Спосіб утилізації та знешкодження низькоконцентрованих газових викидів

Спосіб утилізації та знешкодження низькоконцентрованих газових викидів, що включає попередній розігрів каталізатора і подачу неочищеної газової суміші на каталізатор, який відрізняється тим, що неочищену газову суміш перед подачею на каталізатор періодично нагрівають очищеною газовою сумішшю, яку безперервно подають на охолодження. (19) (21) u200512487 (22) 26.12.2005 (24) 15.06.2006 (46) 15.06.2006, Бюл. № 6, 2006 р. (72) Колесник Василь Васильович, Орлик Володимир Миколайович, Карп Ігор Миколайович, П'ятничко Олександр Іванович (73) ІНСТИТУТ ГАЗУ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 Реалізація даного способу пов'язана з необхідністю періодичного, досить частого, переключення напрямку руху великих об'ємів газової суміші, що суттєво ускладнює технічне оформлення процесу, а також призводить в момент переключення до проскоку неочищеного газу, доочищення якого потребує додаткової апаратури. Все це суттєво ускладнює управління процесом та знижує його надійність. В основу пропозиції покладена задача удосконалення способу утилізації та знешкодження низькоконцентрованих газових викидів, в якому періодичним нагріванням неочищеної газової суміші перед подачею її на каталізатор очищеною газовою сумішшю на стадії її охолодження забезпечується відсутність проскоку неочищеної газової суміші та спрощення технологічного оформлення процесу знешкодження газових викидів і за рахунок цього підвищується надійність управління вказаним процесом. Поставлена задача вирішена тим, що в способі утилізації та знешкодження низькоконцентрованих газових викидів, який включає попередній розігрів каталізатора і подачу неочищеної газової суміші на каталізатор, згідно з пропозицією, неочищену газову суміш перед подачею на каталізатор періодично нагрівають очищеною газовою сумішшю, яку безперервно подають на охолодження. Неодмінною умовою сталого перебігу процесу знешкодження шкідливих домішок газової суміші є підтримання необхідної температури шару каталізатора, яка приблизно становить 300-400°С. В прототипі ця вимога забезпечується періодичним переключенням напрямку потоку неочищеної газової суміші в шарі каталізатора, що пов'язано з неминучим проскоком неочищеної газової суміші в момент переключення, і, як наслідок, зниження загальної ступені очищення. Тому для досягнення необхідного ступеню очищення газової суміші в прототипі виникає необхідність установки допоміжного обладнання для доочищення газової суміші. Крім того, часті переключення виводять з ладу запірні клапани, ускладнюють управління установкою знешкодження, що знижує термін міжремонтного пробігу та загальну надійність її роботи. В пропонованому способі періодичним нагріванням неочищеної газової суміші перед подачею її на каталізатор очищеною газовою сумішшю на стадії її охолодження виключають можливість затухання процесу каталітичного окислення шкідливих домішок в шарі каталізатора та необхідність періодичного переключення напрямку потоку неочищеної газової суміші. Таким чином, виключається проскок неочищеної газової суміші, а отже, відпадає необхідність доочищення газової суміші, а також відпадає потреба у вузлі переключення напрямку потоку газової суміші, що суттєво спрощує технологічне оформлення процесу знешкодження, управління ним та підвищує загальну надійність і термін міжремонтного пробігу установки знешкодження шкідливих домішок. На кресленні наведена схема здійснення пропонованого способу. 15183 4 Шар каталізатора 1 та шар інертної насадки 2 нагрівають до 350°С. Вхідний потік неочищеної низькоконцентрованої газової суміші 3 з вмістом оксиду вуглецю 1,4% при температурі 40°С нагрівають в теплообміннику "газ-газ" 4. При цьому газову суміші підігрівають всього на 5-10°С. Підігріту неочищену газову суміш подають на попередньо розігрітий до 350°С шар каталізатора 1 та шар інертної насадки 2. При цьому на каталізаторі 1 відбувається процес окислення оксиду вуглецю з виділенням тепла, за рахунок якого очищаємий газовий потік розігрівають до 480°С. Далі очищений від оксиду вуглецю газовий потік послідовно охолоджують в теплообміннику "газвода" 5, отримуючи при цьому в теплообміннику 5 гарячу воду з температурою 90°С, далі доохолоджують очищену газову суміш в теплообміннику "газ-газ" 4 та теплообміннику "газ-вода" 6, після чого знешкоджений та охолоджений газовий потік викидають назовні. Цей перший етап процесу знешкодження газової суміші продовжується 40хв. За 40хв. очищену газову суміш після проходження крізь шари каталізатора 1 та інертноїнасадки 2 подають на охолодження безпосередньо в теплообмінник "газ-газ" 4, в якому одночасно нагрівають вхідну неочищену газову суміш до 350°С перед подачею її на каталізатор 1. Цей другий етап процесу знешкодження газової суміші продовжується 20хв. За 20хв. очищену газову суміш після шару каталізатора 1 та шару інертної насадки 2 знову охолоджують в теплообміннику "газ-вода" 5, використовуючи відібране тепло не для підігріву вхідної неочищеної газової суміші 3, а для практичних потреб. Теплообмінник 6 є допоміжним і використовують його для попереднього підігріву води в ємності 7, з якої подають підігріту воду в теплообмінники 5 та 6. Рівень води в ємності 7 автоматично