Устройство для сорбционной нейтрализации газов

 

Изобретение относится к области адсорбционной очистки газов. Устройство для сорбционной нейтрализации газов содержит наполненный насыпным адсорбентом многопозиционный вертикальный реактор, укрепленный с зазором в соосном кожухе, снабженном входным и выходным патрубками подачи очищаемого газа в центральную полость, разделенную поперечной перегородкой, где между коническими склизами смежных соосных секций реактора смонтированы роторные затворы с окнами, при этом верхние секции оснащены штуцером коммуникации с эжекционными пневмотранспортом загрузки, а в нижних секциях установлен шнек подачи отработавшего адсорбента в выходную трубу, снабженную шиберной заслонкой, причем на каждой верхней секции реактора соосно с первым установлен дополнительный штуцер последовательной коммуникации с пневмотранспортом гранулированного активного угля. Изобретение позволяет повысить качество автоматической загрузки адсорбента в реактор и качество очистки подаваемых газов. 7 ил.

Изобретение относится к технологии физических процессов в присутствии твердых частиц стационарных слоев, в частности химической очистки газов адсорбцией, и может быть использовано в устройстве для нейтрализации вредных составляющих аэрозоля посредством их концентрации на развитой поверхности твердых сорбентов, преимущественно гранулированного активного угля.

Уровень техники характеризует аппарат для обработки газов, содержащих органические вещества, активным углем по патенту US 4147523, В 01 D 53/08, 1979 г., в корпусе которого размещен многосекционный вертикальный адсорбер, включающий разделенные горизонтальной перегородкой контактные камеры с перфорированными решетками (стенками), в каждой из которых содержится газопроницаемый слой гранулированного активного угля, причем в перегородке смежных камер выполнены отверстия для движения вниз под действием сил гравитации пересыпающегося через борт гранулята, входной и выходной патрубки центрального прохода, штуцера пневмотранспорта загрузки активного угля в верхние камеры и устройство выгрузки в днище в виде конических, с углом естественного откоса, воронок.

Недостатки описанного адсорбера непрерывной циклической работы являются продолжением его достоинств: вариативный характер ротации псевдоожижаемого адсорбента в камерах секций, наличие застойных зон на неизбежно забивающихся разделительных решетках и неравномерная нерегулируемая степень активности (загрязненности) адсорбента, что снижает качество очистки обрабатываемых газов и функциональную надежность устройства.

Более совершенным является устройство для сорбционной нейтрализации газов по патенту RU 2153926 С1, В 01 J 8/02, В 01 D 53/04, 2000 г., выбранное в качестве наиболее близкого аналога по технической сущности и числу совпадающих признаков предложенному адсорберу непрерывного действия с циклической контролируемой ротацией активного угля в смежных вертикальных камерах секций.

Известный адсорбер смонтирован в корпусе с периферийным зазором, образующим сквозной газовод, в окнах горизонтальной перегородки, наглухо перекрывающей центральный проход, смонтированы роторные затворы, а устройство выгрузки нижних камер секций выполнено в виде шнека подачи отработавшего адсорбента в выходную трубу, перекрытую шиберной заслонкой.

Периферийный газовод снабжен окном коммуникации с автономной системой принудительной вентиляции адсорбера во время загрузки, ротации и выгрузки гранулята, что исключает вредные выбросы в атмосферу.

Известное устройство характеризуется высоким качеством очистки газов при рациональном использовании адсорбента.

Однако недостатком прототипа является неудовлетворительная функциональная надежность нейтрализации слабоконцентрированных вредными и химическими веществами газов, например, отходящих после сжигания в печи люизита, из-за неизбежного технологического зазора над слоем насыпного гранулированного адсорбента в верхних секциях, образованного углом отсыпки при автоматической загрузке активного угля пневмотранспортом через штуцер.

Часть обрабатываемого газа, минуя слой адсорбента, представляющего собой гидродинамическое сопротивление, удаляется из адсорбера через этот зазор и, следовательно, не проходит тонкой очистки, что снижает качество нейтрализации, в принципе небезопасно и недопустимо по СанПиН.

