Комбинированный нейтрализатор газовых выбросов

 

Изобретение относится к области машиностроения, касается, в частности, комбинированных нейтрализаторов загрязненных газов и может быть использовано для ликвидации токсичных и радиоактивных выбросов, например в автомобильной, атомной промышленности и металлургическом производстве. Комбинированный нейтрализатор содержит корпус с выходным и входным отверстиями и размещенные в нем последовательно блоки из металлической стружки и активированного угля, между которыми установлен трубчатый каталитический реактор. В блоке с металлической стружкой используют медную и/или алюминиевую стружку. Корпус нейтрализатора в месте расположения стружки выполнен в виде диффузора, а пространство, занимаемое активированным углем, разделено концентрично расположенными перегородками на секции и заполнено углем с разной дисперсностью. Конструкция нейтрализатора проста в изготовлении и сборке, обладает повышенным эксплуатационным сроком. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, касается, в частности, комбинированных нейтрализаторов загрязненных газов и может быть использовано для ликвидации токсичных и радиоактивных выбросов, например, в автомобильной, атомной промышленности и металлургическом производстве.

В уровне техники обнаружено большое количество различных конструкций нейтрализаторов токсичных и радиоактивных выбросов, основанных на использовании сорбентов, например, активированных углей [1, 2, 3], жидкостей, содержащих химические вещества, взаимодействующих с токсичными или радиоактивными газами, подлежащими нейтрализации [4, 5]. Известны также каталитические дожигатели токсичных и радиоактивных газов [6, 7, 8, 9, 10, 11].

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является нейтрализатор отработавших газов, описанный в патенте РФ [12], т.к. он наиболее совпадает с заявляемым изобретением по количеству общих существенных признаков, относящихся к взаиморасположению и составу блоков нейтрализатора. Нейтрализатор по патенту [12] состоит из корпуса с каналами входа и выхода очищаемого газа и блоков, выполненных из металлической путанки и активированного угля, расположенных последовательно.

Недостатком наиболее близкого аналога является то, что он работает не эффективно, т. к. в условиях данной конструкции гранулированный катализатор имеет ограниченный срок службы и быстро выходит из строя при работе в условиях протекания переходных процессов и от воздействия повышенной температуры. На переходных режимах химический и структурный состав твердых несгоревших частиц сильно отличается от крейсерского режима. Газ содержит большое количество несгоревших частиц сажи. Это приводит к резкому снижению эффективности работы угольного блока, зашлакованного этими частицами, и к ухудшению режимов работы двигателя из-за увеличения противодавления на выходе газов из двигателя. В основном нагрузку по нейтрализации газового выброса берет на себя угольный блок, который не может достаточно эффективно работать в среде, содержащей недоокисленные газообразные продукты и твердые частички. Вредные газы практически выбрасываются в атмосферу.

Задача, решаемая изобретением, заключается в том, чтобы повысить эффективность и сроки работы нейтрализатора в широком диапазоне свойств газовых выбросов, подвергающихся нейтрализации.

Сущность изобретения состоит в том, что в комбинированном нейтрализаторе газовых выбросов, содержащем корпус с выходным и входным отверстием, и размещенными в нем последовательно блоками из металлической стружки и активированного угля, предложено между названными блоками установить трубчатый каталитический реактор, а в блоке с металлической стружкой использовать медную и/или алюминиевую стружку. Кроме того, предложено корпус нейтрализатора, в месте расположения медно-алюминиевой стружки, выполнить в виде диффузора, а пространство, занимаемое активированным углем, разделить концентрично расположенными перегородками на секции и заполнить их углем с разной дисперсностью.

В предложенной конструкции нейтрализатора газовые выбросы, проходя через металлическую стружку, очищаются от механических примесей, охлаждаются за счет большой теплоемкости медно-алюминиевой стружки и выполнения корпуса нейтрализатора в этом месте в виде диффузора. Происходит выравнивание поля скоростей и температуры на входе в каталитический реактор, что очень важно для его эффективной работы. Кроме того, указанные металлы являются катализаторами процессов доокисления газообразных продуктов выброса. Выполнение каталитического реактора трубчатым является существенным в плане достижения указанного технического результата в структуре данного комбинированного нейтрализатора, хотя, в принципе, трубчатые каталитические реакторы известны. Только за счет использования каталитического трубчатого реактора и расположения его в указанном месте ближайшего аналога удается обеспечить максимальную эффективность работы нейтрализатора в целом и блока с активированным углем в частности, т.к. основные окислительные процессы протекают в трубчатом каталитическом реакторе. В процессе прохождения трубчатого каталитического реактора не происходит значительного и существенного повышения противодавления, например, на выходе из двигателя внутреннего сгорания, приводящего к снижению КПД двигателя. Профильтровавшиеся через стружку и вновь образовавшиеся в каталитическом реакторе твердые частицы окончательно улавливаются угольным фильтром. На повышение длительности работы нейтрализатора заметно влияет использование угля разной крупности, размещенного между перегородками, установленными концентрично в блоке с активированным углем. Общеизвестно, что при движении газового потока со взвешенными частицами наблюдается процесс "жгутования" потока, когда твердые частицы закручиваются и двигаются по оси потока. Более крупные частицы двигаются в спутной струе ближе к его оси. Поэтому предлагается центральную часть фильтра заполнить углем с частицами большего размера. В этом случае более крупные частицы, двигающиеся преимущественно в центре потока, будут глубже проникать в фильтр, равномерно заполняя свободное пространство, удлиняя срок его работы, несколько улучшая средневременной показатель его качества. Использование угольного блока предложенной конструкции позволяет дополнительно выровнять скорость потока по сечению и, следовательно, снизить общее гидравлическое сопротивление.

