NO865002L - Fremgangsmaate og innretning for katalyttisk rensing av gasser med lav forurensningskonsentrasjon. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for katalyttisk rensing av gasser, spesielt idustrielle gasser, fortrinnsvis gasser hvori konsentrasjonen av uønsket forurensning er relativt lav, og en innrenting for anvendelse av fremgangsmåten.

Prosesser for katalyttisk gassrensing finner sted i temperaturområdet 200-400 °C. Derfor krever alle kjente fremgangsmåter for katalyttisk gassrensing at gassene som skal renses oppvarmes til slike temperaturer. For å redusere energiforbruket er anlegg for katalyttisk gassrensing utstyrt med varme-regenereringsinnretninger, som gjenvinner en del av varmen. Ikke desto mindre er det gjennomsnittlige energiforbruket i disse prosessene ca. 50 kcal pr. m^ renset gass.

Ifølge nye prosess-løsninger, f.eks. ifølge polsk patent nr. 126861, kan gasser renses ved anvendelse en reversert fremgangsmåte. I denne prosessen reverseres retningen av gasstrømning gjennom reaktoren i cykler, katalysatorsjiktet er plassert mellom to lag av keramisk fyll— materiale og varmen som er nødvendig for oppvarming av katalysatoren tilføres til den sentralen delen av katalysatorsjiktet. Varmeforbruket ved denne fremgangsmåten er redusert til gjennomsnittlig 5-10 kcal/m^, og dette er et betydelig fremskritt sammenlignet med de tidligere fremgangsmåtene. I visse tilfeller er selv så lavt energiforbruk for høyt og kostbart, f.eks. ved rensing av store volumer gasser med en lav konsentrasjon av forurensninger. Et eksempel er splitting av produktlagrings-kammerne for etylen innen jordbruk, splittingsgasser fra oppløsnings-middelrester i lakkammere og luktfjernelse fra luft i industrielle anleggshaller.

Innføring av varmeelementet direkte i det katalyttiske sjiktet er kjent f.eks. fra polsk patent nr. 123101. Imidlertid har det i praksis vist seg at ved kontakt mellom platina eller oksydkatalysatoren og den varme overflaten av varmeelementene dannes lokale celler som forårsaker utbrenning av varmerne. Dette fenomenet har praktisk talt utelukket konstruksjonen av katalyttiske kammere med varmere anbragt direkte i katalysatorsjiktet.

Det er uventet funnet at fenomenet med lokale celler kan unngås ved hjelp av fremgangsmåten og innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse tillater rensing av gasser ved enda lavere energiforbruk enn i fremgangsmåtene beskrevt ovenfor. Fremgangsmåten er en ytterligere rasjonalisering av den reverserte fremgangmsåten. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for katalyttisk rensing av gasser med lavt forurensningsinnhold ved hjelp av katalyttisk nedbrytning av forurensningen på et katalystorsjikt anbragt mellom to lag av keramsik fyllmateriale, og cyklisk reversering av strømnings-retingen av gass at gassen, som er forurenset med forbindelser som kan omvandles katalyttisk føres gjennom katalysatorsjiktet og oppvarmes til reaksjonsinnledningstemperaturen ved hjelp av elektriske varmeelementer neddykket i det granulære katalysatorsjiktet, benyttet i gassetterbrenningsprosesser. Den ytre overflaten av varmeelementene er på forhånd belagt med et keramisk lag, speseilt av silisiumoksyder, fortrinnsvis ved å behandle overflaten med vandig oppløsning av kalium-eller natriumsilikat. Overflaten tørkes deretter, varmebehandles ved en temperatur på 400-500 °C, bråkjøles og/eller det dnanede keramiske laget behandles med en vandig oppløsning av klorplatinasyre, spesielt ved en konsentrasjon på 0,1%.

