Opis patentowy opublikowano: 89 05 31 146133 Int. Cl.4 B01D 53/36 Twórca wynalazku: Jerzy Wojciechowski Uprawniony z patentu: Polaka Akademia Nauk, Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni, Kraków /Polska/ REWERSYJNY REAKTOR KATALITYCZNY Przedmiotem wynlazku jest reaktor do katalicznego oczyszczania przemyslowych gazów odlo¬ towych od zanieczyszczen organicznych, na drodze przepuszczania strumienia gazu cyklicznie dwukierunkowo przez zloze katalizatora umieszczonego pomiedzy dwiema warstwami wypelnienia ceramicznego.Przemyslowe gazy odlotowe czesto zawieraja szkodliwe dla otoczenia zanieczyszczenia chemiczne, które mozna przez utlenianie lub redukcje przeksztalcic w zwiazki nieszkodliwe lub mniej szkodliwe dla otoczenia* Najprostszy sposób usuwania tych zanieczyszczen polega na ich spalaniu w temperaturze powyzej 1000°C. Zanieczyszczenia organiczne ulegaja wtedy utlenianiu do dwutlenku wegla i wody.Przy zastosowaniu odpowiednich katalizatorów proces pelnego utleniania mozna prowadzic w temperaturach 200 do 400°C, oszczedzajac duza ilosc energii cieplnej* Dalsza oszczednosc energii cieplnej mozna uzyskac prowadzac proces katalitycznego oczysz¬ czania gazów w ten sposób, ze kierunek gaza plynacego przez reaktor zmienia sie cyklicznie na odwrotny, a zloze katalizatora umieszczone jest pomiedzy dwiema warstwami wypelnienia ceramicznego* Cieplo potrzebne do podgrzania katalizatora doprowadza sie w tej metodzie do srodkowej czesci zloza katalizatora* Proces ten, chroniony patentem polskim nr 126 861 nazwany zostal procesem Swihgtherm /Przem.Chem* 1983, 62/9 str 502/, zas prowadzony jest w specjalnej konstrukcji reaktorach katalitycznych* Z opisu patentowego PRL nr 129 863 znane jest takie urzadzenie skladajace sie z cylindry¬ cznego korpusu, wewnatrz którego ceotrycznie zamontowano perforowane cylindry o róznych srednicach. W przestrzeni pierwszej - utworzonej przez dwa zewnetrzne cylindry - znajdujei 2 146133 f sie wypelnienie ceramiczne, w przestrzeni drugiej - zamknietej pomiedzy cylindrani wewne¬ trznymi - znajduje sie zloze katalizatora. Pierscien blachy stalowejf umocowany f srodku perforowanych cylindrówf dzieli komory na dolne i górne* Przestrzen ograniczona wewnetrz¬ nym cylindrem stanowi komore grzewcza, w której umieszczone sa grzalki elektryczne* Gazy kierowane sa raz do górnej czesci aparatu, przechodzac wtedy przez górna komore z wypelnieniem ceramicznym* górna komore katalityczna, komore grzewcza, dolna komore ka¬ talityczna, dolna komore z wypelnieniem ceramicznym 1 opuszczaja aparat w dolnej jego czesci* Po kilku minutach gaz podawany jest do dolnej czesci aparatu i przechodzac przez po¬ szczególne jego czesci w kierunku odwrotnym niz poprzednio opuszcza aparat przez górny króciec.Konstrukcja tego reaktora posiada wady* W praktyce okazalo sie niemozliwe calkowite napelnienie dolnej komory wypelnieniem ceramicznym, co znacznie obnizylo sprawnosc reak¬ tora.Wady tej nie posiadalo urzadzenie wedlug patentu polskiego nr 129 862* Urzadzenie to sklada sie z dwóch czlonów i kolektora laczacego te czlony* Kazdy czlon sklada sie z ko¬ sza katalitycznego, zbudowanego z dwóch perforowanych cylindrów o róznych srednicach* Cylindry nalozone sa na siebie* Ich perforowane sciany stanowia sciany komory katali¬ tycznej* Calosc umieszczona jest w cylindrze, w dolnej czesci którego znajduje sie zloze wypelnienia ceramicznego* Oba czlony reaktora polaczone sa ze soba kolektorem laczacym srodkowe ozesoi komór katalitycznych* Powyzsze rozwiazanie w praktyce okazalo sie równiez nie w pelni sprawne* Katalizator umieszczony pomiedzy dwiema cylindrycznymi scianami ulegal