HU201886B

HU201886B - Process and apparatus for oxidizing gases containing component of fire and/or explosion risk

Info

Publication number: HU201886B
Application number: HU502288A
Authority: HU
Inventors: Karoly Welther; Ferenc Gersey; Istvan Rozsos; Dezsoe Kapolnai; Ferenc Pomazi; Laszlo Godo; Bela Stefko; Laszlo Borbely
Original assignee: Richter Gedeon Vegyeszet; Magyar Asvanyolaj Es Foeldgaz
Priority date: 1988-09-27
Filing date: 1988-09-27
Publication date: 1991-01-28
Also published as: FI894490A; CZ546989A3; DE3931953A1; SK546989A3; CZ284108B6; ATA215289A; SK279403B6; FI894490A0; FI95875B; FI95875C; AT392599B

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés tűzés/vagy robbanásveszélyes komponenst tartalmazó gázok oxidálására. Számos eljárásban (pl. intermedier gyártás, műbőrgyártás, lakkozás, szárítás stb.) keletkeznek olyan, nem hasznosítható gázok és/vagy gőzök, amelyek tűz- és/vagy robbanásveszélyes komponens(eke)t tartalmaznak. Sok esetben olyan, zárt térségekben kellene ezektől a gázoktól megszabadulni, amelyek maguk is tűz- és robbanásveszélyesek. Ezeknek a gázoknak az eliminálása legegyszerűbben és legolcsóbban oxidálással (elégetéssel) oldható meg, a szabványok azonban tiltják tűzveszélyes tevékenység végzését olyan helyeken, ahol az tüzet vagy robbanást okozhat („A tűzvédelemről szóló jogszabályok”, Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó, Budapest, 1983., 85-87. old.). Ismeretes, hogy egyes gázok oxidációja megfelelő katalizátorok jelenlétében a gyulladási hőfoknál alacsonyabb hőmérsékleten és az alsó éghetőségi határ alatti koncentrációtartományban is végbemegy. A HU PS 171 795 ilyen gázok katalitikus oxidálására javasol megoldást, nem ad azonban kitanítást arra nézve, hogy miképpen lehetne tűz- és robbanásveszélyes komponenst tartalmazó gázokat katalitikusán oxidálni (akár tűz- és robbanásveszélyes helyiségben is) anélkül, hogy ez a tevékenység tűzés robbanásveszélyessé válna. Ismeretesek különféle tüzelőberendezések (pl. SZIESZTA katalitikus gázkályha), ezek azonban tűz- és robbanásveszélyes helyiségekben nem alkalmazhatók, mivel az égetés nem teljesen lángmentes (ún. mikrolángok keletkeznek, amelyek robbanást vagy tüzet idézhetnek elő). Az US PS 4,038,032 hulladékgázok környezetszennyező összetevőinek szabályozott elégetésére javasol megoldást. Ennek lényege abban van, hogy fűtött zárt térbe vezetik az oxidálandó gázt és a levegőt, és a távozó gázáram hőmérsékletétől és kémiai összetételétől függően szabályozzák a fűtést, illetve a beadagolt levegő mennyiségét. Adott esetben katalizátort is alkalmaznak. Ez a megoldás nem alkalmas robbanásveszélyes komponenst tartalmazó gázok oxidálására. Megvalósításának elengedhetetlen feltétele, hogy az éghető gáz vagy gőz koncentrációja a robbanási határérték 25-30%-a alatt legyen. Mivel a fűtés szabályozásához a jeleket a kimenetről veszik, a lánghőmérsékletet nem tudják szabályozni. Ily módon a reaktorban a megengedettnél magasabb hőfok is felléphet. Ha tehát robbanóképes gázt vezetnénk a reaktorba, felrobbanhatna a készülék. A DE OS 25 04 343 exoterm katalitikus reakciók végrehajtására olyan megoldást javasol, amelynél a katalizátorréteget abba beágyazott csőkígyóban áramoltatott hűtőközeg segítségével hűtik. Ez a rendszer elvileg alkalmas lehetne robbanás veszélyes komponenst tartalmazó gázok oxidálására is, hiányossága azonban, hogy külön hűtőközeget és a reaktorba beépített bonyolult belső hőcserélőt igényel. Mind a hőcserélő, mind a hűtőközeget betápláló rendszer meghibásodása robbanás veszélyt jelent. Az üzembiztos működéshez szükséges az előírt gázösszetétel fenntartása is. A DE OS 21 66 659 nagynyomású és magas hőmérséklet reaktort ismertet exoterm katalitikus reakciók végrehajtására. Ennél a megoldásnál is biztosítani kell az előírt gázösszetételt, mert különben robbanás következhet be. A kezelendő gázt elektromos fűtőtestet tartalmazó hevítőkamrán vezetik át, mielőtt a tulajdonképpeni 2 reakcióteret képező katalizátorzónába jutna. A hevítőkamrában uralkodó hőmérsékletet azonban egyáltalán nem szabályozzák, tehát éppen ott, ahol az elektromos fűtés történik, nincs hőmérsékletellenőrzés. A katalizátorzóna hőmérsékletét viszont hideg gáz hozzávezetésével kívánják szabályozni, ami egyrészt eleve nem elég hatékony, másrészt a hűtés nem magában a katalizátorzónában, hanem az eléje kapcsolt hőcserélőn, tehát többszörösen közvetve történik.

