SU849594A1 - Способ очистки отход щих газов - Google Patents

Description

НИИ направлени  на противоположное движущегос  через слой катализатора потока реакционной смеси или при изменении температуры реакционной смеси перед слоем катализатора или его част ми от О-150° С до 200-550° с в течение 10-100 мин.

Осуществление процесса в указанных услови х позвол ет создать простые и дешевые конструкции контактных аппаратов, снизить их металлоемкость в 3-5 раз. Кроме того, возможна переработка газов с низким содержанием вредных примесей, которые ранее из-за сложности очистки выбрасывались в атмосферу, например газы с содержанием окиси углерода 0,1-0,5 об. %, паров спиртов (метанола, пропанола и др.) 0,01-0,05 об. %, паров альдегидов (формальдегида , ацетальдегида, пропионовый и др.) 0,01-0,05 об. % и (или) углеводородов (метан, бутан, этилен, бензол и др.) 0,01-0,1 об. %. Такой способ также целесообразно примен ть при переменном во времени содержании вредных примесей - окиси углерода от 0,1 до 3,5 об. %, водорода от 0,2 до 4 об. %, паров спиртов и альдегидов от 0,01 до 1,5 об. %, углеводородов от 0,01 до 1,5 об. %. При этом температура исходной реакционной смеси может измен тьс  от О до 150° .С.

Поддержание заданного технологического режима - полна  степень превращени  вредных примесей обеспечени  выбором р да параметров, а именно линейной скоростью , временем переключени  и др.

Предлагаемый способ осуществлени  процесса исключает установку теплообменной аппаратуры и (или) дополнительного подвода тепла дл  подогрева исходной реакционной смеси, так как сам слой катализатора выполн ет роль регенеративных теплообменников, причем теплообмен между газом и зернами катализатора осуществл етс  наиболее эффективно пр мым контактом .

С целью сокращени  количества катализатора и уменьшени  гидравлического сопротивлени  реактора слой катализатора помещают между двум  сло ми инертного материала с размером зерен в раз превышающем размер зерен катализатора, которые выполн ют функции регенераторов тепла. При этом исходна  реакционна  смесь поступает в слой катализатора с температурой 250-350° С. При такой температЗре скорость реакции значительна и дл  достижени  полной степени превращени  требуетс  мала  высота сло  катализатора.

На фиг. 1-4 даны принципиальные схемы осуществлени  предлагаемого способа; на фиг. 5 - профили температур и степеней превращени  продуктов по длине сло .

На фиг. 1 изображена схема окислени  окиси углерода, включающа  контактный аииарат с трубопроводами и установленны: .ш на них задвижками 1-4 с одним слоем

катализатора и заключенными между ним двум  сло ми инертной засыпки HI и Hz. В качестве инертной засыпки могут быть выбраны, например, частицы кварца, керамические кольца Ращига либо другой инертный материал фракции 25-75 мм. На предварительно разогретый слой катализатора 350° С поступает реакционна  смесь с содержанием Окиси углерода 1,5 об. % с температурой 40° С. Линейна  скорость смеси 0,6 м/сек. Высота засыпки катализатора 1 м, инерта - по 1,2 м. Направление подачи газа показано сплошными стрелками. При этом задвижки 1 и 3 открыты, а задвижки 2 и 4 - закрыты. В инертной засыпке И исходна  смесь нагреваетс  до 270-290° С, котора  превышает температуру начала реакции. По длине сло  катализатора возникает тепловой фронт FI. Через 25 мин тепловой фронт займет положение р2. в этот момент времени производ т быстрое и одновременное переключение задвижек 1, 3 и 2, 4 и мен ют направление движени  исходной реакционной смеси на

противоположное (показано пунктирными стрелками). Фронт реакции F- будет двигатьс  в противоположном направлении и через следующие 25 мин займет положение FI, после чего полный цикл, равный 50 мин,

повтор етс , обеспечива  тем самым непрерывный выход прореагировавшей реакционной смеси из сло  катализатора.

Ннертна  засыпка выполн ет роль регенеративного теплообменника - посто нно нагрева  исходную реакционную смесь с входной температуры 40° С до температуры , превышающей температуру начала реакции, и посто нно охлажда  прореагировавшую смесь за счет передачи тепла реакции охлажденному до 40° С инертному материалу .

