PL165208B1

PL165208B1 - Katalityczny reaktor rewersyjny do oczyszczania gazów, zwłaszcza przemysłowych gazów odlotowych

Info

Publication number: PL165208B1
Application number: PL28734090A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Wojciechowski
Original assignee: Lab Katalizy Stosowanej Swingt
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1994-11-30
Also published as: PL287340A1

Abstract

Katalityczny reaktor rewersyjny do oczyszczania gazów, zwłaszcza przemysłowych gazów odlotowych na drodze przepuszczania gazów w cyklicznie zmiennych kierunkach przez warstwy katalizatorów umieszczonych pomiędzy warstwami wypełnienia ceramicznego, znamienny tym, że składa się z dwóch korpusów (1, 2) o kształcie najkorzystniej m cylindrycznym, połączonych ze sobą w górnej części przewodem (3), a wewnątrz tych korpu- €0 sów osadzone są na płycie (4) współśrodkowe, O perforowane cylindry (5,6 i 7) o różnych średnicach, nakładane na siebie, przy czym w prze- ¢0 strzeni między ściankami cylindrów (5 i 6) usyV· pany jest katalizator, a między ściankami j cylindrów (6 i 7) usypane jest wypełnienie ceramiczne.

Description

Przedmiotem wynalazku jest katalityczny reaktor rewersyjny do dopalania gazów, zwłaszcza przemysłowych gazów odlotowych, w którym strumień zanieczyszczonego gazu przepuszcza się przez złoże katalizatora, zmieniając cyklicznie kierunek gazu.

Przemysłowe gazy odlotowe zawierają szkodliwe dla otoczenia związki organiczne, jak np.: rozpuszczalniki, węglowodory, związki siarki, aminy itp.

Zanieczyszczenia te można usunąć przepuszczając gaz przez urządzenie do katalitycznego dopalania gazów. Aby urządzenia te mogły sprawnie działać, mieszanina gazowa wprowadzona do reaktora katalitycznego winna być podgrzana powyżej temperatury inicjowania reakcji utleniania zanieczyszczeń. Temperatura ta w zależności od stosowanych katalizatorów i rodzaju zanieczyszczeń leży w zakresie od 180° do 400°C. Z tego powodu urządzenia do katalitycznego oczyszczania gazów są bardzo energochłonne w eksploatacji. W celu zmniejszenia energochłonności procesu stosuje się dodatkowe wymienniki ciepła dla częściowej rekuperacji ciepła, a niekiedy dodatkowo urządzenia do utylizacji gorących gazów poreakcyjnych jak np. kotły do produkcji pary lub podgrzewacze wody. W większości więc stosowanych urządzeń gazy przed wprowadzeniem do reaktora podgrzewa się o 100 do 300°C przy czym o stopniu podgrzewania decyduje temperatura gazów odlotowych, wielkość i sprawność użytych wymienników ciepła oraz stężenie zanieczyszczeń ulegających katalitycznej przemianie.

Z polskiego opisu patentowego nr 105 996 znane jest urządzenie do katalitycznego oczyszczania gazów odlotowych metodą dwustopniową, składające się z dwóch komór, do umieszczania dwóch różnych katalizatorów, zamkniętych we wspólnej obudowie, najkorzystniej cylindrycznej, zaopatrzonej w króćce do doprowadzania i odprowadzania oczyszczonych gazów. Komory dla katalizatora pierwszego stopnia stanowią zespół co najmniej dwóch niezależnych, dwuczęściowych koszy w kształcie prostopadłościanu, przy czym każdy kosz stanowi z kolei układ trójczęściowy, złożony z dwóch komór katalitycznych, ograniczonych dwiema perforowanymi ścianami z utworzeniem wewnętrznego kanału dla przepływu gazów. Dwie pozostałe boczne ściany tych koszy, stanowiące równocześnie ściany boczne obu komór koszta są szczelne, podobnie jak ich dna i pokrywy. Kosze stanowiące układ dwóch komór, pokrywą górną przymocowane są do dna komory cylindrycznej, zaopatrzonej u dołu w siatkę lub blachę perforowaną, na której spoczywa katalizator drugiego stopnia oczyszczania, osadzony na nośniku metalicznym, tworzący złoże o wysokiej porowatości.

