КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДОЖИГАНИЯ ПИРОЛИЗНЫХ ГАЗОВ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ХИМИЧЕСКОГО АКТИВИРОВАНИЯ УГЛЕЙ

Полезная модель относится к области переработки органосодержащего сырья с целью получения активных углей.
3
Известна лабораторная установка термического модифицирования лузги подсолнечной, основным элементом которой является вертикальный кварцевый реактор объемом 0,6 дм, помещенный в муфельную печь с регулируемым электронагревом. Для отделения газообразных продуктов предусмотрен блок охлаждения и сбора сконденсированной воды и смолистых продуктов (Долгих О.Г. Использование адсорбционных технологий и углеродных адсорбентов на основе лузги подсолнечной в системах очистки нефтезагрязненных вод: автореф. дис. канд. тех. наук / О.Г. Долгих. - Краснодар, 2011. - 24 с.).
Недостатком блока является то, что пиролизные газы выбрасываются в атмосферу без очистки.
Известна лабораторная установка термической переработки углей, состоящая из реактора, печи, системы подачи инертного газа в реактор (Лысенко С.Г., Печень В.А., Бутузова Л.Ф. Лабораторная установка термической переработки углей для получения и исследования всех высокотемпературного пиролиза // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сборник докладов X Международной научной конференции аспирантов и студентов. - Донецк, ДонНТУ - 2017.). Для отделения газообразных и жидких продуктов предусмотрен водяной холодильник, емкость для сбора конденсата. Пиролизный газ после отделения конденсата направляется в поглотительную емкость для отделения водорастворимых примесей, и далее выбрасываются в атмосферу без очистки.
Описана лабораторная установка по активированию кокса, содержащая узел генерации пара, состоящего из четырехгорлой колбы, помещенной в нагревательную печь и соединенной с распределителем азота, и узел активации, состоящий из трубчатой печи внутрь которой помещается кварцевая трубка с навеской кокса (1,5-2,5 г), один конец которой соединен с выходом пара из четырехгорлой колбы, а другой конец трубки закрывают пробкой, отвод которой подсоединен к блоку отделения газообразных и жидких продуктов пиролиза. (Тагиров М.А., Жирнов Б.С, Гостьков Е.В., Фаткуллин М.Р., Мухаметзянова Э.Г. Динамика активирования нефтяных коксов с целью получения носителей катализаторов // Кокс и химия. - 2011. - №10. - С. 32-36.). Этот блок включает сборник конденсата, помещенный в баню со льдом. Недостатком блока является то, что после сборника конденсата пиролизный газ выбрасывается в атмосферу без очистки.
3
В лабораторной установке для исследования сжигания летучих компонентов процесса разложения угля, содержащей реторту с исследуемым образом угля, помещенную в электропечь, в качестве блока отделения жидких и газообразных продуктов используется газоотводная трубка, в которую поступает горячий пиролизный газ и пары жидких продуктов (Осокина А.А., Журавлева Н.В., Потокина P.P., Исмагилов З.Р., Лазаревский П.П., Романенко Ю.Е., Ципле О.Л. Исследование состава попутных продуктов процесса пиролитического разложения каменных углей. // Кокс и химия. - 2017. - №12. - С. 37-45.). На выходе из газоотводной трубки производится сжигание пиролизного газа в пламени. Недостатком такого блока отделения газообразных продуктов с пламенным сжиганием газа является высокое содержание органических веществ и СО (суммарно более 100 мг/м) в продуктах сгорания вследствие неполноты сжигания.
Наиболее близким техническим решением является пилотная установка пиролиза древесины (Прокопьев С.А. Разработка технологии ультраоксипиролиза древесной биомассы для получения бионефти и древесного угля: автореф. дис.канд. тех. наук / С.А. Прокопьев. - Санкт-Петербург, 2007. - 24 с.). В этой установке для отделения жидких продуктов используется водяной холодильник и сборник конденсата, а образующийся пиролизный газ подвергается сжиганию в пламени. Недостатком такого блока отделения газообразных и жидких продуктов является вредные выбросы в атмосферу токсичных веществ: СО и углеводородов вследствие использования недостаточно экологичного метода пламенного сжигания.
Задачей заявляемого технического решения является создание каталитического реактора сжигания пиролизных газов лабораторной установки для химического активирования углей, в котором для очистки отходящего пиролизного газа от вредных веществ используется экологически чистое каталитическое сжигание на твердых катализаторах.
Технический результат достигается тем, что каталитический реактор дожигания пиролизных газов лабораторной установки для химического активирования углей включает трубку для подвода пиролизных газов, секцию смешения пиролизных газов с воздухом, секцию нагрева смеси ТЭНами и секцию полного окисления компонентов смеси, при этом, в секции полного окисления компонентов смеси используется два каталитических слоя.
Технический результат достигается также тем, что первый каталитический слой содержит катализатор на основе оксидов переходных металлов, нанесенных на оксидный носитель с высокоразвитой удельной поверхностью, а второй каталитический слой содержит гранулы катализатора, содержащего металлы платиновой группы.
Также технический результат достигается за счет того, что в каталитическом реакторе дожигания пиролизных газов лабораторной установки для химического активирования углей после секции полного окисления компонентов смеси размещается теплообменник для утилизации теплоты реакций окисления.
Сущность заявляемого технического решения поясняется схемой каталитического реактора дожигания пиролизных газов лабораторной установки для химического активирования углей, которая представлена на фигуре, где 1 - трубка для подвода пиролизных газов, 2 - секция смешения пиролизных газов с воздухом, 3 - секция нагрева с ТЭНами, 4 - секция полного окисления компонентов смеси, 5, 6 - каталитические слои, 7 - теплообменник.
Каталитический реактор работает следующим образом.
Газообразные продукты поступают через трубку подвода пиролизных газов 1 в секцию смешения пиролизных газов 2, где они смешиваются с необходимым количеством воздуха. Полученная смесь направляется в секцию нагрева 3, в которой с использованием ТЭНов производится нагрев смеси до необходимой температуры (около 300°С). Разогретая смесь поступает в секцию полного окисления компонентов смеси 4 на каталитические слои 5, 6, где происходит полное окисление газообразных углеводородов, водорода и СО до безвредных продуктов - углекислого газа и воды и дожигание метана. При необходимости теплоту отходящих газов после полного окисления компонентов смеси можно утилизировать с помощью теплообменника 7. Утилизируемое тепло можно использовать для предварительного подогрева воздуха, подаваемого на каталитическое сжигание, или для получения пара, если в установке предусмотрена стадия активации продукта пиролиза в парах воды.
2
3
2
Пример. Воздух подогревается до температуры 200-300°С и подается в смеси с пиролизными газами в первый слой гранул катализатора на основе оксидов переходных металлов (Cu, Cr, Со, Mn и др.), нанесенных на подходящий оксидный носитель с высокоразвитой удельной поверхностью (например γ-AlO). В слое катализатора происходит окисление водорода и СО соответственно до воды и СО и окисление углеводородов до тех же продуктов. Продукты сжигания могут содержать небольшое количество (от 0,01 до 0,5%) наиболее трудно окисляемого углеводорода метана. Дожигание метана до уровня менее 0,01 об. % происходит на втором слое катализатора, содержащем металл платиновой группы (Pt, Pd). Продукты окисления нагреваются за счет теплоты реакций окисления до температуры 600-700°С и выбрасываются в атмосферу либо подаются в теплообменники для подогрева воздуха или получения пара.