ja sen ohjaus hoidetaan tällöin edullisesti internetin välityksellä. Laitteet voidaan kytkeä verkkoon, jota kautta laitteiden jatkuva käytön valvonta ja raportointi on mahdollista hoitaa.

— Tiivistäen voidaan siten keksinnön eduiksi esittää seuraavat: — konttia ei tarvita laitosta varten vaan ainoastaan kuljetuksissa; tällä saadaan puolitettua tilavuus, laskettua painoa ja kustannuksia jopa n. 30 %; — sijoittamalla katalysaattorit ja lämmönsiirtimet erilleen toisistaan vältetään laitoksen ylösajossa ja tukienergian tuotossa käytettävä poltin erilleen katalysaattoreista; ja — esitetyllä ratkaisulla venttiilien käyttösylintereitä ei tarvita kuin kaksi kappaletta aiempien laitosten neljän asemesta; tällöin ohjaus nopeutuu ja yksinkertaistuu sekä virtaussuunnan vaihdon aikainen päästö pienenee.

— Ohjaamalla suuntaventtiilien toimintaa ohjataan välikammioon sisään asennetulla tai asennetuilla toimielimellä/toimielimillä voidaan laitteiston kokoa edelleen vähentää tavallisiin laitoksiin verrattuna.

o > Laitteiston kokoa on edelleen voitu pienentää, keksinnön edullisissa sovelluksissa, 5 25 — lyhentämällä suuntaventtiilien iskun pituutta. Tavanomaisissa laitoksissa venttiilien iskun — pituus on tyypillisesti sama kuin venttiilin aukon halkaisija. Ulkokehän poikkipinta-ala on E siinä tarpeettoman suuri. Se saa olla sama kuin venttiiliaukon poikkipinta-ala. Tämä K mahdollistaa nopeuden oleellisen nostamisen ja kaksitoimisen sylinterin käytön.

3 > 30 — Keksinnön sovellutusmuotoja ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisen piirustuksen avulla.

Esillä olevassa yhteydessä ”VOC-yhdisteitä sisältävillä kaasuilla” tai ”VOC-kaasuilla” tarkoitetaan yleisesti kaasuja, jotka sisältävä alhaalla kiehuvia, haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC). Näiden kiehumispiste on tyypillisesti alle 250 *C ja höyrynpaine 20 *C:n lämpötilassa 0,01 kPa tai sitä suurempi. Osa yhdisteistä on kaasuja jo huoneenlämmössä. VOC-yhdisteitä ovat mm. alifaattiset ja aromaattiset hiilivedyt, klooratut hiilivdyt, sekä alkoholit, glykolit, eetteri ja esterit, sekä orgaaniset hapot, ketonit ja aldehydit. Erityisinä esimerkkeinä voidaan mainita heksaani, butaan, bentseeni, ksyleeni, styreeni, metyleeni- kloridi, dikloorietaani, trikloorimetaani, trikloorietaani ja etyyliasetaatti. Tämän lisäksi kaasun mukana saattaa kulkea palavia epäorgaanisia yhdisteitä, kuten häkää (CO), jotka — tulee myös hapettaa. Tyypillisiä esimerkkejä VOC-yhdisteitä sisältävistä kaasuista ovat liuottimia (liuotin- höyryjä) sisältävät kaasut teollisista prosesseista. VOC-kaasut voivat etenkin olla peräisin pinnoitteita, puhdistusaineita, liima-aineita ja painomusteita valmistavista ja niitä — käyttävistä teollisista prosesseista. Esillä olevassa yhteydessä käsiteltävät kaasut sisältävät tyypillisesti VOC-yhdisteitä ainakin 25 mg, etenkin ainakin 50 mg C/nm’, mutta menetelmä ja laitteisto soveltuvat myös pienempiä pitoisuuksia sisältävien kaasujen käsittelyyn.