A találmány célja a fenti ismert megoldások említett hiányosságainak kiküszöbölése.

A találmány feladata tehát olyan eljárás és berendezés létrehozása, amelyek lehetővé teszik különféle tűz- és robbanásveszélyes komponenst tartalmazó gázok veszélytelen oxidálását.

A találmány alapja az a felismerés, hogy ha az elektromos fűtőtestet a tulajdonképpeni reaktort képező katalizátorzónától függetlenül, különálló hevítőkamrában helyezzük el, és a hevítőkamrát is megtöltjük szemcsés katalizátorral, továbbá mind a reaktorban, mind a hevítőkamrában érzékeljük a hőmérsékletet, és a megengedett maximális érték elérése esetén lekapcsoljuk az elektromos fűtést, akkor a katalitikus reakció minden esetben biztonságosan beindítható és fenntartható, de sohasem fog „megszaladni”, illetve tűzhöz vagy robbanáshoz vezetni.

Ezen felismerés alapján az elsődleges feladat megoldása olyan eljárás tűz- és/vagy robbanásveszélyes komponenst tartalmazó gázok oxidálására, amelynek során a gázt katalizátort tartalmazó rektorba vezetjük, ahol a katalitikus oxidáció megindításához szükséges hőmérsékletre hozzuk, és amelynél a találmány értelmében a reaktorba való bevezetés előtt a gázt katalizátorra] töltött elkülönített térrészen vezetjük át, amelyben a hőmérsékletet villamos fűtés segítségével a katalitikus oxidáció megindításához szükségesnél magasabb, de a gyulladási hőmérsékletnél alacsonyabb értéken tartjuk, és a villamos fűtést mindannyiszor kikapcsoljuk, mihelyt a hőmérséklet akár a reaktorba, akár az elkülönített térrész bármely pontján egy megengedett maximális értéket elér.

A másodlagos feladat megoldása olyan berendezés tűz- és/vagy robbanásveszélyes komponenst tartalmazó gáz oxidálására, amelynek katalizátort tartalmazó reaktora van, és a reaktor gázbevezetéssel és gázelvezetéssel, valamint vezérelhető fűtőeszközzel van ellátva, szemcsés katalizátort tartalmaz, továbbá zárt hevítőkamra van eléje kapcsolva, és amelynél a találmány értelmében a fútőeszköz a hevítőkamrában van elrendezve, a hevítőkamra is katalizátort tartalmaz, és a hevítőkamrának, valamint a reaktornak hőérzékelő eszköze van, amelyek vezérlő egységen át össze vannak kötve a vezérelhető fűtőeszközzel.

