Установка для очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов

Изобретение относится к каталитической очистке воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов и может быть использовано в вытяжных вентиляционных системах закрытых гаражных помещений, автостоянок, локомотивных депо, в двигателях внутреннего сгорания, а также для очистки газовых выбросов в нефтяной и химической промышленности. Установка содержит теплообменник, нагреватель и каталитический нейтрализатор, которые соединены последовательно по ходу очищаемых воздуха или газов и помещены внутрь теплонакопительного устройства. Выход нейтрализатора подсоединен к теплообменнику. Теплообменник служит для предварительного подогрева вновь поступающего в теплообменник очищаемого воздуха или газов уже очищенными. Теплонакопительное устройство снабжено датчиками температуры теплонакопительного материала и температуры очищенного воздуха или газа и системой нагрева, связанными с системой регулирования. Изобретение позволяет обеспечить быстродействие установки для очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов и ее эффективную работу с минимальными затратами электроэнергии. 1 ил.

 

Изобретение относится к каталитической очистке воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов и может быть использовано в вытяжных вентиляционных системах закрытых гаражных помещений, автостоянок, локомотивных депо и т.п., в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), а также для очистки газовых выбросов в нефтяной и химической промышленности.

Известно устройство и способ очистки вентиляционных выбросов, содержащих токсичные компоненты, из закрытых помещений (1), где применяют сорбционно-каталитическую очистку загрязненного воздуха. Устройство содержит фильтрующий модуль, содержащий слой сорбента и слой катализатора, и блок нагревания очищаемого воздуха. Недостатком данного технического решения является то, что применяемые в нем адсорбенты на основе активирванного угля имеют ограниченную емкость по сорбируемым веществам, а их регенерация требует демонтажа модуля с адсорбентом. Кроме того, необходимая степень очистки воздуха с их помощью достигается только при невысоких скоростях его прохода через фильтр (обычно не более 5 м/с), что сказывается на надежности работы по очистке загрязненного воздуха и газов и размерах фильтра.

Известно устройство (2) для очистки отходящих газов автомобиля, реализующее способ ускоренного срабатывания катализаторного блока отходящих газов. Устройство представляет собой два последовательно расположенных по ходу очищаемого газа каталитических блока, первый из которых вспомогательный и подключен к электросети автомобиля с возможностью его нагрева проходящим через него электрическим током. Тем самым обеспечивается ускорение его срабатывания при запуске двигателя из холодного состояния.

Недостаток такого устройства в том, что оно существенно перегружает электросистему автомобиля, что затрудняет запуск двигателя и приводит к ускоренной разрядке аккумулятора. Другой недостаток в том, что при пропускании очищаемых газов через вспомогательный нагретый катализаторный блок происходит нагревание газов, приводящее к снижению температуры вспомогательного катализаторного блока, и тем самым к недостаточно эффективной очистки отходящих газов.

Наиболее близким к предлагаемой установке является устройство для каталитической очистки отработавших газов (3), в котором каталитический нейтрализатор, выполненный в виде каталитической камеры, и теплообменник последовательно расположены в виде отдельных секций, а подогреватель расположен навстречу потоку очищаемого газа.

Применение такого устройства очистки в вытяжной вентиляционной системе, особенно, таких помещений как гаражи, ангары и т.п. экономически невыгодно, так как там необходима прерывистая очистка загрязненного воздуха (в основном при заезде и выезде машин). Устройство по прототипу не обладает необходимым быстродействием и для эффективной очистки загрязненного воздуха, в данном случае, необходим непрерывный нагрев такого устройства очистки, что требует дополнительных затрат энергии. Применение данного устройства для очистки отходящих газов ДВС дает хорошие результаты кроме этапа прогрева машины, так как на этом этапе каталитический нейтрализатор не нагрет до температуры 250-350°С (в зависимости от типа каталитического нейтрализатора) - начала своей эффективной работы по очистке отходящего газа.

Достигаемым положительным результатом изобретения является обеспечение быстродействия установки очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов для ее эффективной работы с минимальными затратами электроэнергии.

Это обеспечивается тем, что в установке для очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов, содержащей теплообменник, нагреватель и каталитический нейтрализатор, эти устройства, т.е. теплообменник, нагреватель и каталитический нейтрализатор, выход которого подсоединен к теплообменнику для предварительного подогрева вновь поступающего в теплообменник очищаемого воздуха или газов очищенным, соединены последовательно по ходу очищаемого воздуха или газов и помещены внутрь теплонакопительного устройства, снабженного системой нагрева и системой контроля температуры. Теплонакопительное устройство может быть выполнено в виде емкости, заполненной материалом, обладающим теплоемкостью от 0,2 ккал/кг × град. С и выше и термостабильностью в интервале рабочих температур 350-450°С. В качестве материала может быть выбран твердый зернистый материал или смесь солей с температурой плавления 250-400°С.

