устройство для очистки газов от примесей органических веществ

Формула изобретения

Устройство для озон-каталитической очистки газов от примесей органических веществ, включающее реактор с расположенными по ходу теплообменником, электронагревателем и слоем гранулированного катализатора, систему подачи озоно-воздушной смеси в реактор, отличающееся тем, что в реакторе размещены несколько слоев катализатора со свободным пространством между ними, в котором размещены распределители с патрубками для подачи озоно-воздушной смеси, причем теплообменники расположены по ходу газов до и после слоев с катализатором, реактор снабжен переключающим устройством для подачи очищаемого газа, устройство дополнительно снабжено последовательно соединенными адсорбером, озонатором и анализатором состава газов, причем анализатор установлен на трубопроводе между адсорбером и каталитическим реактором и подсоединен через блок управления к исполнительному механизму изменения напряжения озонатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химии, а именно к каталитической очистке промышленных газовых выбросов от примесей органических веществ. Изобретение касается очистки газовых потоков, например, вентилляционных газов, обладающих большой объемной скоростью и содержащих относительно низкие концентрации органических соединений. Для очистки таких газовых выбросов разработаны озон-каталитические способы, которые позволяют эффективно окислять органические вещества с образованием безвредных соединений - углекислого газа и воды.

Заявляемое устройство предназначено для очистки газов от примесей органических веществ озон-каталитическим способом и может быть использовано в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известен реактор для осуществления озон-каталитической обработки отходящих газов. В реакторе сформирован слой гранулированного или таблетированного катализатора на основе гидроксида железа, через который пропускают содержащие озон отходящие газы с целью разложения озона. Выше по потоку слоя катализатора расположен газо-газовый теплообменник. Высокотемпературным воздухом в теплообменнике нагревают отходящие газы, поступающие затем в слой катализатора. Однако, для очистки высокоскоростных газовых потоков расположение катализатора в один слой не является оптимальным. Более эффективно процесс очистки газов происходит в реакторах, где предусмотрено расположение катализатора в несколько слоев, причем устройства для ввода озона расположены в пространстве между слоями.

Реактор является наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков и принимается в качестве прототипа.

Задача, решаемая изобретением - полное разложение остаточного озона при обеспечении высокой степени очистки газовых выбросов, в том числе влажных, от примесей органических веществ. Заявляемое устройство позволяет регулировать подачу озона в зависимости от состава очищаемых газов.

Сущность заявляемого устройства заключается в следующем. В реакторе расположены два или более слоев катализатора со свободным пространством между ними, в котором расположены распределители с патрубками для подачи озона. По ходу газового потока до и после слоев катализатора расположены регенеративные теплообменники, электронагреватель расположен в центре реактора в свободном пространстве между слоями катализатора. Кроме того, для переключения направления подачи очищаемого газа реактор снабжен переключающим устройством.

Для очистки газовых выбросов в случае резких и частых колебаний концентраций загрязняющих веществ предусмотрено устройство, позволяющее регулировать концентрацию озона в подаваемой озон-воздушной смеси. Для этой цели реактор соединен с анализатором примесей и адсорбером. Анализатор примесей установлен на трубопроводе между адсорбером и каталитическим реактором и подсоединен через блок управления к исполнительному механизму изменения напряжения озонатора.

Отличительными от прототипа признаками заявляемого устройства являются следующие:

в реакторе расположены несколько слоев катализатора со свободным пространством между ними;

в пространстве между слоями катализатора расположены распределители с патрубками для подачи озоно-воздушной смеси;

теплообменники расположены по ходу газового потока до и после слоев катализатора;

реактор снабжен переключающим устройством для подачи очищаемого газа; реактор дополнительно соединен с анализатором примесей и адсорбером, причем анализатор примесей установлен на трубопроводе между адсорбером и реактором и подсоединен через блок управления к исполнительному механизму озонатора.

На фиг. 1 изображен каталитический реактор; на фиг. 2 - схема установки для озон-каталитической очистки газовых выбросов; на фиг. 3 показано распределение концентраций озона и органического вещества по времени.

Каталитический реактор (фиг.1) содержит корпус 1, слои катализатора 2 и 3, регенеративные теплообменники 4 и 5, штуцер подачи озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси 6, электронагреватель 7, клапан подачи очищаемых газов 8.