Предлагаемое техническое решение проиллюстрировано графическим материалом фиг. 1-3. На фиг. 1 представлен общий вид комбинированного нейтрализатора газовых выбросов в разрезе. На фиг. 2 представлен вариант исполнения комбинированного нейтрализатора газовых выбросов. На фиг. 3 - разрез А - А фиг. 2.

Комбинированный нейтрализатор газовых выбросов (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный из двух цилиндров 2 и 3, соединенных со стороны входа переходным конусом 4. В переходном конусе 4 установлена металлическая стружка 5 из медной и/или алюминиевой стружки. В цилиндре 3 расположены последовательно: трубчатый каталитический нейтрализатор 6, содержащий продольные каналы, кассета 7 с перфорированными крышками 8 и 9. Каталитический реактор 6 имеет цилиндрическую форму, изготовлен из, например, жаропрочной стали или керамики, имеет продольные каналы, относительная поверхность которых в единице объема достигает 400 м² и на которую нанесен тонкий слой с удельной поверхностью до 150 м²/г активных оксидов переходных металлов. Кассета 7 выполнена насыпным нейтрализатором 10, в качестве которого используют, например, активированный березовый уголь. Каталитический реактор 6 и кассета 7 закреплены от перемещений в корпусе 1 посредством болта 11. Для удобства сборки - разборки нейтрализатора в крышке 9 установлена петля 12. Для крепления самого фильтра имеется кронштейн 13.

На фиг. 2, 3 представлен комбинированный нейтрализатор газовых выбросов с вариантом исполнения кассеты 7. Данная кассета 7 содержит две цилиндрические сетки 14, 15, которые разбивают объем кассеты 7 на цилиндрическую 16 и кольцевые 17, 18 части, заполненные соответственно насыпным нейтрализатором 10 с зернами малой, средней и большой дисперсности.

Комбинированный нейтрализатор газовых выбросов (фиг. 1) работает следующим образом. Отработавшие газы поступают в нейтрализатор через цилиндр 2, проходят последовательно конус 4 с металлической стружкой 5. В конусе 4 осаждаются имеющиеся в потоке газов частицы сажи и выравнивается по сечению скорость потока. Затем отработавшие газы проходят по продольным каналам блочного нейтрализатора 6. В блочном нейтрализаторе 6 за счет каталитического воздействия оксидов металлов активного слоя покрытия стенок каналов происходят окислительно-восстановительные реакции нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов (например, оксид углерода CO окисляется до безвредного углекислого газа CO₂, а оксиды NOx восстанавливаются до молекулярного нейтрального двухатомного азота N₂ и др.). После этого отработавшие газы попадают через перфорированную крышку 8 внутрь кассеты 7, проходят через насыпной нейтрализатор 10 (активированный уголь). При контакте с активированным углем отработавшие газы претерпевают окончательную нейтрализацию по оксиду углерода и углеводороду. Полностью очищенные от твердых частиц и токсичных компонентов отработавшие газы через отверстия в крышке 9 поступают в атмосферу.

Предложенный нейтрализатор газовых выбросов является универсальным и может быть использован в автомобильной, атомной промышленности и металлургическом производстве для нейтрализации газовых потоков, загрязненных твердыми частицами и недоокисленными газовыми выбросами. Конструкция нейтрализатора проста в изготовлении и сборке, обладает повышенным эксплуатационным сроком. Сборка или замена отдельных блоков не вызывает затруднений.

Список используемой литературы 1. Авторское свидетельство СССР N 918463.

2. Авторское свидетельство СССР N 1726802.

3. Заявка ЕПВ N 292932.

4. Заявка Великобритании N 2010568.

5. Патент РФ N 2078386.

6. Патент РФ N 2082234.

7. Авторское свидетельство СССР N 283730.

8. Патент РФ N 2023178.

9. Авторское свидетельство СССР N 4820084.

10. Патент РФ N 2049242.

11. Патент РФ N 1705602.

12. Патент РФ N 2017988 (близкий аналог)к

Формула изобретения

1. Комбинированный нейтрализатор газовых выбросов, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, в котором последовательно размещены блок с металлической стружкой и блок активированного угля, отличающийся тем, что между названными блоками установлен трубчатый каталитический реактор.

2. Комбинированный нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что корпус в месте расположения металлической стружки выполнен в виде диффузора.

3. Комбинированный нейтрализатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что блок с активированном углем разделен концентрично расположенными перегородками на секции, которые заполнены углем с разной дисперсностью.

4. Комбинированный нейтрализатор по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве металлической стружки использована смесь медной и/или алюминиевой стружки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3