FI93272B - Menetelmä orgaanisten yhdisteiden polttamiseksi katalyyttisesti ja katalyyttinen poltin - Google Patents

Description

93272

Menetelmä orgaanisten yhdisteiden polttamiseksi katalyyt-tisesti ja katalyyttinen poltin

Keksintö koskee menetelmää yhdisteiden, erityisesti 5 orgaanisten yhdisteiden, polttamiseksi katalyyttisesti, jolloin yhdisteet ovat kaasujen tai höyryjen muodossa sekoitettuina ilman tai muiden happea sisältävien kaasujen kanssa. Keksintö koskee myös katalyyttista poltinta.

Ympäristönsuojelu ja modernin maailman tehontarpeet 10 vaativat sellaisia palamisprosesseja, joissa palamistuot-teet eivät saastuta luonnollista ympäristöä ja joissa samanaikaisesti on palamisprosessin tehokkuus suuri.

Erityisen tärkeää on, etteivät palamiskaasut sisällä typen oksideja, jotka aiheuttavat niin sanottua happo-15 sadetuhoa luonnolle.

Palamisprosessit ovat aina olleet vaikeita säädellä ja ne ovat pysyneet sellaisina tähän päivään asti.

Vaikeudet polttoaineiden polttamisessa johtavat tarpeeseen säädellä ilma/polttoaine-suhdetta. Täydelliset 20 palamisprosessit tapahtuvat vain tietyllä, määrätyllä, molempien edellä mainitun komponentin suhteella.

Polttoaineiden liekkipoltossa palamiskaasut sisältävät aina typen oksideja, joilla on haitallinen vaikutus sekä ihmiseen että luontoon kuten myös materiaaliseen ym-,r 25 päristöön.

Merkittävä edistys hapetusprosessien kehityksessä on ollut heterogeenisen katalyysin käyttö. Polttoaineen hapetusprosessit katalysaattorien pinnalla etenevät laajalla rintamalla eivätkä tuota typen oksideja.

30 Orgaanisten yhdisteiden katalyyttisiä hapetuspro- sesseja on menestyksellisesti käytetty jätekaasujen puh-’ distuksessa ei-toivotuista epäpuhtauksista.

Tyypillisissä orgaanisten yhdisteiden katalyyttisissä hapetusprosesseissa kuumennetaan ilma yhdessä orgaa-35 nisen aineksen kanssa orgaanisen aineksen palamisen alku- 2 93272 lämpötilaan ja syötetään käytetylle katalysaattoripat-jalle.

Katalysaattoripatjassa orgaaniset aineet hapettu vat. Tämä aiheuttaa lämpötilan nousun. Ilma yhdessä pala-5 mistuotteiden kanssa poistuu katalysaattoripatjasta, jolloin niiden lämpötila on korkeampi kuin syötössä.

Menetelmiä kaasujen katalyyttiseen jälkipolttoon käytetään tavallisesti kaasujen puhdistamiseen epäpuhtauksista, joiden konsentraatio ilmassa on tavallisesti pieni.

10 Menetelmän taloudellisuuden parantamiseksi käytetään tavallisesti diafragmalämmönvaihtimia, jotka mahdollistavat, että noin 50 % kuumien palamiskaasujen lämmöstä voidaan käyttää reaktoriin syötetyn ilman kuumentamiseen.

Edellä mainitun kaavion mukaisia, katalyyttisen 15 kaasunpuhdistuksen menetelmiä ja laitteita koskeva perus-ja patenttikirjallisuus on hyvin runsas ja sen vuoksi ei tässä esitetä julkaisuja yksityiskohtaisesti.

Merkittävä edistys katalyyttisen kaasunpuhdistuksen alalla ovat käänteiset prosessit, joissa katalysaattori-20 patjan kautta virtaavan ilmavirran suuntaa vaihdetaan kierroksittain, ja tarvittaessa sijoitetaan katalysaattoripat ja kahden keraamisen täytekerroksen väliin ja siirretään lämpöä keskiosaan, katalysaattoripatjaan. Käänteisessä menetelmässä kuumien jätekaasujen lämpö hyödynne-25 tään lämpöregenaattoreiden avulla, jotka ovat osa katalysaattoripat jaa ja keraamisia täytekerroksia.

Esimerkki käänteisestä katalyyttisestä menetelmästä, jossa kaasut johdetaan katalysaattoripatjän läpi kierroksittain suuntaa vaihdellen, on neuvostoliittolainen 30 keksintö USSR nro 865796/1981/. Keksintöä käytettiin S02:n hapettamiseen S03:ksi.

‘ Kaasuvirran kierrokset yhteen suuntaan kestävät noin kahdestatoista minuutista useaan kymmeneen minuuttiin. Menetelmä on yhtälailla epätaloudellinen, koska se 35 vaatii paljon suuremman määrän katalysaattoria.

li 3 93272

Esimerkki käänteisestä menetelmästä orgaanisten epäpuhtauksien jälkipolttamiseksi kaasuista on yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa nro 2 946 651/1960/. Keksinnön mukaan katalysaattoripatja pannaan kahden keraarni-5 sen täytekerroksen väliin.

