SK546989A3

SK546989A3 - Method for oxidation of gases containing combustible and/or explosive components and device for carrying out this method

Info

Publication number: SK546989A3
Application number: SK546989A
Authority: SK
Inventors: Karoly Welther; Ferenc Gersey; Istvan Rozsos; Dezso Kapolnai; Ferenc Pomazi; Laszlo Godo; Bela Stefko; Laszlo Borbely
Original assignee: Richter Gedeon Vegyeszet; Magyar Asvanyolaj Es Foeldgaz
Priority date: 1988-09-27
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1998-11-04
Also published as: SK279403B6; ATA215289A; FI95875C; DE3931953A1; AT392599B; CZ546989A3; FI894490A0; CZ284108B6; HU201886B; FI894490A; FI95875B

Description

SPÔSOB OXIDÁCIE PLYNOV OBSAHUJÚCICH HORĽAVÉ A/ALEBO VÝBUŠNÉ ZLOŽKY A ZARIADENIE NA JEHO VYKONÁVANIEMETHOD OF OXIDATION OF GASES CONTAINING FLAMMABLE AND / OR EXPLOSIVE INGREDIENTS AND EQUIPMENT FOR ITS EXECUTION

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka spôsobu oxidácie plynov obsahujú '.ich horľavé a/alebo výbušné zložky, ako i zariadenia na jeho vykonávanie.The invention relates to a process for the oxidation of gases comprising flammable and / or explosive components, as well as devices for carrying out it.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V mnohých výrobných postupoch (napríklad v niektorých výrobných medzistupňoch, pri výrobe koženky, pri lakovaní, sušení atď.) vznikajú takéto nezužitkovateľné plyny a/alebo pary, ktoré obsahujú horľavé a/alebo výbušné zložky. V mnohých prípadoch bolo potrebné tieto plyny vypúšťať v uzatvorených priestoroch, ktoré už samotné boli vystavené nebezpečenstvu požiaru alebo výbuchu.In many manufacturing processes (for example, in some intermediate steps, in the manufacture of imitation leather, in painting, drying, etc.), such unusable gases and / or vapors are produced which contain flammable and / or explosive components. In many cases, it was necessary to discharge these gases in confined spaces that were already exposed to the risk of fire or explosion.

Odstránenie týchto plynov možno najjednoduchšie a s najmenšími nákladmi vyriešiť oxidáciou (spálením), pričom však bezpečnostné predpisy zakazujú činnosť kvôli nebezpečnej možnosti vzniku požiaru v priestoroch, prípadne na miestach, kde by toto mohlo byť príčinou požiaru alebo výbuchu.The removal of these gases can be solved by oxidation (incineration) in the simplest and least costly manner, but safety regulations prohibit operation due to the dangerous possibility of fire in premises or in places where this could cause a fire or explosion.

Ako je známe, prebieha oxidácia plynov v prítomnosti príslušných katalyzátorov i pri teplote nižšej ako je teplota vznietenia a v koncentračnom rozmedzí ležiacom pod dolnou medzou zápalnosti. V maďarskom patentovom spise sa popisuje spôsob katalytickej oxidácie takýchto plynov, neuvádzajú sa však žiadne pokyny, ako by bolo možné plyny obsahujúce horľavé, resp. výbušné zložky katalytický oxidovať (i v priestoroch ohrozených nebezpečenstvom požiaru alebo výbuchu) bez toho, aby táto činnosť nebola nebezpečná kvôli možnosti vzniku požiaru a výbuchu.As is known, the oxidation of the gases takes place in the presence of the respective catalysts even at a temperature below the flash point and in a concentration range below the lower flammability limit. The Hungarian patent describes a method for the catalytic oxidation of such gases, but no guidance is given as to how gases containing flammable and / or non-combustible gases could be used. explosive components catalytic oxidize (even in areas at risk of fire or explosion) without this activity being dangerous due to the possibility of fire and explosion.

