Каталітичні реактори
для допалювання газів, що відходять
Батура П. І.
Для очищення промислових газових викидів від
органічних домішок і шкідливих сірчистих з'єднань застосовують різні
методи: абсорбційні, термічні, адсорбційні, каталітичні та
комбіновані. Найбільш перспективні - термічні та каталітичні методи
знешкодження органічних домішок в газових викидах хімічних,
коксохімічних, металургійних заводів та інших підприємств. Вони надійні,
дешеві і досить ефективні [1-3].
Процеси глибокого термокаталітіческого окислення
проводять у спеціальних реакторах, які зазвичай працюють у двох режимах:
стаціонарному та нестаціонарному. Термокаталітіческіе реактори продуктивністю
5, 10 і 25 тис. м3/ч розробляє Інститут газу АН УРСР. Вони відрізняються
компактністю, простотою у виготовленні і надійністю.
Реактор являє собою конструкцію баштового типу,
що включає багатоходової трубчастий повітропідігрівників - рекуператор, вбудований
змішуючий повітропідігрівників і газовий пальник, у верхній частині розміщена
каталітична камера (рис. 1). Реактор обладнаний системою КВП, що дозволяє
виконувати за заданою програмою пускові та зупинні операції, а також
підтримувати оптимальний тепловий режим з дотриманням вимог безпеки.
Реактори продуктивністю 5 і 10 тис. м3/ч з платиновим каталізатором
впроваджені й успішно працюють [4].
У Дзержинському філії НІІОгаза (м. Дзержинськ
Горьківської обл.) Виконані роботи зі знешкодження газів від окисних
колон синтезу жирних кислот [5]. Установка продуктивністю 25-30 тис. м3/ч
включає двухполочний реактор і два теплообмінника. Температура газів в I
ступені 190-200, в II 240 - 450 ° С, а на виході з шарів каталізатора досягає
відповідно 250-450 і 330-580 ° С. Висота шару каталізатора 300-350 мм,
лінійна швидкість потоку газів приблизно 1 м/с, ступінь очищення після II
щаблі 99%.
Є дані про реакторі, що працює в нестаціонарному
режимі, тобто в режимі перемикання напрямку потоку реакційної суміші. У
такому реакторі можна проводити знешкодження розбавлених органічних
викидів і оксиду вуглецю [6, 7]. На рис. 2 представлений реактор з
каталізатором на сітці, призначений для окислення метанолу [8].
Самим простим апаратом є реактор з
нерухомим шаром каталізатора (рис. 3). Однак у ньому важко рівномірно
розподілити потік газів і уникнути градієнтів температури по шару
каталізатора, а також запобігти розкладання реагентів на перегрітих ділянках
при зниженні швидкості реакції на ненагретих. Більш складний поличний реактор з
декількома шарами каталізатора (рис. 4). У ньому потік газу краще розподіляється
і охолоджується між шарами, причому можна вводити гарячий і холодний газ, а в
різних шарах помістити різні каталізатори; крім того, можна вибірково
замінювати шар дезактивованого контакту і підтримувати різну температуру
в шарах.
У роботі [9] наведені результати моделювання
каталітичного реактора очищення газів, що відходять лакофарбового виробництва. У
газах концентрація органічних домішок не перевищувала 500 мг/м 3 (циклогексану,
н-ксилол, пентан та ін.) Надані рекомендації щодо вибору оптимального режиму і
економіки процесу. Основні дані: опір системи не більше 4 кПа, висота
шару каталізатора 50-200 мм; температура процесу 425-450 ° С, швидкість газу в
реакторі 0,6 м/с, час контакту 0,12 с.
Реактор продуктивністю 50 тис. м3/ч розроблений
Дзержинським філією НІІОгаза і серійно виготовляється заводом хімічного машинобудування
(м. Пенза). Його діаметр 500 мм, висота 2200 мм.