Előnyös, ha a hevítőkamra villamos fűtőeszköze zárt tokozású csatlakozószekrényre van csatlakoztatva, és a csatlakozószekrény túlnyomást biztosító eszközzel, valamint nyomásérzékelő eszközzel van ellátva.

Előnyös továbbá, ha a berendezésnek olyan hőcserélője van, amelynek egyik köre a reaktor elé, másik köre a reaktor után van kapcsolva.

Előnyös az is, ha a reaktor, a hevítőkamra és adott esetben a hőcserélő is egy egységbe van foglalva. Végül előnyös, ha a berendezések legalább két hevítőkamrája van, amelyek egymással párhuzamosan vannak kapcsolva.

HU 201886 Β

A találmányt a következőkben a csatolt rajzon vázolt kiviteli példa kapcsán ismertetjük. Az ábra a példa szerinti berendezés elvi vázlata.

A bemutatott berendezésnek zárt 4 reaktora van, amely 41 gázbevezetéssel és 42 gázelvezetéssel van ellátva. A 4 reaktorban szemcsés katalizátor (pl. MPS II./12 jelű KŐPORC gyártmány) van. A 4 reaktor 42 gázelvezetése 2 hőcserélő csöveivel van gáztömören összekötve, amelyeken át 21 kéménybe távozik az oxidált gáz.

A 2 hőcserélő köpenyoldalának bemenete 1 ventillátorral van összekötve, amelybe 8 lángzáron (pl. pillanatműködésű mágnesszelepen) át lép be az oxidálandó gáz (pl. metán-levegő elegy). A köpenyoldal kimenete két, egymással párhuzamosan kacsolt 3 hevítőkamrán át a 4 reaktor 41 gázbevezetésével van gáztömören összekötve.

A 3 hevítőkamrák szintén szemcsés katalizátorral vannak feltöltve (ennek típusa célszerűen, de nem kötelezően azonos a 4 reaktorban alkalmazott katalizátoréval). A 3 hevítőkamrákhoz túlnyomás alá helyezett villamos 5 csatlakozószekrények vannak társítva. Az 5 csatlakozószekrényekre vannak kötve a 3 hevítőkamrák vezérelhető villamos 31 fűtőeszközei, amelyek a szemcsés katalizátorágyba benyúlóan vannak elrendezve. Az 5 csatlakozószekrények egyrészt nyomásszabályozó 7 szűrőn át (nem ábrázolt) sűrített levegőt vagy semleges gázt szolgáltató túlnyomást biztosító eszközzel, másrészt 61 mágnesszeleppel ellátott elvezető 6 vezetékkel vannak összekötve. A 4 reaktor és a 3 hevítőkamrák célszerűen egy közös 9 egységbe vannak foglalva a hőveszteségek csökkentése céljából. A berendezésnek 10 kezelőpultja és 20 vezérlőegysége van, amelyek össze vannak kötve egymással, valamint a 4 reaktorhoz és a 3 hevítőkamrákhoz társított 43, 44 és 32 hőérzékelő eszközökkel (pl. hőmérsékletmérő kapcsolókkal) és az 5 csatlakozószekrényekhez társított 51 nyomásérzékelő eszközökkel (pl. nyomáskapcsolókkal). Célszerű a 4 reaktor hőmérsékletét több ponton is ellenőrizni, ezért tüntettünk fel két 43, 44 hőérzékelő eszközt (adott esetben több is alkalmazható). A 10 kezelőpulton helyezkednek el a berendezés üzemeltetéséhez szükséges kapcsolószervek, hibajelzők, mérő-, szabályozó és regisztráló műszerek stb. A 10 kezelőpult a veszélyességi övezeten kívül helyezkedik el, de a kezelés szempontjából jól hozzáférhető helyen (irányító szoba, műszerterem, diszpécserhelyiség stb.). A 20 vezérlőegység az erőátviteli kapcsolókat, valamint a hő- és zárlatvédelmi elemeket elemeket tartalmazza. Ennek célszerű helye az adott üzem villamos kapcsolótere. A 10 kezelőpultot és a 20 vezérlőegységet, valamint a berendezést sokerű, az MSZ 1600/8 sz. magyar szabvány előírásait kielégítő anyagú, védettségű és keresztmetszetű kábel köti össze. Az ábrán a szaggatott vonalak a vezérlő köröket jelölik, a pont-vonal pedig a befoglalt részek egy közös egységbe foglalását jelképezi.

