УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОРБЦИОННОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ГАЗОВ

Полезная модель относится к технике очистки газов при нейтрализации вредных составляющих посредством их концентрации на развитой пористой поверхности твердых адсорбентов, преимущественно гранулированного активного угля, и может быть использована в установках нейтрализации отходящего аэрозоля из печи сжигания люизита.
Уровень техники данной области характеризует устройство для нейтрализации газов по патенту RU 2153926, В 01 J 8/02, 2000 г., которое содержит вертикальный реактор, укрепленный внутри соосного кожуха через зазор, снабженный входным и выходным патрубками центральной полости и разделенный поперечной перегородкой с роторными затворами между склизами секций реактора, заполненным насыпным адсорбентом.
Верхняя секция реактора оснащена штуцером коммуникации с трубопроводом пневмотранспорта эжекторного типа для автоматической загрузки насыпного гранулированного адсорбента из емкости хранения/ а нижняя секция реактора снабжена механизмом герметичной выгрузки отработавшего адсорбента.
Автономная система вентиляции установки, периодически подключаемая к реактору синхронно с его загрузкой чистым адсорбентом и ротацией адсорбента в секциях при герметичной выгрузке отработавшего адсорбента из нижней секции. подсоединена к полости установки через окно в кожухе и коммутируется через штуцер верхней секции реактора с пневмотранспортом подачи адсорбента на загрузку.
Механизм выгрузки, установленный на выходе реактора в нижней его секции, включает шнек, смонтированный над шибером трубопровода, торец которого снабжен быстросъемным зажимом и закрыт крышкой.
Недостатком описанного устройства является неудовлетворительная
функциональная надежность по причине несбалансированности с автономной работой загрузочного механизма пневмотранспорта, который не адаптирован с переменными условиями высоты подъема и массы подаваемого адсорбента. Пневмотранспорт загрузки адсорбента в реактор не является структурной принадлежностью установки с общей системой автоматического управления и контроля.
Кроме того, завихрениями вбрасываемого воздуха в трубопроводе пневмотранспорта эжекторного типа образуется при трении гранул адсорбента в динамике газовых потоков избыток угольной пыли, которая оседает в реакторе, снижая пористость и тем самым увеличивает гидродинамическое сопротивление расчетного слоя адсорбента, что уменьшает заданную производительность и качество очистки.
Отмеченные недостатки устранены в изобретении по патенту RU 2180608, Б 01 D 53/04, 2001 г., которое по числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога предложенному устройству для сорбционной нейтрализации газов.
В известном устройстве, дополнительно к вышеописанному, в трубопроводе пневмотранспорта загрузки адсорбента последовательно выполнены сообщающиеся с воздуховодами кольцевые проточки, имеющие распределенные коаксиальные сопловые отверстия, направленные к штуцеру верхней секции реактора, суммарное проходное сечение которых сопоставимо с поперечным сечением кольцевой проточки в трубопроводе пневмотранспорта.
Конструкция пневмотранспорта представляет собой струйный насос эжекторного типа, создающий разрежение в трубопроводе для загрузки насыпного адсорбента в реактор при сопутствующей вентиляции полости кожуха и магистралей устройства.
Кольцевая проточка выполняет функции ресивера, где выравнивается давление рабочего воздуха и распределяются струйные ламинированные потоки через сопловые отверстия вдоль магистрального
трубопровода, создавая в нем разряжение, сила которого достаточна для захвата и подъема порции адсорбента из закрытого объема хранения на расчетную высоту к штуцеру верхней секции реактора.
Оптимизация геометрических параметров и соотношений структурных элементов эжекторов, смонтированных последовательно на трубопроводе пневмотранспорта, позволила получить необходимые гидродинамические параметры струйного насоса, используемого для плавного подъема различного насыпного адсорбента на разную высоту в реактор сверху.
Связь синхронно работающих пневмотранспорта и автономной системы вентиляции позволяет локализовать угольную пыль загружаемого адсорбента и удалить пропитанные люизитом мелкие его частички из нижней секции реактора, кожуха и магистрали устройства при гравитационной ротации к выгрузке адсорбента, изолировав в герметичном сборнике автономной системы вентиляции, где фильтруется технологический воздух, выбрасываемый в атмосферу.
Равномерное распределение коаксиальных сопловых отверстий по периферии каждой кольцевой проточки трубопровода пневмотранспорта и выбор их суммарного проходного сечения сопоставимым с поперечным сечением ресивера обеспечивают ламинарное течение пристеночного потока рабочего воздуха, создающего заданное разрежение и необходимую подъемную силу загрузки порции адсорбента.
Однако, продолжением достоинств являются присущие недостатки. Из-за того. что кинетика загружаемого насыпного адсорбента не демпфируется в верхней секции реактора, скорость потока из пневмотранспорта лимитирована целостностью его гранул. При этом верхняя секция реактора оказывается незаполненной, в которой образуется зазор естественного откоса насыпного адсорбента, через который часть очищаемого аэрозоля по линии наименьшего сопротивления проходит, минуя нейтрализации в слое адсорбента.
Для контроля активности адсорбента (степени его загрязненности) во время работы установки посредством извлекаемых изнутри реактора распределенных в объеме пробников берут на анализ гранулы адсорбента., чем нарушается изолированность рабочего объема и возможны вредные выбросы в производственное помещение, что недопустимо при нейтрализации отравляющих веществ.
Кроме того, затруднительно снаружи кожуха позиционировать роторный затвор окон перегородки для полного совмещения коммуникационных каналов секций реактора, необходимого при гравитационной ротации адсорбента в установленном производительном режиме.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является устранение отмеченных недостатков для повышения функциональной надежности устройства и повышения качества очистки отходящих от печи сжигания люизита газов.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для сорбционной нейтрализации газов, содержащем вертикальный реактор, укрепленный внутри соосного кожуха через зазор, снабженный входным и выходным патрубками центральной полости, разделенной поперечной перегородкой с двухпозиционными роторными затворами в окнах между секциями реактора, заполненными насыпным гранулированным адсорбентом, с которым сообщаются съемные пробники, установленные в кожухе, при этом нижняя секция снабжена механизмом герметичной выгрузки, а верхняя секция оснащена штуцером коммуникации с трубопроводом пневмотранспорта загрузки адсорбента, согласно изобретению, приводной вал роторных затворов помещен в закрепленной на кожухе фиксирующей втулке и снабжен рукояткой, в которой установлен подпружиненный штифт, геометрически замкнутый в одном из двух гнезд фиксирующей втулки, разнесенных на 90°, а каждый съемный пробник через шлюз подсоединен к аксиальному заборному патрубку, расположенному внутри секций
реактора и укрепленному на кожухе под углом естественного откоса насыпного гранулированного адсорбента, при этом открытый торец заборного патрубка скошен и расположен нормально вертикальной стенке реактора, шлюз заборного патрубка с обеих сторон перекрыт шиберными заслонками, а на крышке верхней секции реактора смонтирован дополнительный штуцер загрузки, противно первому штуцеру.
Отличительные признаки обеспечили точное автоматическое позиционирование роторных затворов при ручном повороте, совмещая с окнами перегородок для коммуникации секций реактора при гравитационной ротации адсорбента по результатам активного контроля степени активности, который осуществляется без разгерметизации рабочего объема установки -
Последовательная загрузка верхних секций реактора с двух противных штуцеров обеспечивает беззазорное их заполнение насыпным адсорбентом, что обеспечивает заданное качество очистки газов -
Предложенные конструкция заборного патрубка и пространственная его взаимосвязь с реактором обеспечили автоматическое мерное наполнение пробника адсорбентом, потому что он выполняет функции вертикально открытого склиза с уклоном более угла естественного откоса для насыпного гранулированного адсорбента.
Оснащение заборного патрубка шлюзом, перекрытым с обеих сторон шиберными заслонками, позволяет перемещать мерную порцию гранулята в пробник из работающего реактора без разгерметизации последнего, что является непреложным требованием безопасности обслуживания оборудования с вредными и отравляющими веществами-
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для получения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть достигнут сверхэффект при решении поставленной задачи.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического
решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по хим-защите, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного изготовления устройства для сорбционной нейтрализации газов/ можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
на Фиг.1 - вертикальный реактор;
на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1;
на фиг.3 - роторный затвор;
на фиг.4 - заборный патрубок с пробником.
Ниже приведен пример выполнения реактора установки для сорбционной очистки газов, отходящих от печи сжигания паров люизита, содержащихся в слабоконцентрированном виде остатков, путем улавливания осаждающихся вредных веществ: люизита, арсина, треххлористого мышьяка и пр. на развитой пористой поверхности адсорбента - гранулированного активного угля марки АГ-3, ГОСТ 20484-75 с размерами гранул: диаметр 3 мм, длина 5-9 мм.
В кожухе 1 (Фиг.1) с периферийным зазором 2, который служит каналом технологической подачи очищаемого аэрозоля, отходящего от печи (условно не показано), в вертикально смонтированный многопозиционный реактор 3. Центральная полость 4 кожуха 1 разделена поперечной перегородкой 5.
Автономно работающий реактор 3 каждой сблокированной в кожухе 1 параллельно позиции выполнен из двух заполненных гранулированным адсорбентом 6 секций 7 и 8, нижней и верхней соответственно, сообщающихся между собой посредством роторного затвора 9, установленного в окне 10 поперечной перегородки 5, к которому примыкают сопрягаемые склизы 11 секций 7, 8 реактора 3.
Приводной вал 12 (Фиг.3) роторного затвора 9 размещен в фиксирующей втулке 13, закрепленной на перегородке 5, и снабжен поперечно установленной рукояткой 14.
В рукоятке 14 смонтирован нагруженный пружиной 15 штифт 16, расположенный в одном из двух, разнесенных на 90° градусов, гнезд 17 на торце втулки 13, чем осуществляется кинематическое замыкание рукоятки 14 со втулкой 13 и, следовательно, позиционирование затвора 9 относительно окна 10 перегородки 5, соответственно в закрытом и открытом его положении.
В роторном затворе 9 выполнен сквозной канал 18, который в одном из двух положений позиционирования совмещается с окном 10 перегородки 5, а во втором положении затвор 9 наглухо перекрывает окно 10.
Центральная полость 4 кожуха 1 снабжена входным и выходным патрубками 19, 20, соответственно, для коммуникации с магистральным трубопроводом установки.
Склизы 11 наклонены (фиг.1) к продольной оси реактора 3 под углом естественного откоса для насыпного адсорбента 6, в частности 45°, чтобы обеспечить автоматическое его перемещение в нижнюю секцию 7 при ротации, самопроизвольно под действием сил гравитации, без образования сводов в силу того, что активный уголь гранулирован и имеет низкий коэффициент трения скольжения.
В секциях 7, 8 реактора 3 распределены в контрольных точках пробники 21 для технологических заборов порций адсорбента б на анализ степени активности (загрязненности пор осажденным из аэрозоля материалом).
Каждый съемный пробник 21 навинчен (фиг.4) на аксиальный заборный патрубок 22, который закреплен на кожухе 1 под углом естественного откоса адсорбента 6 к вертикальной оси реактора 3. В патрубке 22 установлены две шиберные заслонки 23 (шаровые краны),
между которыми сформирован шлюз 24 герметичной перегрузки мерной порции адсорбента 6. При этом торец патрубка 22, размещенный внутри реактора 3, скошен и повернут открытой полостью вверх, располагаясь горизонтально.
Верхняя секция 8 реактора 3 (фиг.1) закрыта технологической крышкой 25 и оснащена диаметрально расположенными штуцерами 26 (фиг.2) коммуникации с пневмотранспортом эжекторного типа для загрузки адсорбента б (условно не показан).
5 торце нижней секции 7 реактора 3 смонтирован шнек 27 выгрузки отработавшего адсорбента 6, под которым на выходной трубе 28 последовательно установлены шибер 29 и крышка 30.
На выходе трубы 28 укреплена емкость 31 из эластичного плотного материала, преимущественно пластмассовый мешок, горловина которого зафиксирована на выходной трубе 28 быстросъемным зажимом 32 (эластичным жгутом).
Работает устройство следующим образом. В реактор 3 гранулированный адсорбент 6 загружается посредством пневмотранспорта из емкости хранения через штуцер 26 верхней секцию 8 при совмещенном с окном 10 перегородки 5 каналом 18 в вертикальном положении роторного затвора 9 (фиг.1). При этом заполняются обе секции 7 и 8 реактора 3.
После того, как адсорбент 6 максимально наполнит верхнюю секцию 8 эжекционный насос пневмотранспорта подключают к противному штуцеру 26 (фиг.2) для заполнения зазора, образовавшегося естественным откосом насыпного адсорбента 6.
Далее подачу адсорбента 5 в реактор 3 отключают и поворачивают на 90 градусов затвор 9. Для этого, сжимая пружину 15 (фиг.3), извлекают штифт 16 из гнезда 17 втулки 13 и роторный затвор 9 поворачивают за рукоятку 14. При этом штифт 16 скользит по торцу неподвижной втулки 13 пока не западет под действием пружины 15
во второе гнездо 17, геометрически замыкая рукоятку 14 с втулкой 13, чем роторный затвор 9 автоматически позиционируется в закрытом положении окна 10 поперечной перегородки 5.
Отходящий от печи аэрозоль через патрубок 19 (фиг.1) поступает в центральную полость 4 кожуха 1 секци 1, под перегородку 5, и далее сквозь насыпной газопроницаемый адсорбент 6 реактора 3 - в периферийный зазор 2.
По зазору 2 кожуха 1 практически полностью очищенный воздух от твердых несгоревших частичек и вредных веществ, которые активно осаждаются на развитой поверхности высокопористого адсорбента 6, поступает в зазор 2 секции 8 реактора 3, над поперечной перегородкой 5, где проходит через слой адсорбента 6 в центральную полость кожуха 1.
Затем полностью очищенный воздух через патрубок 20 поступает в магистраль установки для тонкой очистки от мелких частичек адсорбента 6, после чего выбрасывается в атмосферу.
Технологический контроль за состоянием адсорбента 6 в реакторе 5 осуществляют периодическим взятием проб для определения его активности. По степени загрязненности проводят в секциях 7, 8 ротацию адсорбента 6.
В работе открытая часть заборного патрубка 22 (фиг.4) самопроизвольно под действием сил гравитации заполнена адсорбентом 6, который удерживается верхним по чертежу шибером 23. Для взятия пробы на анализ этот шибер 23 открывают, в результате чего адсорбент 6 пересыпается в шлюз 24 до нижнего шибера 23. После заполнения шлюза 24 поворачивают верхний шибер 23, изолируя объем реактора 3.
Далее открывают нижний шибер 23 для пересыпания объемной порции адсорбента б из шлюза 24 в съемный пробник 21, после чего шибер 23 возвращают в закрытое положение, перекрывая шлюз 24.
Затем пробник 21, свинчивая с патрубка 22, снимают и передают в лабораторию на анализ.
В случае снижения активности адсорбента 6 в нижней секции 7 реактора 3 менее установленного уровня эффективности очистки газов установку отключают, изолируют и после этого проводят ротацию адсорбента 5 в секциях 7 и 8 реактора 3.
Для удаления загрязненного адсорбента 6 из нижней секции 7 снимают крышку 30 с выходной трубы 28, а эластичный мешок 31 помещают в жесткую межоперационную тару, устанавливаемую снизу.
Затем, поворотом шибера 29 освобождают проход в трубе 28 для высыпания адсорбента 6, который посредством шнека 27 принудительно подается в мешок 31.
После выгрузки адсорбента 6 из секции 7 электронагревательным ножом ручного приспособления сварки теркопластичный материал мешка 31 запечатывают проплавлением сложенных стенок его горловины с образованием двойного поперечного шва герметичной упаковки загрязненного адсорбента 6.
Запечатанный мешок 31 с упакованным в нем загрязненным адсорбентом 6 подается в печь для сжигания.
На выходном конце трубы 28 укрепляют новый мешок 31, в который сбрасывают остатки горловины удаленного использованного мешка 31.
Новый мешок 31 складывают внутри крышки 30, которую укрепляют на трубе 28.
Затем шибер 29 возвращают в исходное положение, перекрывая выходную трубу 28.
Для ротации адсорбента в секциях 7 и 8 реактора 3 поворачивают роторный затвор 9 на 90°, совмещая его канал 18 с окнами 10 перегородки 5. При этом практически чистый адсорбент 6 по склизу 11 секции 8 без остатка пересыпается в секцию 7.
Далее затвор 9 за рукоятку 14 поворачивают в исходное положение; изолируя секции 7 и 8, после чего эжекторным пневмотранспортом верхнюю секцию 8 заполняют новым адсорбентом 6 вышеописанным порядком действий. Устройство готово к продолжению работы с обновленным адсорбентом 6.
Лимитирующей по времени эксплуатации является степень загрязненности адсорбента 6 в нижней секции 7, потому что вредные вещества из очищаемого аэрозоля активно осаждаются в абсолютном большинстве на поверхности гранул этого рабочего слоя адсорбента 6, что позволяет адсорбент 6 верхней секции 8, который заметно не нагружается осаждениями, использовать повторно в нижней секции 7 реактора 3, что обеспечивает большую степень очистки газов и рациональное использование расходного материала.
Экспериментальные работы на опытном экземпляре устройства для сорбционной нейтрализации газов подтвердили улучшение технологичности процесса и вспомогательных операций, в результате чего повышены функциональная надежность установки и качество очистки газов.