Yhdessä edullisessa sovelluksessa käsittelylaitteisto käsittää ainakin yhden kaasun syöttöosan, ainakin kaksi regeneratiivista lämmönsiirrintä ja ainakin yhden kaasun poisto- o osan. Käsittelylaitteistoon on liitetty ainakin yksi kaasunjako-osaa sekä ainakin yksi > kaasunjakoventtiili syötettävän kaasun virtaussuunnan vaihtamiseksi regeneratiivisten 5 25 —lämmönsiirtimien välillä. Kaasun poisto-osaan on liitetty poistoventtiili kaasun virtauksen - ohjaamiseksi poisto-osaan. i N Yhdessä edullisessa sovelluksessa lämmönsiirtimenä käytetään sekoittavaa, metallilevystä 3 tehty regeneratiivista lämmönsiirrintä. Tällaisen hyötysuhde on hyvin korkea (yli 90 20). S 30 — VOC- pitoisuudet ovat yleensä niin alhaisia, etteivät tuota tarpeeksi energiaa. Tarvitaan yli N 90 %:n hyötysuhteella lämmönsiirrin ja matalassa lämpötilassa toimiva katalysaattori,

jottei tukienergian kulutus kasva suureksi tai jotta laitos voisi toimia ilman tukienergiaa autotermisesti. Samalla uusi rakenne tekee myös lämmönsiirrinelementtien rakenteesta yksin- — kertaisemman ja nopeuttaa niiden valmistusta. Kaikkiaan laitteiden valmistuskustannukset alenevat yli 30 %. Kuviossa 1 on esitetty uuden laitteistoratkaisun yhden sovellutusmuodon pohjan lay-out periaatekuviona.

Piirustuksen mukaisen sovellutusmuodon mukainen laitteisto VOC-pitoisten kaasujen puhdistamiseksi käsittää ainakin kaksi kammiota, 1 ja 1”, jotka kumpikin sisältävät (ei- esitetyt) katalysaattorin ja lämmönsiirtimen. Katalysaattorikammioiden lämmönsiirtimet ovat tyypillisesti regeneratiivisia. Lämmön talteenottoa selostetaan alla tarkemmin.

Kammiot sisältävät käsiteltävän kaasun syöttöyhteen 6, 6” ja käsitellyn kaasun poistoyhteen 7, 7”. Kammiot 1 ja 1? on yhdistetty toisiinsa yhdessä kammiossa (esimerkiksi kammiossa 1) — hapetetun kaasun johtamiseksi toiseen kammioon (1°). Piirustuksessa kaasun virtaus on merkitty vasemmalta oikealle kulkevalla nuolella. Poistoaukko on merkitty viitenumerolla

8. o > Kammioissa 1 ja 1? lämmönsiirtimet ja katalysaattorit on järjestetty kaskadiin, siten että 5 25 — puhdistettavan VOC- kaasun virtaus kulkee ensin lämmönsiirtimen ja sitten katalysaattorin - kautta. i N Ensimmäinen kammio 1 ja toinen kammio 1” on yhdistetty niitä erottavaan välitilaan 2, 3. 3 Välitilan ensimmäinen osa, eli tulovyöhyke 2, on varustettu puhdistettavan kaasun 2 30 — tuloputkella 8 ja jonka toinen osa on varustettu puhdistetun kaasun poistoputkella 9. Välitilassa 2, 3 on seinämä, etenkin katon seinämä, joka on varustettu lämmön lähteellä,

jolla voidaan tuottaa lämpöä. Lämpöä tarvitaan tyypillisesti polttoprosessin käynnistykseen. Lämpöä tarvitaan tavallisesti myös autotermisen pisteen alapuoliseen ajoon. Yhdessä sovelluksessa laitteiston välitilaan sijoitetaan lisälämmönlähde, joka käsittää sähkövastuksia tai kaasupolttimen tai näiden kombinaation. Puhdistettavan kaasun (tulokaasun) tuloputki 9 on yhdistetty puhdistettavan kaasun syöttöyhteeseen 6 kaasun syöttämiseksi haluttuun kammioon. Kammioiden syöttöyhteet 6 ja6 on avattavissa ja suljettavissa suuntaventtiilillä 4 eli kaasunjakoventtiilillä. Vastaavalla tavalla on puhdistetun kaasun poistoputki 10 yhdistetty käsitellyn kaasun poistoyhteeseen 7, jolloin kammioiden poistoyhteet 7 ja 7” on avattavissa ja suljettavissa suuntaventtiilillä 5 eli kaasunjakoventtiilillä.