Повышение скорости подачи эжектируемого адсорбента обеспечивает полную беззазорную загрузку секций, но не устраняет отмеченный недостаток, так как гранулят при этом может дробиться о заднюю стенку реактора. В динамике работы частички угля просыпаются между гранулами адсорбента, слой которого оседает, образуя вверху зазор еще большей величины, чем в первом случае, что, кроме того, вызывает падение производительности из-за повышении гидродинамического сопротивления технологического слоя адсорбента, изменяется расчетный режим очистки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является усовершенствование известного устройства для повышения функциональной надежности сорбционной нейтрализации газов за счет повышения качества автоматической загрузки адсорбента в реактор и очистки подаваемых газов.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для сорбционной нейтрализации газов, содержащем наполненный насыпным адсорбентом многопозиционный вертикальный реактор, укрепленный с зазором в соосном кожухе, снабженном входным и выходным патрубками подачи очищаемого газа в центральную полость, разделенную поперечной перегородкой, где между коническими склизами смежных соосных секций реактора смонтированы роторные затворы с окнами, при этом верхние секции оснащены штуцером коммуникации с эжекционным пневмотранспортом загрузки, а в нижних секциях установлен шнек подачи отработавшего адсорбента в выходную трубу, снабженную шиберной заслонкой, согласно изобретению на каждой верхней секции реактора соосно первому установлен дополнительный штуцер последовательной коммуникации с пневмотранспортом гранулированного активного угля.

Отличительные признаки позволяют беззазорно автоматически заполнить объем верхних секций реактора при последовательной подаче гранулята с обоих противоположно соосно смонтированных штуцерах, пеpeкоммутируя пневмотранспорт эжекционной загрузки. Это гарантированно обеспечивает требуемое качество нейтрализации обрабатываемых газов за счет конструктивно неизбежной тонкой очистки от химических и вредных веществ.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть получена не сумма эффектов, а эффект суммы, который является новым техническим результатом при решении поставленной в изобретении задачи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены: на фиг.1 - технологический поток очистки газов; на фиг.2 - устройство для сорбционной нейтрализации газов; на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.4 - эжекционный насос; на фиг.5 - шнек выгрузки; на фиг.6 - упругий жгут зажима; на фиг.7 - вид по стрелке Б на фиг.6.

Предложенный способ реализован в описываемой ниже установке для сорбционной очистки газов, отходящих после сжигания паров люизита, содержащихся в слабоконцентрированном виде остатков, путем улавливания осаждающихся на развитой поверхности высокопористой поверхности адсорбента (гранулированного активного угля) вредных веществ: люизита, треххлористого мышьяка, арсина.

Устройство 1 (фиг.1) для сорбционной нейтрализации отходящего воздуха из печи 2 сжигания люизита является структурным элементом агрегатированной линии, включающей связанные магистральным трубопроводом 3 последовательно установленные аэрозольный фильтр 4 в линии неочищенного воздуха, аэрозольный фильтр 5 линии очищенного воздуха и всасывающий вентилятор 6.

Устройство 1 оснащено пневмотранспортом 7 (эжекционным насосом) для автоматической загрузки насыпного адсорбента 8 (гранулированного активного угля марки АГ-ПР по ТУ 6-15-1028844-025 с размерами гранул: диаметр 3 мм, длина 5-9 мм) из накопительной емкости 9, а также подвижной автономной системой 10 межоперационной вентиляции для его продувки и очистки.

Пневмотранспорт 7 с устройством 1 связан посредством герметичного затвора 11.

В магистрали 3 смонтированы герметичные затворы 12: входной после печи 2 на патрубке 13 перед фильтром 4; после устройства 1 на патрубке 14 и выходной после фильтра 5.

За затвором 12 на патрубке 13 смонтирован фильтр 15 забора атмосферного воздуха. За вентилятором 6 в магистрали 3 имеется патрубок 16 коммуникации с автономной системой 10 вентиляции, вход которой подсоединен к затвору 12 патрубка 14.

Мобильная система 10, которая обслуживает несколько параллельно работающих устройств 1 для сорбционной нейтрализации газов, содержит сорбционный фильтр 17, аэрозольный фильтр 18 и всасывающий вентилятор 19.

Система 10 предназначена для продувки рабочего участка магистрали 3 и локальной очистки устройства 1 от взвешенных частиц, аэрозоля, образующегося при загрузке адсорбента 8, его ротации и выгрузке. Система 10 на входе и выходе снабжена герметичными затворами 20, изолирующими ее на время рабочего цикла устройства 1.

