6.5.1  Апарати з фільтрувальним шаром каталізатора

 

На рис. 6.8 наведені схеми контактних апаратів, принцип дії яких  за­снований на фільтруванні газів через шар нерухомого каталізатора. На цьому принципі й заснована робота більшості контакт­них апаратів.

 

а)                                      б)                                          в)

Рисунок 6.8 – Схеми контактних апаратів:
а) з металевою сіткою 2; б) з трубчастим каталізатором 2; в) з насип­ним шаром 3; Т1, Т2 – теплоносії

 

При­чому каталізатор може виготовлятися у вигляді ме­талевих сіток, натягну­тих за ходом руху газу (рис. 6.8, а), труб­частих контактних апаратів (рис. 6.8, б) або у вигляді твердих тіл різної форми, розташованих на перфоро­ваних решітках (рис. 6.8, в).

 

Гази надходять в апарат зверху або знизу. При подачі газу знизу (під решітку) його швидкість не повинна перевищувати швид­кість псевдо-зрідження каталізатора, тому що він може переходити в завислий стан. По­зитивною якістю апаратів є простота конструк­ції, недоліком –  відсутність теплообміну, що дозволяє в них про­водити тільки ті реакції, які супрово­джуються невеликими тепло­вими ефектами.

 

Для повноти протікання процесу в одному апараті може бути
встановлено декілька шарів контактної маси (рис. 6.9). Багатошарові поли­чні контактні апарати найчастіше встановлюють, коли необхідно газ, який очищається, між шарами піддавати додатковій обробці (нагріванню, охолодженню, зволоженню тощо). Нагрівання чи охоло­дження газу проводять за допомогою теплоносіїв, вмонтованих всередині апарата між шарами каталізатора. Це дозволяє вести процес при оптимальному температурному режимі на кожній полиці. Для цієї ж мети застосовують трубчасті контактні апарати, де в трубках розташова­ний каталізатор, а в міжтрубному просторі – теплоносій чи холодоагент.

 

Рисунок 6.9 – Багатошаровий контактний апарат:
1 – корпус; 2 – решітка; 3 – каталізатор;   4 – теплообмінники, які змон­товані між шарами каталізатора

 

Залежно від функціонального призначення контактні апа­рати з філь­трувальним шаром каталізатора мають декілька варіантів конструктив­ного виконання:
- реактори каталітичні з твердим ката­лізатором, розташованим в окремому корпусі (тип Ц);
- реактори термокаталітичні, в яких у загальному корпусі розташо­вані кон­тактний вузол і підігрівник (тип ТК);
- реактори термокаталітичні, в яких у загальному корпусі розташо­вані контактний вузол і ре­куператор тепла (тип КВ);
- реактори термокаталітичні, в яких у загальному корпусі розташо­вані підігрівник, контактний вузол і рекуператор тепла (тип ТКВ).

 

Характерним представником каталітичних реакторів типу К є каталі­тичний реактор, розроблений Дзержинським філіалом НІІОГазу. Каталіза­тор розташований в двох коаксіальних корзинах (рис. 6.10). Апарат відзна­чається великою питомою продуктивніс­тю, малою металоємністю і прос­тотою обслуговування, тому що за­вантаження і вивантаження каталізатора здійснюється без розби­рання апарата.

 

В термокаталітичному реакторі типу ТК в одному корпусі зна­хо­диться контактний вузол і підігрівач, що зменшує їх габарити, металоєм­ність, спрощує виготовлення і обслуговування. Реактор, наведений на   рис. 6.11, розроблений у Німеччині. Він виконаний у виг­ляді насадки, яка надяга­ється на верхню частину труби. В насад­ці використаний сотовий ка­таліза­тор 2 і підведений пальник 1 для підігрівання газу. Для кращого змі­щу­вання газу   в корпусі вста­новлений змішувач 3.

 


Рисунок 6.10 –  Реактор з двошаровою корзиною


Рисунок 6.11 –  Конструкція реактора типу ТК (фірма „W.C.”, Німеч­чина): 1 –  пальник; 2 –  сотовий каталізатор; 3 –  змішувач; 4 –  патрубок підведення повітря на розбавлення

 

Термокаталітичний реактор з пристроєм для рекуперації тепла, роз­роблений у Німеччині, наведений на рис. 6.12. Тут в одному корпусі роз­ташовані контактний вузол 1 і рекуператор тепла 2 з клапаном аварійного скидання 3.

 

Газ, який підлягає очищенню, проходить міжтрубний прос­тір рекуператора, де підігрівається, змішуєть­ся з гарячим повітрям чи га­зами, які підігріваються у виносному нагрівачі до температури початку ре­акції, і надходить в каталізаторний блок. Очищений газ проходить  патру­бками рекуператора, віддає тепло свіжому газові, після чого викидається в атмосферу. Апарати випускаються п’яти типорозмірів продуктивністю від 5 до 25 тис. м3/год.



Рисунок 6.12 – Реактор типу КВ (Німеччина):
1 –  контактний вузол; 2 –  рекуператор тепла; 3 –  клапан аварійний

 

Найчастіше в промисловості використовуються сучасні термоката­літичні реактори типу ТКВ, в яких в одному корпусі роз­ташовані контак-тний вузол, підігрівач і рекуператор. На рис. 6.13 наведена схема реактора, розробленого проектним бюро охорони ат­мосфери „ПРОАТ” (Польща).


Рисунок 6.13 – Термокаталітичний реактор середньої по­тужності (Польща): 1 –  касети з каталі­затором; 2 – пальник; 3 – теплообмінник

 

Забруднені гази надходять у трубчас­тий простір теплообмінника 3, підігріваються за допомогою паль­ника 2, змішуючись з газами, утворе-ними при спалюванні палива, після чого проходять через каталізатор 1, де відбува­ється роз­кладання домішок на нейтральні продукти. Очищений газ прохо­дить міжтрубний простір теплообмінника, віддаючи тепло свіжому га­зові, і викидається в атмосферу.