Sú známe rôzne katalytické spaľovacie zariadenia (napríklad katalytická plynová pec SZIESTA), ktoré sa však nesmú používať v priestoroch ohrozených možnosťou požiaru a výbuchu, pretože spaľovanie neprebieha celkom bez plameňov (vznikajú tzv. mikroplamene, ktoré môžu privodiť výbuch alebo požiar).Various catalytic incinerators are known (for example, catalytic gas furnace SZIESTA), but they must not be used in areas at risk of fire and explosion, since combustion does not take place entirely without flames (so-called micro-flames are created which can cause explosions or fire).

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Úlohou vynálezu je odstránenie vyššie uvedených nedostatkov, ako i vyvinutie spôsobu a zariadenia, ktoré umožňujú bezpečnú oxidáciu plynov obsahujúcich rôzne horľavé a výbušné zložky.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned drawbacks, and to provide a method and apparatus which allow the safe oxidation of gases containing various flammable and explosive components.

Podnetom k vynálezu bol poznatok, že v prípade, kedy sa plyn privádza do uzatvoreného reaktora, a v tomto je príslušný katalyzátor usporiadaný tak, že pritom sú zaistené voľné úseky dráhy plynu kratšie než aké sú potrebné k vzniku plameňov, ďalej, kedy reguláciou teploty sa zabráni prehriatiu a príslušnou voľbou rýchlosti privádzania plynu ďalšiemu šíreniu plameňa vzniknutého v uzatvorenom priestore reaktora následkom prípadného poškodenia, možno oxidáciu horľavých a/alebo výbušných plynov vykonávať i v priestore, kde je nebezpečenstvo vzniku požiaru a/alebo výbuchu.It has been the object of the invention that when the gas is fed to a closed reactor, the catalyst is arranged in such a way that free sections of the gas path are provided shorter than necessary for the formation of flames, where temperature control prevents By overheating and appropriately selecting the rate of gas delivery to further propagate the flame generated in the confined space of the reactor as a result of potential damage, oxidation of flammable and / or explosive gases can also be performed in an area where there is a risk of fire and / or explosion.

Na základe tohto poznatku bola daná úloha vyriešená spôsobom oxidácie plynov obsahujúcich horľavé a/alebo výbušné zložky, pri ktorom sa plyn zavádza do reaktora obsahujúceho katalyzátor, kde sa zahreje na teplotu potrebnú pre katalytickú oxidáciu, pričom tento spôsob spočíva vtom, že sa použije uzatvorený reaktor, v ktorom sa plyn udržiava na teplote potrebnej ku katalytickej oxidácii a zabráni sa, aby teplota v ňom dosiahla teplotu, pri ktorej dochádza k vznieteniu.Based on this knowledge, the problem has been solved by a method of oxidizing gases containing flammable and / or explosive components, in which the gas is introduced into a reactor containing a catalyst, where it is heated to the temperature required for catalytic oxidation using a closed reactor. in which the gas is maintained at the temperature required for catalytic oxidation and the temperature is prevented from reaching the temperature at which ignition occurs.

U zariadení na oxidovanie plynov obsahujúcich horľavé a/alebo výbušné zložky, pričom toto zariadenie zahrňuje reaktor obsahujúci katalyzátor, je reaktor opatrený prívodom a odvodom plynu, ako i regulovateľným vykurovacím mechanizmom. Toto zariadenie sa podľa vynálezu vyznačuje tým, že zahrňuje uzatvorený reaktor obsahujúci zrnitý katalyzátor, pred reaktorom je upravená uzatvorená tepelná komora, vo vykurovacej komore je upravený vykurovací mechanizmus, vykurovacia komora rovnako obsahuje katalyzátor a vo vykurovacej komore, ako i v reaktore sú upravené tepelné čidlá spojené cez ovládaciu jednotku s regulovateľným vykurovacím mechanizmom.In apparatus for oxidizing gases containing flammable and / or explosive components, the apparatus comprising a reactor comprising a catalyst, the reactor is provided with a gas inlet and outlet as well as a controllable heating mechanism. The apparatus according to the invention is characterized in that it comprises a closed reactor containing a granular catalyst, a closed heat chamber is arranged in front of the reactor, a heating mechanism is provided in the heating chamber, the heating chamber also contains catalyst and in the heating chamber as well as via a control unit with adjustable heating mechanism.