На фиг. 2 изображена схема каталитического обезвреживани  при изменении входной температуры смеси от О-150° С до

200--550°С в течение 10-100 мин. При этой схеме подачу исходной реакционной смеси в слой ведут в одном направлении. В слое - инертна  засыпка И и катализатор К, разделенном на две одинаковые части А и В, тепловой фронт реакции перемещаетс  из положени  FI в Р к далее по схеме FI и т. д. Перемещение теплового фронта FI в положение f и наоборот осуществл ют с помош,ью попеременного переключени  задвижек 1-6. Прореагировавщую реакционную смесь вывод т из сло  катализатора в направлении, показанном стрелками.

Например, на слой А, предварительно

разогретый до 350° С, исходную смесь с содержанием окиси углерода 2,8 об. % и температурой 20° С подают в направлении, указанном сплошными стрелками. При этом задвижки 1, 3 и 5 открыты, а задвижки 2, 4 и 6 закрыты. Возникший тепловой фронт

начнет перемещатьс  из положени  FI в положение F. Через 40 мин (врем  полуцикла ), реакционна  смесь Q температурой 350° С. переходит в ненагретую часть сло  В. В этот момент одновременно наминают закрывать задвижки I и 3 и открывать задвижку 2. При этом исходна  реакционна  смесь с начальной температурой 20° С начинает поступать в. часть сло  В. После полного закрыти  задвижек 1 и 3 и полного открыти  задвижки 2 начинают одновременно срабатывать задвижки 4, 5 и 6. При этом задвижка 5 закрываетс , а задвижки 4 и 6 открываютс  и прореагировавшую реакционную смесь подают на вход части А и вывод т из катализатора (пунктирные стрелки). При переходе теплового фронта из положени  jFi в положение FZ (и наоборот ) температура на входе в инертную засыпку повышаетс  от 20 до 550° С и снова понижаетс  до 20° С. При этом инертна  засыпка выполн ет роль регенеративного теплообменника. При последовательном переключении задвижек 1-6 осуществл ют непрерывное движение теплового фронта по схеме FI F и т. д. в одном направлении, обеспечива  также непрерывный выход прореагировавшей смеси из сло  катализатораПа фиг. 3, 4 изображена друга  схема каталитического обезвреживани , осуществл ема  также при температуре смеси на выходе в слой от О-150° С до 200-550° С в течение 10-100 мин. При этой схеме подачу исходиой реакционной смеси в слой, разделенный на две неравные части А и В, ведут периодически по двум направлени м. Часть А представл ет из себ  засыпку инертного материала ИА и слой катализатора К А, а часть В - слои инертной засыпки Ив, ч Ив, и заключенный между ними слой катализатора КБ . Часть сло  В служит периодическим «запалом основного сло  А, температура смеси на входе в который периодически измен ют. Папример, в части А и В, предварительно разогретые до 350° С, исходную реакционную смесь с содержанием окиси углерода 1,4 об. % и температурой 40° С подают в направлении, показанном стрелками (фиг. 3). При этом в каждой части сло  А и В возникают два тепловых фронта FB, и FA,, которые начинают перемещатьс  в противоположных направлени х . Задвижка 1 закрыта, задвижка 3 открыта , а задвижку 2 открывают не полностью , регулиру  медленное движение фронта FB, по отношению к скорости движени  фронта FA,. За период времени 20 мин тепловые фронты займут положение FA, и FB. (фиг. 4), после чего задвижки 2 и 3 закрывают, а задвижку 1 открывают. При этом мен етс  направление подачи исходной реакционной смеси (показано стрелками ). Окись углерода, содержаща с  в исходной смеси, будет окисл тьс  в зоне

реакц,ии FB, , а так как в зону FA, ее не будет поступать, то реакци  там прекращаетс  и теплоюй фронт FA, «выходит из сло . При достижении через 5 мин тепловым фронтом FB, положени , показанного на фиг. 3, он раздел етс  на два тепловых фронта FA, и FB, . В этом положении переключаютс  задвижки 1, 2 и 3 и цикл, равный по времени 25 мин, повтор етс . Перед.

частью сло  А в месте ввода исходной смеси периодически, через 25 мин, температура измен етс  от 40 до 480° С. При последовательном переключении задвижек 1, 2 и 3 осуществл ют пульсирующее возникновение и затухание теплового фронта FA, , что обеспечивает непрерывный выход прореагировавшей реакционной смеси из сло  катализатора . При этом часть сло  В периодически выполн ет роль «запала. Пример 1. Исходную реакционную смесь, содержащую, об. Уо« 0,8 окиси углерода , 0,05 метилового спирта и ОД формальдегида , 19,8 кислорода и 79,25 азота подают в контактный аппарат с одним адиабатическим слоем окисно-медного катализатора (фиг. 1). Температура исходной смеси 0° С, линейна  скорость смеси 1 м/сек. Высота сло  катализатора К 0,8 м, инертных засыпок И; и И2 - по 1,6 м. В качестве инертной засыпки используютс  частицы кварца размером 30 мм.

