ПОТОЧНАЯ ЛИНИЯ СОРБЦИОННОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ГАЗОВ

Предлагаемая полезная модель относится к технике проведения физических процессов в присутствии неподвижного слоя твердых частиц, а более конкретно, к аппаратам очистки газов при нейтрализации вредных составляющих посредством их концентрации на развитой поверхности твердых гранулированных адсорбентов.
Уровень данной области техники характеризует устройство для промышленной нейтрализации отходящих от печи сжигания отравляющих веществ, описанное в патенте RU 2153926, В01J 8/02, В01D 53/04, 2000 г., вертикальный реактор которого содержит входной и выходной патрубки центральной полости, разделенной поперечной перегородкой с окнами.
Ротор укреплен внутри соосного кожуха через кольцевой зазор и имеет, как минимум две секции, заполненные насыпным адсорбентом.
Сформированный описанным образом в конструкции лабиринтный путь движения обрабатываемого газа обеспечивает многократное прохождение потоком слоя адсорбента, что повышает качество очистки газа.
Особенностью описанного устройства является выполнение окон перегородок в роторных затворах, размещенных в вертикальном реакторе и связанных с его секциями посредством конических склизов, наклоненных под углом естественного откоса для гранулированного адсорбента.
Верхняя секция реактора оснащена штуцером коммуникации с эжекционным пневмотранспортом загрузки, а на выходе из реактора смонтирован механизм герметичной выгрузки отработавшего адсорбента.
Адсорбент в нижних секциях реактора заменяется автоматически гравитационно, перемещаясь из верхних секций через окна роторных затворов, которые устанавливают для этого вертикально, что повышает производительность локализованной очистки газов за счет сокращения вспомогательного времени на ротацию слоев адсорбента.
Недостатком описанного устройства является неудовлетворительное качество нейтрализации газов из-за наличия технологического зазора над слоем адсорбента в верхних секциях реактора, образующегося углом отсыпки гранулированного активного угля при автоматической загрузке пневмотранспортом, через который частично проходит газ, подаваемый на обработку снизу без тонкой очистки от примесей в верхней секции реактора.
Полная загрузка секций эжектируемым адсорбентом обеспечивается при повышенной скорости его подачи, но при этом гранулят частично дробится о заднюю стенку реактора, что произвольно изменяет расчетную насыпную плотность и заданный газодинамический режим очистки.
В динамике работы мелкие частички угля просыпаются между гранул адсорбента, слой которого оседает, образуя вверху зазор, величиной еще больше, чем в первом случае.
Неполная нейтрализация обрабатываемого газа является неотъемлемым недостатком описанной конструкции устройства.
Отмеченный недостаток устранен в устройстве для сорбционной нейтрализации газов по свидетельству на полезную модель №24118 от 27.07.02, В01J 8/02, В01D 53/04, секционный вертикальный реактор которого заполнен гранулированным адсорбентом и укреплен с зазором в соосном кожухе, снабженном входным и выходным патрубками подачи очищаемого газа центральной полости, разделенной поперечной перегородкой, где между коническими склизами секций реактора смонтированы роторные затворы с окнами.
Внизу реактора установлен механизм герметичной выгрузки отработавшего адсорбента, а верхние секции оснащены двумя, противно расположенными, штуцерами коммуникации с переносным эжекционным пневмотранспортом загрузки адсорбента.
Перенос эжекционного пневмотранспорта после максимальной загрузки верхней секции реактора на противный штуцер осуществляется для заполнения сформировавшегося зазора за счет формируемого при этом встречного откоса насыпного адсорбента.
Недостатком этого устройства является относительно невысокая производительность из-за большого гидравлического сопротивления слоя адсорбента расчетной толщины и вспомогательного времени на загрузку и ротацию гранулированного активного угля в секциях реактора с различной степенью активности, проводимую с помощью специального механизма, встроенного в окнах перегородки, что усложняет конструкцию и повышает потребительскую стоимость устройства в целом.
Для гравитациоонного последовательного перемещения адсорбента в сопрягаемых секциях реактор выполнен вертикальным, что ограничивает его использование на существующих производственных площадях с ограниченной высотой. Поэтому необходимы дополнительные капитальные затраты для сооружения новых цехов или модулей, пригодных для размещения многосекционных реакторов, обеспечивающих необходимую степень очистки газов от вредных примесей и отравляющих веществ.
Более совершенным и производительным является автоматическая поточная линия, сформированная из горизонтальных реакторов, имеющих общий коммуникационный центральный канал подачи обрабатываемого газа, адаптируемая к существующим производственным помещениям, описанная в патенте RU 33518, В01J 8/02, 2003 г., которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной поточной линии.
Известная поточная линия содержит входной и выходной патрубки, которые примыкают к торцам последовательно смонтированным в конструкционном единстве и коммуникационно связанных общим центральным глухим каналом двух горизонтальных реакторов, каждый из которых выполнен в виде двух сблокированных секций, разделенных перегородкой и заполненных насыпным адсорбентом, преимущественно гранулятом активного угля.
