CZ297340B6

CZ297340B6 - Zarízení pro zpracování tekavých organických slozek pracovního plynu a zpusob zpracování techto slozek

Info

Publication number: CZ297340B6
Application number: CZ0376598A
Authority: CZ
Inventors: G. Blazejewski@Edward
Original assignee: Megtec Systems, Inc.
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 2006-11-15
Also published as: CA2251768A1; EP0907401B1; CZ376598A3; EP0907401A4; ATE249872T1; DE69724960T2; US5833938A; EP0907401A1; AU3078597A; WO1997044119A1; JP4006025B2; CA2251768C; ES2206715T3; DE69724960D1; JP2000511273A

Abstract

Zarízení (10) pro zpracování tekavých organickýchslozek pracovního plynu, obsahující první kolonu (15) a druhou kolonu (15') výmeníku tepla, kde kazdá kolona obsahuje teplosmenné médium, má vtok plynu a výtok plynu a je ve spojení se spalovací komorou (16), která je opatrena víkem, ohrívací prostredek umístený ve spalovací komore (16) pro vytvárení nebo udrzování vysoké teploty ve spalovací komore (16), ventil (14, 14') pro strídavé smerování pracovního plynu do první nebo druhé kolony (15, 15') výmeníku tepla, obsahuje zachycovací komoru (18) pro zachycování nezpracovaného pracovního plynu,pokud se tento ventil (14, 14') uvede v cinnost, pricemz zachycovací komora (18) má vtok, ve spojení s tímto ventilem (14, 14') a výtok, a je opatrena dnem, které je víkem spalovací komory (16), a zachycovací komora (18) obsahuje prostredek pro vyvolání proudení plynu z tohoto vtoku do výtoku ke zpusobení meandrovité dráhy toku mezi nimi, a odsávací komín (17) otevrený do vzdusí a spojený se zachycovací komorou (18). Je téz popsán zpusob zpracování uvedených tekavých slozek.

Description

Zařízení (10) pro zpracování těkavých organických složek pracovního plynu, obsahující první kolonu (15) a druhou kolonu (15') výměníku tepla, kde každá kolona obsahuje teplosměnné médium, má vtok plynu a výtok plynu a je ve spojení se spalovací komorou (16), která je opatřena víkem, ohřívací prostředek umístěný ve spalovací komoře (16) pro vytváření nebo udržování vysoké teploty ve spalovací komoře (16), ventil (14, 14') pro střídavé směrování pracovního plynu do první nebo druhé kolony (15, 15') výměníku tepla, obsahuje zachycovací komoru (18) pro zachycování nezpracovaného pracovního plynu, pokud se tento ventil (14, 14') uvede v činnost, přičemž zachycovací komora (18) má vtok, ve spojení s tímto ventilem (14, 14') a výtok, a je opatřena dnem, které je víkem spalovací komory (16), a zachycovací komora (18) obsahuje prostředek pro vyvolání proudění plynu z tohoto vtoku do výtoku ke způsobení meandrovité dráhy toku mezi nimi, a odsávací komín (17) otevřený do vzduší a spojený se zachycovací komorou (18). Je též popsán způsob zpracování uvedených těkavých složek.

Zařízení pro zpracování těkavých organických složek pracovního plynu a způsob zpracování těchto složek

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro zpracování těkavých organických složek pracovního plynu, jakož i způsobu zpracování těkavých složek tohoto pracovního plynu.

Dosavadní stav techniky

Potlačování a/nebo odstranění nežádoucích nečistot a vedlejších produktů z rozličných výrobních operací získává značnou důležitost s ohledem na potenciální znečištění takovými nečistotami a vedlejšími produkty, které mohou takové nečistoty vytvářet. Jedním obvyklým přístupem pro eliminaci nebo alespoň snížení těchto znečišťujících látek je jejich oxidace spalováním. Spalování nastává, když je znečištěný vzduch, obsahující dostatečné množství kyslíku, ohříván na dostatečně vysokou teplotu a po dostatečně dlouhou dobu pro přeměnu nežádoucích sloučenin na neškodné plyny, jako je oxid uhličitý a vodní pára.