В данном примере осуществл ют изменение направлени  движени  потока реакционной смеси (фиг. 1) на противоположное путем изменени  места ее ввода на вывод через 16 мин. Через следующие 16 мин оп ть измен ют направление движени  исходной реакционной смеси и т. д. Продолжительность одного цикла составл ет

32 мин.

На фиг. 5 приведены профили температур и степеней превращени  продуктов по длине сло . Лини  I соответствует профилю температуры по длине сло  в момент времени 96 мин (после 6 переключений направлени  потока), линии П и П1 - профил м температур в моменты времени t2 106 и 3 112 мин. В момент времени /з производ т переключение направлени  потока . На фиг. 4 также показаны профили степеней превращени  по длине сло  в моменты времени /ь t и tz (линии а, Ь, с). Видно, что в любой момент времени полуцикла достигаетс  полна  степень превращени  продуктов по двуокиси углерода и воды. В данном примере врем  контакта реакционной смеси с катализатором в l,,5 раза меньше, чем в реакторе, работающем в стационарном режиме, за счет загрузки на торцах сло  инертного материала. Пример 2. Исходную реакционную смесь, содержащую, об. %: 0,2 метана, 0,1 этилена, 0,1 бутана, остальное воздух подают в контактный аппарат с одним адиабатическим слоем катализатора (фиг. 1).

Катализатор такой же, как в примере 1. Высоты слоев катализатора К - 0,6 м, инертной засыпки И и Иг - по 0,5 м. Линейна  скорость смеси 0,2 м/сек, температура смеси 10° С. До ввода реакционной смеси слой разогрет до 350° С. Направление движени  смеси измен ют через 50 мин, продолжительность одного цикла 100 мии. Средн   за цикл степень превращени  100%.

Пример 3. Состав реакционной смеси - бутанол 0,018 об. %, остальное воздух . Температура смеси 150° С. Высоты засыпок: катализатора К - 1,8 м, ннерта HI и И2 - по 2,1 м. Линейна  скорость смеси 1,2 м/сек. Остальные услови  аналогичп.ы примеру I. Врем  одного полного цикла 12 мин, степень превращени  100%.

Пример 4. Аналогичен примеру 1, отличаетс  тем, что исходную смесь состо щую из 0,05 об. % бензола и 0,5 об.%водорода , подают в аппарат с температурой 150° С. Средн   за щикл степень превращени  100%, продолжительность одного цикла 36 мин.,

Пример 5. Аиалогичен примеру 3, отличаетс  тем, что температура исходной смеси (0,03 об. % метанола, 0,05 об. % формальдегида, остальное воздух) 0° С. Средн   за цикл степень превращени  99,99%, продолжительность одного полного цикла 10 мин.

Пример 6. Состав исходной смеси, об. %; 0,15 ацетальдегида, 0,05 этанола, 19,9 кислорода и 79,9 азота. Температура смеси 40° С. Высоты слоев: катализатора К- 1,2 м, инертной засыпки HI и И2 - по 2 м. Линейна  скорость смеси 0,7 м/сек. Катализатор - платина на носителе. Длительность одного полного цикла 80 мин, средн   за цикл степень превращени  - 10Q%.

Пример 7. Состав исходной смеси - 0,035 об. % пропилена, остальное воздух, температура смеси 60° С. Высоты слоев: катализатора К - 2,0 м, инертной засыпки И; и Н2 - по 2,5 м. Линейна  скорость 1,5 м/сек. Остальные услови  аналогичны примеру 1. Длительность цикла 26 .мин, степень превращени  100%.