Такое выполнение установки, обеспечивая необходимую степень очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов, сокращает время, необходимое для начала каталитической очистки загрязненного воздуха или газов, благодаря заблаговременному прогреву каталитического нейтрализатора установки и поступающих на очистку воздуха или газов. Система нагрева и система контроля температуры теплонакопительного устройства подключаются к общей системе регулирования работы всей вытяжной вентиляционной очистительной системой (в случае очистки загрязненного воздуха в помещениях). Выбранные материалы с указанными свойствами способны накапливать тепло и не менять своих свойств под действием температуры в интервале работы установки 350-450°С. В качестве материала может быть выбран твердый зернистый материал, такой как, например, кварцевый песок или смесь солей с температурой плавления 250-400°С, содержащая, например, (60% Na₂SO₄, 40% K₂SO₄) или (55% KNO₃, 45% NaNO₃). Выбор смеси солей с указанными температурами плавления связан с температурным интервалом (250-350°С) начала работы каталитического нейтрализатора. Применение данных смесей солей в качестве материала в теплонакопительном устройстве позволяет сосредоточить в нем большее количество тепла, чем в твердом зернистом материале за счет накопления тепла при плавлении смеси солей в процессе нагрева материала.

На чертеже показана заявляемая установка для очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов.

Установка содержит последовательно установленные по ходу очищаемого воздуха или газов теплообменник 1, нагреватель 2, каталитический нейтрализатор 3, соединенный выходом с теплообменником 1, теплонакопительное устройство 4, представляющее собой емкость 5, заполненную материалом 6 с хорошей теплоемкостью и термостабильностью. Внутрь теплонакопительного устройства 4 помещены теплообменник 1, нагреватель 2 и каталитический нейтрализатор 3. Теплонакопительное устройство 4 снабжено нагревательными элементами 7 системы нагрева (на чертеже не показана) материала 6, датчиками 8 температуры материала 6 и датчиком 9 температуры очищенного воздуха или газа системы контроля температуры (на чертеже не показана). Стенки теплонакопительного устройства 4, в соответствии с требованием безопасности, выполняются из теплоизолирующего материала.

Система нагрева материала 6 и система контроля температуры связаны с общей системой регулирования работы всей вытяжной вентиляционной очистительной системой в случае очистки загрязненного воздуха в помещениях.

Установка работает следующим образом (на примере очистки от токсичных и горючих компонентов воздуха из вытяжной вентиляционной системы крупного подземного гаража). По подаваемому заблаговременно по отношению ко времени начала перемещения автомобилей по гаражу сигналу (например, от центрального таймера) поток воздуха (пока без токсичных и горючих компонентов) поступает в теплообменник 1, проходит по цепочке теплообменник 1 - нагреватель 2 - каталитический нейтрализатор 3 - теплообменник 1 и удаляется в атмосферу. Одновременно включаются нагревательные элементы 7 и датчики 8 температуры. Теплонакопительное устройство работает в режиме накопления тепла и температура материала 6 растет. После достижения температуры материала 6, по меньшей мере, 350°С часть нагревательных элементов 7 отключается общей системой регулирования (или снижается мощность подаваемого в них электропитания) и очистительная система переходит в режим ожидания поступления загрязненного воздуха. При этом регулирование работы нагревательных элементов 7 проводится так, чтобы количество тепла, поступающего в теплонакопительное устройство 4 было достаточным для компенсации его потерь в окружающую среду. По сигналу внешнего газоанализатора, фиксирующего наличие токсичных примесей в воздухе, поступающем в установку для очистки, и установленного на расстоянии, обеспечивающем сдвиг времени фактического поступления загрязненного воздуха на установку очистки от времени подачи сигнала не менее чем на 2-5 сек, включается нагреватель 2 и датчик 9 контроля температуры очищенного воздуха. Установка начинает работать в режиме очистки воздуха, загрязненного токсичными и горючими компонентами. По мере увеличения количества тепла, выделяемого в каталитическом нейтрализаторе 3, система регулирования уменьшает мощность тока, поступающего в нагревательные элементы 7 так, чтобы температура материала 6 не превышала в процессе работы 350-450°С.

Таким образом, предлагаемая установка обладает быстродействием из-за ее постоянной готовности к очистке загрязненного воздуха. Наиболее эффективное ее использование возможно в вытяжных вентиляционных системах с прерывистым поступлением в вентиляционную систему загрязненного воздуха или отходящих газов при минимально возможном расходе электроэнергии на подогрев очищаемого воздуха или газа. При этом обеспечивается надлежащий уровень очистки очищаемого воздуха или газа, поскольку каталитический нейтрализатор установки работает в оптимальном режиме.

Источники информации

1. Патент РФ №2172641, МКИ 7 B 01 D 53/02, опубл. 27.08.2001, БИ №24.

2. Патент РФ №2054123, МКИ 7 F 01 N 3/28, опубл. 10.02.1996, БИ №4.

3. Авт. свид. СССР №1728508, МКИ 7 F 01 N 3/28, опубл. 23.04.1992, БИ №15 (прототип).

Установка для очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов, содержащая теплообменник, нагреватель, каталитический нейтрализатор, отличающаяся тем, что теплообменник, нагреватель и каталитический нейтрализатор, выход которого подсоединен к теплообменнику для предварительного подогрева вновь поступающего в теплообменник очищаемого воздуха или газов уже очищенными, соединены последовательно по ходу очищаемых воздуха или газов и помещены внутрь теплонакопительного устройства, представляющего собой емкость, заполненную теплонакопительным материалом, и снабженного датчиками температуры теплонакопительного материала и температуры очищенного воздуха или газа и системой нагрева, связанными с системой регулирования.