Kuten kuviosta käy ilmi, katalysaattorikammiot 1, 1? ovat toisistaan erotettuja yksiköitä, jotka voidaan valmistaa erikseen ja jotka ovat kytkettävissä toisiinsa välitilan kautta. Myös välitila 2, 3 voidaan valmistaa omana yksikkönään. Tulovyöhyke 2 ja poistovyöhyke 3 ovat osa samaa kotelomaista laiteosaa, jolloin ne on toisistaan erotettu väliseinällä 11.

Laitteisto on näin ollen koottavissa kolmesta erillisestä laiteosasta. Reaktorin runko, johon kaikki edellä kuvatut toiminnot sijoitetaan, voidaan valmistaa kahdesta hitsatusta osasta. o > Kompakti reaktorin rakenne mahdollistaa vapaamman lay-out suunnittelun. VOC- 5 25 — polttolaitteet voidaan lastata toisesta päästä auki oleviin kuljetuskontteihin ja saavuttaa - siten rahtietu. Merikuljetusten kustannukset jopa 70 %:lla, kun uudet tuotteet voidaan z kuljettaa konttikuljetuksin.

K 3 Kuten yllä todettiin, kaasun virtausta kaasun tuloputkesta 8 tulovyöhykkeen 2 kautta 2 30 — ensimmäiseen katalysaattorikammioon 1 ja vastaavasti toisesta katalysaattorikammiosta 1” N poistovyöhykkeeseen 3 ja poistoputkeen 9 ohjataan venttiilillä, etenkin suuntaventtiilillä, jolla virtauksen suuntaa voidaan muuttaa.

Yhdessä sovelluksessa käytetään suuntaventtiiliä, jonka suunnanvaihto tapahtuu alle 0,5 sekunnissa, etenkin alle 0,25 sekunnissa, sopivimmin alle 0,15 sekunnissa, edullisesti alle 0,1 sekunnissa tai jopa alle 0,075 sekunnissa.

Yhdessä sovelluksessa käytetään lyhytiskuista venttiiliä. Erityisen edullisessa sovelluksessa käytetään venttiiliä, jonka ulkokehän poikkipinta-ala on yksi neljäsosa venttiilin halkaisijasta eli venttiiliaukon pinta-ala on [| x D%/4 ja venttiilin ulkokehän raon pinta-ala on || x D/4 x D. Etenkin tällainen ratkaisu mahdollistaa nopeuden oleellisen — nostamisen ja kaksitoimisen sylinterin käytön. Yhdessä sovelluksessa suuntaventtiilien toimintaa ohjataan esim. välikammioon 2, 3 asennetuilla toimielimillä 5, 5”, esimerkiksi kahdella välikammion sisään asennetulla toimielimellä.

Yhdessä sovelluksessa käytetään kaasunjakoventtiilinä suuntaventtiiliä, jonka toimielimenä on paineilmasylinteri. Yhdessä sovelluksessa käytetään suuntaventtiiliä, jota käytetään kaksitoimisella — sylinterillä, kuten kaksitoimisella paineilmasylinterillä. Toisessa sovelluksessa kaasunjakoventtiilinä on suuntaventtiili, jonka toimielimenä on o askelmoottori, etenkin sähkömekaaninen askelmoottori. & = 25 Edullisesti suuntaventtiileitä käytetään sähkömekaanisesti askelmoottorilla. Tämä on nopea - tapa ja erityisen edullinen, jos lämpötila välitilassa nousee yli 150 *C:een. x a N Molemmissa edellä mainituissa sovelluksissa venttiilien suunnanvaihto tapahtuu jopa alle 3 0,1 sekunnissa, kun se perinteisillä pitkäiskuisilla sylintereillä on hitaampi. 2 30 Yhdessä sovelluksessa käytetään suuntaventtiiliä, jonka toimielin on järjestetty tulo- ja vastaavasti poistovyöhykkeen sisälle.

