SPOSÓB KATALITYCZNEGO OCZYSZCZANIA GAZÓW.

POLSKA
RZECZPOSPOLITA
OPIS PATENTOWY 140627
LUDOWA
CZYTELNIA
Patent dodatkowy
do patentu
Zgłoszono:
Ur*ędu Palantowego '
(P. 244822)
83 11 28
InL Cl.4
Pierwszeństwo
B01D 53/36
OIZAO
PATENTOWY
Zgłoszenie ogłoszono:
PRL
85 06 04
Opis patentowy opublikowano: 88 03 30
Twórcy wynalazku:
Jerzy Wojciechowski, Jerzy Haber, Zbigniew Wyderka, Leszek
Michalski, Jadwiga Foryś, Zygmunt Wysocki, Włodzimierz Gajewski
Uprawniony z patentu:
Polska Akademia Nauk. Instytut Katalizy i Fizykochemii
Powierzchni, Kraków (Polska)
SPOSÓB KATALITYCZNEGO OCZYSZCZANIA GAZÓW
Przedmiotem wynalazku jest sposób katalitycznego oczyszczania gazów od zanieczyszczeń
organicznych i tlenku węgla zawartych zwłaszcza w przemysłowych gazach odlotowych i spalinach
oraz atmosferach ochronnych,
W rozwiązaniu znanym z opisu patentowego PRL nr 126 861 zanieczyszczone gazy poddaje
się katalitycznej konwersji niepożądanych składników na stałym złożu katalizatora metalicznego
lub tlenkowego, przepuszczając strumień gazów przez złoże katalizatora cyklicznie, dwukierunko¬
wo, zmieniając kierunek strumienia gazów na odwrotny z częstotliwością od 1 do 120 razy na go¬
dzinę, optymalnie od 10 do 20 razy na godzinę. Źródło ciepła potrzebnego do zainicjowania
pro¬
cesu i podtrzymania reakcji katalitycznej konwersji zanieczyszczeń umieszczone jest w części
środkowej katalizatora. Złoże katalizatora znajduje się pomiędzy warstwami ceramicznych lub me¬
talowych kształtek kumulujących ciepło w przedziałach czasu pomiędzy kolejnymi zmianami kierunku
przepływu gazu przez reaktor.
W urządzeniu stosowanym w sposobie według opisu patentowego PRL element grzejny służący
do ogrzewania złoża katalizatora, stosowany w postaci grzałki elektrycznej, ukształtowany był
tak, że ogrzewał całą powierzchnię przekroju reaktora.
Sposób katalitycznego oczyszczania gazów na drodze konwersji niepożądanych składników
na stałym złożu katalizatora polega według wynalazku na doprowadzeniu ciepła potrzebnego do pod¬
grzania złoża katalizatora do temperatury inicjowania reakcji katalitycznej konwersji zanieczysz¬
czeń i/lub utrzymywania złoża na wymaganym poziomie temperatury przy pomocy elektrycznych ele¬
mentów grzejnych, umieszczonych w środkowej części złoża katalizatora i rozmieszczonych na części
powierzchni złoża katalizatora, wynoszącej korzystnie 25 do 50% całkowitej powierzchni przekro¬
ju złoża katalizatora, przy czym ciepło wydzielane przez te elementy ogrzewa część powierzchni
złoża katalizatora prostopadłą do kierunku przepływu gazu.
140 627
2
Stwierdzono, że zmniejszając powierzchnię ogrzewania złoża katalizatora i stosując taką
samą ilość ciepła doprowadzonego przez grzałkę elektryczną jak przy ogrzewaniu całej powierzchni
przekroju złoża, można znacznie poprawić efektywność procesu, dzięki skróceniu czasu ogrzewania
złoża katalizatora potrzebnego do osiągnięcia temperatury reakcji katalitycznej konwersji za¬
nieczyszczeń*
Skupienie tej samej ilości ciepła na mniejszej powierzchni przekroju katalizatora, przez
którą prostopadle przepływa strumień gazu zanieczyszczonego, doprowadzanego do strefy reakcyjnej,
pozwala na szybsze osiągnięcie temperatury reakcji w ogrzewanej przestrzeni, zaś rozprzestrzenia¬
nie się ciepła na całej powierzchni przekroju na drodze konwekcji ciepła przez cząsteczki gazu
umożliwia kilkakrotne skrócenie czasu ogrzewania złoża katalitycznego w całej objętości katalitycz¬
nej w porównaniu z rozwinięciem powierzchni ogrzewania przy tej samej mocy na całą powierzchnię
przekroju i ogrzewania całej powierzchni strumienia doprowadzonego gazu*
Rozwiązanie według wynalazku sprawdzono doświadczalnie w reaktorze katalitycznym przed¬
stawiającym schematycznie, w przekroju podłużnym na załączonym rysunku fig*1* Reaktor, stanowi
rurę 1 o średnicy 300 mm, w której na perforowanej blasze 2 umieszczona jest warstwa wypełnienia
ceramicznego o wysokości 300 mm, zaś na przegrodzie perforowanej 3 umieszczona jest warstwa ka¬