Конструктивно устройство 1 (фиг.2) выполнено следующим образом. В кожухе 21 с периферийным зазором 22, который служит каналом технологической подачи очищаемого воздуха от печи 2 в вертикально смонтированный многопозиционный реактор 23, центральная полость 24 кожуха 21 разделена поперечной перегородкой 25.

Автономно работающий реактор 23 каждой сблокированной параллельно позиции выполнен из двух вертикально расположенных секций 26 и 27, нижней и верхней соответственно, сообщающихся между собой посредством роторного затвора 28, установленного в окне 29 поперечной перегородки 25, к которому примыкают сопрягаемые конические склизы 30.

Верхняя секция 27 реактора 23 закрыта технологической крышкой 31 и оснащена диаметрально расположенными штуцерами 32 (фиг.3) коммуникации с пневмотранспортом 7 загрузки адсорбера 8 эжекционного типа, который включает сообщающиеся продуктопровод 33 и трубчатый воздуховод 34 (фиг.1 и 4), связанный с всасывающим вентилятором 35.

Центральная полость 24 кожуха 21 снабжена входным и выходным патрубками 36 и 37 соответственно для коммуникации с магистральным трубопроводом 3.

Конические склизы 30 наклонены к продольной оси реактора 23 под углом естественного откоса для насыпного адсорбента 8, чтобы обеспечить автоматическое перемещение его в нижнюю секцию 26 при ротации, самопроизвольно под действием сил гравитации, без образования сводов в силу того, что активный уголь гранулирован и имеет низкий коэффициент трения скольжения.

На продуктопроводе 33 смонтирован ряд эжекторов 38 (фиг.4), включающих концентрично расположенные сопловые отверстия 39, сообщающиеся с кольцевой проточкой 40, выполняющей функции ресивера для нагнетаемого вентилятором 35 сжатого воздуха через соединительные патрубки 41, связывающие воздуховод 34 с продуктопроводом 33 подачи адсорбента 8.

В нижней части секции 26 реактора 23 (фиг.2) смонтирован шнек 42 подачи отработавшего адсорбента 8 к выходной трубе 43 (фиг.5), перекрытой шибером 44. На выходной трубе 43 посредством двух резиновых жгутов 45 зажимают горловину термопластичного газонепроницаемого мешка 46, закрытого в работе крышкой 47 приемной полости реактора 23.

Упругие жгуты 45 (фиг.6, 7) представляют собой быстросъемные силовые зажимы, выполненные в виде закрепленных на концах сцепляемых между собой крючка 48 и петли 49, которые жестко связаны с рукоятками 50.

В нижней части кожуха 21 реактора 23 выполнено окно 51 коммуникации с автономной системой 10 вентиляции (фиг.1), в рабочем положении устройства 1 закрытое крышкой 52.

В кожухе 21 смонтированы на заданном уровне извлекаемые пробники 53, размещаемые внутри насыпного адсорбента 8 секций 26, 27 реактора 23.

Предложенный способ сорбционной очистки газов осуществляется в описанной выше установке следующим образом. В реактор 23 гранулированный адсорбент 8 загружают посредством эжекционного насоса 7: поток воздуха от вентилятора 35 по трубе 34 через патрубки 41 нагнетают в кольцевые проточки 40 эжекторов 38. В кольцевых проточках 40 нагнетаемый воздух скапливается, при этом сглаживаются пульсации давления от неравномерной подачи, и струйно расходуется через сопловые отверстия 39 высокоскоростными пристеночными потоками в сторону устройства 1, создавая кинетической энергией выбрасываемого воздуха разрежение, перемещающее захватываемую порцию адсорбента 8 адекватной массы из накопительной емкости 9.

Скорость и объем подаваемой массы адсорбента 8 на загрузку регулируют числом включенных в работу эжекторов 38 посредством герметичных затворов (условно не показаны), установленных на воздуховоде 34 и перекрывающих питающие патрубки 41.

Загрузку адсорбента 8 в реактор 23 осуществляют при включенном всасывающем вентиляторе 19 системы 10, подсоединенной к окну 51 кожуха 21, с открытыми затворами 20 и 12 на патрубке 14 и закрытым затвором 12 за фильтром 5.

После максимальной загрузки верхней секции 27 реактора 23 эжекционный насос 7 подключают к противному штуцеру 32 для заполнения зазора, образованного откосом насыпного адсорбента 8.