Установка для очистки газов от примесей органических веществ (фиг. 2) содержит трубопровод очищаемого газа 9, адсорбер 10, анализатор примесей 11, подключенный через блок управления 12 к исполнительному механизму изменения напряжения озонатора 13, установленному на озонаторе 14, озонопровод 15, подсоединенный к трубопроводу, соединяющему адсорбер 10 с каталитическим реактором 16.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В каталитический реактор (фиг.1), предварительно прогретый до необходимой температуры электронагревателем 7, подают очищаемые газы, которые проходят теплообменник 4 и слой катализатора 2, затем попадают в свободное пространство между слоями катализатора 2 и 3, где происходит их смешение с озоно-кислородной или озоно-воздушной смесью, поступающей через штуцер 6.

Очистка газов происходит в слоях катализатора 2 и 3. Очищенный газ охлаждается, проходя через теплообменник 5 и выбрасывается в атмосферу. Количество озона, вводимого в очищаемые газы, пропорционально содержанию примесей органических веществ, поэтому способ наиболее эффективен при низких концентрациях. Для наиболее полного использования озона каждый слой катализатора разделяют на две и более части со свободными пространствами между ними, в которые подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь.

Очистку газов осуществляют также в нестационарном режиме. Очищаемые газы подают в реактор через клапан подачи 8, и они проходят через предварительно нагретый (при запуске) теплообменник. Здесь газы нагреваются, и в слоях катализатора 2 и 3 происходит полное окисление органических веществ. Очищенные газы проходят через холодный теплообменник, охлаждаются и через выходной патрубок выбрасываются в атмосферу. В ходе работы нагретый теплообменник постепенно охлаждается в направлении слоя катализатора, а холодный теплообменник прогревается в обратном направлении. Как только температура дальнего от катализатора теплообменника, а значит, и газа на выходе из аппарата, превысит температуру поступающих на очистку на величину температуры адиабатического разогрева, клапан подачи газа 8 переключают из положения A в положение B, изменяя таким образом направление потока.

Этот вариант работы заявляемого устройства является основным и применяется в тех случаях, когда на очистку подают газы, содержащие примеси органических веществ, концентрация которых достаточно стабильна. Если в очищаемых газах происходят резкие и частые колебания концентрации примесей органических веществ, для более эффективной работы заявляемого устройства предложено использовать адсорбционный демпфер, т.е. слой адсорбента, работающего в режиме изотермической сорбции-десорбции. Этот прием приводит к существенному выравниванию колебаний концентраций примесей в очищаемых газах, и, следовательно, к сокращению непроизводительных затрат озона. Установка работает следующим образом (фиг.2). При резком отклонении концентрации примесей органических веществ от средней в газах, поступающих на очистку через трубопровод 9, адсорбер 10 сглаживает изменение концентрации - происходит уменьшение амплитуды отклонения при увеличении его продолжительности. Сглаженное колебание концентрации примесей регистрируется анализатором 11, который через блок управления 12 передает сигнал на исполнительный механизм 13 изменяющий напряжение, подаваемое на озонатор 14. За счет более плавного изменения концентрации примесей в газах озонатор 14 переходит на новый режим и в очищаемые газы через озонопровод 15 и далее после смешения в каталитический реактор 16 подается необходимое количество озона.

Повышение эффективности очистки при резких и частых колебаниях концентраций примесей углеводородов в газах иллюстрируется на фиг. 3, где представлены входные импульсы толуола 1, выходная кривая сглаживания их при пропускании через адсорбер 2 и концентрации озона 3, 4, подаваемого в очищаемые газы.

Для очистки пульсирующих колебаний концентраций органического вещества по известному способу в очищаемые газы подают высокую концентрацию озона 3.

При пропускании очищаемых газов через адсорбер пульсации концентраций сглаживаются и на выходе получают непрерывную кривую концентрации озона 4, подаваемого в очищаемые газы.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет надежно и эффективно очищать высокоскоростные газовые потоки, в том числе влажные, от примесей органических веществ, в частности, в случае частых и резких колебаний концентраций примесей органических веществ, что особенно актуально при очистке промышленных газовых выбросов.