устройство очистки отходящих газов, содержащих органические вещества (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство очистки отходящих газов, содержащих органические вещества, состоящее из размещенного в теплоизолированном корпусе блока обезвреживания и очистки газов, делящего внутреннюю полость корпуса на камеру загрязненного газа, рабочую камеру и камеру очищенного газа, блок обезвреживания и очистки состоит из отстоящих друг от друга рядов полок, на которых размещены кассеты с катализатором, камера загрязненного газа снабжена патрубком для подвода загрязненного газа, камера очищенного газа снабжена газоходом для отвода очищенного газа, отличающееся тем, что торцы полок поочередно жестко соединены друг с другом посредством глухих перегородок, образуя конструкцию типа меандра, кассеты с катализатором выполнены из искусственного муллитсодержащего волокнистого материала, полки выполнены в виде решеток и размещены по направлению газового потока, дополнительно содержит горелку, снабженную подводом природного газа и сообщенную с камерой загрязненного газа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кассеты с катализатором размещены по ходу потока газа.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кассеты с катализатором размещены под углом к направлению потока газа.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что в качестве искусственного муллитсодержащего материала используют муллитокремнеземистый рулонный материал, и/или муллитокремнеземистый войлок, и/или муллитокремнеземистый фетр.

5. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что патрубок для ввода загрязненного газа установлен с возможностью тангенциального ввода газа.

6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что блок обезвреживания и очистки выполнен с возможностью его перемещения относительно корпуса.

7. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что теплоизолированный корпус выполнен в виде металлического кожуха, внутри которого размещен теплоизолирующий материал.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что корпус выполнен с возможностью извлечения блока обезвреживания и очистки.

9. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что горелка размещена в форкамере, а последняя сообщена с камерой загрязненного газа.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газоход для отвода очищенного газа снабжен взрывным клапаном.

11. Устройство очистки отходящих газов, содержащих органические вещества, состоящее, по меньшей мере, из двух устройств по п.1, жестко соединенных друг с другом посредством общей стенки теплоизолированного корпуса и сообщенных друг с другом посредством транспортной газоходной магистрали.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что кассеты с катализатором размещены по ходу потока газа.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что кассеты с катализатором размещены под углом к направлению потока газа.

14. Устройство по любому из пп.11-13, отличающееся тем, что в качестве искусственного муллитсодержащего материала используют муллитокремнеземистый рулонный материал и/или муллитокремнеземистый войлок и/или муллитокремнеземистый фетр.

15. Устройство по любому из пп.11-13, отличающееся тем, что патрубок для ввода загрязненного газа установлен с возможностью тангенциального ввода газа.

16. Устройство по любому из пп.11-13, отличающееся тем, что блок обезвреживания и очистки выполнен с возможностью его перемещения относительно корпуса.

17. Устройство по любому из пп.11-13, отличающееся тем, что теплоизолированный корпус выполнен в виде металлического кожуха, внутри которого размещен теплоизолирующий материал.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что корпус выполнен с возможностью извлечения блока обезвреживания и очистки.

19. Устройство по любому из пп.11-13, отличающееся тем, что горелка размещена в форкамере, а последняя сообщена с камерой загрязненного газа.

20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что газоход для отвода очищенного газа снабжен взрывным клапаном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкциям для очистки и обезвреживания органической составляющей отходящих газов и может быть использовано в электродной, электроугольной, коксохимической, химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности и на предприятиях черной металлургии для химической очистки от смолистых веществ, полициклических ароматических углеводородов, бензпиренов, фенолов и т.п. вредных газовых выбросов основных производств.

В науке и практике газоочистки широко применяются устройства, основанные на механической очистке, например путем фильтрации, сорбционной, каталитическом окислении вредных компонентов и т.п.

Так, например, известно устройство для очистки отработавших газов, состоящее из полого корпуса с патрубками для подвода и отвода газов, нескольких перегородок, размещенных внутри корпуса поперек направления прохода газа последовательно на расстояниях между собой и имеющих множество каналов для прохода газов сквозь каждую перегородку с нанесенным на поверхность каналов катализатором, в качестве которого используют металл платиновой группы, и окна для свободного прохода части газов мимо каналов перегородок, взаимно смещенные поперек направления прохода газа, так что каждое окно расположено напротив каналов другой перегородки (Патент РФ №2102605, МПК F01N 3/00, 1998 г.).

Недостатком данного устройства является то, что использование только каталитического приема обезвреживания газов не обеспечивает необходимой производительности процесса и не может быть использовано ни для очистки залповых газовых выбросов в промышленном масштабе, ни для очистки от механических загрязнений.