Når et slikt keramisk lag i tillegg impregneres med et katalyttisk aktivt stoff finner innledningen av reaksjonen med fullstendig oksydasjon av organiske forbindelser sted raskere og trenger midnre energi. Det er også meget viktig at temperaturen på overflaten av varmeelementet ikke er for høy, etter som dette kunne ødelegge det keramiske laget eller det katalyttiske stoffet kunne spres på overflaten av varmeren. Det er fastslått av ingen slik fare eksisterer dersom varmen som utstråles fra den ytre overflaten av den elektriske varmeren ikke overskrider 2 W/time cm^. Innretningen ifølge oppfinnelsen er vist på tegningen. Den innbefatter en metallsylinder (1) oppdelt med perforert metall (2), (3), (4) og (5). Disse delingene utgjør lukning av spesielle kammere. Delinger (2) og (3) og (4) og (5) lukker av kammeret med keramisk fylmateriale. Det katalyttiske kammeret innbefatter et typisk elektrisk varmeelement (6) bestående av en elektrisk spiral og et metallag som danner en beskyttende mantel. Yttersiden av den ytre overflaten av dette varmeelementet er belagt med laget av et keramisk materiale. Dette laget består av kalium- eller natriumsilikat dannet på den ytre overflaten med vandig oppløsning av kalium- eller natriumsilikat. Det dannede laget impregneres deretter med en vandig oppløsning av klorplatinasyre, tørkes og varmebehandles. Bortsett fra varmeelementet med et aktivt belegg innbefatter det katalysttiske kammeret også en typsik platinakatalysator som benyttes i gassetterbrenningsprosesser. For-bindelsesrørene (7), (8) og (9) tjener til å fylle inn og ta ut keramisk fylstoff og katalysator. Vifter (10) og (ll)pumper luft inn i innretningen alternerende i cykler av reversert retning. Innretningen er omgitt med et lag av varmeisolering.

Eksempel I.

Fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen er undersøkt i praksis. Diameteren av sylinderen (1) var 200 mm. Høyde av kammeret med det keramiske fyllmaterialet var 200 mm og høyden av katalysatorkammeret 80 mm. Katalysatoren som ble benyttet var typisk sfæriske partikler av platinakatalysator med diameter 6-7 mm. Viftene pumpet 30 nvfyt etylen-forurenset luft, hvert 2,5 minutt alternerende i motsatte retninger. Konsentrasjonen av luftforurensningen var 0,001%. Et elektrisk varmeelement, vundet til en spiral med diameter 160 mm ble plassert i det katalyttiske kammeret. Lengden av elementet var 520 mm, ytterdiameteren 8 mm. Den ytre mantelen for varmeelementet var fremstilt av varmeresistent stål. Energiforbruket for varmeren ble kontrollert ved å variere den påtrykte elektriske spenningen. Termo-elementer målte temepraturen av gassen på ytterlagene av katalyssator-sjiktet. Det ble registrert under forsøket at når energiforbruket for varmeren var 230 W var temperaturen i katalysatorsjiktet i de fjernest-liggende delene i området 230-240 °C, og omfanget av etylen-omvandlingen på katalysatorsjiktet var 98,5%. Ved lavere temperaturer var omvandlingen som følger:

Det er observert at når omvandlingsenheten anvendes i 365 timer ved en temperatur på 230 - 240"C brennes den elektriske spiralen.

Eksempel II.

Eksempel I ble gjentatt med ett unntak: Mantelen på varmeelementet var dekket med et keramisk lag på yttersiden. Laget var oppnådd ved å neddykke varmeelementet i en 1,0% oppløsning av natriumsilikat, og deretter gjennomføre tørking ved 50 - 100"C og varmebehandling ved 400 - 500 "C. Utførelsen av forsøket var som i eksempel I, men varmeelementet var ikke brent selv etter 100 timers drift.

Eksempel III.

Eksempel II ble gjetatt med det unntak at varmeelementet dekket med keramisk lag i tillegg ble impregnert med 0,1% vandig oppløsning av klorplatinasyre, tørket og varmebehandlet ved 450 - 550 °C. Prosessen ved forsøket var som følger: Ved et energiforbruk på 230 W var temepraturen av katalysatorsjiktet i området 230 - 240"C. Ved be-tingelser tilsvarende betingelsene i eksempel I var omfanget av etylen-omvandling ved temperatur 230 - 240 °C 99,0%. Ved lavere temepraturer var omfanget av etylen-omvandling som følger:

Når temperaturen av katalysatorsjiktet nådde 180 - 200 °C var energiforbruket 125 W. Forsøket ble fortsatt ved et energiforbruk på 165 W-temepraturen av katalysatorsjiktet oscilerte da mellom 180 og 200 °C. I løpet av 1000 driftstimer varierte omfanget av etylen-omvandlingen mellom 95 og 97,5%. Ingen utbrenning av varmeren ble registrert. Ekesmpelet ovenfor viser at belegging av den ytre mantelen av varmeelementet med tynt keramisk lag forhindrer at det dannes lokale celler som ødelegger varmeren dersom varmeren plasseres i et platinakata-lysatorsjikt. En tilsvarende virkning ble oppnådd når en kobber-sink-katalysator ble benyttet. Ytterligere påføring av et katalyttisk aktivt lag reduserer i vesentlig grad energiforbruket som er påkrevet for kata- lysttisk omvandling av gjenværende etylen, samtidig som varmerens resistens mot dannelse av nedbrytende celler opprettholdes. Tilsvarende virkninger ble observert når silisiumlaget ble erstattet med et aluminium-oksydlag.

Eksempel IV.

Tilsvarende effekter som de beskrevet ovenfor ble oppnådd når luften som skulle renses var forurenset med aceton istedenfor etylen. Nårluften var forurenset med xylen, i en konsentrasjon på 0,3 g/m^, var virk-ningene oppnådd ved betingelsene ifølge eksempel I (varmeren ikke impregnert) som følger:

Varmeren var utbrent etter en driftstid på 275 timer. Ved betingelsene ifølge eksempel III, dvs. når den elektriske varmeren var dekket med et keramisk lag og impregnert med en 0,1% oppløsning av klorplatinasyre, var xylenomvandlingen som følger:

Det fremgår fra de omtalte forsøkene at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tillater rensing av gasser ved et svært lavt energiforbruk på 3-4 W pr. m^ renset gass, dvs. 2,6 til 3,5 kcal/m^, dvs. at energiforbrukt er meget lavere enn ved andre fremgangsmåter.

Fremgangsmåten for etterbrenning av gasser ifølge oppfinnelsen og innretningen for gjennomføring av fremgangsmåten er spesielt nyttig for stripping av etylen fra fruktlagringskammere og luktfjerning fra industrielle anleggshaller.

Claims (3)

1. Fremgangmsåte for katalyttisk rensing av gasser med lav forurensnings - konsentrsjon ved katalyttisk nedbrytning av forurensningen på et katalysatorsjikt, anbragt mellom to lag av keramisk fyllmateriale, med alternerende cykliske endringer av strømningsretningen for gassen, karakterisert ved at gassen med forurensninger som kan omvandles katalyttisk føres gjennom et katalysatorsjikt som oppvarmes til det punktet hvor reaksjonen innledes ved hjelp av elektriske varmeelementer neddykket i granulær katalysator som benyttes i etter-brenningsprosesser og hvor den ytre overflaten av nevnte varmeelementer på forhånd er belagt med et keramisk lag, spesielt av silisiumoksyder, fortrinnsvis ved impregnering av overflaten med vandig oppløsning av kalium- eller natriumsilikat, tørking og varmebehandling ved 400 - 500" C og/eller etter-bråkjøling, impregnering av det oppnådde laget med vandig oppløsning av klorplatinasyre, fortinnsvis ved en konsentrasjon på 0,1%.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at oppvarmingen kontrolleres, slik at varmen som utstråles av varmeelementet ikke overskrider 1,5 W/cm^/time, på den ytre overflaten av varmeelementet neddykket i katalysatorsjiktet.

3. Innretning for katalyttisk rensing av gasser med lav forurensnings-konsentrasjon, karakterisert ved at den er av sylindrisk form, oppdelt med perforerte skilleelementer i to kammere med keramisk fyllmateriale og ett kammer med katalysator, anbragt mellom kammerne med keramisk fyllstoff, og katalysatorkammeret inneholder et elektrisk varmeelement hvis ytre overflate er belagt med et keramisk lag, fortrinnsvis ved å impregnere overflaten med vandig oppløsning av kalium- eller natriumsilikat, tørking og varmebehandling ved 400 til 500° C og/eller etter-bråkjøling impregnering av det oppnådde keramiske laget med 0,1% vandig oppløsning av klorplatinasyre.