PL156779B3 - Sposób katalitycznego spalania zwiazków, zwlaszcza organicznych PL - Google Patents

Abstract

Sposób katalitycznego spalania zwiaz- ków, zwlaszcza organicznych, w którym po- wietrze lub mieszanine gazowa zawierajace zwiazki organiczne cyrkuluje sie przez dwie warstwy katalizatora oraz dwie warstwy wypel- nienia ceramicznego, a czesc gazów odprow a- dza sie na zewnatrz z przestrzeni utworzonej pomiedzy dw om a warstwam i katalizatora po- przez trzecia warstwe katalizatora, wedlug patentu nr 154 893, znamienny tym, ze czesc gazów odprowadza sie na zewnatrz przez dodat- kowa trzecia warstwe katalizatora (8) o zmniej- szonej zawartosci metalu szlachetnego lub warstwe katalizatora tlenkowego o zmniejszo- nej ak tywnosci w stosunku do katalizatora w warstwach (5 i 6). (61) P atent dodatkow y do patentu: 154893 24.03.1988 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób katalitycznego spalania substancji organicznych, gazów lub par stanowiących zanieczyszczenie powietrza według patentu głównego nr 154 893.

Spośród metod oczyszczania przemysłowych gazów odlotowych od zanieczyszczeń, zwłaszcza organicznych, metody katalitycznego utleniania zyskują coraz to większe znaczenie.

Przez wiele lat reakcje katalitycznego dopalania substancji organicznych zawartych w powietrzu, chociaż znane i dobrze rozpracowane teoretycznie, nie były wprowadzone do praktyki przemysłowej ze względu na barierę ekonomiczną.

Dopiero sposób znany z polskiego opisu patentowego nr 126 861, wprowadzony do praktyki pod nazwą procesu Swingtherm, pozwolił na przezwyciężenie bariery ekonomicznej i umożliwił wprowadzenie procesu katalitycznego dopalania zanieczyszczeń organicznych nawet dla bardzo dużych strumieni gazów.

Istota procesu Swingtherm zasadza się na jednoczesnym zastosowaniu w sposobie katalitycznego utleniania trzech elementów:

- umieszczenie warstwy katalizatora pomiędzy dwoma ceramicznymi regeneratorami ciepła,

- doprowadzenie ciepła nieodzownego do zainicjowania i ewentualnie podtrzymywania reakcji spalania do środkowej części złoża katalizatora,

- cyklicznej zmianie kierunku strumienia oczyszczonego powietrza przepływającego przez układ katalizator-regeneratory ciepła.

Metoda oparta na procesie Swingtherm, a także inne procesy rewersyjne są w chwili obecnej powszechnie znane i intensywnie rozwijane. Posiadają one jednak pewne ograniczenia, z których bodaj najważniejsze polega na ograniczaniu ich stosowania do stężeń zanieczyszczeń nie większych n^{iż kil}ka ^gram^ów na ¹ m^P zanieczyszczone^go ^powietrza.

Istota procesów rewersyjnych polega na wysokiej akumulacji ciepła wywiązującego się, a także zachodzących reakcji całkowitego utleniania zanieczyszczeń organicznych w warstwach wypełnienia ceramicznego, grających rolę regeneratorów ciepła, a przede wszystkim w warstwie katalizatora.

Temperaturę złoża katalizatora można w pewnym zakresie regulować poprzez wartość stałej czasowej zmiany kierunku przepływu strumienia gazów lub poprzez upust części gorących gazów ze środkowej części złoża katalizatora, jak to wskazano w polskim opisie patentowym R.P. nr 137 515,

Jednakże praktyka wykazała, że dla wysokiego stężenia zanieczyszczeń palnych, szczególnie w przypadku okresowego, istotnego wzrostu tego stężenia, powyżej wspomniane sposoby nie wystarczają i złoże katalizatora oraz elementy centralnej części reaktora katalitycznego ulegają niebezpiecznym przegrzaniom, grożącym dezaktywacją katalizatora lub nawet zanieczyszczeniem elementów reaktora.

Tą niedogodność z powodzeniem usuwa sposób przedstawiony w polskim opisie patentowym RP. nr 154 893, pt.: Sposób katalitycznego spalania związków zwłaszcza organicznych.

Według powyższego sposobu powietrze zawierające palne zanieczyszczenia organiczne jest poddawane cyrkulacji pomiędzy dwiema warstwami katalizatora i dwiema warstwami ceramicznych regeneratorów ciepła, w sposób cyklicznie naprzemienny, a jednocześnie pewna, określona część cyrkułującego powietrza jest wyprowadzana ze środkowej części układu przez trzecią warstwę katalizatora stosowanego w procesach katalitycznego oczyszczania gazów, tzw„procesach KOG.