Рис. 1. Термокаталітіческій реактор:
1 - вхідні патрубки; 2 - вихідний канал; 3 --
теплообмінник; 4 - газовий пальник; 5-каталізатор
Рис. 2. Реактор з каталізатором у вигляді сітки:
1-сітка; 2-люк і оглядове вікно; 3 - термопари; I,
II-відповідно вхід і вихід газів
Рис. 3. Реактор з нерухомим шаром каталізатора:
1-газораспределителей; 2-камера змішування;
3-каталізатор; 4 - решітка; 5 - термопари; I-введення газів; II-очищені гази
Рис.4. Поличний реактор:
1-опорна сітка; 2-шар каталізатора; I-введення газів;
II-введення холодного повітря; III-очищені гази
Інститутом газу АН УРСР спільно з конструкторським
бюро і майстернями дослідного виробництва розроблена установка, яка діє на
комбінаті друку "Радянська Україна". Основні дані реактора: обсяг
каталізатора 0,4 м3, температура процесу 380 ° С, опір 1,8 кПа;
габарити 3,5 * 3,5 * 8 м, маса установки до 6 т.
Рис. 5. Реактор з двухкольцевим розміщенням
каталізатора:
1 - кошики з каталізатором; 2 - внутрішнє кільце з
каталізатором; I, II-відповідно вхід і вихід газів; III-вивантаження
каталізатора; IV-забруднені гази
Мінський конструкторсько-технологічний
експериментальний інститут розробив найпростіші реактори УСК-39, УСК-41 та ін
На рис. 5 показаний реактор з двухкольцевим розміщенням каталізатора конструкції
Дзержинського філії НІІОгаза. У цьому ж інституті створено реактор для допалювання
газів від сушильних камер фарбувальних ліній машинобудівних заводів (рис. 6).
Подача газів здійснена по кільцевому каналу, де вони змішуються з димовими
газами від спалювання рідкого або газоподібного палива.
Рис. 6. Реактор:
1-каталізатор; 2-повітророзподільника; 3-пальник, 4 --
розподільник газів; I-введення газів; II-очищені гази; III-паливо
Рис. 7. Каталітичний реактор:
1-каталізатор; 2-панельні пальники; 3-кожухотрубчасті
теплообмінник; I-природний газ; II, III-відповідно вихід і вхід газів
В апараті Гіпрогазоочісткі (мал. 7) гази надходять в
трубне простір теплообмінника і далі в реактор, де змішуються з
димовими газами спалювання палива в панельних пальниках, проходять через шар
каталізатора, а потім через Міжтрубний простір теплообмінника скидаються
в атмосферу. Апарати, представлені на рис. 6 і 7, пройшли промислові
випробування і добре зарекомендували себе в робочих режимах.
Найбільш численні реактори з вбудованими
рекуператором тепла типу ТКВ. Технічні характеристики таких реакторів
наведені в роботі [10].
Подібні апарати застосовують в Польщі; вони розроблені
Проектним бюро охорони природи "Проат" (рис. 8). У Німеччині створений реактор типу
КВ, в корпусі якого розміщений шар каталізатора і теплообмінник (рис. 9).
Розроблено п'ять типорозмірів таких реакторів продуктивністю від 5 та 25
тис. м3/ч. Іноді рекуператор тепла примикає до реактора. Такі установки
є в ФРН і Англії. В Угорщині, Франції і США впроваджені установки з верхньою
подачею газу з кільцевих каналах [11].
Рис. 8. Реактор типу ТКВ:
1-пальник; 2-відбивач; 3-каталізатор; I-хід газів;
II-паливо; III-очищені гази
Рис. 9. Реактор типу КВ:
1-каталізатор; 2-теплообмінник; 3-пальник;
I-забруднені гази; II-очищені гази; III-паливо
Є дані про роботу дослідно-промислової установки
для очищення газів, що розроблена в Ленінградському технологічному
інституті спільно з Інститутом каталізу СВ АН СРСР. Температура в шарі
каталізатора досягає 450-500 ° С.
Таким чином, каталітичний спосіб очищення газових
викидів від органічних домішок впроваджено в різних галузях промисловості.
Однак більшості реакторів притаманні недоліки: періодичність роботи, низька
продуктивність, відсутність пилоочисного пристроїв і висока вартість [12].
Компактний і економічний реактор для каталітичного
допалювання відхідних газів Розроблено в нашому інституті (рис. 10).