nadmiernej erozji mechanicz¬ nej.Podobna wade wykazywal reaktor wedlug patentu polskiego nr 134 830* Skladal sie on równiez z dwóch czlonów polaczonych ze soba kolektorem* Kazdy czlon skladal sie z 3 per¬ forowanych pionowych cylindrów i obudowy* Dwa zewnetrzne cylindry tworza komore dla wy¬ pelnienia ceramicznego, zas dwa wewnetrzne - ograniczaja komore katalityczna* Reaktory tego typu byly energetycznie bardzo sprawne, erozja mechaniczna - powodujac duze straty katalizatora - ograniczala jednakze ich stosowalnosc w praktyce* Jest ona konsekwencja cyklicznego rozszerzania i kurczenia perforowanych scian cylin¬ drycznych kosza pomiedzy którymi znajduje sie zloze katalizatora* Erozja ta powoduje re¬ latywnie szybko kruszenie sie katalizatora i jego wywiewanie z ukladu* W konsekwencji tego faktu w góimej czesci kosza katalitycznego powstaje wolna przestrzen, przez która przeplywa duza czesc gazu /w tej przestrzeni nie ma oporów przeplywu/ 1 opuszcza uklad nieoczyszczona• To niekorzystne zjawisko powoduje obnizenie sie stopnia oczyszczania gazów* Zachodzi wtedy koniecznosc uzupelnienia reaktora katalizatorem* Wiadomo, ze w procesach dopalania gazów stosuje sie kosztowne i deficytowe katalizatory platynowe, które umozliwiaja prze¬ bieg reakcji katalitycznej w mozliwie niskiej temperaturze a wiec przy niskim poborze energii* Erozja mechaniczna katalizatora stanowi wiec duza strate dla uzytkownika reak¬ tora* Niewygodna i kosztowna jest równiez operacja dopelniania katalizatorem reaktorów, gdyz wymaga to okresowego wylaczenia reaktorów z eksploatacji i schladzania ich do tem¬ peratury otoczenia.Powyzszej wady pozbawione jest konstrukcja reaktora wedlug niniejszego wynalazku.Rewersyjny reaktor katalityczny wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze wnetrze reak¬ tora sklada sie z trzech perforowanych, pionowych cylindrów o róznych srednicach, prze¬ dzielonych w polowie plyta pionowa na szesc pólcylindrów.146 133 3 Te pionowe, perforowane pólcylindry przyspawane sa bocznymi krawedziami do pionowej blachy* Tak wiec scianami ograniczajacymi komory katalityczne 1 komory z wypelnieniem ce¬ ramicznym sa wedlug wynalazku nie cylindry perforowane, ale perforowane pólcylindry oraz pionowe blachy, zamykajace komory z dwóch stron i stanowiace osnowe wzmacniajaca cala konstrukcje reaktora. Oba wewnetrzne pólcylindry tworza komore grzewcza, w której zamon¬ towane sa grzalki elektryczne.Rozwiazanie wedlug wynalazku znakomicie eliminuje niedogodnosci dotychczas znanych i stosowanych w praktyce reaktorów pierscieniowych. Termiczne rozszerzanie perforowanych scian dospawanyoh do pionowej, silnej przegrody praktycznie nie powoduje erozji kataliza¬ tora.Wydajnosc reaktora mozna zwiekszyc przez podwyzszenie wysokosci pionowych koszy, czego nie mozna bylo robic w konstrukcjach reaktorów ze scianami o przekroju pierscienia.Zwarta budowa obniza straty cieplne oraz zmniejsza zapotrzebowanie miejsca.Reaktor wedlug wynalazku uwidoczniony jest w przykladzie wykonania na zalaczonym rysun¬ ku, na którym fig. 1 przedstawia reaktor w przekroju podluznym, fig. 2 przedstawia reak¬ tor w przekroju wzdluz linii A-A, fig. 3 przedstawia reaktor wzdluz linii B-B. Podstawowa czescia konstrukcji jest plyta stalowa 1 do której przyepawane sa z jednej strony pionowe, perforowane pólcylindry 2, 3 1 4, tworzace komore z wypelnieniem ceramicznym 5 i komore katalityczna 6. Z drugiej strony plyty 1 przyepawane sa identyczne perforowane, pionowe pólcylindry 29, V 1 4* tworzace komore z wypelnieniem ceramicznym 5* i komore katalitycz¬ na 6*. Pionowe pólcylindry 4 i 49 tworza komore 7 grzewcza, w której umieszczone sa