S ohledem na vysokou cenu paliva potřebného pro vyvíjení potřebného tepla pro spalování je výhodné rekuperovat co nejvyšší množství tohoto tepla. Pro tento účel popisuje patent US 3 870 474 tepelné oxidační zařízení pro regeneraci, obsahující tři regenerátory, z nichž dva jsou v provozu po určitou danou dobu, zatímco třetí se profukuje malým množstvím vyčištěného vzduchu, pro vypuzení jakéhokoliv nezpracovaného nebo znečištěného vzduchu a vede se do spalovací komory, kde se nečistoty oxidují. Po dokončení prvního cykluje proud znečištěného vzduchu obrácen do regenerátoru, ze kterého byl vyčištěný vzduch předtím odváděn, pro předehřátí znečištěného vzduchu během jeho průtoku regenerátorem před zavedením do spalovací komory. Tímto způsobem je dosaženo rekuperace.

Podobně patent US 3 895 918 popisuje tepelný regenerační systém, ve kterém je uspořádán větší počet neparalelně rozmístěných loží výměníku tepla proti obvodu ústřední spalovací komory, mající vysokou teplotu. Každé lože výměníku teplaje vyplněno keramickými prvky pro výměník tepla. Odpadní plyny z průmyslových procesů se přivádějí ke vtokovému potrubí, které rozděluje plyny do vybraných úseků výměníku tepla v závislosti na tom, zda vtokový ventil k danému úseku je otevřen nebo uzavřen.

Je žádoucí odstranit jeden ze tří regeneračních úseků bez významné ztráty efektivity a účinnosti. Nicméně největší nevýhodou tzv. „dvounádobových” regeneračních tepelných oxidačních zařízení je únik nezpracovaného plynu do okolí během cyklování. Protože uniklý plyn není spálen, snižuje tento únik plynu celkovou účinnost zařízení.

Účelem předloženého vynálezu je proto poskytnout dvounádobové regenerační tepelné oxidační zařízení, které minimalizuje nebo zamezuje úniku nevyčištěných odpadních plynů.

Dalším účelem předloženého vynálezu je poskytnout dvounádobové regenerační tepelné oxidační zařízení, které ekonomicky účinným způsobem minimalizuje nebo zamezuje úniku nevyčištěných odpadních plynů.

Ještě dalším účelem předloženého vynálezu je vytvořit kompaktní regenerační tepelné oxidační zařízení.

- 1 CZ 297340 B6

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je zařízení pro zpracování těkavých organických složek pracovního plynu, obsahující první kolonu a druhou kolonu výměníku tepla, kde každá kolona obsahuje teplosměnné médium, má vtok plynu a výtok plynu a je ve spojení se spalovací komorou, která je opatřena víkem, ohřívací prostředek umístěný ve spalovací komoře pro vytváření nebo udržování vysoké teploty ve spalovací komoře a ventil pro střídavé směrování pracovního plynu do první nebo druhé kolony výměníku tepla, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje zachycovací komoru pro zachycování nezpracovaného pracovního plynu, pokud se tento ventil uvede v činnost, přičemž zachycovací komora má vtok, ve spojení s tímto ventilem, a výtok, a je opatřena dnem, přičemž toto dno zachycovací komory je víkem spalovací komory, a zachycovací komora obsahuje prostředek pro vyvolání proudění plynu z tohoto vtoku do výtoku ke způsobení meandrovité dráhy toku mezi nimi, a odsávací komín otevřený do ovzduší a spojený se zachycovací komorou.

Výhodné provedení zařízení podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že ventil směruje pracovní plyn do jedné z kolon v závislosti na teplotě teplosměnného média v koloně.

