188285. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gázok katalitikus tisztítására
1 188 285 2 A találmány tárgya eljárás gázok katalitikus tisztítására szerves szennyeződésektől és széndioxidtól, elsősorban olyan esetekben, amikor a nemkívánatos anyagokat ipari hulladékgázok, füstgázok és védőgázok tartalmazzák. A gázokban lévő szennyezőanyagok katalitikus oxidációjának és redukciójának reakciója olyan hőmérséklettartományban megy végbe, amely a reakció iniciálási hőmérsékleténél magasabb. A reakció iniciálási hőmérséklete az alkalmazott katalizátor aktivitásától, a redukálandó vagy oxidálandó szennyeződés fajtájától, valamint a katalizátor inaktiválásához használt összetevők mennyiségétől és minőségétől függ. A reakció iniciálási hőmérséklete leggyakrabban 200 és 400 °C között van. Ennek következtében ahhoz, hogy a gázok katalitikus tisztításának ismert módszerét a gyakorlatban alkalmazhassák, a tisztítandó gázokat a katalizátorágygyal való érintkezés előtt a reakció iniciálási hőmérsékleténél magasabb hőmérsékletre kell hevíteni. Az ismert eljárások szerint ezt a feladatot rekuperációs típusú hőcserélők racionalizálása révér valósítják meg. Gázszennyeződések katalitikus elégetésére szolgáló készüléket és eljárást ismertetnek például a 2 418 108. számú német szövetségi köztársaságbei:« közrebocsátási iratban. Az ott ismertetett eljárást hőrekuperációs módszerrel, gáz számára átjárható katalizátor jelenlétében, a gázáram irányának megfordítása nélkül végzik. A 4 041 128. sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentésben olyan eljárást ismertet nek, melyben hulladékgázok tisztítását hőkezelés sei, egyirányú gázárammal végzik. A 2 946 651. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentésben ismertetett eljárás szerint a katalizátorágy közepébe beépített hőforrással a katalizátorágy középső részét melegítik. A gázokat vagy úgy hevítik fel a kívánt hőmér sékletre, hogy közvetlenül (válaszfal közbeiktatása nélkül) a forró füstgázokkal keverik, vagy úgy, hogy különböző hőátadó közegekkel fűtött hőcserélőkön vezetik át azokat. A gyakorlatban a két módszert együttesen alkal mázzák oly módon, hogy a tisztítandó gázt hőcserélőben előmelegítik a füstgázok segítségével, majd a végső hőmérsékletet a forró füstgázok közvetlen bekeverésével állítják be. Azonban még ez a kombinált eljárás is rendkívül energiaigényes, mert viszonylag nagymennyiségű fűtőenergia szükséges a gázáram felfűtéséhez a ki vánt hőmérsékletre. A gázokban lévő szerves szennyeződések mennyisége viszonylag alacsony, így katalitikus reakciójuk során az esetek többségében igen csekély - 0 és 25 °C közötti - hőmérsékletemelkedés következik be. Ennek következtében a hő részleges visszanyeréséhez nagy hőcserélők szükségesek, ezen túlmenően pedig folyamatosan hőt kell közölni a rendszerrel az iniciálási hőmérsékleten felüli hőmérséklet biztosításához. A fentiek miatt a gáz hevítési költségei nagymértékben megnövekednek - átlagosan a gáz teljes tisztítási költségeinek 50-80%-át teszik ki - ami talán a leg nagyobb gátja a gázok katalitikus tisztítása elterjedésének, amely pedig mind környezetvédelmi szem pontból, mind az egyes gyártási eljárások során szükséges lenne. A 2 350 086. számú német szövetségi köztársaságbeli közzétételi iratban ismertetett készülékben, mely a Diesel motorokból távozó füstgázok utóégetésére szolgál, a l>eáramló gázok szektora és a távozó hulladékgázo k szektora közé beépített rotációs katalitikus reaktort alkalmaznak. A gáz tölteten és katalizátoron való áramlási irányának megváltoztatását a katalizátor és a töltet együttes mechanikus forgatásával érik el. A fenti megoldás a Ljungström típusú rotációs generátor egy tipikus megoldásán alapszik . Az ilyen elrendezésben hőforrásként spirális fűtőelemeket alkalmaznak, melyet hőtartályul szolgáló üreges hengerben helyeznek el. A berendezés használhatósága korlátozott, ugyanis csak viszonylag kis mennyiségű hulladékgáz kibocsátása esetén, például belső égésű motoroknál, használható. Ezen kívül, a rotációs reaktor kivitelezése igen költséges, minthogy a forgó rész tökéletes lezárásának - ami azért szükséges, mert a folyamatban a gázáram hőmérséklete 300-600 °C - technikai megvalósítása igen nehéz. Ennek megfelelően a 2 350 086. számú német szövetségi köztársaságbeli közzétételi iratban ismertetett megoldás nem használható ipari berendezésekből a környezetbe nagy mennyiségben kibocsátott gázok tisztítására. A találmánnyal olyan eljárást kívántunk kifejleszteni, amely alkalmazható a gázok szennyeződéseinek katalitikus módszerrel történő kémiai átalakítására, amely a reakcióban résztvevő forró gázok hőenergiáját maximálisan hasznosítja, hatékonyabb az eddig ismert megoldásoknál és ipari méretekben is hasznosítható. A találmány szerint úgy járunk el, hogy a tisztítandó gázokat nem a katalizátorágyra való vezetés előtt, hanem a katalizátorágy középső részén hevítjük a kívánt hőmérsékletre, miközben a gázáram irányát megfelelő időközönként megfordítjuk. így a gáz tisztításának folyamata a gázáram irányának periodikus megfordítása során megy végbe. A gázáram irányának megfordításával sikerül azt a hőveszteséget elkerülni, amely a reaktorból kiáramló gáz fölöslegesen magával vinne. Ez azért lehetséges, mert a gázáram sebessége nagyobb, mint a hő lineáris terjedése a katalizátorágyban. Golyó, spirál-, gyűrű-, vagy nyeregalakú fém vagy kerámia töltet elhelyezése a katalizátorágy előtt és után kedvező az eljárás kivitelezése szempontjából. Bizonyos hasonlóság van a kohászatban és a szénkémiában használt hagyományos hővisszanyerők és a találmány szerinti eljárás között. Az említett hővisszanyerők esetén a hőt sok esetben a tervszerűen előállított füstgázokból a hővisszanyerő megfelelő részeiben visszanyerik és a hideg gázok hevítésére használják úgy, hogy a hideg gázokat szakaszos üzemben forró tölteten keresztül áramoltatják. A hagyományos hővisszanyerők esetében az egyes komponensek árama felváltva követi egymást: először a forró füstgázok felmelegítik a töltetet, ezután pedig a hideg gáz átveszi a hőt az előzőekben felmelegitett töltettől. A találmány szerinti eljárásnál a reaktoron átáramló közeg mindig ugyanaz, csupán az áramlás t 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