Puhdistettava VOC-pitoinen kaasu johdetaan sopivimmin kaasunjakoventtiilin avulla vuorotellen laitteiston kammioihin.

Vastaavasti poistetaan puhdistettu kaasu vuorotellen laitteiston kammioista.

Käytännössä puhdistettu kaasu poistetaan eri (eli vastakkaisesta) kammiosta kuin mihin puhdistettava kaasu syötetään.

Niinpä yhdessä sovelluksessa VOC-yhdisteitä sisältävä kaasu johdetaan ensimmäisen ajanjakson ajan ensimmäiseen katalysaattorikammioon ja toisen ajanjakson ajan toiseen katalysaattorikammioon, jolloin kaasun virtauksen suunnanvaihto ensimmäisestä — katalysaattorikammiosta toiseen suoritetaan suuntaventtiilillä ja jolloin suunnanvaihto tapahtuu alle 0,1 sekunnissa.

Vastaavasti puhdistettu kaasu poistetaan ensimmäisen ajanjakson ajan toisesta katalysaattorikammiosta ja toisen ajanjakson ajan ensimmäisestä katalysaattorikammiosta, — jolloin kaasun virtauksen suunnanvaihto ensimmäisestä katalysaattorikammiosta toiseen suoritetaan suuntaventtiilillä ja jolloin suunnanvaihto tapahtuu alle 0,1 sekunnissa.

Kaasun syötön suunnan vaihdon seurauksena esillä olevassa menetelmässä määritelty ”ensimmäinen” katalysaattorikammio, jossa pääosa hapetuksesta tapahtuu, on jompikumpi — edellä kuvatuista kammioista, ja ”toinen” katalysaattorikammio, jossa lämpö otetaan talteen, on vastaavasti näistä kammioista toinen. o Venttiilien nopea suunnanvaihto on erittäin tärkeää, sillä regeneratiivisissä polttolaitoksissa > lähes kaikki päästöt syntyvät suunnanvaihtojen aikana.

Tunnetuissa ratkaisuissa on vaikeaa 5 25 — saavuttaa 20 mg/nm’ etenkin suuremmilla päästöillä.

Esillä olevalla teknologialla on - mahdollista saavuttaa 5 mg/nm” raja ilman mitään poistokaasun jälkikäsittelyä. x a N ”Suunnanvaihto” tarkoittaa sitä, että kaasun virtaus muutetaan tapahtuvaksi eri 3 vyöhykkeeseen eli eri kammioon.

Tällöin kaasun virtaus yhteen vyöhykkeeseen 2 30 — (kammioon) lakkaa ja virtaus toiseen vyöhykkeeseen (kammioon) alkaa.

Kaasun virtausta N säädetään sopivimmin suuntaventtiilillä.

Suunnanvaihdon aika on etenkin se aika, joka kuluu venttiilin sulkemiseen, eli aika joka kuluu siitä, että venttiili on täysin (100 %) auki siihen, että se on täysin (100 %) kiinni. Samalla avataan kulku toiseen kammioon, jolloin aukaisuun menee sama aika, mutta etenkin erillisillä sylintereillä aukaisu tapahtuu yleensä hieman nopeammin kuin — sulkeminen, mikä johtuu virtaavan kaasun paineesta. VOC-yhdisteitä sisältävän kaasun hapetuksesta, eli poltosta, vapautuu lämpöä. Tämä otetaan sopivimmin talteen. Yhdessä sovelluksessa laitteisto on varustettu lämmönsiirtimillä. Yhdessä sovelluksessa lämmönsiirtimet ovat ainakin toiseen, — sopivimmin molemman katalysaattorivyöhykkeen yhteyteen järjestettyjä. Yhdessä sovelluksessa pääosa VOC-yhdisteitä sisältävän kaasun poltosta saatavasta lämmöstä otetaan talteen toisen katalysaattorivyöhykkeen (1 tai 1? aina virtaussuunnan mukaan) lämmönsiirtimillä. ”Pääosa” tarkoittaa tällöin yli 50 %, etenkin yli 60 %, — sopivimmin 70-100 %, esimerkiksi noin 75-100 % VOC-yhdisteiden hapetuksen yhteydessä vapautuvasta lämpömäärästä. Edellä esitetyn sovelluksen mukaista laitteistoa käytetään seuraavasti. VOC-pitoinen kaasu johdetaan laitteiston tulovyöhykkeeseen tyypillisesti (ei-esitetyllä) puhaltimella, etenkin puhaltimella, jonka eteen on järjestetty partikkelisuodatin. Kaasu kulkee venttiilin 4 ohjaamana (ei-esitetyn) lämpövaraston läpi ensimmäiseen o katalysaattoriin 1, jossa pääosa VOC-päästöistä hapettuu. Sen jälkeen kaasu kulkee toisen > katalysaattorin 2 läpi jossa loput VOC-päästöistä hapettuvat. Katalyyttinen poltto 5 25 — suoritetaan n. 300 ”C:ssa. Sitten kaasu kulkee (ei-esitetyn) lämmönvaraajan läpi ja - luovuttaa siihen pääosan lämmöstä. Sen jälkeen kaasu kulkee poistoventtiilin 4” ja z takakammion 3 kautta poistoputkeen.

N 3 Katalyyttisen polton katalyytiksi soveltuvat kaupalliset hapetuskatalysaattorit, kuten S 30 — jalometallikatalyytit, esimerkiksi Pt- tai Pd-hiilellä. Voidaan myös käyttää erilaisia N honeycomb-ratkaisuja ja muita monikerros-katalyyttirakenteita.

Yhdessä sovelluksessa käytetään Pt/Pd-katalysaattoreita, etenkin metallikennoisia Pt/Pd- katalysaattoreita, joissa on sekoittava ristivirtaus-kennorakenne. Nämä toimivat useimmille hiilivedyille noin 300 °C:n lämpötilassa. Jalometallilataus on esimerkiksi 30 g/ft”.

Jalometallikatalysaattorien erityisenä etuna on seikka, että niiden avulla saadaan käsiteltäviin kaasuihin sisältyvät, palavat epäorgaaniset yhdisteet, kuten häkä, hapetettua. Tämä voi tapahtua jo noin 150 *C:ssa, mikä edesauttaa varsinaisten VOC-päästöjen hapettamista.

— Esillä olevalla ratkaisulla VOC- päästöt alenevat yli 99,5 %. Laitteistolla voidaan puhdistaa VOC-kaasuja siten, että poistokaasun VOC-pitoisuus on pienempi kuin noin 5 mg/nm”. Edullisesti esillä olevalle ratkaisulla saavutetaan tämä 5 mg/nm’:n päästöraja jopa tilanteissa, joissa autoterminen piste on 0,5 g/nm” tai sitä pienempi.

— Laitteisto sopii teollisuuden liuotinpäästöjä sisältävien kaasujen käsittelemiseksi. Yhdessä sovelluksessa käsitellään kaasuja, joiden VOC-yhdisteiden pitoisuus on ainakin 25 mg, esim. ainakin 50 mg C/nm’.

— Laitteistorakenne vähentää merkittävästi laitteiston kokonaistilavuutta. Tähän vaikuttaa myös kammion sisäisten sähkö- tai paineilmatoimisten toimilaitteiden (kuten sylinterien) käyttö, millä voidaan välttää perinteisissä polttolaitosten 4-6 pitkävartiset o paineilmasylinterit. Kaikki tehdyt muutokset tekniikan tasoon nähden pienentävät > laitekokoa yli 50 %:lla.

5 25 I Niinpä edellä esitetyn rakenteen mukainen laitteisto, jonka kapasiteetti on suurempi kuin E 20.000 nm’/h, voidaan valmistaa tilavuudeltaan pienemmäksi kuin 15 m”.

N 3 Vertailun vuoksi voidaan mainita, että sellaisen perinteisen tekniikan mukaisen laitoksen 2 30 — tilavuuson 37 m”, jonka kapasiteetti on 16.000 nm”/h.