Jiné výhodné provedení zařízení podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že prostředek pro vyvolání proudění z vtoku do výtoku ke způsobení meandrovité dráhy toku obsahuje množinu rozdělovačích desek dělících zachycovací komoru na množinu drah proudu tvaru meandru mezi vtokem a výtokem zachycovací komory. Výhodné provedení takového zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že obsahuje sudý počet drah proudu tvaru meandru.

Předmětem tohoto vynálezu je také způsob zpracování těkavých složek pracovního plynu, zahrnující to, že plyn se ohřeje jeho zavedením do první kolony výměníku tepla, obsahující teplosměnné médium, na teplotu vyšší než je počáteční teplota tohoto plynu, ohřátý plyn se směruje do spalovací komory spojené s první kolonou výměníku tepla a dokončí se oxidace těkavých složek ohřátého plynu, plyn se ochladí jeho směrováním do druhé kolony výměníku tepla, obsahující teplosměnné médium, na teplotu nižší než je počáteční teplota tohoto plynu, jehož podstata spočívá v tom, že periodicky se mění tok nezpracovaného pracovního plynu mezi první a druhou kolonou výměníku tepla, část nezpracovaného pracovního plynu se během této periodické změny směruje do zachycovací komory a alespoň část tohoto nezpracovaného pracovního plynu se recirkulací směruje do zachycovací komory první nebo druhé kolony výměníku tepla.

Výhodné provedení způsobu podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že dále plyn v zachycovací komoře vykonává pohyb v meandrovité dráze.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde:

obr. 1 znázorňuje půdorys regeneračního tepelného oxidačního zařízení podle vynálezu,

-2CZ 297340 B6 obr. 2 je boční pohled na regenerační tepelné zařízení z obr. 1 a obr. 3 je půdorys zachycovací komory těkavých organických složek podle předloženého vynálezu.

Příklady provedení technického řešení

Při technologii regenerační tepelné oxidace pásma přenosu tepla musí docházet k periodické regeneraci, aby se dovolilo teplosměnnému médiu (obecné lože z keramické kameniny) v pásmu ochuzení o energii znovu doplnit další energií. Toho se dosáhne periodickou výměnou pásma přenosu tepla, kterým proudí studená a horká tekutina. Zejména když horká tekutina protéká matricí přenosu tepla, je teplo přenášeno z tekutiny do matrice, čímž se tekutina ochlazuje a matrice se ohřívá. Naopak, když chladná tekutina prochází horkou matricí, teplo se přenáší z matrice do tekutiny, což má za následek ochlazení matrice a ohřátí tekutiny. V důsledku toho působí matrice jako zásobník tepla, střídavě přijímající teplo z horké tekutiny, ukládající toto teplo a potom toto teplo uvolňující do chladné tekutiny.

Změna pásem přenosu tepla vedoucí k regeneraci matrice se provádí přes přepínací ventily regeneračního tepelného oxidačního zařízení. V přednostním provedení předloženého vynálezu je uspořádán jeden přepínací ventil pro každé pásmo přenosu tepla. Výhodně jsou přepínacími ventily pneumatické talířové ventily, jejichž frekvence neboli cyklus přepínání je funkcí volumetrického množství průtoku. Zatímco přepínací ventily poskytují prostředek pro regeneraci matrice, vlastní proces regenerace má za následek krátkou dobu emise nezpracované tekutiny přímo do ovzduší, co způsobuje snížení účinnosti rozkladu těkavých organických sloučenin (VOC) a v případě zvýšení obsahu těkavých organických sloučenin s vysokou teplotou varu nastává potenciální opacita spalin. Pro zvýšení účinnosti rozkladu těkavých organických sloučenin a vyloučení vzniku opacity vyplývající z regenerace matrice může být nezpracovaná tekutina odváděna z komínu oxidačního zařízení a směrována do „zadržovací nádoby” nebo do zachycovací komory těkavých organických sloučenin. Funkcí zachycovací komory je zpomalit nezpracovanou tekutinu, která se vyskytuje během regeneračního procesu matrice, na dostatečně dlouhou dobu, aby mohla být její větší část pomalu recyklována (tj. při velmi malé rychlosti průtoku) zpět do vtoku oxidačního zařízení pro zpracování. Nezpracovaná tekutina ze zachycovací komory musí být zcela vyčerpána a recyklována do vtoku do oxidačního zařízení v časovém úseku vyhrazeném mezi cykly regenerace matrice, protože samotný proces musí být opakován při všech následujících regeneracích matrice.