После заполнения секции 27 встречной подачей адсорбента 8 отключают вентилятор 35 пневмотранспорта 7, вентилятор 19 системы 10, перекрывая герметичные затворы 11, 20 и 12 на патрубке 14, чем изолируют систему 10 и эжекционный насос 7.

Поворотом роторного затвора 28 на 90 градусов перекрывают объемы секций 26 и 27 реактора 23.

Из печи 2 сжигания люизита отходящий воздух, содержащий незначительное количество вредных веществ, принудительно вентилятором 6 подается в магистраль 3 при закрытом герметичном затворе 12 на патрубке 13 и открытых затворах 12 после печи 2 и фильтра 5.

При этом в фильтре 4 осуществляется грубая очистка газов от твердых несгоревших в печи 2 частиц и взвешенных веществ аэрозоля в магистрали 3.

Далее воздух через патрубок 36 устройства 1 поступает в центральную полость 24 кожуха 21 секции 26 реактора 23 под перегородку 25 и сквозь слой насыпного газопроницаемого адсорбента 8 в периферийный зазор 22 кожуха 21. По затвору 22 практически полностью очищенный воздух, так как слабоконцентрированные вредные вещества активно осаждаются на развитой поверхности высокопористого адсорбента 8, поступает в зазор 22 верхней секции 27, где проходит через слой адсорбента 8 в центральную полость 24 кожуха 21 выше перегородки 25.

Затем полностью очищенный воздух через патрубок 37 поступает в магистраль 3 и через фильтр 5, улавливающий уносимые из устройства 1 твердые частички угольного адсорбента 8 выбрасываются вентилятором 6 в атмосферу.

Технологический контроль за состоянием адсорбента 8 в реакторе 23 осуществляют взятием проб из пробников 53 через заданное время работы для определения его активности и степени загрязненности.

В случае снижения активности адсорбента 8 в нижней секции 26 реактора 23 менее установленного уровня эффективности очистки газов отключают вентилятор 6, перекрывают входной и выходной затворы 12 магистрали 3, а к патрубкам 14 и 16 подключают систему 10 вентиляции. Затем открывают ее герметичные затворы 20 и затворы 12 на патрубках 14, 16, после чего включают вентилятор 19 системы 10, продувающей рабочую часть магистрали 3 и устройство 1 атмосферным воздухом через заборный фильтр 15 при открытом затворе 12 патрубка 13.

Для удаления отработавшего адсорбента 8 из нижней секции 26 реактора 23 снимают крышку 47 с выходной трубы 43, а полимерный мешок 46 помещают в жесткую тару, устанавливаемую под ней.

Затем поворотом шибера 44 освобождают проход в трубе 43 для адсорбента 8, который механическим вращением шнека 42 подается на выгрузку через трубу 43 в мешок 46.

Угольная пыль и аэрозоль взвешенных твердых частиц из кожуха 21 при этом увлекается атмосферным воздухом посредством всасывающего вентилятора 19 в систему 10, где они активно осаждаются в сорбционном фильтре 17 и задерживаются в аэрозольном фильтре 18. Чистый воздух поступает на выход магистрали 3.

После выгрузки адсорбента 8 из секции 26 выдерживают паузу 30-60 с и снимают мешок 46 с выходной трубы 43, для чего удаляют резиновые жгуты 45, освобождая горловину мешка 46: за рукоятки 50 встречно перемещают закрепленные на концах жгутов 45 крючок 48 и петлю 49, где выводят их из геометрического замыкания, снимая тем самым упругонапряженное состояние усилий прижима жгутов 45.

Шибер 44 внутри трубы 43 возвращают и исходное положение, перекрывая объем секции 26, на выходную трубу 43 устанавливают новый мешок 46 и обратным порядком вышеописанных операций зажимают его горловину двумя жгутами 45 многоразового использования, для чего за рукоятки 50 растягивают жгут 45 и сцепляют крючок 48 с петлей 49. Затем освобождают рукоятки 50, и растянутый жгут 45 сокращается за счет сил упругости материала, фиксируя горловину мешка 46 на трубе 43. При этом петля 49 с крючком 48 образуют замковое соединение, так как находятся в силовом и геометрическом замыкании.

Освобожденную горловину наполненного отработавшим адсорбентом 8 мешка 46 смыкают и перегибают, складывая пополам, а затем двойным поперечным сварным швом с проплавлением термопластичного материала в складке наружной стороной герметично укупоривают для отправки на утилизацию в печи 2.