A bemutatott berendezésben a következőképpen valósul meg a találmány szerinti eljárás:

A tisztítandó (oxidálandó) gázt a 8 lángzáron át 1 ventillátor szívja be és nyomja a 2 hőcserélő köpenyoldalán át az egymással párhuzamosan kapcsolt 3 hevítőkamrákba. Itt a villamos 31 fűtőeszközök (amelyek be vannak ágyazva a szemcsés katalizátorba) a katalitikus oxidáció megindításához szükséges hőmérsékletre (80-550 “C, előnyösen 180-330 ’C) melegítik a hőcserélő által előmelegített gázt. A 3 hevítő kamrákból a 4 reaktorba jut a gáz, ahol befejeződik a katalitikus oxidáció. Az oxidált (tisztított) gázáram a 2 hőcserélő csövein át a 21 kéménybe távozik, miközben ellenáramban előmelegíti a tisztítandó gázáramot.

A szállítási sebességet úgy választjuk meg, hogy nagyobb legyen a legveszélyesebb (legnagyobb égési sebességű) gáz (metán) égési sebességénél (célszerűen annak 2-5-szöröse). Az 5 csatlakozószekrényeket túlnyomás alatt kell tartani, hogy a külső tűz- és robbanásveszélyes térből ne léphessen be levegő. Üzemkezdet előtt át kell öblíteni a túlnyomásos levegővel vagy semleges gázzal. Ezt úgy valósítjuk meg, hogy a bekapcsoláskor 1-6 perc közötti állítható időtartammal automatikus öblítési ciklust hajtunk végre első műveleti fázisként. A friss levegő beáramlásának egyidejűleg nyitjuk a leeresztő szelepként működő 61 szelepet. A beállított idő leteltekor a 61 szelep zár, az 5 csatlakozószekrény túlnyomás alá kerül (pl. 100 Pa), és ennek kijelzése után indítható az 1 ventillátor. Ha a túlnyomás bármely okból nem jön létre (pl. levegőkimaradás, tömítetlenség), akkor a fenti időtartam elteltével az automatika hibajelzést ad, és a berendezés nem indítható, A nyomást az 51 nyomásérzékelő eszközök ellenőrzik (ezek robbanásbiztos kivitelűek). Az 1 ventillátor indítása után kapcsoljuk be a villamos 31 fűtőeszközöket (ha az 1 ventillátor leáll, a fűtés automatikusan megszűnik). A kívánt hőmérsékletű üzemet a 32, 43 és 44 hőérzékelő eszközök által szolgáltatott jelek alapján a vezérlőegység biztosítja. Ha a berendezés bármely pontján magasabb a hőmérséklet a megengedettnél, automatikusan leáll a fűtés, vészhelyzetben pedig az egész berendezés. Az egyes hibákat és üzemzavarokat a 10 kezelőpulton fény- és nyugtázható hangjelzések jelzik.

Megfelelő eszközökkel célszerű ellenőrizni a villamos 31 fűtőeszközök épségét is.