Na obr. 1 jsou znázorněna dvě z deseti regeneračních tepelných oxidačních zařízení. Tlačný ventilátor 12 s přímým pohonem směřuje plyn ke zpracování do vhodného potrubí pneumatickými talířovými ventily 14, 14' a do (nebo z) regeneračních kolon 15, 15' výměníku tepla naplněných keramickou kameninou. Spalovací komora 16 (obr. 2), mající připojený prostředek pro ohřívání, jako jeden nebo několik plynových hořáků, je s nimi spojena a je umístěna nad každou regenerační kolonou 15, 15' výměníku tepla a je taká spojena s odsávacím komínem 17, který odvádí spaliny do ovzduší.

Víko spalovací komory 16 je přímo spojeno se zachycovací komorou 18. Strop spalovací komory 16 slouží také jako dno zachycovací komory 18, což má za následek kompaktní spojenou konstrukcí. Přednostně má tvar zachycovací komoiy 18 stejný obrys jako spalovací komora 16, a proto má stejnou výšku a stejnou šířku. Výška zachycovací komory 18 může být větší než výška spalovací komory 16, protože je závislá na různých kritériích. Zejména výška spalovací komory 16 je funkcí rychlostí tekutiny, zatímco výška zachycovací komory 18 je funkcí objemu nezpracované tekutiny, poklesu tlaku, teploty nezpracované tekutiny a doby prodlení. Například výška zachycovací komory 18 může být 183 cm při teplotě nezpracované tekutiny 38 °C a 244 cm při teplotě nezpracované tekutiny 177 °C. Objem nezpracované tekutiny je naopak přímo závislý na

-3 CZ 297340 B6 velikosti matrice výměníku tepla oxidačního zařízení, na prázdném objemu matrice, na spínacím čase spínacích ventilů a na velikosti spínacího ventilu potrubí připojeného k pásmu výměníku tepla. Pro zajištění, aby velikost zachycovací komory 18 byla přiměřená, zachycovací komora 18 přednostně má velikost, která vede k objemu 1,5-krát většímu než je objem nezpracované tekutiny. Proplachovací vratný talířový ventil 30 a připojené proplachovací vratné potrubí 31 recyklují tekutinu do zachycovací komory 18 zpět ke vtoku oxidačního zařízení.

Přídavně k objemu zachycovací komory 18, uspořádání vnitřního zařízení této komory je rozhodující s ohledem na její schopnost obsahovat a vracet nezpracovanou tekutinu zpět do vtoku oxidačního zařízení pro zpracování během doby vyhrazené mezi cykly regenerace matrice výměníku tepla. Jakýkoliv nezpracovaný objem, který není náležitě vrácen v uvedeném cyklu, unikne do ovzduší odsávacím komínem 17, čímž se sníží účinnost zachycovací komory 18 a sníží se celková účinnost oxidačního zařízení.

