PL215391B1 - Instalacja do oczyszczania gazów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do oczyszczania gazów, zwłaszcza gazów tworzących mieszanki wybuchowe, w szczególności instalacja do oczyszczania mieszanki gazów zawierającej heksan.

Jeszcze kilkanaście lat temu wystarczało, aby odpady, powstałe w związku z działalnością człowieka, zostały spalone, a gazy wydzielające się podczas spalania wyemitowane do atmosfery. Jednak wzrastająca aktywność przemysłu sprawia, że powstaje coraz więcej odpadów, co powoduje, że z roku na rok rośnie ilość gazów emitowanych do atmosfery. Środowisko naturalne, przed groźnym w skutkach zanieczyszczeniem atmosfery, może zostać uchronione tylko przez bardziej wydajne instalacje i ich podzespoły, zapewniające wyższy stopień oczyszczania.

Wiele z podzespołów instalacji do oczyszczania gazów zostało opracowanych przez Instytut Katalizy Fizykochemii Powierzchni Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, których rozwiązania są znane z licznych opisów patentowych. I tak z opisów patentowych PL 138942 i PL 154896 znane jest urządzenie do usuwania zanieczyszczeń organicznych, zwłaszcza etylenu z gazów. Składa się ono z dwóch reaktorów połączonych kolektorem z króćcem, przez który oczyszczone gazy są odprowadzane bezpośrednio do atmosfery.

Natomiast z opisu patentowego PL 154894 jest znany palnik katalityczny, który ma kształt metalowego cylindra, przedzielonego wewnętrzną przegrodą na dwie komory katalityczno-regeneracyjne, pełniące rolę regeneratorów ciepła.

Z publikacji zgłoszenia wynalazku nr P 349475 pod tytułem „Instalacja do mineralizacji odpadów powstałych w procesie oczyszczania ścieków znane jest wysoko sprawne, chemiczne przetwarzanie odpadów i ścieków, polegające na ich zgazowaniu w komorach pirolitycznych, i utlenieniu powstałych związków w dopalaczach katalitycznych. Instalacja do mineralizacji opisana w wyżej wymienionym zgłoszeniu, która została wyposażona w dopalacz katalityczny i wymiennik ciepła, posiada przynajmniej jedną komorę pirolityczną z palnikiem, której wyjście jest połączone z wejściem do katalitycznego dopalacza, do którego, w sposób regulowany, doprowadzone jest powietrze.

Obecnie znane instalacje do oczyszczania gazów nie są raczej przystosowane do oczyszczania gazów zawierających mieszanki gazów, które przy określonym składzie, mogą stać się mieszanką, w której dochodzi do samozapłonu, a w przypadku pomieszczeń i/lub instalacji zamkniętych mogą zachodzić w nich niekontrolowane procesy prowadzące do wybuchu.

Celem wynalazku jest stworzenie instalacji do oczyszczania gazów, który byłby bardziej bezpieczny od obecnie znanych systemów, i który ponadto spełniałby podwyższone wymagania ochrony środowiska naturalnego.

Istotą wynalazku jest to, iż w instalacji do oczyszczania gazów, zwłaszcza gazów tworzących mieszanki wybuchowe, w szczególności w instalacji do oczyszczania mieszanki gazów zawierającej heksan, zawierającej doprowadzającą linię przepływową z wejściem, zaworami, czujnikami do pomiaru temperatury i składu gazów, króćcami oraz wyjściem podłączonym do reaktora katalitycznego, którego wyjście jest podłączone do komina przez odprowadzającą linię przepływową z wymiennikiem ciepła, zaworami, czujnikami do pomiaru temperatury i składu gazów oraz króćcami, w doprowadzającej linii przepływowej, bezpośrednio przed reaktorem katalitycznym jest umieszczony układ rozszczelniający, przed którym rozpoczynając od wejścia, znajduje się układ regulujący właściwości mieszanki gazów zawierającej heksan do mieszanki gazów nie wykazującej właściwości mieszaki wybuchowej, zawierający detektor heksanu dokonujący ciągłego pomiaru stężenia heksanu za każdym punktem linii, w którym jest doprowadzana mieszanka gazów zawierająca heksan, za którym znajduje się króciec doprowadzający powietrze przez zawór regulacji przepływu powietrza do doprowadzającej linii przepływowej, za pomocą którego jest regulowany skład mieszanki gazów zawierającej heksan do poziomu zawartości heksanu, poniżej której mieszanka gazów zawierająca heksan staje się mieszanką gazów nie wykazującą właściwości mieszaki wybuchowej.

Korzystnie, za układem regulującym właściwości mieszanki gazów zawierającej heksan znajduje się przedkatalityczny detektor heksanu dokonujący ciągłego pomiaru stężenia heksanu, za którym znajduje się wentylator wymuszający przepływ mieszanki gazów w liniach przepływowych oraz nagrzewnica za pomocą której nagrzewa się mieszankę gazów zawierającą heksan i inne związki organiczne, którą może być nagrzewnica rurowa.

Korzystnie, temperatura mieszanki nagrzewanej w nagrzewnicy jest temperaturą, przy której zachodzi bezpłomieniowe utlenianie heksanu i innych związków organicznych.

PL 215 391 B1

Korzystnie, na wejściu doprowadzającej linii przepływowej znajduje się trójnik przyłączeniowy, za pomocą którego mieszanka gazów o ilości substancji szkodliwych poniżej wartości dopuszczalnej jest odprowadzana do atmosfery.

Korzystnie, za detektorem heksanu dokonującym ciągłego pomiaru stężenia heksanu znajduje się króciec do przedmuchiwania połączony z doprowadzającą linią przepływową przez zawór odcinający.

Korzystnie, reaktor katalityczny jest reaktorem o budowie wielowarstwowej i zawiera katalizator utleniający platynowy z domieszkami, katalizator palladowy z domieszkami i katalizator tlenkowy redukujący z domieszkami.

Korzystnie, w reaktorze katalitycznym od strony wejścia usytuowane są kolejno katalizator utleniający platynowy z domieszkami, katalizator palladowy z domieszkami i katalizator tlenkowy redukujący z domieszkami.

Korzystnie, na wyjściu reaktora katalitycznego znajduje się układ filtrów zatrzymujący i/lub usuwający substancje szkodliwe dla środowiska naturalnego.

Korzystnie, do wyjścia reaktora katalitycznego jest podłączona odprowadzająca linia przepływowa zakończona ujściem do komina i wyposażona w wymiennik ciepła wody użytkowej.

Wskazane jest aby zawór regulacyjny był połączony z jednostką obliczeniową lub mikroprocesorem, z którym mogą komunikować się co najmniej dwa układy pomiarowe z detektorami heksanu ze sprzężeniem zwrotnym realizowanym liniami.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia doprowadzającą linię przepływową i układ regulujący właściwości mieszanki gazów zawierającej heksan, a Fig. 2 przedstawia reaktor katalityczny, układ rozszczelniający i odprowadzającą linię przepływową.

Przedmiot wynalazku zostanie omówiony bliżej na przykładzie instalacji dwustopniowego dopalacza katalitycznego do redukcji związków organicznych, głównie heksanu, jednak przedstawiona instalacja może być stosowana do usuwania innych substancji, które są szkodliwe dla środowiska naturalnego.

Podstawowym elementem, wspomnianej instalacji do oczyszczania gazów, zwłaszcza gazów tworzących mieszanki wybuchowe, w szczególności instalacji do oczyszczania mieszanki gazów zawierającej heksan, przedstawionej na Fig. 1 i 2, jest doprowadzająca linia przepływowa z wejściem, zaworami, czujnikami do pomiaru temperatury i składu gazów, króćcami oraz wyjściem podłączonym do reaktora katalitycznego, którego wyjście jest podłączone do komina przez odprowadzającą linię przepływową z wymiennikiem ciepła, zaworami, czujnikami do pomiaru temperatury i składu gazów oraz króćcami. W doprowadzającej linii przepływowej 10 tej instalacji, bezpośrednio przed reaktorem katalitycznym 20 jest umieszczony układ rozszczelniający 30, przykładowo detonacyjny nadciśnieniowy z membraną miedzianą, przed którym rozpoczynając od wejścia, znajduje się układ regulujący 40 właściwości mieszanki gazów zawierającej heksan do mieszanki gazów nie wykazującej właściwości mieszanki wybuchowej, zawierający detektor 41 heksanu dokonujący ciągłego pomiaru stężenia heksanu za każdym punktem 11 linii, w którym jest doprowadzana mieszanka gazów zawierająca heksan, za którym znajduje się króciec 14 doprowadzający powietrze przez filtr powietrza 18 i zawór regulacji 19 przepływu powietrza do doprowadzającej linii przepływowej, za pomocą którego jest regulowany skład mieszanki gazów zawierającej heksan do poziomu zawartości heksanu, poniżej której mieszanka gazów zawierająca heksan staje się mieszanką gazów nie wykazującą właściwości mieszanki wybuchowej. Na wyjściu układu regulującego 40 właściwości mieszanki gazów zawierającej heksan znajduje się detonacyjny, dwukierunkowy przerywacz płomienia 31 i przedkatalityczny detektor 43 heksanu dokonujący ciągłego pomiaru stężenia heksanu o krótkim czasie reakcji, wynoszącym przykładowo 10 s, za którym znajduje się wentylator 50 wymuszający przepływ mieszanki gazów w liniach przepływowych napędzany silnikiem 51 i uruchamiany układem sterującym 42 oraz nagrzewnica 60, która jest nagrzewnicą rurową, za pomocą której nagrzewa się mieszankę gazów zawierającą heksan i inne związki organiczne. Temperatura mieszanki nagrzewanej w nagrzewnicy 60 jest temperaturą bliską tej, przy której zachodzi bezpłomieniowe utlenianie heksanu i innych związków organicznych.

