устройство для каталитического обезвреживания газообразных выбросов

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ВЫБРОСОВ, содержащее корпус с входными и выходными патрубками и слоями теплопоглощающего инертного и каталитически активного материала, разделенными вертикальной перегородкой, не доходящей до верха корпуса, на два равных сектора, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит переключающее устройство, встроенное в нижнюю часть корпуса, размещенное под неподвижными секторами с инертом и катализатором, выполненное в виде двух полукольцевых каналов, один из которых подсоединен к патрубку входа, другой - к патрубку выхода очищаемого газа, полукольцевые каналы имеют по два отверстия, соединяющих их с каждой секцией реактора и перекрываемых поочередно герметичными клапанами, функционально связанными между собою посредством блока управления, получающего сигналы от датчиков температуры, установленных на границах слоя катализатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия переключающего устройства герметично перекрываются четырьмя тарельчатыми клапанами, функционально связанными между собою.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды, к установкам проведения каталитических процессов в искусственно создаваемых нестационарных условиях, и может быть использовано в химической, нефтехимической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности для очистки отходящих газов различных пpоизводств от токсичных выбросов.

Известно устройство для каталитического обезвреживания газовых выбросов в нестационарном режиме, включающее каталитический реактор, пусковой нагреватель и четыре переключающих клапана, расположенных на газоходах до и после реактора [1].

В результате периодического попарного открывания и закрывания клапанов периодически изменяются направление фильтрации очищаемой смеси через слой катализатора, что приводит к возникновению тепловой волны, движущейся в направлении течения газового потока, и к созданию оптимальных технологических условий для процессов каталитической очистки от токсичных веществ.

Известно также устройство аналогичного назначения и принципа действия, включающее каталитический реактор, пусковой нагреватель и два переключающих клапана [2].

Вышеперечисленные технические решения обладают рядом недостатков. Наличие расположенных снаружи реактора двух либо четырех переключающих клапанов требует соответствующих соединительных трубопроводов, что приводит к громоздкости установки. Кроме того, при любой обвязке установки наружными газоходами значительное количество неочищенных газов, находившихся в газоходах и других пустых объемах установки, в момент переключения направления потоков выбрасывается в атмосферу, минуя слой катализатора, что снижает среднюю за цикл степень очистки от токсичных веществ.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является каталитический реактор для очистки газов, содержащий корпус с входными и выходными патрубками, внутри которого размещены слои теплопоглощающего инертного и каталитически активного материала, разделенные перегородками, не доходящими до верха корпуса, инертный и каталитически активный материалы расположены во вращающемся на валу секционированном роторе, входные и выходные патрубки размещены по одну сторону вращающего ротора, при этом часть ротора перекрывает входной патрубок, а другая - выходной [3].

Данный каталитический реактор обеспечивает долговечность работы катализатора за счет того, что при вращении ротора использование емкости катализатора осуществляется равномерно, при этом катализатор не перегревается.

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность очистки газовых выбросов за счет проскока газа между вращающимся ротором и корпусом, поскольку практически невозможно обеспечить вращение ротора с одновременной герметизацией зазора по плоскости и по радиальному зазору. Известный реактор не обладает необходимой надежностью в работе, поскольку вращающийся ротор работает в условиях высоких температур, что способствует быстрому выходу ротора из строя, ремонт его трудоемок, так как требуется разбирать реактор. Кроме того, требуются значительные затраты энергии на приведение во вращение ротора с катализатором и инертным материалом, что для установок промышленного масштаба ведет к очень большим эксплуатационным расходам.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании надежного устройства для каталитического обезвреживания газообразных выбросов, обеспечивающего высокую эффективность очистки.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для каталитического обезвреживания газовых выбросов содержит корпус со входными и выходными патрубками и слоями теплопоглощающего инертного и каталитически активного материала, разделенными вертикальной перегородкой, не доходящей до верха корпуса, на два равных сектора, устройство дополнительно содержит переключающее устройство, встроенное в нижнюю часть корпуса, размещенное под неподвижными секторами с инертом и катализатором, выполненное в виде двух полукольцевых каналов, один из которых подсоединен к патрубку входа, другой - к патрубку выхода очищаемого газа, полукольцевые каналы имеют по два отверстия, соединяющих их с каждой секцией реактора и перекрываемых поочередно герметичными клапанами, функционально связанными между собой посредством блока управления, получающего сигналы от датчиков температуры, установленных на границах слоя катализатора.

Отверстия переключающего устройства могут перекрываться четырьмя тарельчатыми клапанами.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что:

- устройство для каталитического обезвреживания газовых выбросов дополнительно содержит переключающее устройство;

- переключающее устройство выполнено в виде двух полукольцевых каналов, один из которых подсоединен к патрубку входа, другой - к патрубку выхода очищаемого газа;

- полукольцевые каналы имеют по два отверстия, соединяющих их с каждой секцией реактора;

- отверстия полукольцевых каналов перекрывают поочередно герметичными клапанами;

- герметичные клапаны функционально связаны между собой с помощью блока управления, получающего сигналы от датчиков температуры, установленных на границах слоя катализатора.

