контактный аппарат для селективной каталитической очистки газов от оксидов азота

Формула изобретения

1. Контактный аппарат для селективной каталитической очистки газов от оксидов азота, содержащий днище, входной и выходной штуцера, крышку, корпус прямоугольной формы, в котором последовательно установлены колосниковые решетки со слоями катализатора на них, отличающийся тем, что внутренний объем корпуса разделен вертикальными перегородками, герметично соединенными с днищем и крышкой, по крайней мере на три отдельные камеры, в каждую из которых помещена колосниковая решетка, в средней камере по обе стороны колосниковой решетки расположены два горизонтальных газохода с отверстиями в стенках, а в крайних по одному газоходу, причем в вертикальных перегородках выполнены смесительные каналы, соединяющие смежные камеры.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в средней камере газоходы установлены на расстоянии не более эквивалентного диаметра этих газоходов: нижний от первой, верхний от второй вертикальных перегородок.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что газоход в последней камере установлен над колосниковой решеткой на расстоянии не более эквивалентного диаметра от стенки корпуса.

4. Аппарат по пп.1 3, отличающийся тем, что входной/выходной штуцер в последней камере расположен под колосниковой решеткой.

5. Аппарат по пп.1 4, отличающийся тем, что в последней камере между колосниковой решеткой и слоем катализатора помещен слой инертного материала.

6. Аппарат по пп.1 5, отличающийся тем, что его корпус, днище, крышка и вертикальные перегородки выполнены из кирпича или бетона.

7. Аппарат по пп.1 6, отличающийся тем, что входной/выходной штуцер в первой камере расположен под колосниковой решеткой.

8. Аппарат по пп.1 7, отличающийся тем, что горизонтальный газоход в первой камере установлен над колосниковой решеткой на расстоянии не более эквивалентного диаметра от стенки корпуса.

9. Аппарат по пп.1 9, отличающийся тем, что в первой камере между слоем катализатора и колосниковой решеткой помещен слой инертного материала.

10. Аппарат по пп. 1 6, отличающийся тем, что входной/выходной штуцер в первой камере расположен над колосниковой решеткой.

11. Аппарат по пп. 1 6 и 10, отличающийся тем, что горизонтальный газоход в первой камере установлен под колосниковой решеткой на расстоянии не более эквивалентного диаметра от стенки корпуса.

12. Аппарат по пп.1 6, 10 и 11, отличающийся тем, что в первой камере над слоем катализатора помещен слой инертного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано для изготовления реакторов, предназначенных для селективной очистки газов от оксидов азота.

Известны контактные аппараты для селективной каталитической очистки дымовых газов ТЭС от оксидов азота в тая называемом стационарном режиме. Стационарные режим подразумевает, что очищаемый газ проходит через слои катализатора в постоянном направлении. Такие контактные аппараты могут быть выполнены в горизонтальном или вертикальном вариантах. Катализатор размещается в съемных корзинах. В зависимости от места аппарата в технологической схеме катализатор может работать по "холодной" или "горячей" схемам. По "холодной" схеме аппарат работает в случае, если он установлен после сероочистки газов, а по "горячей" если установлен между экономайзером и воздухоподогревателем котла. Но в обоих случаях для эффективной работы аппарата температура подаваемых в него газов должна поддерживаться в диапазоне 280 380^oС. Более низкие входные температуры газа недопустимы, так как в слое катализатора реакция не пойдет с надлежащей скоростью [1]

По наибольшему количеству сходных с предлагаемым изобретением признаков за прототип принят промышленный аппарат РСКВ 500 [2]

Реактор РСКВ 500 состоит из вертикального прямоугольного металлического корпуса с крышкой и днищем. В верхней части корпуса установлен штуцер ввода очищаемого газа в реактор, а в нижней штуцер для отвода очищенного газа. Внутри корпуса установлены направляющие лопатки, распределительная решетка и три колосниковые решетки, на каждой из которых в металлических корзинах размещен слой катализатора. При работе реактора очищаемые газы нагревают до 330 380^oС, смешивают с аммиаком и пропускают через слои катализатора в постоянном направлении сверху вниз. Такая конструкция аппарата не дает возможности проводить очистку газа в более экономичном, нестационарном режиме, заключающемся в поочередном пропускании очищаемых газов через слои катализатора в прямом и обратном направлениях [2] что является основной причиной следующих недостатков прототипа:

значительная металлоемкость и, следовательно, стоимость аппарата;

большие теплопотери в окружающую среду через стенки аппарата;

отсутствие перемешивания очищаемых газов между слоями приводит к снижению степени очистки, появлению остаточного аммиака на выходе и образованию аммонийных солей, так как возникшие в первом слое локальные концентрационные или температурные неоднородности не сглаживаются в последующих слоях, достигая выхода реактора;

при работе аппарата по "холодной схеме" очищаемые газы необходимо подогревать до 280 380^oС;

подача аммиака в очищаемый газ перед его поступлением в реактор требует сложной автоматической регулировки протекания химической реакции по слоям катализатора: избыток аммиака приводит к выбрасыванию его в атмосферу вместе с очищенными газами, а недостаток к неполной очистке газов.

Техническая задача предлагаемого изобретения снижение металлоемкости и стоимости реактора, уменьшение теплопотерь в окружающую среду, а также значительное технологическое упрощение осуществления процесса очистки газа.

Задача решается следующим образом.

Реактор (фиг 1) состоит из прямоугольного корпуса, крышки и днища, штуцеров для входа и выхода газа. Внутреннее пространство корпуса разделено двумя параллельными, герметично соединенными с днищем и крышкой перегородками 5 на три примыкающие друг к другу камеры: I, II, III прямоугольного сечения. В каждой камере установлена колосниковая решетка 1, на которую помещают слой катализатора 3. В камерах I и III на колосниковую решетку загружают также по одному слою инертного материала, например слой керамических колец Рашига. Причем, имеется два варианта выполнения аппарата, в зависимости о мест входа/выхода газа из аппарата. (фиг. 1 и 2). Так, если названные штуцера установлены в I и III камерах ниже колосниковых решеток, то слои инертного материала располагают на колосниковой решетке под слоем катали" затора. В этом же случае, если названные штуцера расположены в 1 камере над (выше), а в III камере под (ниже) колосниковой решетки, то слои инертного материала располагают в камере I поверх слоя катализатора, а в последней между колосниковой решеткой и слоем катализатора.

Камеры между собой соединены смесительными каналами 4 в перегородках 5. В камерах также установлены газоходы для подвода газа восстановителя (аммиака). В I и III камерах по одному, во II два. Газоходы 7 расположены выше колосниковой решетки и слоя катализатора. Газоход 8 установлен под колосниковой решеткой. Их устанавливают в противоположных относительно смесительных каналов концах камер на расстоянии не более одного эквивалентного диаметра от соответствующих перегородок или стенок.

Газоходы выполнены в виде труб с отверстиями по всей длине в боковых стенках 9, обращенными в сторону смесительных каналов. Толщину стенок и перегородок реактора выбирают из условий механической прочности и устойчивости. Аппарат выполнен из более дешевого по сравнению с металлом кирпича или железобетона и во избежание больших теплопотерь заглублен в землю.

Работа реактора осуществляется следующим образом.

Перед пуском слои катализатора и инертного материала нагревают до 280 - 380^oС, продувая горячий воздух через газоходы 7 и 8 (фиг. 1). Затем через штуцер 6 в камеру I подают газ с температурой 60 80^oС. Ход газа показан сплошными стрелками. Холодный очищаемый газ,проходя через слой инертной насадки 2 и слой катализатора 3, в камере I нагревается как в регенеративном теплообменнике до температуры, при которой реакции селективного каталитического восстановления протекают с достаточно высокой скоростью при 280 380^oС. Затем в газовый поток, содержащий оксиды азота через газоход 7 с отверстиями 9 вводят часть необходимого количества восстановителя аммиака. Газовый поток, содержащий оксиды азота и аммиак,пропускают через смесительные каналы 4 в соседнюю камеру II. При этом обеспечивается его перемешивание. Газовая смесь поступает на катализатор 3, в камере II где протекают реакции восстановления оксидов азота до молекулярного азота и паров воды с выделением тепла. Далее в частично очищенный газовый поток через газоход 8 с отверстиями 9 вводят оставшееся количество восстановителя. Газовую смесь пропускают через смесительные каналы 4 и подают на следующий слой катализатора 3 в камере III, где производится доочистка газов с выделением тепла реакции.