Na obr. 3 je schématický pohled na půdoryse zachycovací komory 18. Množina rozdělovačích desek 20a až 20n, majících rozsah od víka ke dnu, je umístěna v zachycovací komoře 18 a rozděluje zachycovací komoru 18 na proudové dráhy tvaru meandru. Přednostně je počet proudových drah tvaru meandru sudý a je vytvořen rozdělovacími deskami, takže spojení vtoku a výtoku zachycovací komory je na stejné straně oxidačního zařízení, což udržuje výtok zachycovací komory 18 na stejné straně oxidačního zařízení jako je odsávací komín 17, ke kterému je připojen (protože tlak musí být nižší než tlak ovzduší, pro umožnění odsávání v něm obsažené tekutiny), což má za následek velmi kompaktní uspořádání. Počet proudových drah tvaru meandru je omezen nejen fyzickou velikostí zachycovací komory 18, ale i výsledným poklesem tlaku; žádá se minimální pokles tlaku. Takto je počet a plocha průřezu drah proudu v meandrovém vzoru přednostně navržen pro maximální pokles tlaku 19 607 Pa (2,0 cm vodního sloupce) a pro rychlost tekutiny přibližně 39,0 acfm (tj. actual cubic feet per minuté, tj. 1,053 m³/min při 38 až 177 °C) s odpovídajícím minimem doby prodlení 3,0 sekund. Přednostně je vytvořeno šest drah meandrujícího proudu. Dráhy meandrujícího proudu účinně prodlužují komoru, takže vytvářejí uspořádání uzavřeného proudu prodloužením doby prodlení tekutiny v zachycovací komoře ]_8.

Při provozu jedné spalovací komory a připojené matrice výměníku tepla každé ze dvou kolon rekuperujících energii, jsou ohřívány na takovou požadovanou teplotu, jakou vytváří plynový hořák ve spalovací komoře (připojené potrubí 35 hořáku je znázorněno na obr. 2); tekutina nezpracovaná v procesuje odsávána do oxidačního zařízení pro zpracování. Chladnější tekutina nezpracovaná v procesu proudí napřed jednou z kolon rekuperujících teplo a přitom se předehřívá konvektivním přestupem tepla s teplejší matricí výměníku tepla. Je to předehřívání neboli přenos energie, které zajišťují vysoký stupeň tepelné účinnosti spojené s regenerační rekuperací tepla. Při vybuzení matrice, ve které byla započata největší část oxidace, vtéká pracovní tekutina do spalovací komory 16 ohřívané hořákem, kde se dokončuje oxidace nezpracované tekutiny. Po opuštění spalovací komory 16 zpracovaná tekutina proudí nyní druhou kolonou rekuperace tepla, kde teplejší tekutina převádí teplo zpět do chladnější matrice.

Periodicky musí tekutina nezpracovaná v procesu střídat kolony pro rekuperaci tepla, pro udržení tepelné účinnosti regenerací odpovídající matrice výměníku tepla. Během regenerace matrice výměníku tepla nezpracovaný proud (1) nacházející se v prázdném objemu matrice, který se převádí právě ze stavu začínajícího předehřátí pracovního plynu matrici do stavu začínající regenerace matrice, (2) nacházející se v talířovém ventilu k připojovacímu potrubí končící matrice ve stavu regenerace, (3) nacházející se ve vtokovém potrubí talířového ventilu oxidačního zařízení a (4) proudící talířovým ventilem během přepínacího cyklu talířového ventilu, je směrován do zachycovací komory 18 za účelem minimalizace jeho úniku do ovzduší. Pro odvedení nezpracovaného proudu, který má být recyklován ze zachycovací komory 18 do oxidačního zařízení, musí být zachycovací komora 18 pod tlakem ovzduší a je tudíž, spojena s odsávacím komínem 17. Sací strana tlačného ventilátoru 12 vytváří u jeho vtoku podtlak 29 420 Pa (7,5 cm vodního sloupce), který nejen napomáhá k přenosu nezpracovaného proudu pracovního plynu z jeho