Заявляемое устройство отличается от прототипа наличием переключающего устройства особой конструкции, его размещением и связями с остальными элементами устройства.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Совокупность существенных отличительных признаков, а также их взаимосвязь приводят к решению поставленной задачи, т. е. к созданию надежного в работе устройства, обеспечивающего высокую эффективность очистки газов за счет исключения проскока газовых выбросов между движущимся ротором и корпусом.

Заявляемое устройство надежно в работе, поскольку в нем отсутствуют вращающиеся элементы. В заявляемом устройстве секции с инертом и катализатором неподвижны. Переключение газовых потоков осуществляется благодаря герметичным клапанам, поочередно перекрывающим отверстия полукольцевых каналов переключающего устройства. Клапаны функционально связаны между собой с помощью блока управления, получающего сигналы о переключении клапанов от датчиков температуры, установленных на границах слоев катализатора.

В заявляемом устройстве в случае выхода из строя элементов переключающего устройства при их замене и ремонте не требуется разборка реактора.

На фиг. 1 схематично представлено устройство для каталитического обезвреживания газообразных выбросов; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (при таком положении переключающего устройства, когда очищаемые газы в реакторе движутся из левой секции в правую); на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 (при таком положении переключающего устройства, когда очищаемые газы в реакторе движутся из правой секции в левую).

Устройство состоит из каталитического реактора 1 с перегородкой 2, слоями катализатора 3 и 4, инертного материала 5 и 6, датчиками температуры 7 и 8, функционально связанными с блоком управления 9, патрубками 10 и 11, переключающего устройства 23, состоящего из двух полукольцевых каналов 12 и 13, разделенных перегородками 14 и имеющих по два отверстия, которые закрываются герметичными клапанами 17, 18, 19 и 20 с помощью запорных устройств 15 и 16 с приводами 21 и 22.

Устройство каталитического обезвреживания газовых выбросов работает следующим образом. В положении, показанном на фиг. 2, очищаемые газы через патрубок входа 10, полукольцевой канал 12 и открытый клапан 17 поступают в нижнюю часть реактора 1 и проходят последовательно через слой инертной насадки 5, где нагреваются до температуры начала реакции за счет тепла, аккумулированного насадкой в предыдущем полупериоде работы, и слои катализатора 3, 4, где происходит каталитическое превращение токсичных примесей у нетоксичные. В результате выделения тепла реакций и протекания процессов теплопереноса температура в зоне реакции значительно повышается, возникает тепловая волна, движущаяся в направлении течения газа, причем скорость ее движения значительно меньше скорости течения газа. После выхода из слоя катализатора 4 газовая смесь, не содержащая токсичных примесей, охлаждаются в слое инертной насадки 6 и через открытый клапан 18, полукольцевой канал 13 и патрубок выхода 11 выбрасывается в атмосферу. Датчик температуры 8, расположенный на границе катализатора и инертной насадки, регистрирует момент достижения тепловой волной правой границы катализатор-инерт, после чего сигнал передается в блок управления 9, который вырабатывает сигнал на срабатывание приводов 21 и 22 переключающего устройства 15 и 16, которые открывают клапаны 19, 20 и одновременно закрывают клапаны 17, 18. Положение устройства после переключения клапанов показано на фиг. 3. При таком положении очищаемые газы проходят последовательно через патрубок входа 10, полукольцевой канал 12, открытый клапан 19, слой инертной насадки 6, катализатора 3, 4 и инертной насадки 5, через открытый клапан 20, полукольцевой канал 13 и патрубок выхода 11 выбрасываются в атмосферу. Датчик температуры 7 регистрирует момент прохождения тепловой волной левой границы катализатор-инерт, передает сигнал в блок управления 9, который вырабатывает сигнал на срабатывание приводов 21, 22 переключающих устройств 15 и 16, которые открывают клапаны 17, 18 и одновременно закрывают клапаны 19, 20, после чего полный цикл работы устройства обезвреживания повторяется.

В момент каждого переключения некоторый объем газовых выбросов, находившихся в предыдущем полуцикле в кольцевом зазоре 12, сообщающемся с патрубком входа 10, поступают в слой катализатора на очистку, а не выбрасываются в атмосферу неочищенными, как это имеет место в установках аналогичного назначения.

Применение заявленного устройства со встроенным переключающим устройством позволяет повысить степень очистки газа за счет исключения проскока неочищенного газа. Кроме того, заявляемое устройство надежно в работе, компактно, удобно в обслуживании и эксплуатации.