Пример 8а. Нсходна  реакционна  смесь, начальна  температура и катализатор такие же, как в примере 1. Слой разделен на две равные части. В каждой части А и В высота сло  катализатора К- 1,2 м, инертной засыпки И-1,2 м. В данном примере осуществл етс  изменение температуры перед част ми сло  А и В. Линейна  скорость смеси 0,8 м/сек. Часть А предварительно разогрета до 350° С. Реакционна  смесь, пройд  через слои А и В, выходит из аппарата с температурой, плавно измен ющейс  от О до 420° С в течение полуцикла 20 мин, после чего производ т переключение задвижек в такой же последовательности , котора  приведена в описаНИИ к фиг. 2. При этом температура реакционной смеси на входе в верхнюю часть сло  В мен етс  следующим образом: через 12 мин температура достигает 420° С После переключени  задвижек I-6 через указанное врем  полуцикла (20 мин) исходную смесь подают на часть сло  В. Через следующие 20 мин тепловой фронт полностью переходит из положени  F в положение .PI и цикл продолжительностью 40 мин повтор етс . На выходе из реактора достигаетс  полна  степень превращени .

Пример 86, Нсходные данные такие же, как в примерах 8а и 1. Отличие заключаетс  в том, переключение задвижек и перераспределение исходной смеси между част ми А и В (фиг. 2) производ т в положении , когда тепловые фронты FI и FZ соответственно наход тс  в середине частей А и В. Полуцикл начинаетс  со времени , когда тепловой фронт F займет положение в середине части. Нсходную смесь подают в направлении, показанном сплощными стрелками (фиг. 2).

Тепловой фронт проходит через верхнюю часть сло  В с теми же температурами, что и в примере 8а и через врем  полуцикла 20 мин занимает положение FZ в середине сло  В. Задвижки переключают (последовательность та же, что в описании к фиг. 2) и исходную смесь с температурой 0° С подают на верхнюю часть сло  В (пунктирные стрелки на фиг. 2). Через следующие 20 мин, т. е. через врем  цикла, равное 40 мин, тепловой фронт FZ занимает положение FI (в середине части сло  А), и затем цикл повтор етс . При этом в каждо.м полуцикле прореагировавщую реакционную смесь вывод т последовательно из частей сло  А и В и из аппарата с плавно измен ющейс  во времени температурой от О до 420° С. На выходе из аппарата средн   за цикл степень превращени  составл ет 99,99%.

Пример 9. Аналогичен примеру 8 тем, что исходную реакционную смесь, состо щую из 0,02 об. % изобутилового спирта, 19,99 об. % кислорода и об. % азота с температурой 150° С подают последовательно на части сло  А и В (фиг. 2). Высоты засыпок катализатора К - 1,8 м, инерта Н - 2,2 м. Катализатор такой же как в примере 1. Линейна  скорость смеси 1,2 м/сек. Продолжительность цикла 10 мин. Температура на входе в част х сло  А и В плавно мен етс  в течение полуцикла от 150 до 320° С. На выходе из аппарата степень превращени  100(%.

Пример 10. Аналогичен примеру 8, отличаетс  тем, что исходную реакц,ионную смесь с измен ющейс  случайным образом во времени концентраци ми водорода от 0,1 до 0,6 об. %, окиси водорода от 0,2 до 0,8 об. %, метилового спирта от 0,05 до 0,1 об. %, формальдегида от 0,05 до

0,2 об. %, при содержании кислорода 19,9-9 об. % подают последовательно на части сло  А и В (фиг. 2) с температурой 40° С. Катализатор такой же, как в примере 1. Продолжительность цикла 48 мин. Температура на входе в част х сло  А и В измен етс  от 40 до 380° С. Средн   за цикл степень превращени  - 99,9%.

Пример 11. Аналогичен примеру 8, отличаетс  тем, что исходную смесь, об. % этан 0,1, этилен 0,1, кислород 19,9 и азот 79,9 с температурой 70° С подают последовательно на части сло  А и В (фиг. 2). Высота засыпок катализатора . (палладий носителе) - 1,3 м, инертной засыпки - 0,7 м. Линейна  скорость смеси 0,2 м/сек. Продолжительность цикла 100 мин, средн   за цикл степень превращени  100%. Температура на входе в част х сло  А и В измен етс  от 70 до 200° С.