Alussa katalysaattoripatja kuumennetaan kuumien palamiskaasujen avulla ja yhdisteillä saastuneen ilman, jota katalyyttiseesti puhdistetaan, annetaan sitten virrata sen läpi. Prosessi etenee autotermisesti, jos epäpuh-10 tauksien konsentraatio ylittää tietyn, matalan pitoisuuden. Kierrokset, joissa annetaan ilman virrata yhteen suuntaan, kestävät useita kymmeniä sekunteja.

Merkittävä edistys katalyyttisen kaasunpuhdistuksen alalla ovat käänteiset menetelmät, joissa kieroksittain 15 vaihdetaan patjan läpi virtaavan ilmavirran suuntaa, ja tarvittaessa sijoitetaan.

Esimerkki toisesta käänteisestä menetelmästä, jossa katalysaattoripatja sijoitetaan kahden keraamisen täyte-kerroksen väliin ja lämpöä siirretään katalysaattoripa!jan 20 keskiosaan, on menetelmä, jota on kuvattu puolalaisessa patenttijulkaisussa nro 126 861.

Kaasunpuhdistusprosessi ei-toivotuista menetelmistä etenee siinä jatkuvana tai jaksoittaisena lämmönsiirtona katalysaattoripa!jän keskiosaan.

25 Katalysaattoripa!jän lämpötilaa, yllä mainitun kek sinnön mukaisesti, säädellään sekä reaktorin läpivirtaavan kaasun suunnan muutoksen taajuuden avulla että ulkoa kata-lysaattoripatjan keskiosaan siirretyn lämpömäärän avulla.

Käänteiset menetelmät ovat erittäin hyödyllisiä 30 puhdistettaessa kaasuja, joissa epäpuhtauksien konsentraa-tiot ovat suhteellisen pieniä. Ne etenevät autotermisesti, kun sisältyvien epäpuhtauksien konsentraatiot ovat välillä 3 1-5 g/m puhdistettavaa ilmaa.

Korkeammissa konsentraatioissa on vaara katalysaat-35 toripatjan tai laitteen osien ylikuumentumisesta. Vaikka • · 4 93272 « on olemassa menetelmiä katalysaattoripatjän keskeltä, kuten on kuvattu puolalaisessa patenttijulkaisussa nro 137515, kuitenkin käytäntö on osoittanut, että kun ilma sisältää epäpuhtauksia huomattavina konsentraatioina ja 5 ajoittain mainittu konsentraatio nousee korkeaan arvoon, niin osan kaasuista poistaminen ei ole riittävää, ja katalysaattoripat ja ylikuumenee vaarallisesti, jopa yli 1000°C:n lämpötilaan, ja lisäksi poistetut kaasut eivät ole aina täydellisesti puhdistuneita. Tämä heikentää kata-10 lysaattorin tehokkuutta.

Käänteisten menetelmien haittana on, että reaktorin läpi virtaavan kaasun suuntaa muutettaessa osa reaktorissa olevista kaasuista ei puhdistu. Kun epäpuhtauksien konsentraatio ei ole korkea, ja kaasuvirtauksen suunnan muutok-15 set eivät ole usein toistuvia, tämä ilmiö ei merkittävästi vaikuta kaasunpuhdistuksen tasoon. Mutta suuremmilla kon-sentraatioilla tämä ilmiö on epäedullinen.

Yllä mainitun haitan poistamiseksi on käytetty useita erilaisia menetelmiä. Yhdysvaltalaisessa patentti-20 julkaisussa nro 3 870 474/1975/ suositellaan käytettäväksi sellaisissa tapauksissa muun muassa useita reaktioon osallistuvia aineita, jotka liittyessään sopivalla hetkellä työhön, puhdistavat epäpuhtauksista ne kaasutilavuudet, jotka eivät ole puhdistuneet kaasun suunnanmuutoksen ai-25 kana olleen toiminnan kuluessa. Tämä on kuitenkin kallis ehkäisymenetelmä.

Alaan perehtyneet tuntevat katalyyttisiä reaktoreita, joita käytetään katalyyttisissä kaasunpuhdistusme-netelmissä. Uusi sukupolvi tämän tyyppisiä laitteita pe-30 rustuu katalyyttisen kaasunpuhdistusmenetelmän käyttöön, jota on kuvattu puolalaisessa patenttijulkaisussa nro 126 861. Mainitun menetelmän mukaisesti katalyyttinen kaa-sunpuhdistusprosessi tehdään käänteisen menetelmän avulla; hapetusprosessin katalysaattori sijoitetaan kahden lämpöä 35 keräävän täytekerroksen väliin, jollkoin katalysaattorin • 5 93272 tarvitsema ja jälkipalamisprosessia auttava lämpö tuodaan katalysaattoripatjan keskiosaan.