talizatora platynowego w formie granulek o średnicy 60 mnu W procesie stosuje się taki sam rodzaj
katalizatora, jak w procesach pełnego utleniania węglowodorów, na przykład katalizatory platynowe
osadzone na aktywnych nośnikach* Warstwa katalizatora oddzielona jest blachą perforowaną 4, zaś
na blasze perforowanej 5 umieszczona jest druga warstwa katalizatora platynowego o wysokości 60 mm,
a na blasze perforowanej 6 druga warstwa wypełnienia ceramicznego* W przestrzeni ograniczonej bla¬
chami perforowanymi 4 i 5 umieszczona jest grzałka elektryczna 7 o mocy 0,5 kW, która w wersji
przedstawionej na rysunku fig* 2 posiada długość 2 m (wersja znana)* W takim rozwiązaniu grzałka
ogrzewa praktycznie całkowitą powierzchnię przekroju rury prostopadłej do kierunku strumienia gazu*
Według naszego zgłoszenia grzałka ukształtowana jest jak na rysunku fig* 3 i posiada
również moc 0,5 kW, ale długość jej wynosi tylko 0,8 m i ogrzewa około h0% powierzchni przekroju
A-A rury 1 prostopadłej do kierunku strumienia gazu. Wentylator 8 tłoczy przez reaktor powietrze
zanieczyszczone heksanem o stężeniu 1 g/nr*
Zawory elektromagnetyczne 9f 10* 11. 12 umożliwiają zmianę kierunku przepływu strumienia
gazu przez reaktor* Gdy zawory 9 1 10 są zamknięte a zawory 11 i 12 otwarte, gaz przepływa przez
reaktor z dołu do góry, a przy zamkniętych zaworach 11 i 12 i otwartych zaworach 9 i 10 powietrze
przepływa przez reaktor z góry do dołu*
Przykład I* Wentylator tłoczył powietrze zanieczyszczone heksanem w ilości 1 g
heksanu/nr powietrza, przy natężeniu przepływu strumienia gazu 150 nr/godz* Zawory elektromagne¬
tyczne zmieniały kierunek przepływu gazu przez reaktor co 2 minuty. W reaktor wmontowano grzałkę
o mocy 0,5 kW o długości 2 m jak na rysunku fig* 2. Temperatura obu złóż katalizatora po 3 godzi¬
nach pracy osiągnęła wartość 140°C i na tym poziomie utrzymywała się, oscylując, w zależności od
zmiany kierunku przepływu gazu pomiędzy 125 a 140°C* W próbie tej nie stwierdzono katalitycznej
przemiany heksanu na złożu katalizatora*
Przykład
II* W reaktorze zamontowano grzałkę elektryczną o mocy 0,5 kW i dłu¬
gości 0,8 m ukształtowaną jak na rysunku fig* 3* Po 3 godzinach od uruchomienia wentylatora do¬
prowadzającego gaz, stwierdzono w złożu katalizatora temperaturę 200°C, a po 4 godzinach tempe¬
ratura w złożu katalizatora wynosiła 350-400°C, a stężenie heksanu zmalało do wartości 0,1 g/m ,
co świadczyło o przebiegu reakcji utleniania heksanu ze sprawnością powyżej 9096* Gdy grzałkę wy¬
łączono z obiegu prądu elektrycznego, temperatura zaczęła się szybko obniżać a stężenie heksanu
w gazie wylotowym wzrosło* Po 90 minutach temperatura złoża obniżyła się do 150°C a heksan prze¬
stał reagować z tlenem z powietrza.
Powyższe doświadczenia wykazały, że sposób doprowadzenia ciepła do środkowej części reakto¬
ra katalitycznego ma istotny wpływ na inicjowanie i przebieg katalitycznego dopalania gazów.
Zastosowanie wynalazku pozwala wydatnie zmniejszyć ilość energii potrzebnej do inicjowania i pro¬
wadzenia procesu katalitycznego oczyszczania gazów.
140
627
Zastrzeżenie
3
patentowe
Sposób katalitycznego oczyszczania gazów na drodze konwersji niepożądanych składników
na stałym złożu katalizatora metalicznego lub tlenkowego, umieszczonego pomiędzy dwiema war¬
stwami złoża ceramicznego lub metalicznego prowadzony przy cyklicznych zmianach kierunku stru¬
mienia gazu płynącego przez złoże katalizatora i wypełnienie, na odwrotny z częstotliwością od
1 do 120 razy na godzinę, optymalnie od 10 do 20 razy na godzinę, w którym źródło ciepła po¬
trzebnego do zainicjowania i podtrzymania reakcji katalitycznej, w postaci elektrycznych elemen¬
tów grzejnych, umieszczone jest w środkowej części katalizatora, znamienny
tym,
że za pomocą źródła ciepła umieszczonego w środkowej części złoża katalizatora ogrzewa się część
prostopadłej do kierunku przepływu gazu powierzchni złoża katalizatora, wynoszącą korzystnie
25-50% całkowitej powierzchni przekroju tego złoża.
'
HG-1
A-A
FIG. 3