156 779

Sposób ten pozwala na oczyszczanie powietrza od palnych zanieczyszczeń głównie organicznych występujących w nawet bardzo wysokim zakresie stężeń, rzędu kilkudziesięciu % dolnej granicy wybuchów, w sposób stabilny i bezpieczny, umożliwiając jednocześnie stabilne spalanie paliwa organicznego, celowo wprowadzanego do powietrza dla utylizacji cieplnej. Sposób według wynalazku zilustrowano przykładowym schematem urządzeń.

Powietrze zawierające palne składniki organiczne podawane jest przewodem /1/ poprzez zawór regulujący /12/ do zaworu rewersyjnego /3/, przy czym przepływ powietrza wymuszony jest wentylatorem /2/.

Zawór rewersyjny w sposób periodyczny kieruje nieoczyszczone powietrze, raz do jednej, raz do drugiej komory reaktora katalitycznego /21/. W pierwszym przypadku strumień powietrza przechodzi przez warstwę wypełnienia ceramicznego /4/ oraz warstwę katalizatora /5/ i wpływa do komory /18/. k komorze /18/ strumień rozdziela się na dwie części, z których jedna poprzez warstwę katalizatora /6/, warstwę wypełnienia ceramicznego ΠΙ, wpływa na powrót do zaworu rewersyjnego /3/, a stąd poprzez zawór regulujący lYil do wentylatora /2/, gdzie łączy się ze strumieniem powietrza, zasysanego poprzez zawór /12/. W tyra samym czasie druga część strumienia powietrza z komory /18/, poprzez trzecie złoże katalizatora /8/ oraz zawór regulujący /19/, kierowana jest na zewnątrz reaktora.

Po zmianie kierunku przepływu powietrza w zaworze rewersyjnym /3/, strumień gazu zawierający składniki palne wpływa do reaktora poprzez warstwę wypełnienia akumulującego ciepło /7/, złoże katalizatora /6/ i osiąga komorę /18/, gdzie dzieli się na dwie składowe w sposób podany uprzednio. Jedna ze składowych strumienia poprzez warstwę katalizatora /5/, warstwę wypełnienia ceramicznego /4/, dostaje się do zaworu rozrządu /3/, a stąd poprzez zawór regulujący /13/ jest zasysana na powrót do cyrkulacji; jednocześnie druga składowa strumienia opuszcza układ poprzez warstwę katalizatora /8/.

Źródło ciepła, najczęściej w postaci grzałek elektrycznych /22/, umieszczone w komorze /18/ zapewnia dogrzanie złóż katalizatora do nieodzownej temperatury inicjowania reakcji spalania, a także utrzymania tej temperatury w przypadku chwilowego spadku stężenia palnych składników zawartych w powietrzu.

Powyższy schemat może być zastosowany w szerokim zakresie stężeń palnych substancji organicz nych w powietrzu.

Pewnym niedostatkiem metody realizacji według powyżej reprezentowanego sposobu jest koszt nieodzowny dla zastosowania trzeciej, dodatkowej warstwy katalizatora.

W procesach katalitycznego dopalania gazów odlotowych stosuje się wysokoaktywne katalizatory platynowe lub palladowe na nośniku -ALjOj. Katalizatory stosowane w reaktorach typu

Swingtherm mogą zawierać relatywnie mniejszą zawartość platyny, w porównaniu z katalizatorami stosowanymi w metodach klasycznych. Przykładem jest katalizator przygotowany według sposobu opisanego w polskim opisie patentowym R.P. nr 146 901.

Nie zmienia to faktu, że katalizatory procesów katalitycznego oczyszczania gazów /KOG/ są drogie ze względu na zawartość metalu szlachetnego, a ich cena rzutuje w sposób istotny na koszt całego urządzenia.

Sposób spalania związków, zwłaszcza organicznych według patentu nr 154 893 polega według wynalazku na tym, że jako trzecią, dodatkową warstwę katalizatora /8/, stosuje się katalizator o znacznie zredukowanej zawartości platyny lub katalizator tlenkowy.

Nieoczekiwanie okazało się, że stopień konwersji zanieczyszczeń opuszczających układ przez odlot /9/ jest praktycznie tak samo wysoki, jak w przypadku zastosowania we wszystkich warstwach tego samego katalizatora, stosowanego w procesach KOG.