-4CZ 297340 B6 zdroje k oxidačnímu zařízení, ale je rovněž používán k překonání tahu odsávacího komínu 17 a vyčerpání nezpracovaného proudu ze zachycovací komory 18 a k vrácení do vstupu ventilátoru oxidačního zařízení. Vzor proudu tvaru meandru účinně prodlužuje zachycovací komoru 18 a tím zvyšuje dobu prodlení nezpracované tekutiny v zachycovací komoře 18. Čím větší je objem zachycovací komory 18 a delší doba prodlení, tím lepší je poměr recyklace k úniku nezpracované tekutiny. Čas potřebný pro úplné vyprázdnění zachycovací komory 18 je omezen a je určen dobou trvání mezi spínacími pochody ventilu pro regeneraci matrice, která je obecně asi 240 sekund. Jakákoliv nezpracovaná tekutina v zachycovací komoře 18, která není recyklována, uniká odsávacím komínem 17 do ovzduší působením přirozeného tahu komína. Nezpracovaný proud v zachycovací komoře 18 musí být vrácen do oxidačního zařízení při malé objemové rychlosti proudu (tj. asi 2,0 % celkového proudu odsávaného z procesu vstupujícího do oxidačního zařízení), takže velikost a spotřeba elektřiny v oxidačním zařízení není nepříznivě ovlivněna.

Claims

1. Zařízení (10) pro zpracování těkavých organických složek pracovního plynu, obsahující první kolonu (15) a druhou kolonu (15') výměníku tepla, kde každá kolona obsahuje teplosměnné médium, má vtok plynu a výtok plynu a je ve spojení se spalovací komorou (16), která je opatřena víkem, ohřívací prostředek umístěný ve spalovací komoře pro vytváření nebo udržování vysoké teploty ve spalovací komoře, ventil (14, 14') pro střídavé směrování pracovního plynu do první nebo druhé kolony výměníku tepla, vyznačující se tím, že obsahuje zachycovací komoru (18) pro zachycování nezpracovaného pracovního plynu, pokud se tento ventil uvede v činnost, přičemž zachycovací komora má vtok, ve spojení s tímto ventilem, a výtok, a je opatřena dnem, přičemž toto dno zachycovací komory je víkem spalovací komory, a zachycovací komora obsahuje prostředek pro vyvolání proudění plynu z tohoto vtoku do výtoku ke způsobení meandrovité dráhy toku mezi nimi, a odsávací komín (17) otevřený do ovzduší a spojený se zachycovací komorou.

2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že ventil (14, 14') směruje pracovní plyn do jedné z kolon v závislosti na teplotě teplosměnného média v koloně.

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředek pro vyvolání proudění z vtoku do výtoku ke způsobení meandrovité dráhy toku obsahuje množinu rozdělovačích desek (20a až 20n) dělících zachycovací komoru na množinu drah proudu tvaru meandru mezi vtokem a výtokem zachycovací komory.

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje sudý počet drah proudu tvaru meandru.

5. Způsob zpracování těkavých organických složek pracovního plynu, zahrnující to, že plyn se ohřívá po jeho zavedení do první kolony (15) výměníku tepla, obsahující teplosměnné médium, na teplotu vyšší než je počáteční teplota tohoto plynu, ohřátý plyn se směruje do spalovací komory (16) spojené s první kolonou výměny tepla, dokončuje se oxidace těkavých složek ohřátého plynu, plyn se ochlazuje po jeho směrování do druhé kolony (15') výměníku tepla obsahující teplosměnné médium, na teplotu nižší než je teplota vstupujícího plynu,

-5 CZ 297340 B6 vyznačující se tím, že periodicky se mění tok nezpracovaného pracovního plynu mezi první a druhou kolonou výměníku tepla, část nezpracovaného pracovního plynu se během této periodické změny směruje do zachycovací 5 komory (18), alespoň část tohoto nezpracovaného pracovního plynu se recirkulací směruje do zachycovací komory první nebo druhé kolony výměníku tepla.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že plyn v zachycovací komoře vykonává pohyb v meandrovité dráze.