Pri výhodnom vyhotovení zariadenia podľa vynálezu je vykurovacia komora opatrená elektrickým vykurovacím mechanizmom, ktorý je napojený na zapuzdrenú spínaciu skriňu a opatrený tlakovým čidlom, ako i mechanizmom zabezpečujúcim pretlak v spínacej skrini.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the heating chamber is provided with an electric heating mechanism, which is connected to the encapsulated switch box and is provided with a pressure sensor as well as with a mechanism ensuring overpressure in the switch box.

U iného výhodného vyhotovenia zariadenia podľa vynálezu zahrňuje toto výmenník tepla, ktorého jedna strana je pripojená pred reaktorom, druhá strana potom za reaktorom. Výhodne tvorí reaktor, vykurovacia komora a prípadne i výmenník tepla jednu jednotku.In another preferred embodiment of the device according to the invention, the heat exchanger comprises one side connected upstream of the reactor and the other side downstream of the reactor. Preferably, the reactor, the heating chamber and optionally the heat exchanger constitute one unit.

Rovnako je výhodné, keď sú upravené dve paralelne zapojené vykurovacie komory.It is likewise advantageous if two heating chambers are connected in parallel.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Ďalej uvedené príklady vyhotovenia, ako i pripojený výkres vynález bližšie objasňujú. Výkres na obr. 1 predstavuje schematické vyhotovenie zariadenia podľa vynálezu.The following examples and the accompanying drawing illustrate the invention in more detail. The drawing of FIG. 1 is a schematic representation of a device according to the invention.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Znázornené zariadenie zahrňuje uzatvorený reaktor 4 opatrený prívodom a odvodom 42 plynu. V reaktore 4 je usporiadaný zrnitý katalyzátor. Odvod plynu z reaktora 4_ je plynotesné spojený s rúrkami výmenníka 2 tepla, z ktorých oxidovaný plyn odchádza do komína 21.The illustrated apparatus comprises a closed reactor 4 provided with a gas inlet and outlet 42. A granular catalyst is arranged in the reactor 4. The exhaust gas from the reactor 4 is connected in a gas-tight manner to the heat exchanger tubes 2 from which the oxidized gas flows to the stack 21.

Vstup do plášťovej strany výmenníka 2 tepla je spojený s ventilátorom 1, do ktorého plyn, ktorý sa má oxidovať, vstupuje cez plameňový uzáver 8 (napríklad magnetový ventil s okamžitým uzatvorením). Výstup z plášťovej strany je cez dve paralelne k sebe zapojené vykurovacie komory 3 plynotesné spojený s prívodom 41 plynu do reaktora 4.The inlet to the shell side of the heat exchanger 2 is connected to a fan 1 into which the gas to be oxidized enters through the flame shutter 8 (for example a solenoid solenoid valve). The outlet from the jacket side is connected in a gas-tight manner via two parallel connected heating chambers 3 to the gas supply 41 to the reactor 4.

Vykurovacie komory 3 sú rovnako naplnené zrnitým katalyzátorovým materiálom (ktorého typ je účelne, nie však nevyhnutne zhodný s typom katalyzátorového materiálu použitého v reaktore 4). Na vykurovacie komory 3 sú napojené pretlakové elektrické spínacie skrine 5. Na spínacie skrine 5 sú napojené regulovateľné vykurovacie elektrické mechanizmy 31 vykurovacích komôr 3, pričom tieto vykurovacie mechanizmy sú upravené tak, že zasahujú do lôžka zrnitého katalyzátora.The heating chambers 3 are also filled with granular catalyst material (the type of which is expediently but not necessarily identical to the type of catalyst material used in the reactor 4). Pressurized electrical switch boxes 5 are connected to the heating chambers 5. Controllable heating mechanisms 31 of the heating chambers 3 are connected to the switch boxes 5, the heating mechanisms being adapted to extend into the bed of the granular catalyst.