Известен волокнистый фильтр в виде полок с волокнистым материалом, соединенных друг с другом зигзагообразно (С.Б. Старк "Пылеулавливание и очистка газов в металлургии", М.: Металлургия, 1977, с.49).

Известное устройство обеспечивает очистку только от механических примесей, но не позволяет обезвреживать газы от вредных газообразных составляющих.

Наиболее эффективными газоочистными устройствами являются устройства, основанные одновременно на комбинации двух или более приемов, например механического и химического, химического и физико-химического и т.п.

В частности, известен способ очистки, включающий адсорбцию через слой адсорбента и через слой катализатора, содержащий сложную смесь оксидов меди и хрома на алюмосиликатном носителе, через слои пропускают кислородсодержащий газ при повышенной температуре, а продукты десорбции окисляют при пропускании через дополнительный слой адсорбента-катализатора. Для осуществления этого способа известно устройство, включающее адсорберы и каталитический реактор, в адсорберах по высоте последовательно установлены кольцевые кассеты, причем одна из них разделена на два отсека перфорированной перегородкой (Патент РФ №2040313, МПК В01D 53/72, 1995 г.).

К недостаткам известного устройства следует отнести сложность конструкции и, как следствие, сложность в проведении регламентных работ, а также невысокую производительность процесса очистки и обезвреживания из-за разной кинетики процессов адсорбции и катализа.

Наиболее близким к предлагаемому является газоочистной реактор для очистки выбросов, содержащих вредные вещества, включающий теплоизолированный корпус с камерами загрязненного и очищенного газа, между которыми размещены чередующиеся по высоте кассеты с входными и выходными полостями, кассеты выполнены в виде рядов параллельных перфорированных полок с расположенными на них катализатором и/или активным наполнителем, а дополнительно к ним установлен второй ряд полок, пересекающий первый под острым углом и образующий за счет этого замкнутые объемы (патент РФ №2139129, МПК В01D 53/04, 1999 г.).

Известное устройство оптимально сочетает процессы обеспыливания и каталитического окисления органической составляющей газовых выбросов для осуществления способа уничтожения вредных веществ. Однако к недостаткам устройства следует отнести сложность проведения регламентных работ при исчерпании ресурса работы наполнителя и/или катализатора, зависимость процесса обезвреживания от правильности подбора толщины катализатора и/или наполнителя в конкретном технологическом процессе. Кроме того, добиться в промышленном масштабе эффективной очистки отходящих газов с использованием известной конструкции является весьма непростой задачей, т.к. любое изменение состава газовых выбросов или их объемов приводит к снижению показателей экологической безопасности.

Техническая задача заявляемого изобретения - повышение экологической безопасности процесса, упрощение регламентных работ при одновременном увеличении производительности процесса очистки и обезвреживания, обеспечение непрерывности процесса очистки и обезвреживания.

Техническая задача достигается тем, что заявляемое устройство по варианту I выполнено в виде теплоизолированного корпуса, в центральной части которого установлен блок обезвреживания и очистки газов, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеру загрязненного газа, рабочую камеру и камеру очищенного газа, при этом блок обезвреживания и очистки газов выполнен в виде отстоящих друг от друга рядов полок, размещенных по направлению потока газа, полки выполнены в виде решеток, на которых размещены кассеты с катализатором, выполненным из искусственного муллитсодержащего волокнистого материала, торцы полок поочередно соединены друг с другом посредством глухих перегородок, образуя жесткую конструкцию типа меандра, камера загрязненных газов сообщена с горелкой и снабжена патрубком для подачи загрязненного газа, горелка снабжена подводом природного газа, камера очищенного газа снабжена газоходом для отвода очищенного газа.

Заявляемое устройство по варианту II выполнено в виде, по меньшей мере, двух теплоизолированных корпусов, жестко связанных друг с другом посредством общей стенки, в центральной части каждого из корпусов установлен съемный блок обезвреживания и очистки газов, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеру загрязненного газа, рабочую камеру и камеру очищенного газа, при этом блок обезвреживания и очистки газов выполнен в виде отстоящих друг от друга рядов полок, размещенных по направлению потока газа, полки выполнены в виде решеток, на которых размещены кассеты с катализатором, выполненным из искусственного муллитсодержащего волокнистого материала, торцы полок поочередно соединены друг с другом посредством глухих перегородок, образуя жесткую конструкцию типа меандра, камера загрязненных газов снабжена патрубком для подачи загрязненного газа и сообщена с горелкой, снабженной подводом природного газа, камера очищенного газа снабжена газоходом для отвода очищенного газа, сообщение теплоизолированных корпусов друг с другом выполнено посредством транспортной газоходной магистрали.