Гранулированный адсорбент в каждую секцию обоих реакторов загружается независимым пневмотранспортом, автономно закрепленным на соответствующих перегородках.
При горизонтальном расположении реакторов в поточной линии снижены капитальные затраты на практическую реализацию адаптируемого к существующим производственным помещениям устройства, в котором снижена нагрузка на сорбент, разделенный послойно внутри каждой секции по сторонам центрального канала, что повышает качество динамичной очистки обрабатываемого газа.
В горизонтальном реакторе сохраняется целостность гранул адсорбента, загружаемого с параллельных пневмотранспортов одновременно без повышения скорости подачи в полном объеме секций.
Размещение внутри секций реактора перфорированного канала сообщения с входным и выходным патрубками, в сочетании с периферийным кольцевым зазором относительно кожуха и глухим центральным каналом, а также при наличии поперечной перегородки между секциями реактора, создает лабиринтный маршрут прохождения обрабатываемого газа для дублирования его контакта с разными слоями адсорбента, чем повышается степень его очистки от вредных примесей и отравляющих веществ.
Оснащение внутреннего перфорированного канала секций горизонтального реактора, через который осуществляется подача газа на обработку, смонтированным под эжекционным пневмотранспортом загрузки, клиновой формы делителем потока, позволяет автоматически равномерно заполнять секции реактора в два слоя, суммарной толщиной, заданной технологией.
Более низкое газодинамическое сопротивление этих тонких слоев насыпного адсорбента, которые обрабатываемый газ преодолевает неоднократно, обеспечивает динамику и высокое качество очистки.
Нижняя коническая крышка внутреннего канала реактора предотвращает сводообразование в потоке отработавшего адсорбента, когда он гравитационно перемещается по склизу на выгрузку, что упрощает конструкцию и обслуживание поточной линии.
Клиновой делитель потока, закрепленный сверху перфорированного канала подачи обрабатываемого газа, дополнительно выполняет функции затвора, исключая свободные от адсорбента зоны, что конструктивно обеспечивает обработку всего подаваемого объема газа.
К недостаткам описанной универсальной и производительной поточной линии можно отнести присущее всем аналогичным конструкциям: унос в потоке обработанного газа твердых частиц, отколовшихся от гранул адсорбента, на которых осели вредные или отравляющие вещества, а также конденсированные частицы, содержащиеся в подаваемом газе, что снижает качество обработки.
Кроме того, при обработке горячих отходящих газов от печи сжигания отравляющих и вредных веществ угольный насыпной адсорбент может возгораться. Для локализации очагов возгорания и тушения пожара в реакторах поточная линия оснащается автоматической системой пожаротушения, что значительно увеличивает ее стоимость.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является улучшение основных технических характеристик поточной линии за счет повышения качества очистки газов и безопасности производительных работ.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной поточной линии сорбционной нейтрализации газов, содержащей входной и выходной патрубки, коммуникационно связанные со свободными торцами последовательно смонтированных в конструктивном единстве горизонтальных реакторов, имеющих продольный газопроницаемый канал, наглухо закрытый по торцам, и установленных в кожухе с периферийным кольцевым зазором, при этом каждый реактор выполнен в виде двух сблокированных секций, заполненных насыпным адсорбентом, загружаемым независимо в секции пневмотранспортом, закрепленным на соответствующих перегородках, причем все секции реакторов разделены продольным перфорированным каналом и поперечной перегородкой, по предложению авторов, входной и выходной патрубки оснащены блоками сменных фильтров, примыкающими к реакторам, в которых в качестве насыпного адсорбента использованы активный уголь и оксид алюминия соответственно.
Отличительные признаки обеспечили принципиальное повышение качества очистки обрабатываемого газа и автоматическое подавление возможного очага возгорания гранулированного активного угля в реакторах.
Установка на входном и выходном патрубках, примыкающих к свободным торцам связанных между собой реакторов, блоков фильтров позволяет механически отделить твердые несгоревшие примеси обрабатываемого газа и пыли уносимого адсорбента с осевшими вредными веществами, задержав их внутри устройства, что принципиально улучшает качество очистки и нейтрализации отходящих газов.
Выполнение блоков со сменными фильтрами обеспечивает их локальную замену без остановки процесса по мере того, как фильтры забиваются мусором.
Использование в реакторах разных насыпных адсорбентов: последовательно гранулированных активного угля и оксида алюминия, которые имеют примерно одинаковые функциональные возможности по назначению, направлено на получение нового качества - пожаробезопасности поточной линии.
Это достигается тем, что слой негорючего оксида алюминия служит огнепреградителем, поглощая тепловую энергию пламени при возгорании активного угля от раскаленных твердых частиц в отходящих газах печи сжигания отравляющих и вредных веществ, так как оксид алюминия имеет высокую теплоемкость и низкую теплопроводность, что исключает распространение огня за пределы установки.
При этом стало возможным исключить дорогостоящее устройство пожаротушения, имеющее ничтожно малое удельное время использования в процессе нейтрализации газов.