Очищенный газ пропускают через слой инертного материала 2 в камере III, где он отдает тепло, и через штуцер 6 выбрасывают в атмосферу.

Через определенный промежуток времени направление пропускания очищаемого газового потока изменяют на противоположное. Нагрев газа производится в камере III. При пропускании его через слой инертного материала 2 и слой катализатора 3. Реакции восстановления оксидов азота с выделением тепла протекают на слоях катализатора 3 в камере II и в камере I. Очищенный газ" пропускают через слой инертного материала 2 в камере I, где он отдает тепло и сам охлаждается, и выбрасывают в атмосферу через штуцер 6. При этом газ восстановитель (аммиак) подают в газоходы 7 в III и II камеры, а подачу через два других газохода прекращают. По истечении заданного промежутка времени направление подачи холодного газа опять изменяют на противоположное, осуществляя, тем самым, непрерывную работу реактора в так называемом нестационарном режиме [2]

Предлагаемое изобретение имеет следующие сходные с прототипом признаки:

контактный аппарат предназначен для селективной каталитической очистки газов от оксидов азота;

контактный аппарат включает корпус прямоугольной формы, днище и крышку;

контактный аппарат содержит колосниковые решетки со слоями катализатора на них;

у контактного аппарата имеются штуцера для входа очищаемого газа и выхода очищенного газа; и следующие отличительные:

корпус аппарата разделен вертикальными параллельными перегородками на отдельные камеры;

каждая колосниковая решетка расположена в отдельной камере;

соседние камеры соединены между собой смесительными каналами;

в каждой камере содержатся по одному газоходу, расположенному выше колосниковой решетки и слоя катализатора;

в средней камере имеется второй газоход, расположенный под колосниковой решеткой;

газоходы расположены на расстоянии не более эквивалентного диаметра от соответствующих стенок или перегородок реактора;

контактный аппарат выполнен из кирпича или железобетона;

на колосниковых решетках в крайних камерах (кроме слоя катализатора) имеются слои инертного материала.

Совокупность сходных и отличительных признаков изобретения позволяет создать контактный аппарат для проведения наталитической очистки газов от оксидов азота в более экономичных нестационарных условиях, снизить стоимость, металлоемкость, теплопотери по сравнению с известными аппаратами.

П р и м е р 1. На фиг. 1 показана конструкция реактора, предназначенного для каталитической очистки дымовых газов ТЭС после сероочистки, перерабатывающего 500 тыс. м³/ч газа с температурой 70^oС и содержанием оксидов азота приблизительно 0,07 об. Материал реактора - шамотный кирпич, колосниковые решетки и газоходы металлические. Крышки реактора выполнены в виде сводов, по типу крышек мартеновских печей. Вес металла приблизительно 215 тн. Загрузка катализатора в 3 слоях составляет 200 тн, инертной насадки 1000 тн. Время контакта в катализаторе 1,О с, в инертной насадке 5 с. Количество паров аммиачной воды (газа - восстановителя), подаваемого на восстановление катализатора -1500. кг/ч соответственно. Избыточное давление паров газа в газохода 0,3 ати. Суммарное сечение смесительных каналов в каждой перегородке приблизительно 15 м² при линейной скорости газа в каналах приблизительно 10 м/с. Диаметр отверстий истечения паров восстановителя в газоходах предпочтительно принять 10 12 мм. Расчетное гидравлическое сопротивление реактора 200 мм вод. ст.

П р и м е р 2 (прототип). Осуществить процесс каталитического восстановления оксидов азота в нестационарном режиме невозможно. При этом расход металла реактора составляет 1103 тн.