Kosze z układem komór katalitycznych, napełniane katalizatorem pierwszego stopnia oczyszczania znajdują się od strony wlotu oczyszczonych gazów. W pokrywy komór katalitycznych pierwszego stopnia oczyszczania gazów wmontowane są rury przechodzące przez złoże katalizatora w komorze cylindrycznej służące do załadunku i uzupełniania katalizatora pierwszego stopnia oczyszczania. Rury te posiadają kielichowe zakończenie ułatwiające zasyp katalizatora.

165 208

Opisane powyżej urządzenie stosowane jest do oczyszczania przemysłowych gazów odlotowych zawierających obok zanieczyszczeń gazowych stałe i smoliste zawiesiny np. zawarte w gazach odlotowych po utlenieniu asfaltów, gazach odlotowych z wytwórni koksu formowanego i z innych instalacji przerabiających produkty smołowe. Urządzenie powyższe w stosunku do znanych urządzeń jednostopniowych posiada większą zawartość konstrukcji i większą zdolność oczyszczania gazów.

Reaktor do katalitycznych procesów egzotermicznych według wzoru użytkowego Ru.24 961 stosowany jest do prowadzenia egzotermicznych procesów katalitycznego oczyszczania gazów, przebiegających zazwyczaj autotermicznie w zakresie temperatur 200-500°C, bez konieczności ciągłego dodatkowego dogrzewania gazów wlotowych do temperatury inicjowania reakcji. W rozwiązaniu powyższym do wstępnego podgrzewania gazów wlotowych wykorzystuje się ciepło gazów poreakcyjnych.

Reaktor składa się z rurowego wymiennika ciepła do wstępnego podgrzewania gazów, komory w kształcie dwucylindrycznego kosza do pomieszczenia katalizatora wraz z zabudowanym wewnętrz wymiennikiem o rurkach ustuowanych równolegle do ścian kosza oraz z podgrzewacza elektrycznego. Komora dla umieszczenia katalizatora o kształcie dwucylindrycznego kosza, posiada perforowane ściany, pozwalające na przepływ gazu poreakcyjnego przez złoże katalizatora w kierunku od wewnętrznej ściany koszta do ściany zewnętrznej, prostopadle do rur wymiennika biegnących przez złoże katalizatora.

Inne urządzenie do katalitycznego oczyszczania gazów ma konstrukcję pozwalającą na wyeliminowanie przesuwania poosiowego katalizatora oraz zwiększenie powierzchni styku katalizatora z gazami oczyszczanymi głównie spalinami. Urządzenie składa się z obudowy metalowej, w której ustawiony jest ceramiczny element katalityczny, posiadający kanaliki przepływu gazu. Pomiędzy jednolitym elementem ceramicznym a obudową utworzona jest przestrzeń, w której usytuowany jest element ściśliwy sprężysty, podtrzymujący element katalityczny.

Rozwiązanie znane z opisu wyłożeniowego RFN nr 2 137 818 dotyczy urządzenia do katalitycznego oczyszczania gazów, w których dla zwiększenia powierzchni zetknięcia katalizatora z gazem oczyszczonym, katalizator naniesiono na porowate włókno szklane i nawinięto na elementy, które umieszczono w szeregu jednostkach równolegle w strumieniu gazów odlotowych.

Opis patentowy NRD nr 138 345 obejmuje rozwiązanie zwiększające efektywność procesów redukcji i utleniania, oczyszczania gazów odlotowych dzięki zastosowaniu systemu sterowania do katalitycznych procesów. Powyższy system sterowania reguluje skład mieszaniny, to jest stosunek ilości części palnych do powietrza w oczyszczanej mieszaninie i reguluje ilość w gazie odlotowym.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 106 220 urządzenie do dwustopniowego katalitycznego oczyszczania gazów spalinowych posiada wwewnątrz jednej obudowy dwie komory katalityczne, jedną komorę o kształcie kosza cylindrycznego, usytuowaną w górnej części obudowy cylindrycznej, utworzoną z dwóch współśrodkowych cylindrów i z góry zamkniętą pokrywą obudowy, a z dołu dennicą.

Komora ta służy do umieszczania katalizatora granulowanego, na osnowie ceramicznej, tworząc złoża o niskiej porowatości. Natomaist druga komora usytuowana jest w dolnej części obudowy i zamknięta jest z zewnątrz cylindryczną częścią obudowy, a z góry i z dołu perforowanymi pokrywami. Komora ta służy do umieszczania katalizatora na osnowie metalicznej, tworzącego złoże o wysokiej porowatości. Średnica drugiej komory jest większa od średnicy zewnętrznej pierwszej komory w kształcie kosza cylindrycznego.

Urządzenie przeznaczone jest do oczyszczania spalin z silników wysokoprężnych i jest zamontowane do wylotu rury wydechowej silnika.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 126861 rozwiązanie polega na tym, że mieszaninę gazów ulegającą oczyszczeniu przepuszcza się przez reaktor katalityczny w cyklicznie przemiennych kierunkach, przy czym źródło ciepła potrzebne do ogrzania złoża katalizatora umieszcza się pomiędzy dwiema warstwami wypełnienia ceramicznego lub metalowego, które to warstwy kumulują ciepło w okresach pomiędzy kolejnymi zwrotami kierunku przepływu gazu. W sposobie tym dzięki zmiennym kierunkom gazu przepływającego przez reaktor, dzięki którym ciepło nie jest jakby wywiewane z reaktora, zużycie energii cieplnej jest wiele razy mniejsze od sposobów tradycyjnych.

165 208

Stosowana aparatura pozwala na realizację sposobu przy niskim poborze energii, jednak jej zastosowanie ograniczone jest do stosunkowo niedużych jednostek, które pozwalają na katalityczne oczyszczanie gazów odlotowych w ilościach rzędu kilkudziesięciu m³/godz.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 129 862 urządzenie składa się z dwóch identycznych reaktorów, przez które oczyszczone gazy przepuszcza się na przemian w dwóch kierunkach. Reaktory połączone są od strony komór katalitycznych z kolektorem doprowadzającym gorące gazy np. spaliny potrzebne do zainicjowania procesu katalitycznego i ewentualnego utrzymania ustalonych w procesie warunków termicznych zależnych od ilości zanieczyszczeń zawartych w gazach odlotowych.

Opisane wyżej urządzenia pozwalają na oczyszczanie gazów w ilościach rzędu kilkudziesięciu m3/godz., ze względu na duże opory przepływu przy wyższych warstwach wypełnienia i katalizatora.

Nieoczekiwanie okazało się, że możliwe jest znalezienie takiej konstrukcji reaktora, która eliminowałaby powyższe wady.

Katalityczny reaktor rewersyjny według wynalazku składa się z dwóch korpusów, o kształcie najkorzystniej cylindrycznym, połączonych przewodem w górnej części. Wewnątrz korpusów osadzone są kosze katalityczne wraz z koszami z wypełnieniem ceramicznym. Kosze te składają się z współśrodkowych cylindrów o różnych średnicach nakładanych na siebie. Perforowane ścianki tych cylindrów tworzą przestrzenie, w których usypany jest katalizator i wypełnienie ceramiczne. I tak w przestrzeni między ściankami dwóch wewnętrznych cylindrów znajduje się katalizator, a między ściankami dwóch zewnętrznych cylindrów znajduje się wypełnienie ceramiczne.

Korzystne jest przy tym, by dystans pomiędzy ściankami zewnętrznymi był większy od dystansu pomiędzy ściankami wewnętrznymi co umożliwia właściwe proporcje pomiędzy objętością wypełnienia ceramicznego, a objętością katalizatora.

Kosze w dolnej części ograniczone są płytą, a w górnej pierścieniem metalowym. W pierścieniu tym ponad komorami katalitycznymi i nad komorami z wypełnieniem ceramicznym umieszczono króćce wsypowe. W jednym korpusie może znajdować się więcej niz jeden kosz, przy czym wskazane jest by kosze znajdujące się w jednym korpusie miały takie same wymiary. W pewnych wypadkach, szczególnie wtedy, gdy stosuje się katalizatory o różnej aktywności, kosze znajdujące się w jednym korpusie mogą mieć inne wymiary niż w drugim korpusie.

Reaktor według wynalazku przedstawiono na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój całości urządzenia, fig. 2 przedstawia przekrój podłużny kosza katalitycznego, a fig. 3 - przekrój poprzeczny kosza.

Reaktor składa się z dwóch korpusów 1 i 2 o kształcie najkorzystniej cylindrycznym, połączonych ze sobą w górnej części przewodem 3. Wewnętrz korpusu osadzone są na płycie 4 kosze katalityczne wraz z koszami z wypełnieniem ceramicznym.

Kosze te składają się z współśrodkowych cylindrów 5,6 i 7 o różnych średnicach nakładanych na siebie. Perforowane ścianki tych cylindrów tworzą przestrzenie, w których usypany jest katalizator i wypełnienie ceramiczne. I tak w przestrzeni tworzonej przez ścianki cylindrów 5 i6 znajduje się katalizator. W przestrzeni utworzonej przez ścianki cylindrów 6 i 7 znajduje się wypełnienie ceramiczne.

Korzystne jest przy tym by dystans pomiędzy ściankami 6 i7 był większy od dystansu pomiędzy ściankami 5 i6 co umożliwia właściwe proporcje pomiędzy objętością wypełnienia ceramicznego, a objętością katalizatora.

Kosze w dolnej części ograniczone są płytą 8, a w górnej pierścieniami metalowymi 9. W pierścieniu tym ponad komorami katalitycznymi umieszczono króćce wsypowe 11, a nad komorami z wypełnieniem ceramicznym umieszczono króćce wsypowe 12. W jednym korpusie 1 lub 2 może znajdować się więcej niż 1 kosz, przy czym wskazane jest by kosze znajdujące się w jednym korpusie miały takie same wymiary. W pewnych wypadkach, szczególnie wtedy, gdy stosuje się katalizatory o różnej aktywności kosze znajdujące się w jednym korpusie mogą mieć inne wymiary niż w drugim korpusie.

W pokrywach 14 korpusów 1 i 2, umieszczone są elementy grzejne 13, korzystnie elektryczne. Ponadto reaktor wyposażony jest we wloty 15 i zawór 16 do upuszczania nadmiaru gazów.

FIG.1

12 _ιοίβή_ ’ΟΟύύΟύ» oaopobύ β ΟΟύΛ0 0 300 Ο6ί>0 ,,ίουο^ ύ6 4 0 J00Ó000

0040064 _tQ000bh ₀θ004ύΑ 6004006 066Ó60 064O0b⁴qΟ Λ 6404 0646000

FIG. 2

FIG.3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Katalityczny reaktor rewersyjny do oczyszczania gazów, zwłaszcza przemysłowych gazów odlotowych na drodze przepuszczania gazów w cyklicznie zmiennych kierunkach przez warstwy katalizatorów umieszczonych pomiędzy warstwami wypełnienia ceramicznego, znamienny tym, że składa się z dwóch korpusów (1,2) o kształcie najkorzystniej cylindrycznym, połączonych ze sobą w górnej części przewodem (3), a wewnątrz tych korpusów osadzone są na płycie (4) współśrodkowe, perforowane cylindry (5, 6 i 7) o różnych średnicach, nakładane na siebie, przy czym w przestrzeni między ściankami cylindrów (5 i 6) usypany jest katalizator, a między ściankami cylindrów (6 i 7) usypane jest wypełnienie ceramiczne.