Puolalaisen patenttijulkaisun nro 129 862 mukainen laite koostuu kahdesta, identtisestä, sylinterimäisestä 5 reaktorista, joissa kussakin on kaksi kammiota, ensimmäinen on katalyyttikammio, jossa on kaksi samankeskistä, sylinterimäistä, lävistettyä verkkoa, jotka on suljettu alta pohjalla ja jotka muodostavat katalysaattoripatjan sisältävän korin, sekä toinen, alempi reaktori, on tal-10 teenottokammio, jossa on keraaminen täytekerros.

Molemmat reaktorit on yhdistetty toisiinsa alakautta kollektorin avulla, joka syöttää epäpuhdasta kaasua syklisellä, käänteisellä tavalla, välillä toiseen ja välillä toiseen reaktoriin. Samanaikaisesti puhdistettua 15 ilmaa poistetaan vastakkaisesta reaktorista. Kaasuvirtausta muutetaan säätöventtiilien, joilla on säädettävä käyttöaika, avulla.

Reaktorit yhdistetään toisiinsa ylhäältä yleiskol-lektorin avulla, joka on varustettu lyhyellä savupiipulla, 20 jolla syötetään kuumia palamiskaasuja, joita tarvitaan katalysaattorin kuumentamiseksi epäpuhtauksien jälkipolt-toreaktion aloituslämpötilaan. Vaihtoehtoisesti, kuumien palamiskaasujen sijasta, katalysaattorikerros voidaan kuumentaa sähköisten lämmityselementtien avulla, jotka tuo-25 daan katalysaattorikorin tyhjään keskiosaan, jota kutsu- • · taan kuumennuskammioksi.

Puolalaisen patenttijulkaisun nro 129 863 mukaan katalyyttinen kaasunpuhdistusprosessi suoritetaan käänteisessä, sylinterimäisen kappaleen muotoisessa reaktorissa, 30 jonka sisälle on keskeisesti asennettu kolme, lävistettyä, sylinteriä, joilla on erilaiset halkaisijat.

Kahden ulkoisen sylinterin väliin muodostuvassa tilassa on sopiva katalysaattoripatja. Rengas lävistettyä metalliarkkia, joka on kiinnitetty lävistettyjen sylinte-35 rien keskelle, jakaa reaktorin kahteen kammioon, joka mai- 6 93272 nittu jako ei saavuta tarkasti sisäistä lävistettyä rengasta. Sisärenkaan rajoittama tila on lämmityskammio, jonka sisälle on sijoitettu sähkölämmittimet.

Epäpuhtaat kaasut suunnataan säädettävien kääntö-5 venttiilien avulla - joko laitteiston yläosaan, johtaen ne sitten keraamista täytettä sisältävän yläkammion läpi ylempään katalysaattorikammioon, lämmityskammioon, alempaan katalysaattorikammioon, alempaan keraamisen täytteen sisältävään kammioon, ja ne poistuvat reaktorista sen 10 alemmassa osassa - tai laitteiston alempaan osaan, johtaen sen tiettyjen osien läpi päinvastaisessa suunnassa kuin aiemmin.

Toista, yksinkertaistda suunnitelmaa on kuvattu puolalaisessa patenttijulkaisussa nro 143 752. Laitteisto 15 jätekaasujen katalyyttistä puhdistusta varten valmistetaan siinä yhden, yhtenäisen reaktorin muodossa, jossa on sy-linterimäinen vaippa, joka kuitenkin toimii kahtena reaktorina.

Laitteen sisäosa pohjasta lähtien on jaettu pysty-20 suoran jaotuksen avulla, joka rajoittuu tiukasti sisäseiniin, mutta ei kuitenkaan ulotu reaktorin yläpäällykseen, kahteen erilliseen samanlaiseen osastoon, jotka on yhdistetty yläosastaan yhteisen lämmityskammion avulla.

Sarja symmetrisiä, vaakasuoraan asetettuja lävis-25 tettyjä arkkeja jakaa molemmat osastot erityisiksi kam- • · mioiksi. Kahden alemman lävistetyn osan välissä on keraaminen täytekerros, ja sen yläpuolella on katalysaattori -kerros, jota rajoittaa seuraava lävistetty arkki.

Sylinterin yläosa on suljettu kannella, joka on va-30 rustettu lyhyellä savupiipulla kuumien kaasujen poistamiseksi. Reaktorin alemmassa osassa, alimman, lävistetyn jakajan tason alapuolella, on sisääntulo-ulostulo-savu-piippuja - yksi kussakin, kummallakin puolella pystysuoraa jakoa - epäpuhtaiden kaasujen syöttämiseksi tuulettimen 35 työntämänä säätöventtiilin läpi. Yhden savupiipun kautta .· # « 7 93272 kaasut tulevat vastaavan reaktorin puolikkaan alempaan osaan, menevät alemman, lävistetyn osan, keraamisen täyte-kerroksen, keskimmäisen lävistetyn jakajan, katalysaatto-rikerroksen, ylemmän lävistetyn jakajan, lämmityskammion 5 läpi ja tulevat ylhäältä toiseen, symmetriseen reaktorin puolikkaaseen, menevät määrättyjen kerrosten läpi käänteisessä suunnassa ja puhdistuneina ne poistuvat reaktorista toisen savupiipun kautta.