Uusi laitteisto on siten 60 % pienempi suuremmasta kapasiteetista huolimatta. Tämän myötä laitteiston paino aikaisempiin verrattuna alenee pienimmilläänkin yli 30 %:lla. Suurimmat edut aiempiin malleihin ovat: — Konttia ei tarvita laitosta varten vaan ainoastaan kuljetuksissa. Tällä saadaan puolitettua tilavuus, laskettua painoa ja kustannuksia n. 30 % — Katalysaattorit ja lämmönsiirtimet on siirretty erilleen toisistaan. Tällä vältetään laitoksen ylösajossa ja tukienergian tuotossa käytettävä poltin erilleen katalysaattoreista.

— Venttiilien käyttösylintereitä ei tarvita kuin kaksi kappaletta aiempien laitosten neljän asemesta. Ohjaus nopeutuu ja yksinkertaistuu sekä virtaussuunnan vaihdon aikainen päästö pienenee. Todettakoon vielä, että vaikka edellä on kuvattu kahdesta kammiosta koostuva rakenne, on tietenkin mahdollista toteuttaa esitetty rakenne useampikammioisena (esim. 3-6 —kammioisena). Tällaisia useita kammioita voi olla järjestettyinä kaskadiin tai rinnakkain. Viitenumeroluettelo 1, 1? regeneratiivinen lämmönsiirrin ja katalysaattorit 2 kaasun tulokammio 3 kaasun poistokammio 4,4? suuntaventtiili o 5,5? suuntaventtiilin toimielin 2 6, 6 kammion tuloyhde 5 25 77 kammion poistoyhde = 8 kammion poistoaukko E 9 kaasun tuloputki N 10 kaasun poistoputki 3 11 väliseinä > O 30

Viitejulkaisut FI 10329 CN 203642204 WO 2011067471 o

O

N >

I a a

N O LO O O N

Claims

Patenttivaatimukset

1. Menetelmä VOC-pitoisten kaasujen puhdistamiseksi, tunnettu siitä, että — VOC-yhdisteitä sisältävä kaasu johdetaan tuloputken kautta tulovyöhykkeeseen, josta kaasu siirretään ensimmäiseen katalysaattorivyöhykkeeseen, jossa pääosa VOC-yhdisteistä hapetetaan, ja näin saatava kaasu johdetaan toiseen katalysaattorivyöhykkeeseen, jossa loppuosa VOC-yhdisteistä hapetaan, — minkä jälkeen kaasu johdetaan poistovyöhykkeeseen, josta kaasu poistetaan poistoputken avulla, — jolloin — kukin katalysaattorivyöhyke on sijoitettu omaan kammioonsa ja tulovyöhyke ja vastaavasti poistovyöhyke on sijoitettu välitilaan, joka erottaa katalysaattori- vyöhykkeet toisistaan, — VOC-yhdisteiden hapetuksen yhteydessä vapautuva lämpö otetaan talteen ainakin toiseen katalysaattorivyöhykkeeseen järjestetyillä lämmönsiirtimillä ja — kaasun virtausta tulovyöhykkeestä ensimmäiseen katalysaattorivyöhykkeeseen ohjataan suuntaventtiilillä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun virtausta — toisesta katalysaattorivyöhykkeestä poistovyöhykkeeseen ohjataan suuntaventtiilillä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään o suuntaventtiiliä, jonka suunnanvaihto tapahtuu alle 0,25 sekunnissa, etenkin alle 0,1 N sekunnissa. 5 25 —-

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että E käytetään suuntaventtiiliä, jonka toimielimenä on paineilmasylinteri, kuten kaksitoiminen N paineilmasylinteri, tai askelmoottori, etenkin sähkömekaaninen askelmoottori. 3 S 30 —