Патрубок загрязненного газа выполнен с возможностью его подачи тангенциально в камеру загрязненного газа. Блок обезвреживания и очистки выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса. Ряды решеток размещены по ходу движения потока газа параллельно друг другу или под углом. Кассеты с катализатором могут быть уложены на решетки под углом 180° (горизонтально) или пилообразно, т.е. под углом к направлению потока очищаемого газа. Теплоизолированный корпус выполнен в виде металлического кожуха, внутри которого размещен теплоизолирующий материал, например вермикулит. Корпус выполнен с возможностью извлечения блока обезвреживания и очистки в зоне рабочей камеры, например, путем выполнения рабочей части корпуса с возможностью съема. Горелка с газоходом подачи природного газа размещены в форкамере, последняя сообщена с камерой загрязненного газа. Газоход для отвода очищенного газа размещен в верхней части корпуса и может быть дополнительно снабжен взрывным клапаном.

В качестве искусственного муллитсодержащего материала используют муллитокремнеземистый рулонный материал МКРР-130 или МКРРХ-150 по ГОСТ 23619-79 и/или муллитокремнеземистый войлок МКРВ - 200 по ГОСТ 23619-79 и/или муллитокремнеземистый фетр МКРФ-100 по ГОСТ 23619.

Заявляемые варианты связаны между собой единым изобретательским замыслом, заключающимся в едином подходе к решению конструкции рабочей части устройства, что обеспечивает единый технический результат - повышение производительности и упрощение регламентных работ за счет сокращения временных и трудозатрат на их проведение. Второй вариант заявляемого устройства, содержащий два и более жестко соединенных между собой устройств по первому варианту, кроме вышеназванного технического результата позволяет получить дополнительный результат - обеспечить непрерывность процесса обезвреживания. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленных вариантов требованию «единства изобретения».

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:

- блоком обезвреживания и очистки газов, формой его выполнения и взаимным расположением конструктивных элементов блока обезвреживания и очистки друг относительно друга;

- материалом катализатора - волокнистый муллитсодержащий материал и взаимным расположением кассет с катализатором друг относительно друга и относительно потока загрязненного газа;

- наличием горелки с подводом природного газа, сообщенной с камерой загрязненного газа;

- выполнением устройства по варианту II в виде жестко связанных друг с другом независимых модулей, представляющих собой устройства по варианту I, и сообщенных друг с другом транспортной газоходной магистралью.

Наличие вышеназванных признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, позволяют сделать о соответствии критерию "новизна".

Изобретение может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов и материалов, может быть использовано в различных отраслях промышленности для обезвреживания и очистки отходящих газов. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "промышленная применимость".

Несмотря на то что использование каталитических процессов для обеспечения процессов обезвреживания известно в науке и технике, известно также использование волокнистых материалов для проведения процессов механической очистки, заявляемое нами решение позволяет получить новый технический результат - увеличение производительности процесса очистки и, дополнительно, обеспечение его непрерывности при реализации заявляемого решения по варианту II. Кроме того, заявляемое решение позволяет обеспечить экологическую безопасность процесса очистки вредных газов, в первую очередь, в производственных помещениях. Экологический результат получен за счет одновременного проведения обезвреживания и очистки отходящих газов и обеспечения полноты этих процессов при этом, исключена зависимость процесса обезвреживания от правильности подбора толщины катализатора, а также состава газовых выбросов и их объемов. Полученный результат достигается, в том числе, за счет отличительных конструктивных элементов камер загрязненного газа, блока обезвреживания и очистки, камеры очищенного воздуха.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень", т.к. позволяет достигнуть неочевидного технического результата.

На фиг.1 изображено устройство по варианту I в разрезе, на фиг.2 изображено устройство по варианту II.

Устройство размещено в корпусе 1, установленном стационарно и выполненном в виде металлического кожуха с теплоизолирующими стенками, заполненными, например, вермикулитом. Для обеспечения процесса обезвреживания устройство содержит горелку 2, размещенную в форкамере 3, выполненную из огнеупорного материала, и газоход 4 для подачи природного газа, в качестве которого может быть использован метан или другие известные горючие газы. Корпус 1 в верхней его части снабжен патрубком 5 для подачи загрязненного газа в камеру загрязненного газа, съемной крышкой 6, газоходом для отвода очищенного газа 7 с взрывным клапаном 8. Рабочая часть устройства содержит решетки 9, расположенные горизонтально и параллельно друг другу, при этом решетки соединены между собой поочередно посредством перегородок 10, образуя жесткую конструкцию типа меандра, на решетках 9 размещены кассеты с катализатором 11. Рабочая часть устройства может содержать решетки 9, которые размещены друг относительно друга под углом или обеспечивают возможность размещения кассет с катализатором 11 друг относительно друга параллельно, а относительно потока очищаемого газа пилообразно (на чертеже не показаны). Устройство по варианту II содержит два жестко связанных между собой посредством общей стенки 12 устройства по варианту I (конструкция которого показана на фиг.1), которые сообщены друг с другом посредством газоходной магистрали 13.