Tietyn ajanjakson kuluessa, jonka pituus riippuu 10 muun muassa epäpuhtauksien konsentraatiosta, käänteisvent-tiilit muuttavat reaktorin läpi virtaavan ilman suuntaa.

Sellainen menetelmä jätekaasujen puhdistamiseksi palavista epäpuhtauksista, tyypillinen käänteismenetelmä, on energiaa säästävä ja mahdollistaa tehokkaan epäpuhtauk-15 sien jälkipolton laajalla konsentraatiovälillä, tavallisesti 0,1-0,3 g epäpuhtauksia 1 m3:ssä ilmaa.

Epäpuhtauksien matalien konsentraatioiden alueella reaktorin lämpötila voidaan pitää vakiotasolla, ja ajoittaista lämpötilan nousua, jonka aiheuttaa äkillinen, ly-20 hytkestoinen palavien komponenttien konsentraation nousu, voidaan säädellä esim. käyttämällä kuumien kaasujen poistoa, kuten puolalaisessa patentissa nro 137 515.

Kuitenkin kun orgaanisten yhdisteiden konsentraatio jätekaasuissa merkittävästi ylittää raja-arvon, esimerkik-...25 si arvon 10 g/m3, käänteiset, katalyyttiset reaktorit toimivat epästabiilisti ja niitä on hyvin vaikea säätää. Ylikuumenemisen vaara kasvaa, mikä voi tuoda mukanaan katalysaattorin deaktivoitumisen tai jopa reaktorin sisäosien tuhoutumisen.

30 Tehontarpeet usein vaativat kaasumaisten tai nes temäisten hiilivetyjen polttamista ilmavirrassa, mutta alemmissa lämpötiloissa kuin liekkipolttimissa, typen oksidien muodostumisen estämiseksi ja lämpöhäviöiden välttämiseksi .

35 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää yhdistei den, erityisesti orgaanisten yhdisteiden polttamiseksi 8 93272 katalyyttisesti, jolloin yhdisteet ovat kaasujen tai höyryjen muodossa sekoitettuina ilman tai muiden happea sisältävien kaasujen kanssa, jossa menetelmässä mainittuja kaasuja kierrätetään kahden keraamisen täyteainekerroksen 5 läpi, jotka toimivat lämpögeneraattoreina, ja kahden kata-lysaattorikerroksen läpi, jota katalysaattoria käytetään kaasujen katalyyttisessä jälkipoltossa, ja jolloin kerrokset on järjestetty siten, että kierrätettävät kaasut tulevat ensin ensimmäiseen keraamiseen täyteainekerrokseen, 10 sitten järjestyksessä ensimmäiseen ja toiseen katalysaat-torikerrokseen ja lopuksi toiseen keraamiseen täyteaine-kerrokseen. Menetelmälle on tunnusomaista, että osa kierrätettävistä kaasuista poistetaan kahden katalysaattori-kerroksen muodostaman tilan ulkopuolelle kolmannen kataly-15 saattorikerroksen kautta, jota katalysaattoria käytetään kaasujen katalyyttisessä jälkipoltossa, jolloin kataly-saattorikerrosten lämpötila säädetään sopivaksi sähköläm-mittimien avulla.

Keksintö koskee myös katalyyttista poltinta yhdis-20 teiden, erityisesti orgaanisten yhdisteiden polttamiseksi katalyyttisesti ilmavirrassa tai muussa happea sisältässä kaasuvirrassa, joka sisältää suhteellisen suuren pitoisuuden mainittuja yhdisteitä, jolloin poltin käsittää ensimmäisen sylinterin, joka sisältää kaksi regenerointi-kata-..25 lysaattorikammiota, jolloin kumpikin kammioista sisältää keraamisen täyteainekerroksen ja katalysaattorikerroksen. Polttimelle on tunnusomaista, että se käsittää toisen sylinterin, joka sisältää kolmannen katalysaattorikerroksen ja joka on yhdistetty ensimmäiseen sylinteriin niin, että 30 mainitut kolme katalysaattorikerrosta muodostavat yhteisen tilan, ja yhteiseen tilaan sijoitetun sähkölämmittimen, jolloin ensimmäinen sylinteri on yhdistetty johtojen ja käänteisventtiilin kautta tuulettimeen ilman tai muiden happea sisältävien kaasujen sekä poltettavien yhdisteiden, 35 erityisesti orgaanisten yhdisteiden seoksen imemiseksi, ja seoksen kuljettamiseksi ensimmäiseen sylinteriin, jolloin i 9 93272 toinen sylinteri on yhdistetty poistoventtiilillä ulkotilaan.

Odottamatta on havaittu, että esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä on mahdollista suorittaa or-5 gaanisten yhdisteiden katalyyttinen poltto ilmavirrassa, reaktorin läpi virtaavan kaasuseoksen laajalla virtausvoi-makkuusvälillä, orgaanisten yhdisteiden konsentraatioiden ja reaktioseoksen lämpötilojen laajalla välillä, siten, että on mahdollista kerätä kaasumaiset tai nestemäiset 10 polttoaineet kaasuvirraksi, jotta saadaan palavia kaasuja, joilla on vaadittu lämpötila niiden mahdollista energia-hyödyntämistä varten, ilman, ettämuodostuu typen oksideja tuloksena suorasta hapen reaktiosta ilmakehän hapen kanssa.

