АДСОРБЦИОННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Полезная модель относится к технологиям окисления токсичных примесей летучих органических соединений в отходящих газах промышленных предприятий и может быть использовано в химической, нефтехимической, лакокрасочной, машиностроительной и других отраслях промышленности.
Для очистки отходящих газов с низкими концентрациями токсичных примесей наиболее эффективным и экономически выгодным является применение каталитических систем, обеспечивающих окисление примесей кислородом воздуха в присутствии катализатора до экологически безвредных продуктов. Такие системы отличаются высокой степенью очистки газов. В то же время для осуществления таких процессов в слое катализатора требуется поддерживать достаточно высокие температуры (для различных примесей диапазон таких температур может составлять от 150-200 до 500-600°C). Это обуславливает их относительно высокое энергопотребление, а также необходимость применения дорогих и громоздких теплообменников, особенно в случаях низких концентраций горючих примесей и большого объема очищаемых газов. К тому же каталитический реактор надо долго греть перед пуском, что осложняет его применение для очистки газов из периодических источников (Ю.Ш. Матрос, А.С. Носков, В.А. Чумаченко. Каталитическое обезвреживание отходящих газов промышленных производств. Новосибирск, «Наука», Сибирское отделение, 1991, 224 с.).
Известна адсорбционно-каталитическая система для очистки отходящих газов от органических примесей [US США N 4234549, B01D 53/42]. Процесс очистки в этой системе является циклическим и осуществляется в две стадии, на первой происходит очистка газов за счет адсорбции примесей в слое адсорбента-катализатора при температурах ниже температур окисления примесей, на второй - регенерация адсорбционной емкости адсорбента-катализатора за счет окисления сорбированных примесей при повышенной температуре в токе кислород-содержащего регенерирующего газа, например, воздуха. Окисление происходит при пропускании через слой адсорбента-катализатора регенерирующего потока, нагретого до температуры выше температуры начала глубокого окисления адсорбированных примесей. Этот способ существенно менее энергоемок, чем описанный выше каталитический процесс, т.к. энергия тратится периодически в течение относительно короткого промежутка времени и только на нагрев слоя адсорбента-катализатора до температуры, достаточной для начала окисления сорбированных примесей с последующим использованием тепла протекающих каталитических реакций для поддержания необходимого температурного режима.
С другой стороны, при использовании такого реактора при нагреве слоя адсорбента-катализатора возможна залповая десорбция части непрореагировавших примесей, заметно снижающая эффективность очистки газов. Длительность периода такой десорбции относительно невелика (до нескольких минут) по сравнению с длительностью всего цикла очистки (от нескольких часов до нескольких суток), но в течение этого периода десорбирующиеся примеси могут появляться в очищенных газах в концентрациях, существенно превосходящих предельно допустимые.
Полезная модель решает задачу разработки эффективного адсорбционно-каталитическошо реактора для очистки газов от органических примесей, характеризующейся минимальными залповыми выбросами во время проведения окисления сорбированных примесей.
Задача решается тем, что в адсорбционно-каталитическом реакторе для очистки газов от летучих токсичных органических примесей за счет адсорбции этих примесей в неподвижном слое адсорбента-катализатора и периодического окисления сорбированных примесей при повышении температуры адсорбента-катализатора, состоящей из указанного неподвижного слоя адсорбента-катализатора, расположенного внутри реактора с герметичным корпусом, снабженным входным и выходным
патрубками для ввода и вывода очищаемого газового потока, а также нагревательного элемента, предназначенного для периодического нагрева слоя адсорбента-катализатора, реактор включает не менее, чем два равных по объему отдельных слоя адсорбента-катализатора, организованных с возможностью одновременного параллельного пропускания очищаемого газа через них, а также с возможностью проведения независимого и неодновременного окисления сорбированных примесей в каждом из слоев. Отдельные слои адсорбента-катализатора в таком реакторе располагаются в одном общем корпусе реактора с общим входным патрубком для ввода очищаемого газового потока и общим выходным патрубком для вывода очищенного газового потока, при этом слои отделены друг от друга непроницаемыми для газа теплоизолирующими перегородками (Фиг.).
Схема адсорбционно-каталитического реактора представлена на Фиг., где: корпус реактора - 1, слой адсорбента-катализатора - 2, нагревательный элемент - 3а-3б, поток очищаемого газа - 4, поток очищенных газов - 5, непроницаемая теплоизолирующая перегородка - 6.
Процесс очистки газов от летучих органических примесей осуществляют следующим образом. Поток очищаемых газов подается в реактор (поз. 1, Фиг.) или через входной патрубок либо систему входных патрубков (поз. 4) и далее проходит через слои адсорбента-катализатора (поз. 2), выходя из реактора через выходной патрубок или систему выходных патрубков (поз. 5). Как и в процессах, описанных выше, здесь происходит чередование двух стадий в слое адсорбента-катализатора - адсорбции подаваемых примесей при температуре ниже температуры их окисления до проскока их через слои адсорбента-катализатора и окисление сорбированных на первой стадии примесей при повышении температуры в слоях до температуры начала глубокого окисления адсорбированных примесей. В качестве регенерирующего потока может использоваться воздух, либо поток очищаемых газов, в последнем случае процесс очистки становится непрерывным.
Каждый из слоев адсорбента-катализатора в таком реакторе работает как отдельный независимый адсорбционно-каталитический слой по принципу, описанному выше, т.е. происходит циклическое чередование двух стадий процесса: адсорбции примесей в слое адсорбента-катализатора при температуре ниже температур окисления примесей и регенерации слоя - окисления адсорбированных примесей при температуре выше температуры начала глубокого окисления примесей. При этом процесс регенерации проводится в этих секциях не одновременно, а поочередно. Смешение потока из регенерируемой секции с потоками, выходящими из других секций, при сохранении неизменной средней во времени степени очистки газов, позволяет минимизировать пиковые концентрации десорбирующихся примесей во время залповых десорбционных выбросов.
Процесс очистки в таком реакторе можно вести в непрерывном режиме, так как нет необходимости прерывать подачу смеси во время регенерации слоя. С другой стороны, реактор можно использовать также и для очистки газов из периодических источников выбросов.
Технический результат полезной модели заключается в повышении общей степени очистки газов.
Пример
Проводят очистку вентиляционных выбросов, представляющих собой пары стирола в воздухе, концентрация паров стирола 35 ррм, температура выбросов 20°С. Очистку выбросов производят в реакторе с тремя параллельными слоями адсорбента-катализатора, отделенными друг от друга непроницаемыми для газа теплоизолирующими стенками. В качестве адсорбента-катализатора используется алюмомеднохромовый промышленный катализатор. Длительность периода адсорбции в каждом слое составляет 10 часов, длительность периода регенерации - 30 минут. Средняя по времени степень очистки выбросов от стирола составляет 98.6%, при этом максимальная пиковая концентрация стирола в очищенном потоке не превышает 10-15 ррм, максимальная температура газа - не более 90°С.
В аналогичном процессе, где используется единый слой адсорбента-катализатора без деления на параллельные сегменты, наблюдаются аналогичные длительности циклов адсорбции и регенерации, а также аналогичная средняя степень очистки газов. В то же время, в таком процессе максимальная пиковая концентрация стирола в очищенных газах на стадии регенерации достигает 30-40 ррм, а максимальная температура очищенных газов кратковременно достигает 250-300°, что может приводить к деформации и постепенному разрушению выходного газохода.