A hőmérséklet megfutása három okból következhet be:

a) az 1 ventillátor leállása,

b) a szabályozókor meghibásodása,

c) a szennyező komponensek koncentrációjának növekedése. A fűtés főkapcsolója mindhárom esetben leold. Mivel a berendezés és ezen belül a katalizátorágy áramlási ellenállása kicsi (2000-3000 Pa), a kémény láthatja el a hasadótárcsa szerepét. Kifújás esetén ez veszély forrást nem jelent.

A találmány szerinti megoldással (a katalizátorágy anyagának önmagában ismert módon történő megfelelő megválasztása mellett) a legkülönfélébb gázok oxidálhatók, tisztíthatók (például normál-, izo-, cikloés aromás szénhidrogéneket, oxigén-, kén- és nitrogéntartalmú szénhidrogénszármazékokat, szénmonoxidot, kénhidrogént, merkaptánokat és ammónia szennyezéseket tartalmazó levegőáramok).

A robbanásveszélyes térben elhelyezett térben elhelyezett eszközöknek (pl. ventillátor) és szerelvényeknek (pl. nyomáskapcsolók, mágnesszelepek) természetesen robbanásbiztos kivitelűeknek kell lenniük. A 21 kéményt és a csővezetéket célszerű (nem ábrázolt) rezgéscsillapítóval (flexibilis csőszakasszal) 3

HU 201886 Β ellátni. A 3 hevítőkamrákat, a 4 reaktort és a 2 hőcserélőt célszerű a technológiai sorrendnek megfelelően hegesztett kötésekkel egy blokkba összefogni és megfelelő állványzatra helyezni. A tisztítandó gázáramban levő szennyező komponensek oxidációja a katalizátor felületén mindenkor a gyulladási hőmérsékletnél alacsonyabb hőfokon megy végbe.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás tűz- és/vagy robbanáveszélyes komponenst tartalmazó gázok oxidálására, amelynek során a gázt katalizátort tartalmazó reaktorba vezetjük, ahol a katalitikus oxidáció megindításához szükséges hőmérsékletre hozzuk, azzal jellemezve, hogy a reaktorba való bevezetés előtt a gázt katalizátorral töltött elkülönített térrészen vezetjük át, amelyben a hőmérsékletet villamos fűtés segítségével a katalitikus oxidáció megindításához szükségesnél magasabb, de a gyulladási hőmérsékletnél alacsonyabb értéken tartjuk, és a villamos fűtést mindannyiszor kikapcsoljuk, mihelyt a hőmérséklet akár a reaktor, akár az elkülönített térrész bármely pontján egy megengedett maximális értéket elér.
2. Berendezés tűz- és/vagy robbanásveszélyes komponenst tartalmazó gáz oxidálására, amelynek katalizátort tartalmazó reaktora van, és a reaktor gázbevezetéssel és gázelvezetéssel, valamint vezérelhető fűtőeszközzel van ellátva, továbbá zárt hevítőkamra van eléje kapcsolva, azzal jellemezve, hogy a fűtőeszköz (31) a hevítőkamrában (3) van elrendezve, a hevítőkamra (3) is katalizátort tartalmaz, és a hevítőkamrának (3), valamint a reaktornak (4) hőérzékelő eszköze (32, 43, 44) van, amelyek vezérlőegységen (20) át össze vannak kötve a vezérelhető fűtőeszközzel (31).
3. A 2. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a hevítőkamra (3) villamos fűtőeszköze zárt tokozású csatlakozószekrényre (5) van csatlakoztatva, és a csatlakozószekrény (5) túlnyomást biztosító eszközzel, valamint nyomásérzékelő eszközzel (51) van ellátva.
4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy hőcserélője (2) van, amelynek egyik köre a reaktor (4) elé, másik köre a reaktor (4) után van kapcsolva.
5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemzeve, hogy a reaktor (4), a hevítőkamra (3) és adott esetben a hőcserélő (2) is egy egységbe van foglalva.
6. A 2-5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy legalább két hevítőkamrája (3) van, amelyek egymással párhuzamosan vannak kapcsolva.