Устройство работает следующим образом.

Отходящий технологический газ с кольцевой закрытой 20-камерной печи обжига с температурой 150-200°С и концентрацией смолистых погонов пека в отходящих газах 800,0-1500,0 мг/м³ через патрубок подачи загрязненного газа 5 подают во внутреннее пространство термоизолированного корпуса 1 - камеру загрязненного газа. Доведение температуры отходящих газов до температуры, достаточной для проведения реакции его окисления, осуществляют посредством горелки 2 и природного газа, в качестве которого используют метан или другие известные горючие газы, которые подают через газоход 4. Температуру газовых потоков контролируют известными способами, например посредством термопар (не показаны). Горячий газовый поток из форкамеры 3 поступает в камеру загрязненного газа, смешивается с отходящими газами, доводя его температуру до значения 400-500°С, и поступает на блок обезвреживания и очистки. Распределение газового потока внутри блока обезвреживания и очистки обеспечивается самой конструкцией блока - расположением перегородок 10, выполнением полок в виде решеток 9 и взаимным расположением газового потока и решеток 9, что позволяет достичь оптимальной скорости газового потока при прохождения через массу катализатора и оптимального распределения его по объему рабочей части устройства. Порядок расположения перегородок 10 в блоке обезвреживания и очистки обеспечивает также исключение возможности попадания неочищенного газа в камеру очищенного газа. Заявляемая конструкция блока обезвреживания и очистки обеспечивает только перетекание очищаемого газа через слой катализатора в оптимальных условиях с возможностью их контроля. Проходя через кассеты с катализатором 11, газовый поток подвергается химической реакции окисления, в результате которого органическая его составляющая разлагается на углекислый газ и воду, а механическая составляющая подвергается процессу фильтрации, оседая в слое волокнистого муллитсодержащего катализатора. Очищенный и обезвреженный газовый поток после прохождения кассет с катализатором 11 поступает в камеру очищенного газа, которая выполняет также функцию накопителя. Очищенный газ через газоход 7 очищенного газа удаляется из устройства.

Производительность одного заявляемого устройства по очищаемому газу по варианту I составляет 10000 м³/ч, степень обезвреживания по бензпирену составляет 99,5-99,8%, концентрация смолистых веществ в очищенных газах - не более 5 мг/м ³. Использование предлагаемого катализатора позволяет провести процесс обезвреживания при относительно низкой температуре, что, в свою очередь, позволяет снизить расход природного газа до 2-5 м³/ч на 1000 м³/ч отходящих газов. Для предотвращения негативного последствия возможного в основном производственном процессе газового выброса, газоход 7 может быть снабжен взрывным клапаном 8. Избыточное тепло очищенных и обезвреженных газов может быть использовано в основном технологическом процессе известными способами. Проведение регламентных работ по истечении 12 месяцев непрерывной эксплуатации заявляемого устройства осуществляют путем снятия части корпуса 6 и извлечения блока обезвреживания и очистки. После замены отработавших кассет с катализатором 11 на новые устройство приводится в рабочее состояние. Отработанные кассеты с катализатором могут быть использованы по прямому назначению в качестве теплоизолирующего материала.

Устройство по варианту II работает аналогично устройству по варианту I, но в отличие от него обеспечивает дополнительный технический результат. В частности, при большом объеме неочищенных отходящих газов (значительно превышающих 10 куб. метров в час) устройство по варианту II обеспечивает одновременное обезвреживание и очистку всего объема отходящих газов. При объеме отходящих газов, не превышающем 10 куб.метров/ч, дополнительный модуль позволяет достичь непрерывность процесса очистки в том числе в период проведения регламентных работ.

Применение заявляемых устройств для очистки и обезвреживания газов позволит эффективно обезвреживать отходящие газы от опасных и вредных составляющих, очищать от минеральной пыли, обеспечивая непрерывность основного технологического процесса при минимальных капитальных затратах, расходах тепла и производственных площадей. Использование заявляемого устройства позволяет повысить экологическую безопасность производственных процессов, упростить необходимые регламентные работы. Кроме того, заявляемое устройство позволяет провести процесс обезвреживания и очистки без использования дополнительных газоочистных устройств - скрубберов, смолофильтров, зернистых фильтров и т.п., что дополнительно снижает капитальные затраты предприятия.