Патент на изобретение №2306172

(54) КАТАЛИТИЧЕСКИЙ АППАРАТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике очистки технологических и вентиляционных газов от паров органических веществ и может быть использовано в любой отрасли промышленности. Каталитический аппарат содержит корпус в виде спирального двухканального теплообменника-рекуператора, спирали которого выполнены из полуцилиндрических обечаек, патрубки входа и выхода газов, каталитическую и электронагревательную секции, расположенные во внутренней полости теплообменника-рекуператора. Спирали теплообменника-рекуператора содержат плоские участки, соединяющие полуцилиндрические обечайки, при этом спираль входного канала соединена с электронагревательной секцией, а спираль выходного канала соединена с каталитической секцией, разделенной на части. На витках спиральных каналов теплообменника-рекуператора установлены штуцеры для подачи паров органических веществ – отходов производства, для подачи промывочного раствора, подачи сжатого воздуха для охлаждения аппарата, для отбора проб. В каталитическом аппарате обеспечивается защита катализатора от загрязнения, снижение энергозатрат, улучшение условий обслуживания спиралей теплообменника-рекуператора. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике очистки технологических и вентиляционных газов от паров органических веществ и может быть использовано в любой отрасли промышленности.

Известен аппарат каталитического окисления [Патент РФ 2182847, МПК⁷ В01J 8/04, B01D 53/74, опубл. 27.05.2002], содержащий каталитический пакет, размещенный внутри теплообменника-рекуператора. Каталитический пакет образован электронагревателем и катализатором, а теплообменник-рекуператор представляет собой корпус, на который навита группа из трех пластин, образующих каналы очищаемого и очищенного газа, причем на наружную поверхность канала очищаемого газа нанесен слой теплоизоляции.

Недостатками указанного аппарата каталитического окисления являются сложность в изготовлении, а также в герметизации разъемного крепежного соединения при изменении температуры в аппарате, неравномерности газового потока по высоте аппарата, разрушение слоя теплоизоляции (особенно в зоне высокой температуры) и забивка слоя катализатора, увеличение габаритов и материалоемкости аппарата за счет расположения слоев теплоизоляции внутри аппарата, высокое аэродинамическое сопротивление аппарата за счет многократного изменения направления потока газов, а также подверженность каталитического пакета аппарата перегреву при высоких и резких колебаниях концентрации окисляемых паров органических веществ из-за многослойной теплоизоляции каталитического пакета.

Известен каталитический аппарат [Авт. св. СССР №1762459, МПК⁶ В01J 8/02, опубл. 10.10.1998], содержащий корпус, выполненный в виде двухканальной спирали, образованной полуцилиндрическими обечайками, каталитическую секцию и электронагреватель, расположенные во внутренней полости теплообменника-рекуператора и образованную крайними внутренними полуцилиндрическими обечайками.

Недостатками указанного каталитического аппарата являются большая занимаемая площадь, загрязнение лобового слоя катализатора вследствие попадания пыли, содержащейся в очищаемых газах, большие энергозатраты при очистке газов с низким содержанием паров органических веществ и сложность очистки спиралей теплообменника-рекуператора от загрязнений.

Техническим результатом изобретения является уменьшение занимаемой площади аппарата, защита катализатора от загрязнения, снижение энергозатрат, улучшение условий обслуживания спиралей теплообменника-рекуператора.

Сущность изобретения

Технический результат достигается тем, что в каталитическом аппарате, содержащем корпус в виде спирального двухканального теплообменника-рекуператора, спирали которого выполнены из полуцилиндрических обечаек, патрубки входа и выхода газов, каталитическую и электронагревательную секции, расположенные во внутренней полости теплообменника-рекуператора, спирали теплообменника-рекуператора содержат плоские участки, соединяющие полуцилиндрические обечайки, при этом спираль входного канала соединена с электронагревательной секцией, а спираль выходного канала соединена с каталитической секцией, разделенной на части, причем на витках спиральных каналов теплообменника-рекуператора установлены штуцеры для подачи паров органических веществ – отходов производства, для подачи промывочного раствора, подачи сжатого воздуха для охлаждения аппарата, для отбора проб; в части каталитической секции, расположенной после электронагревательной, размещены последовательно слой инертного материала и слой катализатора; штуцеры установлены в нижней части витков спиральных каналов, при этом штуцеры на входном канале двухканального теплообменника-рекуператора установлены с одной стороны, а штуцеры на выходном канале с другой; слой катализатора разделен на две части, со свободным пространством между ними, в котором расположена электронагревательная секция, при этом каталитические пакеты, образованные электронагревательной и каталитической секциями, расположены последовательно по ходу газов; каталитические пакеты снабжены отдельными входом и выходами газов; в свободном пространстве между слоями катализатора расположена электронагревательная секция, разделенная на две части, при этом каталитические пакеты расположены в противоположных частях внутренней полости корпуса двухканального теплообменника-рекуператора и снабжены общим входом и отдельными выходами газов.

При данном конструктивном исполнении каталитического аппарата вследствие его вертикальной компоновки улучшаются пропорции каталитического аппарата, уменьшается занимаемая площадь, увеличивается объем внутренней полости теплообменника-рекуператора, снижаются энергозатраты за счет подачи паров органических веществ через штуцеры на входном канале двухканального теплообменника-рекуператора, появляется защита катализатора от загрязнения и перегрева, а также возможность промывки спирального теплообменника-рекуператора.

Штуцеры, установленные в нижней части витков спиральных каналов теплообменника-рекуператора, используются для подачи паров органических веществ – отходов производства, подачи промывочного раствора, подачи сжатого воздуха для охлаждения аппарата при его перегреве, а также для пробоотбора. Для удобства обслуживания штуцеры входного канала двухканального теплообменника-рекуператора расположены с одной стороны, а штуцеры выходного канала – с другой.

Техническое решение соответствует критериям промышленной применимости, новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 показано сечение каталитического аппарата с одним слоем катализатора; на фиг.2 показано сечение каталитического аппарата с двумя последовательно расположенными слоями катализатора; на фиг.3 показано сечение каталитического аппарата с параллельно расположенными слоями катализатора, двумя входами и выходами газов; на фиг.4 показано сечение каталитического аппарата с противоположно расположенными слоями катализатора, одним входом и двумя выходами газов.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Каталитический аппарат может быть выполнен в нескольких модификациях (фиг.1-4).

Каталитический аппарат с одним слоем катализатора (фиг.1).

Каталитический аппарат включает спиральный двухканальный теплообменник-рекуператор 1, каталитическую секцию, образованную слоями катализатора 2 и инертного материала 3, электронагревательную секцию 4, патрубки входа 5 и выхода 6 газов.

Спиральные каналы теплообменника-рекуператора 1 выполнены из полуцилиндрических обечаек 7 с плоскими участками 8, соединяющими их концы. Спираль входного канала теплообменника-рекуператора соединена с электронагревательной секцией 4, а спираль выходного канала соединена с каталитической секцией 2. В нижней части спиральных каналов теплообменника-рекуператора 1 установлены штуцеры 9.

Каталитический аппарат работает следующим образом.

Через входной патрубок 5 в аппарат вентилятором (не показан) подают очищаемые газы, которые, двигаясь по входному каналу спирального теплообменника-рекуператора 1, нагреваются до температуры ниже начала процесса каталитического окисления. Выходя из входного канала теплообменника-рекуператора, газ попадает в электронагревательную секцию 4, где нагревается до температуры начала процесса каталитического окисления органических веществ, присутствующих в очищаемых газах.

Далее поток газов для защиты катализатора от загрязнения вследствие попадания пыли, содержащейся в очищаемых газах, проходит через слой инертного материала 3, а затем через слой катализатора 2, где происходит дожигание органических примесей с выделением тепла, которое уносится с отходящими газами. После каталитической секции поток газов попадает в выходной канал теплообменника-рекуператора 1 и отдает тепло входящим газам.

Электронагревательная секция 4 после выхода аппарата на рабочий режим автоматически поддерживает температуру начала процесса каталитического окисления.

Для снижения расхода электроэнергии в аппарате предусмотрена подача паров органических веществ – отходов производства через один из штуцеров 9, расположенных на входящем канале спирали теплообменника-рекуператора 1.

При разогреве катализатора выше допустимого уровня в аппарат для охлаждения подается сжатый воздух через один из штуцеров 9, установленных на входном канале спирали теплообменника-рекуператора 1.

Каталитический аппарат с двумя последовательно расположенными слоями катализатора (фиг.2).

Каталитический аппарат включает спиральный двухканальный теплообменник-рекуператор 1, каталитическую секцию, разделенную на две части с размещенным перед верхним слоем катализатора 2 слоем инертного материала 3, электронагревательную секцию 4, разделенную на две части, патрубки входа 5 и выхода 6 газов.

Спиральные каналы выполнены из полуцилиндрических обечаек 7 с плоскими участками 8, соединяющими их концы. Спираль входного канала теплообменника-рекуператора соединена с верхней частью электронагревательной секцией 4, а спираль выходного канала соединена с нижней частью каталитической секцией 2. В нижней части спиральных каналов теплообменника-рекуператора 1 установлены штуцеры 9.

Каталитический аппарат работает следующим образом.

Через входной патрубок 5 в аппарат вентилятором (не показан) подают очищаемые газы, которые, двигаясь по входному каналу спирального теплообменника-рекуператора 1, нагреваются до температуры ниже начала процесса каталитического окисления. Выходя из канала теплообменника-рекуператора, газ попадает в верхней часть электронагревательной секции 4, где нагревается до температуры начала процесса каталитического окисления органических веществ, присутствующих в очищаемых газах.

Далее поток газов для защиты катализатора от загрязнения вследствие попадания пыли, содержащейся в очищаемых газах, проходит через слой инертного материала 3, а затем через верхнюю часть слоя катализатора 2, где происходит дожигание органических примесей. Для удаления оставшихся примесей органических веществ газы проходят через нижнюю часть электронагревательной секции 4, а затем через нижнюю часть слоя катализатора 2. После каталитической секции поток газов попадает в выходной канал теплообменника-рекуператора 1 и отдает тепло входящим газам.

Электронагревательная секция 4 после выхода аппарата на рабочий режим автоматически поддерживает температуру начала процесса каталитического окисления.

Для снижения расхода электроэнергии в аппарате предусмотрена подача паров органических веществ – отходов производства через один из штуцеров 9, расположенных на входящем канале спирали теплообменника-рекуператора 1.

При разогреве катализатора выше допустимого уровня в аппарат для охлаждения подается сжатый воздух через один из штуцеров 9, установленных на входном канале спирали теплообменника-рекуператора 1.

Каталитический аппарат с параллельно расположенными слоями катализатора, двумя входами и выходами газов (фиг.3).

Каталитический аппарат включает спиральный двухканальный теплообменник-рекуператор 1, каталитическую секцию 2, разделенную на две части с размещенными перед каждым слоем катализатора слоем инертного материала 3, электронагревательную секцию 4, разделенную на две части, каждая из которых размещена перед слоем инертного материала 3, патрубки входа 5 и выхода 6 газов.

Спиральные каналы выполнены из полуцилиндрических обечаек 7 с плоскими участками 8, соединяющими их концы. Спираль входного канала теплообменника-рекуператора соединена с двумя частями электронагревательной секции 4, а спираль выходного канала соединена с двумя частями каталитической секции 2. В нижней части спиральных каналов теплообменника-рекуператора 1 установлены штуцеры 9.

Каталитический аппарат работает следующим образом.

Через входной патрубок 5 в аппарат вентилятором (не показан) подают очищаемые газы, которые, двигаясь по входному каналу спирального теплообменника-рекуператора 1, нагреваются до температуры ниже начала процесса каталитического окисления. Выходя из входного канала теплообменника-рекуператора, газы разделяется на два потока.

Один поток газов попадает в верхнюю часть электронагревательной секции 4, где нагревается до температуры начала процесса каталитического окисления органических веществ, присутствующих в очищаемых газах, далее проходит через слой инертного материала 3 для защиты катализатора от пыли, а затем через слой катализатора 2, где происходит дожигание органических примесей.

Второй поток газов попадает в нижнюю часть электронагревательной секции 4, далее проходит через слой инертного материала 3 для защиты катализатора от пыли, а затем через слой катализатора 2, где происходит дожигание органических примесей.

После каталитической секции потоки газов объединяются и попадают в выходной канал теплообменника-рекуператора 1, где отдают тепло входящим газам.

Электронагревательная секция 4 после выхода аппарата на рабочий режим автоматически поддерживает температуру начала процесса каталитического окисления.

Для снижения расхода электроэнергии в аппарате предусмотрена подача паров органических веществ – отходов производства через один из штуцеров 9, расположенных на входящем канале спирали теплообменника-рекуператора 1.

При разогреве катализатора выше допустимого уровня в аппарат для охлаждения подается сжатый воздух через один из штуцеров 9, установленных на входном канале спирали теплообменника-рекуператора 1.

Каталитический аппарат с противоположно расположенными слоями катализатора, одним входом и двумя выходами газов (фиг.4).

Каталитический аппарат включает спиральный двухканальный теплообменник-рекуператор 1, каталитическую секцию, разделенную на две части с размещенными перед каждым слоем катализатора слоем инертного материала 3, электронагревательную секцию 4, разделенную на две части, каждая из которых размещена перед слоем инертного материала 3, патрубки входа 5 и выхода 6 газов.

Спиральные каналы выполнены из полуцилиндрических обечаек 7 с плоскими участками 8, соединяющими их концы. Спираль входного канала теплообменника-рекуператора соединена с электронагревательной секцией 4, а спираль выходного канала с двумя частями каталитической секции 2. В нижней части спиральных каналов теплообменника-рекуператора 1 установлены штуцеры 9.

Каталитический аппарат работает следующим образом.

Через входной патрубок 5 в аппарат вентилятором (показан) подают очищаемые газы, которые, двигаясь по входному каналу спирального теплообменника-рекуператора 1, нагреваются до температуры ниже начала процесса каталитического окисления. Выходя из входного канала теплообменника-рекуператора, газы разделяется на два потока.

Один поток газов попадает в верхнюю часть электронагревательной секции 4, где нагревается до температуры начала процесса каталитического окисления органических веществ, присутствующих в очищаемых газах, далее проходит через слой инертного материала 3 для защиты катализатора от пыли, а затем через слой катализатора 2, где происходит дожигание органических примесей.

Второй поток газов попадает в нижнюю часть электронагревательной секции 4, далее проходит через слой инертного материала 3 для защиты катализатора от пыли, а затем через слой катализатора 2, где происходит дожигание органических примесей.

После каталитической секции потоки газов объединяются и попадают в выходной канал теплообменника-рекуператора 1, где отдают тепло входящим газам.

Электронагревательная секция 4 после выхода аппарата на рабочий режим автоматически поддерживают температуру начала процесса каталитического окисления. Для снижения расхода электроэнергии в аппарате предусмотрена подача паров органических веществ – отходов производства через один из штуцеров 9, расположенных на входящем канале спирали теплообменника-рекуператора 1.

При разогреве катализатора выше допустимого уровня в аппарат для охлаждения подается сжатый воздух через один из штуцеров 9, установленных на входном канале спирали теплообменника-рекуператора 1.

Техническим результатом предложенного аппарата по сравнению с прототипом является уменьшение занимаемой площади, повышение времени службы катализатора в 1,2 раза и снижение энергозатрат в 1,2 раза.

Формула изобретения

1. Каталитический аппарат, содержащий корпус в виде спирального двухканального теплообменника-рекуператора, спирали которого выполнены из полуцилиндрических обечаек, патрубки входа и выхода газов, каталитическую и электронагревательную секции, расположенные во внутренней полости теплообменника-рекуператора, отличающийся тем, что спирали теплообменника-рекуператора содержат плоские участки, соединяющие полуцилиндрические обечайки, при этом спираль входного канала соединена с электронагревательной секцией, а спираль выходного канала соединена с каталитической секцией, разделенной на части, причем на витках спиральных каналов теплообменника-рекуператора установлены штуцеры для подачи паров органических веществ – отходов производства, для подачи промывочного раствора, подачи сжатого воздуха для охлаждения аппарата, для отбора проб.

2. Каталитический аппарат по п.1, отличающийся тем, что в части каталитической секции, расположенной после электронагревательной, размещены последовательно слой инертного материала и слой катализатора.

3. Каталитический аппарат по п.1, отличающийся тем, что штуцеры установлены в нижней части витков спиральных каналов, при этом штуцеры на входном канале двухканального теплообменника-рекуператора установлены с одной стороны, а штуцеры на выходном канале – с другой.

4. Каталитический аппарат по п.2, отличающийся тем, что слой катализатора разделен на две части со свободным пространством между ними, в котором расположена электронагревательная секция, при этом каталитические пакеты, образованные электронагревательной и каталитической секциями, расположены последовательно по ходу газов.

5. Каталитический аппарат по п.4, отличающийся тем, что каталитические пакеты снабжены отдельными входом и выходами газов.

6. Каталитический аппарат по п.4, отличающийся тем, что в свободном пространстве между слоями катализатора расположена электронагревательная секция, разделенная на две части, при этом каталитические пакеты расположены в противоположных частях внутренней полости корпуса двухканального теплообменника-рекуператора и снабжены общим входом и отдельными выходами газов.

РИСУНКИ