Для ротации адсорбента 8 из верхней секции 27 реактора 23 в его нижнюю секцию 26 поворачивают роторный затвор 28 на 90 градусов, совмещая его поперечный канал с осью вертикального реактора 23. При этом практически чистый гранулированный адсорбент 8 по коническому склизу 30 самопроизвольно под действием гравитационных сил без остатка в секции 27, не образуя сводов, пересыпается в секцию 26.

Затем затвор 28 поворачивают в исходное положение, перекрывая окно 29 коммуникации секций 26, 27, и производят загрузку свежего адсорбента 8 эжекционным пневмотранспортом 7 в свободную верхнюю секцию 27 из накопительной емкости 9, последовательно через два противоположно расположенных штуцера 32 реактора 23, как описано выше.

Выгрузку, ротацию и загрузку адсорбента 8 в реакторе 23 проводят при работающей системе 10 вентиляции для продувки и очистки центральной полости 24 и периферийных зазоров 22 кожуха 21.

После окончания загрузки свежего адсорбента 8 в секцию 27 реактора 23 систему 10 вентиляции отсоединяют от магистрали 3, отключив вентилятор 19 и перекрыв задвижку 12 на патрубке 14 и задвижку 20 системы 10, затем открывают входную и выходную задвижки 12 магистрали 3.

Установка нейтрализации вредных газов готова к продолжению работы с обновленным адсорбентом 8 в обеих секциях 26, 27 реактора 23 при включении всасывающего вентилятора 6.

Проводить ротацию адсорбента 8 из секции 27 в секцию 26 реактора 23 с последовательным его повторным использованием целесообразно, потому что в верхней секции 27 адсорбент 8 заметно не нагружается вредными веществами, которые активно осаждаются в абсолютном большинстве на развитой поверхности пористых гранул слоя адсорбента 8 в нижней секции 26 достаточного объема. Верхняя секция 27 служит для тонкой очистки газов от остатков твердых частиц.

Лимитирующей по времени эксплуатации адсорбента 8 является степень его активности (загрязненность) в нижней секции 26 реактора 23, которую в установленном порядке контролируют по извлекаемым периодически пробникам 53 из рабочей среды для анализа.

Далее цикл работы установки по предложенному технологическому режиму способа нейтрализации газов повторяется.

Фильтры 17 и 18 автономной системы 10 с накопившимися от многократной межоперационной продувки и очистки функциональных элементов параллельно работающих устройств 1 навлекают и сжигают в печи 2, периодически заменяя новыми.

Таким образом осуществляется автоматическая локализация вредных веществ из отходящих печных газов после сжигания люизита, в замкнутом технологическом объеме, исключая выбросы в атмосферу.

Предложенный способ, за счет совмещения операций при дифференцированной автоматической беззазорной загрузке насыпного адсорбента в верхние секции реактора и оптимизированного порядка операций локализованной выгрузки отработавшего адсорбента с герметичной укупоркой в запариваемый проплавленнием материала термопластичный мешок, обеспечивает повышение функциональной надежности и качества очистки газов в замкнутом объеме полного цикла работ с безопасным удалением расходных технологических материалов на утилизацию.

Применение быстросъемных, сцепляемых концами зажимных жгутов многоразового использования позволило сократить вспомогательное время нетрудоемких и безопасных операций выгрузки и удаления отработавшего адсорбента, что повышает производительность и качество работ по нейтрализации газов, содержащих вредные и химические вещества.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с наиболее близким аналогом уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по химзащите, показал, что способ неизвестен, а с учетом возможности его практической реализации в действующем производственном технологическом потоке, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Формула изобретения

Устройство для сорбционной нейтрализации газов, содержащее наполненный насыпным адсорбентом многопозиционный вертикальный реактор, укрепленный с зазором в соосном кожухе, снабженном входным и выходным патрубками подачи очищаемого газа в центральную полость, разделенную поперечной перегородкой, где между коническими склизами смежных соосных секций реактора смонтированы роторные затворы с окнами, при этом верхние секции оснащены штуцером коммуникации с эжекционным пневмотранспортом загрузки, а в нижних секциях установлен шнек подачи отработавшего адсорбента в выходную трубу, снабженную шиберной заслонкой, отличающееся тем, что на каждой верхней секции реактора соосно с первым установлен дополнительный штуцер последовательной коммуникации с пневмотранспортом гранулированного активного угля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7