15 Käänteisen katalyyttisen reaktorin suunnittelu ky seisen keksinnön mukaisesti mahdollistaa orgaanisten yhdisteiden stabiilin polton ilmassa, korkealla ja jopa erittäin korkealla mainittujen yhdisteiden konsentraa-tiolla.

20 Orgaanisten yhdisteiden katalyyttinen polttomene telmä, jossa palavia yhdisteitä sisältävä ilma kiertää kahden katalysaattorikerroksen ja kahden keraamisen, läm-pögeneraattoreina toimivan täytekerroksen välillä, ja kiertävien kaasujen suunta muuttuu jaksoittain päinvas-25 täiseksi, jossa menetelmässä kyseisen keksinnön mukaisesti i I < · kaasuvirta poistetaan tämän systeemin keskeltä kolmannen katalysaattorikerroksen kautta ulkopuolelle. Tämän ansiosta tulee polttoaineen stabiili hapettuminen mahdolliseksi, jopa sen erittäin korkealla konsentraatiolla, lähellä 30 alempaa räjähdysrajaa, laajalla ilman virtausvoimakkuuden välillä.

Sen johdosta, että lämmönlähde palamisprosessin aloittamiseksi sijoitetaan kolmen katalysaattorikerroksen väliseen tilaan, voidaan palamisreaktio aloittaa tai yllä-35 pitää, kun orgaanisten yhdisteiden konsentraatio jaksoittain alenee.

93272 10 Tämä menetelmä mahdollistaa sekä korkean tai ajoittain korkean konsentraation palavia yhdisteitä sisältävien jätekaasujen puhdistuksen kuten myös sen, että saavutetaan mahdollisimman stabiili koostumus kaasumaiselle polttoai-5 neelle, joka syötetään tarkoituksella ilmaan, energeettistä hyödyntämistä varten.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle katalyyttiselle polttimelle on luonteenomaista, että se on metallisylinte-rin muodossa, jonka sisällä on kaksi regeneroitavaa kata-10 lyyttistä kammiota, ja sen yläosassa sen kannen päällä on asennettuna sylinteri, jonka sisälle on sijoitettuna kolmas katalysaattoripatja, jota käytetään katalyyttisissä kaasunpuhdistusprosesseissa.

Eräs keksinnön mukaisen katalyyttisen polttimen 15 sovellutusmuoto on esitetty oheisissa kuvissa, joista kuva 1 esittää poltinta, jossa on pystysuora regeneroitava ka-talysaattorikammiosysteemi, ja kuva 2 esittää poltinta, jossa on pystysuora regeneroitava katalysaattorikammiosys-teemi.

20 Kuvassa 1 ilma sekä palavat kaasut tai höyryt syö tetään putkien 1 avulla säätöventtiilin 12 läpi ja pakotetaan tuulettimella 2 käänteisventtiiliin 3. Mainittu venttiili suuntaa ilman ja orgaanisten komponenttien seoksen metallisylinteriin 21 syklisesti vuorotteleviin suuntiin. 25 Seos suunnataan keraamisen täytekeroksen 4, katalysaatto- -tm ripatjan 5, missä reaktio tapahtuu, sekä kammion 18 läpi.

Kammiossa 18 kaasuvirta jaetaan, osa seoksesta palaa katalysaattoripatjan 6, keraamisen täytekerroksen 7 ja käänteisventtiilin 3 kautta, säätöventtiilin 13 kautta 30 tuulettimeen 2, yhdistyen puhtaaseen ilmaan. Toinen osa '. kaasuvirtaa kammiosta 18 suunnataan katalysaattoripatjan 8, säätöventtiilin 19 ja johdon 9 kautta systeemin ulkopuolelle, jossa se hyödynnetään tavanomaisissa lämmönvaih-timissa.

11 93272

Kun käänteisventtiili 3 muuttaa asentoaan, kaasu-seos kulkee reaktorin läpi päinvastaisessa suunnassa, so täytekerroksen 7, katalysaattorlpatjan 6, kammion 18 kautta, josta osa kaasuista suunnataan takaisin katalysaatto-5 rlpatjan 5 ja keraamisen täytteen 4 kautta, samalla kun toinen osa kaasusta kammiosta 18 suunnataan ulkopuolelle katalysdaattorlkerroksen 8 ja säätöventtlilln 19 kautta, jotta hyödynnetään siltä lämpö tavanomaisilla menetelmillä.

10 Kammio 18 on varustettu lämmönlähteellä, jota tar vitaan katalysaattorlpatjan kuumentamiseen aloituksen aikana tai sopivan lämpötilan ylläpitämiseksi, kun puhdistettavan kaasun lämpöarvo on liian pieni, jotta reaktio pidettäisiin autotermisellä alueella. Edullisia lämmönläh-15 teitä ovat sähkölämmittimet 22.