Рис. 10. Ізотермічний реактор:
8 - вал, 9, 10 - опори, 11 - завіхрітель повітря, 12 --
опорне кільце, 13 - направляюча опорного кільця, I-вхід газів, II-завантаження
каталізатора, III-вихід очищених газів, IV-вивантаження каталізатора
Це апарат циклонного типу з радіальним введенням газу,
в якому суцільна центральна труба призначена для виведення газу, що пройшов
через шар каталізатора 5 і віддав своє тепло, наприклад, воді теплообмінника
6. Всередині центральної труби з утворенням кільцевого зазору, обмеженої її
стінкою, обичайки корзини 2, 3 кільцем і кришкою 4, встановлена кошик з
каталізатором і що примикає до неї трубчастий теплообмінник 6; обичайки кошиків 2
і 7 перфоровані. У такому реакторі одночасно протікають три процеси:
очищення газів від пилу в полі відцентрових сил і на гофра внутрішньої обичайки
корзини 7; каталітичне окислення органічних домішок в шарі каталізатора
і, нарешті, утилізація тепла.
Капітальні витрати на будівництво подібних
реакторів, як правило, на 15-20% менше, ступінь очищення газів від пилу на
1,5-1,8% вище. Суміщений реактор можна розмістити на площі 60-70 м2, а
промисловий реактор такої ж продуктивності (наприклад, 20 тис. м3/ч)
вимагає не менше 120 м2. Заміну каталізатора можна проводити за допомогою
запірного пристрої без зупинки реактора. На підставі лабораторних
досліджень підібрані дешеві каталізатори: марганцева руда, марганцевий
агломерат і меднохромовий контакт. Реактор рекомендований для впровадження на
дослідній установці шахти та на хімічному заводі.
Список літератури
1. Термокаталітіческіе реактори для очищення газів//
Каталогом листок/Хімнефтемаш. М.: ЦІНТІ, 1984 .- 84 с.
2. А. с. 1060214 СРСР. Реактор для проведення
каталітичних процесів/А. М. Сичова, В. С. Генкин, С. І. Мельников, Н М.
Дюрік и др.// Відкриття. Винаходи. 1983. № 46. С. 18, 19.
3. Беляков Б. П., Ісаков І. Г., Шейко А. В.
Термічні методи знешкодження промислових газоподібних викидів//
Промислова і санітарне очищення газів: Обзор, информ. Сер. ХМ-14 /
ХІНТІхімнефтемаш. 1983 .- 21 с.
4. Ледокова Г. М., Попова Н. М., Сокальський Д. В. та
ін Термокаталітіческая очищення газових викидів виробництва пластмас//
Каталітична очищення газів: Матер. IV Всесоюзного. конф. Ч. 2 .- Алма-Ата. 1985.
С. 83-88.
5. Шафранський Е. Л., старе А. С., Калінкіна Л. І. та
ін/Там же. С. 89-93.
6. А. с. 849594 СРСР. Спосіб очищення вихідних газів /
Г. К. Боресков, Ю. Ш. Матрос, В. Г. Луговський// Відкриття. Винаходи. 1982. №
14. С. 320.
7. А. с. 882056 СРСР. Спосіб очищення вихідних газів /
Г. К-Боресков, Ю. Ш. Матрос, В. М. Пажілова и др.// Відкриття. Винаходи.
1982. № 15. С. 287.
8. Каталіз у промисловості/А. Слейш, У. Чоудрі, Ф.
Вагнер и др.: Пер. с англ, под ред В. М. Грязнова .- М.: Світ, 1986 .- 291 с.
9. Старе А. С., Калінкіна Л. І., Жданович М. В. та
ін Про особливості моделювання реактора санітарної очистки повітря ...//
Каталітична очищення газів: Матер. III Всесоюзну. конф. Ч. I. - Новосибірськ.
1981. С. 121-128.
10. МРТ 37.056.142-82. Апарати очищення газових
викидів із замкнутим циклом і автономною системою керування. Уніфіковані
складальні одиниці .- М.: Стандарти, 1982 .- 91 с.
І. Губайдулін Р. 3., Квасов А. А., Шурин Р. М.
Сучасні апарати каталітичної очистки газових викидів// Промислова і
санітарне очищення газів: Обзор, информ. Сер. ХМ-14./ЦІНТІхімнефтемаш. 1985 .-
29 с.
12. Торопкіна Г. Н., Калінкіна Л. І. Техніко-економічні
показники промислового очищення газових викидів від органічних речовин//
Промислова і санітарне очищення газів: Обзор, информ./ЦІНТІхімнефтемаш.
1983. С. 4-18.
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua
