УСТАНОВКА ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ВОДОРОДА В ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ

Заявляемая полезная модель относится к областям техники, в которых возникает необходимость удаления водорода из газов, в частности, к химическим и металлургическим производствам, ядерной энергетике.
Известен способ сжигания водорода на атомной электростанции, описанный в изобретении по авторскому свидетельству СССР №1312970 (кл. МПК G21C 9/04, дата приоритета 31.05.1985) [1]. В соответствии с аналогом нагретая в электрокалорифере одна часть водородсодержащего воздуха высоконапорным водогазовым эжектором прокачивается через контактный аппарат. В контактном аппарате происходит каталитическая реакция сжигания водорода кислородом воздуха. Остальной воздух с помощью низконапорного водогазового эжектора после смешения с воздухом, из которого удален водород, циркулирует в помещении станции. Воду в эжекторы подают с помощью водяных насосов.
Недостатки аналога заключаются в применении недостаточно каталитически активного контактного аппарата и малоэффективного водогазового эжектора, что сделало необходимым оснащение установки электрокалорифером и спринклерной системой с водяными насосами.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является техническое решение, заявленное в патенте РФ на изобретение №2260212 «Установка для сжигания водорода на атомной станции» (кл. МПК G21C 9/06, дата приоритета 27.11.2003) [2].
В соответствии с прототипом, основными узлами для каталитического сжигания водорода в водородсодержащей газовой смеси являются: контактный аппарат для каталитического сжигания водородсодержащего газа, водогазовые эжекторы и спринклерная система, включающая насосы, теплообменники, дроссель и спринклеры.
Эжектируемый водородсодержащий газ в контактный аппарат поступает через смеситель и электрокалорифер. Электрокалорифер необходим из-за недостаточной активности катализатора контактного аппарата. На выходе контактного аппарата установлен фильтр.
Недостатком прототипа является сложность описанной установки. Она вызвана, во-первых, применением контактного аппарата с недостаточно активным катализатором, во-вторых, применением водогазовых эжекторов и, в-третьих, необходимостью использования смесителя. Два первых обстоятельства привели к необходимости включения в состав установки электрокалорифера и спринклерной системы, а смеситель потребовался для снижения концентрации водорода в газе, поступающего в контактный аппарат, до взрывобезопасной концентрации.
Задачей заявляемой установки для каталитического сжигания водорода в водородсодержащей газовой смеси кислородом воздуха, является упрощение конструкции и, как следствие, удешевление установки.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной установке для сжигания водорода на атомной станции, включающей контактный аппарат для каталитического сжигания водорода, эжекторы и фильтры, согласно заявляемому техническому решению используется газовый эжектор, установленный до контактного аппарата, а в качестве контактного аппарата - каталитический нейтрализатор выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
В заявляемой установке предлагается использовать газовый эжектор, который является более эффективным, чем водогазовый; что позволяет не использовать в установке спринклерную систему. Причем газовый эжектор, установленный до контактного аппарата, обеспечивает разбавление водородсодержащего газа воздухом до взрывобезопасной концентрации и тем самым отказаться от использования в заявляемой установке смесителя.
Экспериментально было установлено, что уже при комнатной температуре каталитический нейтрализатор выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, используемый в качестве контактного аппарата, с высокой эффективностью сжигает водород в водородсодержащем газе, Таким образом, отпадает необходимость в предварительном подогреве газа, то есть в калорифере.
На фиг. приведена схема заявляемой установки для каталитического сжигания водорода в водородсодержащей газовой смеси.
Заявляемая установка включает в себя: входной патрубок водородсодержащего газа (1), датчик концентрации водорода во входящем водородсодержащем газе (2), входной фильтр водородсодержащего газа (3), газовый эжектор (4), входной патрубок воздуха (5), воздушный фильтр (6), регулятор давления воздуха (7), каталитический нейтрализатор выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (контактный аппарат) (8), патрубок подачи воздуха (9), датчик температуры (11).
Установка работает следующим образом. Водородсодержащий газ в установку поступает через входной патрубок водородсодержащего газа (1) и концентрация водорода в нем контролируется с помощью датчика концентрации водорода во входящем водородсодержащем газе (2). Входной фильтр водородсодержащего газа (3) очищает газ от механических примесей. Очищенный газ подается в конфузор газового эжектора (4), а воздух из линии сжатого воздуха, проходит через входной патрубок воздуха (5), затем в воздушном фильтре (6) очищается от аэрозолей масла, влаги и механических примесей, проходит через регулятор давления воздуха (7), который поддерживает постоянное давление, и направляется в сопло газового эжектора (4). В газовом эжекторе (4) происходит разбавление водородсодержащего газа воздухом до взрывобезопасной концентрации водорода. Взрывобезопасная концентрация обеспечивается соответствующей напор-расходной характеристикой газового эжектора (4) и регулятором давления воздуха (7) перед соплом газового эжектора (4). Взрывобезопасная газовая смесь из газового эжектора (4) поступает в каталитический нейтрализатор выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (8), в котором происходит беспламенное каталитическое окисление водорода кислородом воздуха. Температура выходящего из каталитического нейтрализатора выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (контактного аппарата) и разогретого, в результате экзотермической реакции окисления водорода кислородом, воздуха понижается до требуемой путем разбавлением выходящего воздуха - воздухом подающимся по патрубку подачи воздуха (9) и имеющего температуру окружающей среды. Концентрация водорода и температура в выходящей газовой смеси контролируется при помощи датчика температуры (10) и датчика концентрации водорода в выходящем газе (11).
ПРИМЕР
3
2
Была разработана и изготовлена установка для сжигания водорода в азото-водородной газовой смеси. В качестве контактного аппарата был применен каталитический нейтрализатор выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и использовался газовый эжектор. В установку поступала азото-водородная смесь расходом до 280 нм/г и с температурой 20-40°C, а также воздух из линии сжатого воздуха. С помощью регулятора давления воздуха избыточное давление воздуха на входе в эжектор поддерживалось на уровне 3 кгс/см. Концентрация водорода во входящей азото-водородной смеси составляла 10-12% об.
В результате использования установки для каталитического сжигания водорода в водородсодержащей газовой смеси заявляемой конструкции в газе, выходящем из установки, концентрация водорода при максимальном расходе не превышала 0,08% об., а температура 50°C.
Таким образом, использование заявляемой конструкции установки для сжигания водорода в водородсодержащей газовой смеси позволяет гарантировано удалить водород, то есть обеспечить взрывобезопасность процесса, при более упрощенной конструкции самой установки.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1312970 «Способ сжигания водорода на атомной электростанции» (кл. МПК G21C 9/04, дата приоритета 31.05.1985).
2. Патент РФ на изобретение №2260212 «Установка для сжигания водорода на атомной электростанции» (кл. МПК G21C 9/06, дата приоритета 27.11.2003).