Na wejściu doprowadzającej linii przepływowej 10 znajduje się trójnik przyłączeniowy 15, za pomocą którego mieszanka gazów o ilości substancji szkodliwych poniżej wartości dopuszczalnej jest odprowadzana do atmosfery. Za wejściem za detektorem 41 heksanu dokonującym ciągłego pomiaru stężenia heksanu znajduje się króciec 16 do przedmuchiwania połączony z doprowadzającą linią przepływową 10 przez zawór odcinający 17.

PL 215 391 B1

Reaktor katalityczny 20, może być reaktorem o budowie wielowarstwowej i zawierać katalizator utleniający platynowy z domieszkami, katalizator palladowy z domieszkami i katalizator tlenkowy redukujący z domieszkami. W reaktorze katalitycznym 20, przedstawianym na Fig. 2, od strony wejścia usytuowane są kolejno katalizator utleniający platynowy 21 z domieszkami, katalizator palladowy 22 z domieszkami i katalizator tlenkowy 23 redukujący z domieszkami. Na wyjściu reaktora katalitycznego 20 znajduje się układ filtrów 24 zatrzymujący i/lub usuwający substancje szkodliwe dla środowiska naturalnego. Do wyjścia reaktora katalitycznego 20 jest podłączona odprowadzająca linia przepływowa 70 zakończona ujściem do komina 90 i wyposażona w wymiennik ciepła 80 wody użytkowej.

Gaz palny i cząstki lotne, w tym związki CxHy, CO, inne palne gazy są kierowane do reaktora katalitycznego. W reaktorze katalitycznym następuje bezpłomieniowe utlenianie związków CxHy, CO, innych palnych gazów w temperaturze poniżej 500°C. Temperatura bezpłomieniowego utleniania może być regulowana ilością palnych gazów i/lub gazu obojętnego, przykładowo dwutlenku węgla o odpowiednio niskiej temperaturze. Dopływ powietrza, które jest potrzebne do bezpłomieniowego utleniania, jest regulowany za pomocą zaworu regulacyjnego 19. Ponadto zawór regulacyjny 19 jest jednym z elementów układu regulującego 40 właściwości mieszanki gazów zawierającej heksan do mieszanki gazów nie wykazującej właściwości mieszanki wybuchowej. Zawór regulacyjny 19 może być sterowany za pomocą jednostki obliczeniowej lub mikroprocesora 49, z którym komunikują się co najmniej dwa układy pomiarowe 44, 45 z detektorami 41, 43 heksanu ze sprzężeniem zwrotnym realizowanym liniami 46, 47, 48. Układy pomiarowe 44, 45 ze sprzężeniem zwrotnym na podstawie wskazań detektorów 41, 43, sterując zaworem 19 dopuszczają powietrze, gdy stężenie gazu tworzącego mieszankę wybuchową wzrasta ponad dolną granicę wybuchowości, ustaloną przykładowo, w przypadku heksa₃ nu na poziomie 5 mg/m³. Należy zauważyć, że detektory 41, 43 gazu, tworzącego mieszankę wybuchową, w opisanym przypadku heksanu, są umieszczone za każdym punktem linii, w którym jest doprowadzana mieszanka gazów zawierająca heksan, a także przed wejściem do reaktora katalitycznego 20, przykładowo we wlocie do wentylatora 50, co zapobiega wybuchom i zniszczeniu reaktora katalitycznego. Ponadto, na liniach są umieszczone zawory odcinające 12, 13, które podnoszą bezpieczeństwo instalacji.

Gorące gazy powstałe w reaktorze katalitycznym, po przedostaniu się przez układ filtrów, są transportowane jako strumień energii cieplnej, a ich przepływ jest wymuszany za pomocą wentylatora. Nadwyżka energii cieplnej produktów utleniania jest kierowana do wymiennika systemu wymiany ciepła, w którym może być, przykładowo, wykorzystana do podgrzewania wody użytkowej. Schłodzone gazy są odprowadzane do atmosfery przez komin. Zawartość szkodliwych substancji, a tym samym proces oczyszczania gazów, jest kontrolowany za pomocą analizatora.

Claims (11)

1. Instalacja do oczyszczania gazów, zwłaszcza gazów tworzących mieszanki wybuchowe, w szczególności instalacja do oczyszczania mieszanki gazów zawierającej heksan, zawierająca doprowadzającą linię przepływową z wejściem, zaworami, czujnikami do pomiaru temperatury i składu gazów, króćcami oraz wyjściem podłączonym do reaktora katalitycznego, którego wyjście jest podłączone do komina przez odprowadzającą linię przepływową z wymiennikiem ciepła, zaworami, czujnikami do pomiaru temperatury i składu gazów oraz króćcami znamienna tym, że w doprowadzającej linii przepływowej (10), bezpośrednio przed reaktorem katalitycznym (20) jest umieszczony układ rozszczelniający (30), przed którym rozpoczynając od wejścia, znajduje się układ regulujący (40) właściwości mieszanki gazów zawierającej heksan do mieszanki gazów nie wykazującej właściwości mieszanki wybuchowej, zawierający detektor (41) heksanu dokonujący ciągłego pomiaru stężenia heksanu za każdym punktem (11) linii, w którym jest doprowadzana mieszanka gazów zawierająca heksan, za którym znajduje się króciec (14) doprowadzający powietrze przez zawór regulacyjny (19) przepływu powietrza do doprowadzającej linii przepływowej (10), za pomocą którego jest regulowany skład mieszanki gazów zawierającej heksan do poziomu zawartości heksanu, poniżej której mieszanka gazów zawierająca heksan staje się mieszanką gazów nie wykazującą właściwości mieszanki wybuchowej.

2. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 1, znamienna tym, że za układem regulującym (40) właściwości mieszanki gazów zawierającej heksan znajduje się przedkatalityczny detektor (43) heksanu dokonujący ciągłego pomiaru stężenia heksanu, za którym znajduje się wentylator (50)

PL 215 391 B1 wymuszający przepływ mieszanki gazów w liniach przepływowych oraz nagrzewnica (60) za pomocą której nagrzewa się mieszankę gazów zawierającą heksan i inne związki organiczne.

3. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 2, znamienna tym, że nagrzewnica (60) jest nagrzewnicą rurową.

4. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 2, albo 3, znamienna tym, że temperatura mieszanki nagrzewanej w nagrzewnicy (60) jest temperaturą, przy której zachodzi bezpłomieniowe utlenianie heksanu i innych związków organicznych.

5. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 1, znamienna tym, że na wejściu doprowadzającej linii przepływowej (10) znajduje się trójnik przyłączeniowy (15), za pomocą którego mieszanka gazów o ilości substancji szkodliwych poniżej wartości dopuszczalnej jest odprowadzana do atmosfery.

6. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 1, znamienna tym, że za detektorem (41) heksanu dokonującym ciągłego pomiaru stężenia heksanu znajduje się króciec (16) do przedmuchiwania połączony z doprowadzającą linią przepływową (10) przez zawór odcinający (17).

7. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 1, znamienna tym, że reaktor katalityczny (20) jest reaktorem o budowie wielowarstwowej i zawiera katalizator utleniający platynowy z domieszkami, katalizator palladowy z domieszkami i katalizator tlenkowy redukujący z domieszkami.

8. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 1, znamienna tym, że w reaktorze katalitycznym (20) od strony wejścia usytuowane są kolejno katalizator utleniający platynowy (21) z domieszkami, katalizator palladowy (22) z domieszkami i katalizator tlenkowy (23) redukujący z domieszkami.

9. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 1, znamienna tym, że na wyjściu reaktora katalitycznego (20) znajduje się układ filtrów (24) zatrzymujący i/lub usuwający substancje szkodliwe dla środowiska naturalnego.

10. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 1, znamienna tym, że do wyjścia reaktora katalitycznego (20) jest podłączona odprowadzająca linia przepływowa (70) zakończona ujściem do komina (90) i wyposażona w wymiennik ciepła (80) wody użytkowej.

11. Instalacja do oczyszczania gazów według zastrz. 1, znamienna tym, że zawór regulacyjny (19) jest połączony z jednostką obliczeniową lub mikroprocesorem (49), z którym komunikują się co najmniej dwa układy pomiarowe (44, 45) z detektorami (41, 43) heksanu ze sprzężeniem zwrotnym realizowanym liniami (46, 48).