Nieoczekiwane, nie do przewidzenia było, że zastosowanie w trzeciej warstwie katalitycznej katalizatora o zredukowanej zawartości metalu szlachetnego, bądź katalizatora tlenkowego, nie spowoduje spadku stopnia konwersji palnych zanieczyszczeń zwłaszcza organicznych.

Sposób według wynalazku został sprawdzony w praktyce przy zastosowaniu urządzenia prototypowego, służącego do spalania zanieczyszczeń organicznych o wysokich stężeniach, zawartych w powietrzu, opisanego w patencie głównym nr 154 893.

Przykład I. /porównawczy/ W urządzeniu zwanym drewersyjnym palnikiem katalitycznym spalano t^ol^uen zawarty w ^powie^trzu w ^postaci par o stę^żeniu ¹⁵ g/rn^P. ^Przez rea^ktor przepuszczano 200 m^/godz powietrza zawierającego pary toluenu. Grzałki elektryczne o mocy 4 kW zapewniły podgrzewanie warstw katalizatora do temperatury około 260-280°C zapewniającej zainicjowanie reakcji spalania toluenu.

156 779

Wszystkie trzy warstwy katalizatora oznaczone na schemacie zawartym w patencie głównym nr 154 893 cyframi 5, 6 i 8 miały wysokość 12 cm. Zastosowano typowy katalizator reakcji oczyszczania gazów odlotowych typu Krak W-6, opisany w polskim opisie patentowym nr 146 901.

Po około 60 minutach od chwili rozpoczęcia dozowania oparów toluenu w układzie ustalił się stan stacjonarny. Temperatura gazu opuszczającego układ na wysokości warstwy katalizatora /8/ wynosiła 420°C, natomiast konwersja toluenu osiągnęła poziom 99,1%.

Przykład 2. Powtórzono przykład 1 z tym, że warstwa /6/ składała się z katalizatora o znacznie mniejszej zawartości platyny, wynoszącej 33% zawartości platyny w katalizatorze Krak-6.

Po około 6Q minutach dozowania oparów toluenu temperatura warstwy /8/ osiągnęła 412°C,natomiast konwersja toluenu wyniosła średnio 98,8%.

Przykład 3. Powtórzono przykład 1, z tym, że warstwa /8/ składała się z katalizatora tlenkowego typu MCA, opisanego w polskim opisie patentowym nr 57512.

Po około 60 minutach dozowania toluenu temperatura warstwy /8/ wynosiła 415°C, natomiast konwersja toluenu ustaliła się na poziomie 99,0%.

Przykład 4. Powtórzono przykład 1, z tym, że katalizator typu MCA zastosowano także w warstwach /5/ oraz /6/.

Po około 60 minutach ustalił się stan stacjonarny i temperatura mierzona w warstwie kata lizatora /8/ wynosiła 417°C. Średnia konwersja toluenu wynosiła 98,9%.

Przykład 5. Powtórzono przykład 2, z tym, że zamiast oparów toluenu stosowano powietrze zanieczyszczone mieszan:in^ą opamw me^tanolu o s^tężeniu ^{15 g}/m^P oraz dwumetyloforami^du o stę^żeniu ⁵ g/m\

Po około 60 minutach ustalił się stan stacjonarny i temperatura mierzona w warstwie kata lizatora /8/ wyniosła około 325°C. Średnia konwersja metanolu wyniosła 99,1%, zaś DMF - 99,2% W produktach reakcji nie stwierdzono śladów tlenków azotu.

Sposób według wynalazku można zastosować z powodzeniem do spalania zanieczyszczeń organicz nych o relatywnie wysokim stężeniu, zawartych w powietrzu, uzyskując poziom konwersji porówny walny z otrzymanym według sposobu przedstawionego w patencie głównym nr 154 893, bez śladów tworzenia się niepożądanych tlenków azotu.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 5000 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenia patentowe

   Sposób katalitycznego spalania związków, zwłaszcza organicznych, w którym powietrze lub mieszaninę gazową zawierające związki organiczne cyrkuluje się przez dwie warstwy katalizatora oraz dwie warstwy wypełnienia ceramicznego, a część gazów odprowadza się na zewnątrz z przestrzeni utworzonej pomiędzy dwoma warstwami katalizatora poprzez trzecią warstwę katalizatora, według patentu nr 154 893, znamienny tym, że część gazów odprowadza się na zewnątrz przez dodatkową trzecią warstwę katalizatora /8/ o zmniejszonej zawartości me talu szlachetnego lub warstwę katalizatora tlenkowego o zmniejszonej aktywności w stosunku do katalizatora w warstwach /5 i 6/.

   * * *