grzal¬ ki elektryczne 6, przymocowane do plyty 9, zamykajacej komore 7 od góry. Oslone zewnetrzna reaktora stanowia dwa pionowe pólcylindry 10, 10*, równiez dopasowane do plyty 1, w któ¬ rych to elementach umieszczono krócce wlotowe 1 wylotowe 11 i 1V.Góra reaktora zamknieta jest pierscieniem 12, a od dolu - plyta 13. Krócce 14 sluza do zasypywania komory wypelnieniem ceramicznym, natomiast krócoe 13 sluza do napelniania komory katalizatorem. Stosowane krócce 16 i 17 sluza do wysypywania zuzytego katalizatora 1 wypelnienia ceramicznego. Zawory 16, 19, 20 i 21 sluza do sterowania kierunku gazu przez reaktor. Zawory te sa cyklicznie zamykane lub otwierane.Jezeli zawory 18 i 20 sa otwarte, a 19 i 21 sa zamkniete, wówczas powietrze wchodzi do reaktora przez króclec 11 1 poprzez komore z wypelnieniem ceramicznym 5» komore katality¬ czna 6, komore grzewcza 7, komore katalityczna 6', komore z wypelnieniem ceramicznym 5* wychodzi z reaktora króccem 11'. Jezeli zawory 18 i 20 sa zamkniete, zas 19 i 21 sa otwar¬ te, wówczas powietrze przechodzi przez reaktor w kierunku odwrotnym.Badajac konstrukcje reaktora wedlug wynalazku stwierdzono, ze nadaje sie on w szczegól¬ nosci dla katalizatora 1 wypelnienia ceramicznego o bardzo malej srednicy, np. 2-4 mili¬ metry.Stosujac katalizator 1 wypelnienie ceramiczne o malej srednicy uzyskuje sie bardzo du¬ za sprawnosc energetyczna reaktora. Wprawdzie wzglednie male srednice wypelnien stwarzaja duzy opór przy przeplywie gazu, ale z drugiej strony konstrukcja reaktora umozliwia roz¬ wijanie powierzchni prostopadlej do kierunku przeplywu gazu 1 obnizanie oporów przeplywu gazu.W badaniach prototypu stwierdzono, ze konstrukcja jest szczególnie korzystna w odniesie¬ niu do regeneracji ciepla, jezeli stosunek szerokosci zloza wypelnienia ceramicznego do zloza katalizatora jest jak 8:1 do 4:1, przy predkosciach liniowych gaza przez zloze kata¬ lizatora od 25 do 100 cm/sek.Konstrukcja reaktora wedlug wynalazku szczególnie nadaje sie do oczyszczania gazów o niskim stezeniu zanieczyszczen np. powietrza z kabin lakierniczych, lub powietrza od etylenu w przechowalniach plodów ogrodniczych jak równiez powietrza do celów wentylacji i klimatyzacji hal fabrycznych.4 146 133 Zastrzezenia patentowa Rewersyjny reaktor katalityczny do oczyszczania gazów na drodze przepuszczania stru¬ mienia gazów cyklicznie, dwukierunkowo przez zloze katalizatora umieszczonego pomiedzy dwiema warstwami wypelnienia ceramicznego oraz przy dostarczaniu ciepla potrzebnego do podgrzania zloza katalizatora, do srodkowej czesci zloza katalizatora, znamienny tym, ze wnetrze reaktora sklada ale z trzech perforowanych, pionowych cylindrów o róz¬ nych srednicach, tworzacych komore z wypelnieniem ceramicznym, komore katalityczna 1 ko¬ more grzejna, przedzielonych w polowie plyta pionowa /1/, dzielaca komore z wypelnieniem ceramicznym na dwie komory /5/ oraz/59/ 1 komore katalityczna na dwie komory /6/ oraz /6*/t przy czym do plyty /1/ przyspawane sa dwa korpusy w ksztalcie pólcyllndrów /10/ 1 /109/t zamykajace reaktor od zewnatrz, na których umieszczone sa krócce wlotowo-wylotowe /11/ 1 /11'/9 natomiast od górnej strony reaktor zamkniety jest plyta metalowa /9/ 1 pier¬ scieniem z blachy /12/, a od dolu zamkniety jest plyta metalowa /13/9 natomiast w komorze grzejnej 111 umieszczone sa grzalki elektryczne /8/, przy czym króóce /11/ 1 /11'/ pola¬ czone sa z zaworami /18/, /19/9 /20/, 1 /21/ umozliwiajacymi przepuszczanie gazu przez reaktor w cyklicznie odwrotnych kierunkach.146 133 A—t-H -l-^-H -H- I I n o eool I FIG.1 A-A FIG.2146 133 B-B FIG.3 Fracownk Folgnfkznm UP PRL. Naklad 100 egz.Cena400 zl PL