Spínacie skrine 5 sú na jednej strane spojené cez tlakový regulačný filter 7 s (nezakresleným) mechanizmom, ktorý dodávaným tlakovým vzduchom alebo inertným plynom zabezpečuje pretlak, na druhej strane s výstupným vedením 6 opatreným magnetovým ventilom 61.The switch boxes 5 are connected on the one hand through a pressure regulating filter 7 with a (not shown) mechanism which provides overpressure with the supplied compressed air or inert gas, on the other hand with an outlet line 6 provided with a solenoid valve 61.

Účelne sú reaktor 4 a vykurovacie komory 3 združené do jednej spoločnej jednotky, aby sa zabránilo tepelným stratám.Suitably, the reactor 4 and the heating chambers 3 are combined in one common unit in order to prevent heat loss.

Zariadenie podľa vynálezu zahrňuje ovládací pult 10 a ovládaciu jednotku 20, ktoré sú spojené jednak navzájom, jednak s tepelnými čidlami 43, 44 a 32 (napríklad teplotnými spínačmi), napojenými na vykurovacie komory 3, jednak s tlakovými čidlami 51 (napríklad tlakovými spínačmi), napojenými na spínacie skrine 5.The device according to the invention comprises a control panel 10 and a control unit 20 which are connected to each other, to the temperature sensors 43, 44 and 32 (e.g. temperature switches) connected to the heating chambers 3 and to the pressure sensors 51 (e.g. pressure switches). connected to switch boxes 5.

V znázornenom zariadení sa spôsob podľa vynálezu vykonáva takto:In the apparatus shown, the method according to the invention is carried out as follows:

Plyn, ktorý sa má vyčistiť (oxidovať), sa nasáva ventilátorom 1 cez plameňový uzáver 8 a tlačí cez plášťovú stranu výmenníka 2 tepla do paralelne k sebe zapojených vykurovacích komôr 3.The gas to be cleaned (oxidized) is sucked by the fan 1 through the flame shutter 8 and pushed through the jacket side of the heat exchanger 2 into the parallel connected heating chambers 3.

Tu sa plyn, predhriaty vo výmenníku 2 tepla, zahreje elektrickým vykurovacím mechanizmom 31 (ktorý je uložený v zrnitom katalyzátorom materiáli), na teplotu potrebnú pre katalytickú oxidáciu (80 až 550 °C, výhodne 180 až 330 °C). Z vykurovacích komôr 3 prichádza plyn do reaktora 4, kde sa katalytická oxidácia dokončí. Zoxidovaný plynný prúd (vyčistený) odchádza rúrkami výmenníka 2 tepla do komína 21, pričom protiprúdovo predhrieva plynný prúd určený na prečistenie.Here, the gas preheated in the heat exchanger 2 is heated by an electric heating mechanism 31 (which is embedded in the granular catalyst material) to a temperature necessary for catalytic oxidation (80 to 550 ° C, preferably 180 to 330 ° C). From the heating chambers 3, gas is supplied to the reactor 4 where the catalytic oxidation is completed. The oxidized gas stream (cleaned) passes through the heat exchanger tubes 2 to the chimney 21, while countercurrently preheating the gas stream to be purified.

Dopravná rýchlosť plynu sa pritom zvolí tak, že je väčšia, účelne dva- až päťkrát ako rýchlosť spaľovania najnebezpečnejšieho (t. j. vykazujúceho najväčšiu rýchlosť horenia) plynu (metánu).The gas transport velocity is selected such that it is greater, expediently two to five times, than the combustion rate of the most dangerous (i.e. having the highest combustion rate) gas (methane).