Пример 12. Исходную реакционную смесь с составом и температурой, приведенными в примере 1, подают в контактный аппарат с «запалом, как показано на фиг. 3. Часть сло  А состоит из инертной засыпки высотой 1 м, расположенной над слоем катализатора , и собственно катализатора, высота засыпки которого составл ет 2 м. Часть сло  В - слой катализатора высотой 0,6 м и инертна  засыпка с обоих торцов по 0,3 м. Линейна  скорость смеси 1 м/сек. Катализатор такой же, как в примере 1. Обе части сло  предварительно разогреты до 350° С. Исходную реакционную смесь подают как на основную часть сло  А, так и на «запал В. Через 30 мин тепловые фронты А, и FB, занимают положени  F, и FB, , носле чего производ т переключение задвижек и исходную реакционную смесь подают на часть сло  А через «запал В. Через 6 мин тепловой фронт FB, занимает положение FA, и FB, , а тепловой фронт .Рдг выходит из сло . В течение этого времени , когда обе части сло  работали как один слой, температура в верхней части сло  Айв нижней части сло  В мен лась следующим образом - при времени t 20 мин (в момент переключени ) она составл ла 0° С, через 2 мин - 130° С, еще через 2 мин - 270° С, и в момент следующего переключени  - 420° С. В то врем , когда тепловой фронт FB, раздел етс , задвижки 1-3 оп ть переключают в той же последовательности, котора  приведена в описании к фиг. 3, и исходную реакционную смесь снова подают с температурой 0° С между част ми сло  А и В. Средн   за цикл, который составл ет 36 мин, степень превращени  99,9%.

Пример 13. Аналогичен примеру 12, отличаетс  тем, что исходную реакционную смесь, содержащую, об. %: 0,1 пропионового альдегида, 19,95 кислорода и 79,95 азота подают в аппарат (фиг. 3) с температурой 50° С. Используют платиновый катализатор . При этом температура на входе в часть сло  А периодически измен етс  от 50 до 220° С. Длительность цикла 80 мин, средн   за цикл степень превращени 

5 100%.

Пример 14. Аналогичен примеру 12, отличаетс  тем, что исходную смесь, содержащую 0,05 об. % метана и 0,2 об. % окиси углерода (остальное воздух) подают в

0 аппарат (фиг. 3) с температурой 150° С. Катализатор такой же, как в примере 13. Температуру на входе в часть сло  А измен ют от 150 до 280° С. Средн   за цикл степень превращени  100%, длительность цик5 ла 16 мин.

Пример 15. Аналогичен примеру 12, отличаетс  тем, что исходна  смесь (водород 1,5 об. %, пропанол 0,2 об. %, бутанол

0 0,1 об. %, остальное воздух) поступает в аппараты (фиг. 3) с температурой 30° С. Катализатор окисно-медный. На входе в часть сло  А температуру измен ют от 30 до 550° С. Средн   за цикл степень превра5 щени  99,9%, длительность цикла 100 мин. Пример 16. Аналогичен примеру 1, отличаетс  тем, что содержание окиси углерода в исходной смеси измен етс  случайным образом во времени - в пределах от

0 0,2 до 3,5 об. %. Концентраци  кислорода при этом примерно посто нна и равна 19,7 об. %. Температура исходной смеси 20° С. Высота слоев катализатора К - 1,6 м, инертной засыпки Hi и Иа - по 2 м. Линейна  скорость смеси - 0,7 м/сек. Катализатор окисно-медный. Продолжительность одного цикла 90 мин, средн   за цикл степень превращени  99,9,%.

Пример 17. Аналогичен примеру 7,

0 отличаетс  тем, что в исходной смеси случайным образом измен етс  содержание циклопентана от 0,01 до 0,05 об. %. Температура смеси 70° С. Катализатор - платина на носителе. Продолжительность одного

5 цикла 20 мин, средн   за цикл степень превращени  100%.

Claims (3)

1.Способ очистки отход щих газов от вредных примесей путем пропускани  их через слой зернистого катализатора, отличающийс  тем, что, с целью упрощени 

процесса и возможности очистки газов с переменным во времени составом и концентрацией примесей, процесс осуществл ют при периодическом изменении направлени  движени  очищаемого газа в слое катализатора на противоположное либо при периодическом изменении температуры газа перед слоем катализатора.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что периодичность изменени  температуры составл ет 10-100 мин.

И

3. Способ по п. 1, отличающийс , тем, что, с целью уменьшени  количества катализатора и снижени  гидравлического сонротивлени  слой катализатора помещают между двум  сло ми инертного зернистого материала с размером зерен в 5-20 раз превышающим размер зерен катализатора .

12

Источники информации, прин тые вовнимание при экспертизе:

1.Патент США № 3607133, кл. В 01 J 9/06, 1969.

2.Термические методы обезвреживани  отходов. Л., «Хими , 1975, 25-40 (прототип ).

-CXI

Фиг.

Cxh

ixd-

г

W /////M ,

Полупим А

-IXh

1

mf

ШШШШ:Ш //т

Переключение задйижек

/ -«

-{х-- t

7//ZW/7:;. - мт-:} ттк-шк/////// ,

. 2Z//

- hg

.