підтримують поданням необхідної кількості холодної води 8. За 40хв. очищену газову суміш після шару каталізатора 1 та шару інертної насадки 2 знову охолоджують в теплообміннику 4, в якому при цьому одночасно нагрівають неочищену газову суміш, доохолоджують в теплообміннику "газвода" 6, за рахунок чого знову підвищують температуру неочищеної газової суміші на вході шару каталізатора 1 до 350°С і описаний вище робочий цикл повторюють, чим забезпечують безперервний процес знешкодження шкідливих домішок за рахунок тепла їх окислення без залучення додаткових джерел енергії. При цьому досягають повного окислення шкідливих домішок без застосування додаткового устаткування. Приклад 1 (за прототипом) Газову суміш, що містить, об. %: 0,8 окису вуглецю, 0,05 метилового спирту, 0,1 формальдегіду, 19,8 кисню і 79,25 азоту подають у контактний апарат у проміжок між шарами каталізатора з лінійною швидкістю 1м/с. Основний шар складається з інертної засипки висотою 1м, розташованої над шаром каталізатора, і власне самого каталіза 5 тора, висота засипки якого становить 2м. Менша частина шару - це каталізатор висотою 0,6м та інертна засипка з обох його торців висотою по 0,3м. Каталізатор - окисно-мідний. В якості інертної засипки використовують кварц розміром 30мм. Обидві частини шару попередньо розігрівають до 350°С. За 30хв. весь об'єм газової суміші подають на основну частину шару крізь меншу ("запальну") частину каталізатора. У той час, коли температура у верхній частині основного шару та у нижній частині меншого шару досягає 420°С, газову суміш із температурою 0°С знову подають у проміжок між частинами шару каталізатора. Цикл, тривалість якого становить 36хв., повторюється. Характеристики способу утилізації та знешкодження газових викидів за прототипом наведені в таблиці. Приклад 2 (за запропонованим способом) Неочищену газову суміш 3, за складом таку ж як і в прикладі 1, (об. %: 0,8 окису вуглецю, 0,05 метилового спирту, 0,1 формальдегіду, 19,8 кисню і 79,25 азоту) підігрівають в теплообміннику "газгаз" 4 і подають на попередньо розігрітий до 350°С шар каталізатора 1 та шар інертної насадки 2. При цьому на каталізаторі 1 відбувається процес окислення органічних домішок з виділенням тепла, за рахунок якого газовий потік розігрівають до 480°С. Далі очищений газовий потік після шару каталізатора 1 та шару інертної насадки 2 охолоджують в теплообміннику "газ-вода" 5 та доохолоджують в теплообмінниках "газ-газ" 4, "газ-вода" 6 і знешкоджений та охолоджений газовий потік викидають назовні. Цей перший етап знешкодження газової суміші продовжується 40хв. 15183 6 За 40хв. після початку подачі газової суміші 3 на знешкодження, очищену газову суміш охолоджують в теплообміннику 4, доохолоджують в теплообміннику 6, а теплообмінник 5 відключають (припиняють подачу холодної води із ємності 7). При цьому вхідний потік газової суміші 3 нагрівають в теплообміннику 4 до 350°С і при цій температурі подають на вхід каталізатора 1. Цей другий етап процесу знешкодження газової суміші продовжується 20хв. За 20хв. очищену газову суміш після шару каталізатора 1 та шару інертної насадки 2 знову охолоджують в теплообміннику "газ-вода" 5 (відновлюють подачу холодної води із ємності 7), використовуючи відібране тепло не для підігріву вхідної неочищеної газової суміші 3, а для практичних потреб. За 40хв. очищену газову суміш знову охолоджують в теплообміннику 4, доохолоджують в теплообміннику "газ-вода" 6 і знешкодженим викидають в атмосферу. При цьому вхідний потік газової суміші 3 нагрівають в теплообміннику 4 до 350°С і при цій температурі подають на вхід каталізатора 1, тобто, описаний вище робочий цикл повторюють, чим забезпечують безперервний процес знешкодження шкідливих домішок за рахунок тепла їх окислення без залучення додаткових джерел енергії та виключають проскок неочищеної газової суміші через шар каталізатора, чого не можна уникнути при переключенні напрямку руху потоку, як це запропоновано в прототипі. Тривалість циклу дорівнює 1год. Характеристики способу утилізації та знешкодження газових викидів за пропозицією наведені в таблиці. Таблиця Порівняльні характеристики способу утилізації та знешкодження газових викидів за прототипом і за пропозицією Операція 1. Перемикання напрямку руху великих потоків газів 2. Проскок неочищеного газу 3. Установка додаткового обладнання для досягнення необхідної ступені очищення 4. Тривалість міжремонтного пробігу 5. Тривалість циклу Основні переваги пропонованого способу полягають в наступному: відпадає необхідність періодичного перемикання напрямку руху великих потоків газів, що знешкоджуються; гарантовано досягається повне окислення горючих домішок без необхідності установки додаткової апаратури незалежно від коливання концентрації домішок на Прототип + + Пропозиція + 2,5-3 місяці 36 хвилин 1 рік 1 година вході в установку; спрощено процес утилізації енергії, отриманої внаслідок окислення домішок низької концентрації, та запобігається зворотний вплив процесу відбору отриманого тепла на процес окислення; суттєво спрощується управління процесом підтримання нестаціонарного режиму окислення в робочому стані. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 15183 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601