5 Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään lyhytiskuista suuntaventtiiliä.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään suuntaventtiiliä, jonka toimielin on järjestetty tulo- ja vastaavasti poistovyöhykkeen sisälle.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että VOC-yhdisteitä sisältävä kaasu johdetaan ensimmäisen ajanjakson ajan ensimmäiseen katalysaattorivyöhykkeeseen ja toisen ajanjakson ajan toiseen katalysaattori- vyöhykkeeseen, jolloin kaasun virtauksen suunnanvaihto ensimmäisestä katalysaattori- vyöhykkeestä toiseen suoritetaan suuntaventtiilillä ja jolloin suunnanvaihto tapahtuu alle 0,1 sekunnissa.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puhdistettu kaasu poistetaan ensimmäisen ajanjakson ajan toisesta katalysaattori- vyöhykkeestä ja toisen ajanjakson ajan ensimmäisestä kataly saattori-vyöhykkeestä, jolloin — kaasun virtauksen suunnanvaihto ensimmäisestä katalysaattorivyöhykkeestä toiseen suoritetaan suuntaventtiilillä ja jolloin suunnanvaihto tapahtuu alle 0,1 sekunnissa.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välitilassa on seinämä, etenkin katon seinämä, joka on varustettu lämmön lähteellä, jolla — voidaan tuottaa lämpöä, jota tarvitaan esimerkiksi polttoprosessin käynnistykseen tai autotermisen pisteen alapuoliseen ajoon. o

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että > VOC-yhdisteitä sisältävän kaasun hapetuksesta vapautuva lämpö otetaan pääosin talteen 5 25 — toisen katalysaattorivyöhykkeen lämmönsiirtimillä. z

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että N VOC-pitoinen kaasu johdetaan tulovyöhykkeeseen puhaltimella, etenkin puhaltimella, 3 jonka eteen on järjestetty partikkelisuodatin. 2 30

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poistokaasun VOC-pitoisuus on pienempi kuin noin 5 mg/nm”.

13. Laitteisto VOC-pitoisten kaasujen puhdistamiseksi, joka laitteisto käsittää — ainakin kaksi kammiota, jotka sisältävät katalysaattorin, joka on järjestetty hapettamaan VOC-yhdisteitä kammioon syötettävästä kaasusta, jotka kammiot sisältävät käsiteltävän kaasun syöttöyhteen ja käsitellyn kaasun poistoyhteen, — jolloin kammiot on yhdistetty toisiinsa yhdessä kammiossa hapetetun kaasun johtamiseksi toiseen kammioon, jolloin — kammioissa on lämmönsiirtimet VOC-yhdisteiden hapetuksessa vapautuvan lämmön talteenottamiseksi, tunnettu siitä, että — ensimmäinen ja toinen kammio on yhdistetty niitä erottavaan välitilaan, jonka ensimmäinen osa on varustettu puhdistettavan kaasun tuloputkella ja jonka toinen osa on varustettu puhdistetun kaasun poistoputkella, jolloin — puhdistettavan kaasun tuloputki on yhdistetty suuntaventtiilillä puhdistettavan kaasun syöttämiseksi haluttuun kammioon.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että puhdistetun kaasun poistoputki on yhdistetty suuntaventtiilillä käsitellyn kaasun poistoyhteeseen.

15 Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että suunta- venttiilin toimielimenä on paineilmasylinteri, kuten kaksitoiminen paineilmasylinteri, tai askelmoottori, etenkin sähkömekaaninen askelmoottori, jolloin sanottu toimielin on o sopivimmin laitteiston sisälle sovitettu.

& 5 25 16. Jonkin patenttivaatimuksen 12-14 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että — katalysaattorikammioiden lämmönsiirtimet ovat regeneratiivisia.

Tr a N 17. Jonkin patenttivaatimuksen 12-15 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 3 välitilassa on seinämä, etenkin katon seinämä, joka on varustettu lämmön lähteellä, jolla > 30 — voidaan tuottaa lämpöä, jota tarvitaan esimerkiksi polttoprosessin käynnistykseen tai autotermisen pisteen alapuoliseen ajoon.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 12-16 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sen sellaisen laitteiston kokonaistilavuus, jonka kapasiteetti on suurempi kuin 20.000 nm’/h, on pienempi kuin 15 m”.

o

O

N

S

I a a

K

O

LO

O

N