Edellä mainittua polttosuunnitelmaa voidaan soveltaa, kun kaasumainen seos sisältää palavia yhdisteitä, joilla on korkea lämpötila.

Tätä suunnitelmaa voidaan käyttää tarkoitukselli-20 sesti ilmavirtaan sekoitetun polttoaineen polttamiseksi, jotta saadaan kuumia polttokaasuja erilaisia energianvas-taanottimia varten.

Sellaisessa tapauksessa palavan kaasun virta annostellaan esimerkiksi sylinteristä 17, sen virtausvoimak-. 25 kuutta säädellään venttiilillä 16 ja mainittu kaasu syö- < ·. s m tetään ilmavirtaan ennen reaktoria ja/tai venttiilin 23 kautta kammioon 18 ennen katalysaattoripatjaa 8.

Polttoaineena voidaan käyttää nestemäistä polttoainetta, jota pumpataan systeemiin mittapumpulla 15 vent-30 tiilin 14 ja/tai venttiilin 20 kautta. Molemmissa tapauksissa poistuvien polttokaasujen lämpötilaa voidaan helposti säätää syötetyn polttoaineen määrän avulla aina noin 1500°C:seen asti, ilman mitään huolta siitä, että muodostuisi typen oksideja.

35 Kun patjan lämpötila laskee, sitä voidaan säätää, kuten jo aiemmin on selitetty, lämmittimen 22 avulla tai 12 93272 syötetyn polttoaineen määrän avulla; sitä voidaan myös säätää antamalla osan kaasuista tai kaiken poistua johdon 10 läpi, ja säätää tämän virran voimakkuutta venttiilillä 11 venttiilin 19 ollessa samanaikaisesti osittain tai ko-5 konaan suljettu. Tämä on erittäin hyödyllistä, kun kaasu- virta sisältää muuttuvina konsentraatioina palavia yhdisteitä ja ilmavirran voimakkuus on myös muuttuva.

Kuvassa 2 esitetty katalyyttinen poltin koostuu metallisylinteristä 24, joka on jaettu pystysuoralla jao-10 tuksella 25 kahteen symmetriseen osaan. Mainittu jaotus rajoittaa kahta, identtistä, regeneroitavaa katalysaatto-rikammiota 30 ja 31, joissa on keraamiset täytekerrokset 26 ja 27 pallojen, renkaiden, verkon tai muiden muodossa, kuten myös katalysaattorikerroksia, joita käytetään kaa-15 sujen 28 ja 29 jälkipolttoprosesseissa. Kammioiden 30 ja 31 alemmassa osassa ovat savupiiput 32 ja 33, joka yhdistää erillisiä kammioita käänteisventtiilillä 34, joka suuntaa tuulettimen 35 pakottaman kaasuvirran syklisesti regeneroitavaan kammioon 30 ja 31.

20 Reaktorin 36 kannella ovat sähkölämmittimet 37 ja sylinteri 38, jonka halkaisija on pienempi kuin sylinterin 24. Pienemmän sylinterin 38 sisällä on katalysaattoripatja 39, jota käytetään kaasunpuhdistusprosesseissa, sijoitettuna lävistetylle levylle.

, 25 Venttiili 40 säätää ulkoa tulevaa ilmavirtausta, venttiili 41 säätää regeneroitavien katalysaattorikammioi-den kautta kiertävien kaasujen virtausta, ja venttiilit 42 ja 43 säätävät katalysaattoripatjan 39 kautta kulkevan kaasuvirran virtausvoimakkuutta.

30 Savupiippu 44 mahdollistaa ilmavirran, jossa on korkea konsentraatio palavia komponentteja, tai jopa puhtaan polttoaineen suuntaamisen katalysaattoripatjan 39 alle, siinä tapauksessa, että sen lämpötila on riittävä katalyyttisen palamisprosessin tapahtumiselle.

35 Esitetty kaasuihin sisältyvien orgaanisten yhdis teiden polttamismenetelmä, riippumatta siitä, ovatko or- 13 93272 gaanlset yhdisteet epäpuhtauksia ja tulisiko ne poistaa ennen ilmakehään päästämistä tai lisätäänkö mainitut yhdisteet tarkoituksella polttoaineena ilmavirtaan energeettisistä syistä, on suuri edistys suhteessa tunnettuihin 5 polttomenetelmiin. Verrattuna liekkimenetelmään tai termiseen menetelmään, kyseisen keksinnön mukainen menetelmä mahdollistaa palamisen ilman typen yhdisteiden muodostumista oksidien muodossa.

Verrattuna tunnettuihin kaasujen katalyyttisiin 10 jälkipolttomenetelmiin, kyseisen keksinnön mukainen mene telmä mahdollistaa orgaanisten yhdisteiden stabiilin palamisen laajalla konsentraatiovälillä aina lähellä alempaa räjähdysrajaa olevia konsentraatioita, ilman että tarvitsee käyttää kalliita diafragmalämmönvaihtimia.