V spínacích skriniach 5 sa musí udržiavať pretlak, aby do nich z vonkajšieho priestoru, ohrozeného možnosťou požiaru a výbuchu, nemohol preniknúť vzduch. Pred zahájením prevádzky je potrebné ich prepláchnuť tlakovým vzduchom alebo inertným plynom. Predpísaný pretlak (napríklad 100 Pa) je ovládaný príslušným mechanizmom 51. Ak klesne počas prevádzky vnútorný tlak v spínacej skrini pod predpísanú hodnotu (napríklad na 50 Pa), mechanizmus 51 automaticky vypne vykurovací mechanizmus 31.Switchgear 5 must be kept under positive pressure to prevent air from entering the outside of the fire and explosion hazard. They must be purged with compressed air or inert gas before operation. The prescribed overpressure (e.g. 100 Pa) is controlled by the respective mechanism 51. If during operation the internal pressure in the switch box falls below the prescribed value (e.g. 50 Pa), the mechanism 51 automatically switches off the heating mechanism 31.

Zapnutie hlavného spínača je možné až po prepláchnutí spínacích skríň 5 pri vytváraní príslušného pretlaku. Až potom je možné uviesť do chodu ventilátor 1 a po ňom elektrické vykurovanie. Ak sa zastaví chod ventilátora, vypne sa automaticky elektrické vykurovanie.It is only possible to switch on the main switch after flushing the switch boxes 5 while generating the corresponding overpressure. Only then can the fan 1 be started, followed by electric heating. If the fan stops running, the electric heater switches off automatically.

Ak prekročí teplota kataiyzátorového lôžka prípustnú hodnotu, signalizujú tepelné čidlá 43, 44 a 32 prevádzkovú poruchu na ovládací pult 10 a ovládaciu jednotku 20, ktoré vypnú vykurovanie, prípadne, ak je to potrebné, celé zariadenie.If the temperature of the catalyser bed exceeds the permissible value, the temperature sensors 43, 44 and 32 signal an operating fault to the control panel 10 and the control unit 20 which switch off the heating or, if necessary, the entire device.

Účelne sa bezporuchový stav elektrických vykurovacích mechanizmov 31 kontroluje i pomocou príslušných zariadení. Jednotlivé nedostatky, prípadne prevádzkové poruchy sú na ovládacom pulte 10 signalizované zvukovými a svetelnými signálmi. K zvýšeniu teploty môže dôjsť z troch dôvodov:Suitably, the failure-free condition of the electric heating mechanisms 31 is also checked by means of appropriate devices. Individual defects or operating faults are signaled on the control pulse 10 by audible and light signals. There are three reasons for the temperature to rise:

a) výpadok ventilátora 1(a) fan failure 1

b) poškodenie regulačného obvodu(b) damage to the control circuit

c) zvýšenie koncentrácie znečisťujúcich zložiek.(c) increasing the concentration of pollutants.

Vo všetkých troch uvedených prípadoch hlavný vypínač vypne vykurovanie.In all three cases, the main switch will turn off the heating.

Pretože odpor pri prúdení, kladený zariadením a v ňom katalyzátorom lôžkom, je malý (2 000 až 3 000 Pa), môže komín zastávať úlohu bezpečnostnej uzávierky. Pri odfúknuti nie je to zdrojom nebezpečenstva.Since the flow resistance placed by the device and the catalyst bed therein is small (2,000 to 3,000 Pa), the stack can act as a safety shutter. This is not a hazard when blown.

Spôsobom podľa vynálezu a v zariadení na jeho vykonávanie (pri známej voľbe materiálu katalyzátorového lôžka) možno oxidovať, t. j. čistiť najrôznejšie plyny, plynné prúdy obsahujúce znečisťujúce (napríklad aromatické) uhľovodíky, normálne uhľovodíky, cyklické uhľovodíky, uhľovodíky obsahujúce kyslík, síru a dusík, deriváty uhľovodíkov, oxid uhoľnatý, sírovodík, merkaptany a amoniak.The process according to the invention and the apparatus for carrying it out (with the known choice of catalyst bed material) can be oxidized, i. j. purify a variety of gases, gaseous streams containing polluting (e.g. aromatic) hydrocarbons, normal hydrocarbons, cyclic hydrocarbons, hydrocarbons containing oxygen, sulfur and nitrogen, hydrocarbon derivatives, carbon monoxide, hydrogen sulfide, mercaptans and ammonia.

Mechanizmy (napríklad ventilátory) a vybavenie (napríklad tlakové spínače, magnetové ventily) upravené v priestoroch, kde je nebezpečenstvo výbuchu, musia byť samozrejme vyrobené vo vyhotovení brániacom možnosti výbuchu.Mechanisms (eg ventilators) and equipment (eg pressure switches, solenoid valves) provided in potentially explosive atmospheres must, of course, be made in an explosion-proof design.

Komín 31 a potrubie sú účelne opatrené (neznázomenými) tlmičmi vibrácií. Vykurovacie komory 3, reaktor 4 a výmenník 2 tepla sú účelne združené do jedného bloku zvarenými spojmi, zodpovedajúcimi príslušnému technologickému sledu a usporiadané na príslušnom podstavci.The chimney 31 and the pipe are expediently provided with (not shown) vibration dampers. The heating chambers 3, the reactor 4 and the heat exchanger 2 are expediently combined in one block by welded joints corresponding to the respective technological sequence and arranged on the respective pedestal.

Oxidácia znečisťujúcich zložiek, obsiahnutých v plynnom prúde určenom na vyčistenie, prebieha na povrchu katalyzátora zahriateho na teplotu ležiacu pod teplotou vznietenia bez toho, aby sa pritom objavovali plamene, pretože v zrnitom katalyzátorovom materiáli, ktorý tieto mechanizmy obklopuje, je dĺžka voľnej dráhy kratšia ako kritická hodnota.The oxidation of the pollutants contained in the gas stream to be cleaned takes place on the surface of the catalyst heated to a temperature below the ignition temperature without the appearance of flames, since in the granular catalyst material surrounding these mechanisms the free path length is shorter than critical Value.

Claims

A process for the oxidation of gases containing flammable and / or explosive components, wherein the gas is directed to a reaction zone containing a catalyst in which it is heated to a temperature necessary for catalytic oxidation, characterized in that the gas is passed through a closed heating zone into a closed reaction zone wherein the transport rate is two to five times the combustion rate of the gas having the highest combustion rate, the length of the free gas path in the heating zone as well as in the reaction zone is shorter than the critical value due to the use of granular catalyst material; but which is below the temperature at which the gas ignites.

Apparatus for the oxidation of gases containing flammable and / or explosive components comprising a reactor containing a catalyst, said reactor being equipped with a gas inlet and outlet as well as a controllable heating mechanism, characterized in that it comprises a closed catalyst containing the reactor (4) before providing a closed heating chamber (3) and temperature sensors (32, 43, 44) associated with the heating chamber (3) and the reactor (4), which are connected via a control unit (20) to a controllable heating mechanism (31).

Device according to claim 2, characterized in that the heating chamber (3) is provided with an electric heating mechanism (31) which is connected to a closed encapsulated switch box (5) and the switch box (5) is provided with an overpressure mechanism as well as i. a pressure sensor (51).

Device according to claims 2 and 3, characterized in that it comprises a heat exchanger (2), one side of which is connected between the pressure and / or speed increase unit (1) and the heating chamber (3), and the other side is connected between the reactor (4) and the chimney (21).

Device according to claims 2 to 4, characterized in that the reactor (4), the heating chamber (3) and optionally the heat exchanger (2) form a single unit.

Device according to claims 2 to 5, characterized in that it comprises two heating chambers (3) which are connected in parallel to each other.