Дополнительно, за счет способности оксида алюминия при высокой температуре катализировать реакцию разложения фосфорсодержащих веществ, достигается усиление нейтрализующей способности реактора поточной линии, компенсируя аварийный выход из строя предыдущего реактора с активным углем в качестве дешевого расходного адсорбента на время локализации и устранения очага возгорания.
Таким образом, принципиально не меняя габариты и технологическую схему работы поточной линии, достигнуто новое качество по производительности и безопасности нейтрализации газов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображены:
на фиг.1 - предложенная поточная линия;
на фиг.2 - то же, вид сверху;
на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.1, условно без входного патрубка.
В кожухе 1 с кольцевым зазором 2 последовательно смонтировано в конструктивном единстве поточной линии два горизонтальных реактора 3, имеющих глухой центральным канал 4.
К свободным торцам реактора 3 пристыкованы блоки 5 сменных фильтров 6, связанные с входным и выходным патрубками 7 и 8 соответственно.
Каждый реактор 3 представляет собой две параллельных газопроницаемых секции 9, которые продольно разделены каналом 10, а поперечно-глухими перегородками 11.
Секции 9 заполнены гранулированным адсорбентом, в частности, первого по ходу реактора 3 активным углем 12 марки СКТ и последующего реактора 3 - оксидом алюминия 13 по ТУ 38.101190.
Секции 9 каждого реактора 3 по торцам закрыты глухими перегородками 14 так, что канал 10 остается открытым.
На перегородках 11 и 14 сверху закреплены превмотранспорты 15, 16 эжекционного действия для независимой подачи адсорбента в продольно примыкающие к перегородкам 11 обе части каждой секции 9 реакторов 3 зеркально.
Канал 10 с перфорированными стенками сверху и снизу закрыт клиновой формы крышками 17 и 18 соответственно, наклоненные под углом естественного откоса для насыпного адсорбента.
Верхняя крышка 17 является делителем потока загружаемого адсорбента, а нижняя крышка 18 совмещена по функциям со склизом 19 механизма 20 выгрузки.
На кожухе 1 сверху, с каждого торца реакторов 3, расположены спаренные пневмотранспорта 15, 16 для загрузки активного угля 12 в секции 9 правого (по чертежу) реактора 3 и оксида алюминия 13 в секции 9 примыкающего второго реактора 3.
Из емкостей раздельного хранения адсорбент 12, 13 посредством пневмотранспортов 15, 16 подается в секции 9 до их заполнения, при этом на клиновых крышках 18 поток гранул адсорбента равномерно распределяется на два, которые поступают в секции 9 реакторов 3 с обеих сторон канала 10.
Функционирует поточная линия следующим образом.
Обрабатываемый газ через входной патрубок 7 подают в блок 5 фильтров 6, где задерживаются конденсированные частицы, а газ далее поступает в перфорированные каналы 10 секций 9 реактора 3, заполненных гранулированным активным углем 12, на развитой пористой поверхности которого оседают слабоконцентрированные вредные или отравляющие вещества, взаимодействуя на проходе поперек секций 9, так как они наглухо закрыты перегородкой 11.
Далее газ, поступает в кольцевой зазор 2 и центральный глухой канал 4, по которым перемещается до перегородок 14 и вынужденно просачивается через слой активного угля 12 в последующей секции 9 этого же реактора 3, попадая в перфорированный канал 10 каждого реактора 3, проходя следующую ступень обработки за перегородками 11.
По совмещенным каналам 10 обработанный газ поступает в следующий реактор 3, секции 9 которого заполнены оксидом алюминия 13, где по вышеописанной технологической схеме происходит нейтрализация обрабатываемого газа.
Далее полностью обработанный газ проходит через блок 5 фильтров 6 на выходе из реактор 3, где задерживаются твердые частички и пыль адсорбентов, и через патрубок 8 выводится из поточной линии.
По мере загрязнения фильтры 6 блока 5 меняются на чистые, без остановки процесса.
В случае возникновения возгорания угля 12 в первом реакторе 3, пламя гасится в примыкающем реакторе 3, секции 9 которого заполнены оксидом алюминия 13.
Таким образом аварийная ситуация ликвидируется автоматически, после чего производят ревизию установки, ремонт, если это необходимо, и смену расходного материала для продолжения работы.
При достижении установленного уровня загрязнения адсорбента, когда снижается его активность, подачу газа на обработку прекращают и механизмом 20 выгружают гранулы активного угля 12 и/или оксида алюминия 13, которые по склизам 19 высыпаются в герметичную емкость, удаляемую на регенерацию или утилизацию.
После выгрузки адсорбента из секций 9 реакторов 3 механизм 20 отключают и осуществляют загрузку свежего насыпного адсорбента посредством пневмотранспортов 15, 16.
Далее цикл работы повторяется.
Положительные результаты опытной проверки поточной линии по описанной конструкции позволяют рекомендовать ее заказчику для промышленной эксплуатации.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по машиностроению, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления поточной линии сорбционной нейтрализации газов, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.