15 Suhteessa kaasujen katalyyttisiin jälkipolttamisen käänteisiin menetelmiin, kyseisen keksinnön mukainen menetelmä mahdollistaa jälkipolttamisprosessin suorittamisen ilman hallitsemattoman, katalysaattoripatjan ylikuumenemisen vaaraa ja eliminoi puhdistumattoman kaasunvapautumisen 20 syklisen kaasuvirtauksen suunnanmuutoksen aikana.

Kyseisen keksinnön mukaista menetelmää on testattu käytännössä useissa prototyyppilaitteissa, jotka on suunniteltu jätekaasujen, joissa on suhteellisen suurina kon-sentraatioina poltettavia aineita, jälkipolttamiseksi.

. 25 Esimerkki I

I . v · '

Laitteistossa jälkipoltettiin ilmaan, 10 g/m3, sisältyvää heksaania. Kaasumaisen seoksen lämpötila oli 150°C. Prototyyppireaktori oli sylinterin muotoinen, jonka halkaisija oli 50 cm, ja jonka keskiosaan oli hitsattu 30 suorassa kulmassa toinen sylinteri, jonka halkaisija oli myös 50 cm. Katalysdaattorikerrokset ja täytekerrokset järjestettiin sylintereihin kuvassa 1 esitetyn kuvaajan mukaisesti.

Käytetty katalysaattori oli teollinen platinakata-35 lysaattori, jota käytetään kaasujen katalyyttisessä jälki- 14 93272 poltossa. Katalysaattori oli pallonmuotoinen ja sen halkaisija oli 5 mm.

Kaikki kolme kerrosta, joita merkitään 5:llä, 6:11a ja 8:11a kuvaajassa, olivat 12 cm korkeita. Keraami-5 nen täyte, merkitty kuvaajassa 4:11a ja 7:llä, olivat keraamisia renkaita, joiden halkaisija oli 15 mm.

Reaktorin läpi johdettiin 300 cm3/h kaasumaista seosta. Kokeen alku mahdollistettiin 4 kW:n sähkölämmit-timillä 22.

10 Reaktorista johtoa 9 pitkin tulevan kaasumaisen seoksen lämpötila oli 430-460°C, heksaanin konversion ollessa yli 99 %.

Esimerkki II

Yllä kuvatun mukaisen suunnitelman prototyyppi jäl-15 kipoltti metanolia, joka sisältyi ilmaan, virtausnopeuden ollessa 40 m3/h; pumppu 15 syötti metanolia 800 ml/h venttiilin 14 läpi ja 1500 ml/h venttiilin 20 läpi.

Metanolin palamisprosessi eteni 99,9 %:iin asti. Palamiskaasujen lämpötila ulostulolla 9 oli 675°C.

20 Typen oksideja ei havaittu palamiskaasuissa.

Esimerkki III

Keksinnön mukaista katalyyttistä poltinta testattiin käytännössä ilmaan sisältyvien orgaanisten liuotinten poltolla. Ilmavirran voimakkuus oli 200 m3/h.

25 Orgaanisten liuotinten konsentraatio, pääasiassa metanolia ja asetonia, vaihteli välillä 5-25 g/m3. Laite mahdollisti orgaanisen höyryn polton yli 99 % tehokkuudella. Typen oksideja ei havaittu palamistuotteissa.

Keksinnön mukainen katalyyttinen poltin mahdollis-30 taa ilmaan sisältyvien kemiallisten yhdisteiden hapetus-reaktion niiden suhteellisen korkealla konsentraatiolla, useista grammoista useisiin kymmeniin grammoihin kohden 1 m3 ilmaa. Palamisprosessi, joka etenee polttimessa keksinnön mukaisesti, on stabiili, ilman mitään äkillisiä 35 ylikuumenemisia tai äkillisiä reaktionopeuden laskuja.

li i 15 93272

Katalyyttistä poltinta voidaan käyttää puhdistettaessa jätekaasuja, jotka sisältävät suuria konsentraa-tioita katalyyttisesti muunnettavia epäpuhtauksia. Sitä voidaan soveltaa myös erilaisten orgaanisten yhdisteiden 5 polttoon, jotka orgaaniset yhdisteet on tahallisesti sekoitettu laitteeseen syötettävään ilmavirtaan, joka laite toimii sitten katalyyttisenä polttimena tuottaen kuumia palamiskaasuj a.

Claims (6)

16 93272

1. Menetelmä yhdisteiden, erityisesti orgaanisten yhdisteiden polttamiseksi katalyyttisesti, jolloin yhdis- 5 teet ovat kaasujen tai höyryjen muodossa sekoitettuina ilman tai muiden happea sisältävien kaasujen kanssa, jossa menetelmässä mainittuja kaasuja kierrätetään kahden keraamisen täyteainekerroksen läpi, jotka toimivat lämpögene-raattoreina, ja kahden katalysaattorikerroksen läpi, jota 10 katalysaattoria käytetään kaasujen katalyyttisessä jälki-poltossa, ja jolloin kerrokset on järjestetty siten, että kierrätettävät kaasut tulevat ensin ensimmäiseen keraamiseen täyteainekerrokseen, sitten järjestyksessä ensimmäiseen ja toiseen katalysaattorikerrokseen ja lopuksi toi-15 seen keraamiseen täyteainekerrokseen, tunnettu siitä, että osa kierrätettävistä kaasuista poistetaan kahden katalysaattorikerroksen muodostaman tilan ulkopuolelle kolmannen katalysaattorikerroksen kautta, jota katalysaattoria käytetään kaasujen katalyyttisessä jälkipoltossa, 20 jolloin katalysaattorikerrosten lämpötila säädetään sopi vaksi sähkölämmittimien avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut kaasut tai höyryt, jotka ovat sekoitettuina ilman tai muiden happea sisältävien 25 kaasujen kanssa, syötetään reaktoriin tuulettimen avulla käänteisventtiilin kautta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut kaasut tai höyryt, jotka ovat sekoitettuina ilman tai muiden happea sisältä- 30 vien kaasujen kanssa, lisäksi rikastetaan palavilla komponenteilla joko sekoittamalla puhdistamattomat kaasut kaasumaisen tai nestemäisen polttoaineen kanssa tai lisäämällä mainittua polttoainetta osittain puhdistettuun kaasu-tai höyryvirtaan mainitun kolmen katalysaattorikerroksen 35 muodostamassa tilassa, jolloin polttoaineen määrää säädellään pumpuilla ja venttiileillä. 17 93272

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun epäpuhtauksien pitoisuus on liian alhainen, jotta kaikilla kataly-saattorikerroksilla voitaisiin ylläpitää lämpötilaa, jossa 5 hapetusreaktio etenee riittävällä nopeudella, silloin osa puhdistetuista kaasuista tai höyryistä poistetaan pois-tosäätöventtiilin kautta ja samanaikaisesti virtausta vähennetään ulos johtavan putken kautta toisen venttiilin avulla.

5. Katalyyttinen poltin yhdisteiden, erityisesti orgaanisten yhdisteiden polttamiseksi katalyyttisesti ilmavirrassa tai muussa happea sisältässä kaasuvirrassa, joka sisältää suhteellisen suuren pitoisuuden mainittuja yhdisteitä, jolloin poltin käsittää ensimmäisen sylinte-15 rin (21, 24), joka sisältää kaksi regenerointi-katalysaat-torikammiota (30, 31), jolloin kumpikin kammioista (30, 31) sisältää keraamisen täyteainekerroksen (4, 7, 26, 27) ja katalysaattorikerroksen (5, 6, 28, 29), tunnettu siitä, että poltin käsittää toisen sylinterin (38), joka 20 sisältää kolmannen katalysaattorikerroksen (8, 39) ja joka on yhdistetty ensimmäiseen sylinteriin (21, 24) niin, että mainitut kolme katalysaattorikerrosta (5, 6, 28, 29, 8, 39. muodostavat yhteisen tilan, ja yhteiseen tilaan sijoitetun sähkölämmittimen (22, 37), jolloin ensimmäinen sy-t : 25 linteri (21, 24) on yhdistetty johtojen (32, 33) ja kään- teisventtiilin (3, 34) kautta tuulettimeen (2, 35) ilman tai muiden happea sisältävien kaasujen sekä poltettavien yhdisteiden, erityisesti orgaanisten yhdisteiden seoksen imemiseksi, ja seoksen kuljettamiseksi ensimmäiseen sylin-30 teriin (21, 24), jolloin toinen sylinteri (38) on yhdistetty poistoventtiilillä (19, 42) ulkotilaan.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen katalyyttinen poltin, jossa ensimmäinen sylinteri (24) on järjestetty pystysuoraan ja jaettu pystysuoralla erottavalla seinällä 35 (25) kahteen samanlaiseen regenerointi-katalysaattorikam- 18 93272 mloon (30, 31), jotka kukin sisältävät keraamisen täyteai-nekerroksen (26, 27) ja katalysaattorikerroksen (28, 29), jolloin johdot (32, 33) on yhdistetty kammioiden (30, 31) alempaan osaan, tunnettu siitä, että lämpölähde 5 (37) ja toinen sylinteri (38) on sijoitettu ensimmäisen sylinterin (24) ylempään osaan katalysaattorikerrosten (28, 29) yläpuolelle, poistoventtiilit (42) ja (43) on järjestetty kontrolloimaan kolmannen katalysaattorikerroksen (39) läpi kulkevan kaasu- tai höyryvirtauksen voimak-10 kuutta, venttiili (41) on järjestetty kontrolloimaan rege-nerointi-katalysaattorikammioiden (30, 31) läpi kierrätettävien kaasujen virtausta, ja ylimääräinen sisääntuloputki (44) on järjestetty johtamaan lisäilmaa, joka sisältää suuren pitoisuuden palavia epäpuhtauksia, tai kaasumaisia 15 polttoaineita osittain puhdistettuun kaasuvirtaan, joka virtaa kolmannen katalysaattorikerroksen (39) läpi. 19 93272