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

Description

SPÔSOB OXIDÁCIE PLYNOV OBSAHUJÚCICH HORĽAVÉ A/ALEBO VÝBUŠNÉ ZLOŽKY A ZARIADENIE NA JEHO VYKONÁVANIE

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu oxidácie plynov obsahujú '.ich horľavé a/alebo výbušné zložky, ako i zariadenia na jeho vykonávanie.

Doterajší stav techniky

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.

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.

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.

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).

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu je odstránenie vyššie uvedených nedostatkov, ako i vyvinutie spôsobu a zariadenia, ktoré umožňujú bezpečnú oxidáciu plynov obsahujúcich rôzne horľavé a výbušné zložky.

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.

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.

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.

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.

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.

Rovnako je výhodné, keď sú upravené dve paralelne zapojené vykurovacie komory.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Ďalej uvedené príklady vyhotovenia, ako i pripojený výkres vynález bližšie objasňujú. Výkres na obr. 1 predstavuje schematické vyhotovenie zariadenia podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

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.

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.

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.

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.

Účelne sú reaktor 4 a vykurovacie komory 3 združené do jednej spoločnej jednotky, aby sa zabránilo tepelným stratám.

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.

V znázornenom zariadení sa spôsob podľa vynálezu vykonáva takto:

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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:

a) výpadok ventilátora 1

b) poškodenie regulačného obvodu

c) zvýšenie koncentrácie znečisťujúcich zložiek.

Vo všetkých troch uvedených prípadoch hlavný vypínač vypne vykurovanie.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (6)

1. Spôsob oxidácie plynov obsahujúcich horľavé a/alebo výbušné zložky, pri ktorom sa plyn vedie do reakčnej zóny obsahujúcej katalyzátor, v ktorej sa zahreje na teplotu potrebnú pre katalytickú oxidáciu, vyznačujúci sa tým, že plyn sa vedie uzavretou ohrievacou zónou do uzavretej reakčnej zóny, pričom dopravná rýchlosť je dvojnásobkom až päťnásobkom spaľovacej rýchlosti plynu vykazujúceho najvyššiu spaľovaciu rýchlosť, dĺžka voľnej dráhy plynu v ohrievacej zóne ako i v reakčnej zóne je v dôsledku použitia zrnitého katalyzátorového materiálu kratšia ako kritická hodnota a plyn je regulovaním teploty udržiavaný na teplote potrebnej pre oxidáciu, ktorá však je nižšia ako teplota, pri ktorej dochádza ku vznieteniu plynu.

2. Zariadenie na oxidáciu plynov obsahujúcich horľavé a/alebo výbušné zložky, ktoré zahrňuje reaktor obsahujúci katalyzátor, pričom tento reaktor je opatrený prívodom a odvodom plynu ako i regulovateľným vykurovacím mechanizmom, vyznačujúce sa tým, že zahrňuje uzatvorený katalyzátor obsahujúci reaktor (4), pred ktorým je upravená uzatvorená ohrievacia komora (3) a tepelné čidlá (32, 43, 44), priradené k ohrievacej komore (3) a reaktoru (4) ktoré sú spojené cez ovládaciu jednotku (20) s regulovateľným vykurovacím mechanizmom (31).

3. Zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že vykurovacia komora (3) je opatrená elektrickým vykurovacím mechanizmom (31), ktorý je napojený na uzatvorenú zapuzdrenú spínaciu skriňu (5) a spínacia skriňa (5) je opatrená mechanizmom zaisťujúcim pretlak ako i tlakovým čidlom (51).

4. Zariadenie podľa nárokov 2 a 3, vyznačujúce sa tým, že zahrňuje výmenník (2) tepla, ktorého jedna strana je napojená medzi jednotku (1) na zvýšenie tlaku a/alebo rýchlosti a ohrievaciu komoru (3), a druhá strana je napojená medzi reaktor (4) a komín (21).

5. Zariadenie podľa nárokov 2 až 4, vyznačujúce sa tým, že reaktor (4), vykurovacia komora (3) a prípadne i výmenník tepla (2) tvoria jedinú jednotku.

6. Zariadenie podľa nárokov 2 až 5, vyznačujúce sa tým, že zahrňuje dve vykurovacie komory (3), ktoré sú zapojené paralelne k sebe.