PL195786B1 - Urządzenie do obróbki katalitycznej płynów - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do obróbki katalitycznej ply- nów, do wymiany ciepla pomiedzy plynami i oddzielnym medium plynu przed lub po obrób- ce katalitycznej, zawierajace plyte wymiennika ciepla majaca co najmniej dwa oddzielne ob- wody wymiany ciepla pomiedzy medium plyn- nym, przy czym obwody sa uformowane przez szereg wzajemnie polaczonych plyt ulozonych w stos, zas plyta wymiennika ciepla ma wloto- wy i wylotowy otwór dla kazdego obwodu, a kazdy wlotowy i wylotowy otwór jest polaczo- ny z cylindryczna szczelina rozciagajaca sie do plyty wymiennika ciepla i prostopadle do glów- nego kierunku ulozenia plyt wymiennika ciepla, przy czym kazda szczelina laczacy sie z jed- nym z obwodów, znamienne tym, ze co naj- mniej jedna szczelina (7, 8) zawiera element katalizatora (21) w postaci sieci drucianej, uszczelniony i rozlacznie zamocowany do otworu wymiennika ciepla (1) na szczelinie (7). PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do obróbki katalitycznej płynów.

Tego typu urządzenie jest stosowane zwłaszcza do wymiany ciepła, pomiędzy płynami i oddzielnym medium płynu przed lub po obróbce katalitycznej.

Znane jest zastosowanie kotłów, mających palniki dla kanalizacyjnego spalania gazowego paliwa z powietrzem lub rozpylonego paliwa płynnego z powietrzem, za pomocą których doprowadza się ciepłą wodę sanitarną i dla miejscowego ogrzewania. Wylotowe gazy, po opuszczeniu komory spalania kotła, przechodzą poprzez wymiennik ciepła. Spalanie katalityczne może zapewniać skuteczne spalanie, dające bardzo czyste gazy wylotowe. W szczególności zawartość NOX może być ekstremalnie niska. Powszechnie wiadomo, że wymiana ciepła pomiędzy gazem wylotowym i podgrzewaną wodą może być wykonana bardziej skutecznie w płycie wymiennika ciepła. Połączenie spalania katalitycznego z zastosowaniem płytki wymiennika ciepła w urządzeniu, daje efekt w postaci czystego spalania.

Gdy urządzenie ma być zastosowane dla wysokiej temperatury działającej na płytę wymiennika ciepła, płyty wymiennika ciepła łączy się razem poprzez lutowanie twarde lub zgrzewanie. Jednak zazwyczaj używane katalizatory w procesie spalania katalitycznego zawierają metale szlachetne lub metale oksydowane, które mogą być szkodliwe podczas parowania metalu przy zgrzewaniu w wysokiej temperaturze lub w procesie lutowania. Tak więc, płyty wymienników ciepła nie powinny zawierać metali szlachetnych.

Z opisu patentowego CH682346 znany jest katalizator stosowany do pojazdów drogowych, w przemyśle i tym podobne.

Katalizator jest umieszczony pomiędzy wiązką rur otworu wlotowego usuwanego gazu i otworem wlotowym łącznika i może być demontowany lub wymieniany po usunięciu pokrywy czyszczącej. Po jej usunięciu pojedyncza rura wiązki rur może być wyczyszczona.

Z opisu patentowego US 3709473 znane jest urządzenie do wytwarzania gorącej wody i gorącego powietrza zawierające zespół wydmuchiwania powietrza, urządzenie kompaktowe spalania mające wysoki czynnik ładowania w którym zastosowano katalizator spalania oraz kompaktowy wymiennik ciepła ściśle współpracujący z urządzeniem spalania. Zastosowanie takiej kombinacji pozwala na uzyskanie wysokiej wydajności spalania i wymiany ciepła.

Urządzenie do obróbki katalitycznej płynów, według wynalazku, do wymiany ciepła pomiędzy płynami i oddzielnym medium płynu przed lub po obróbce katalitycznej, zawierające płytę wymiennika ciepła mającą co najmniej dwa oddzielne obwody wymiany ciepła pomiędzy medium płynnym, przy czym obwody są uformowane przez szereg wzajemnie połączonych płyt ułożonych w stos, zaś płyta wymiennika ciepła ma wlotowy i wylotowy otwór dla każdego obwodu, a każdy wlotowy i wylotowy otwór jest połączony z cylindryczną szczeliną rozciągającą się do płyty wymiennika ciepła i prostopadle do głównego kierunku ułożenia płyt wymiennika ciepła, przy czym każda szczelina łączący się z jednym z obwodów, charakteryzuje się tym, że co najmniej jedna szczelina zawiera element katalizatora w postaci sieci drucianej, uszczelniony i rozłącznie zamocowany do otworu wymiennika ciepła na szczelinie.

Element katalizatora w postaci sieci drucianej razem z urządzeniem zapłonowym spalania paliwa z powietrzem jest zamocowany w szczelinie wlotowej płyty wymiennika ciepła.

Element katalizatora w postaci sieci drucianej jest zamocowany w szczelinie wylotowej wymiennika ciepła.

Element katalizatora w postaci sieci drucianej stanowi co najmniej dwie oddzielne druciane sieci usytuowane szeregowo na ścieżce przepływu medium.

Co najmniej jedna z oddzielnych sieci drucianych katalizatora ma cylindryczny kształt i rozciąga się poprzez prawie całkowitą długość szczeliny.

Jedna z dwóch sieci drucianych katalizatora ma kształt wycinka kuli.

Sieć stanowi siatkę z metalu lub stopu metalu odpornego na ciepło, na który jest nałożona ceramika powleczona tlenkiem metalu z grupy Pd.

Zaletą proponowanej konstrukcji jest to, że podczas przemieszczania płynu przez szczelinę jednocześnie wymusza się przejście przez element katalizatora w postaci drucianej siatki. Proponowane urządzenie zajmuje mniej miejsca z powodu usytuowania palnika katalizatora wewnątrz szczeliny wlotu. Sposób mocowania palnika katalizatora umożliwia lutowanie twarde lub zgrzewanie płyt razem i oddzielonych od sieci katalizatora. Przepływ gazów spalania od szczeliny wlotu do szczeliny

PL 195 786 B1 wylotu następuje ścieżką określoną przez opór przepływu. Palnik katalizatora może być łatwo wymieniony, gdy jest to konieczne.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładzie wykonania na podstawie rysunku na którym, fig. 1 jest widokiem perspektywicznym urządzenia, według wynalazku, fig. 2 jest przekrojem wzdłuż linii II-II oznaczonej na fig. 1, fig.3 jest widokiem perspektywicznym dwóch sąsiednich płyt wymiennika ciepła urządzenia według wynalazku, przy czym płyty są oddzielone od siebie dla przejrzystości rysunku, fig. 4 jest widokiem perspektywicznym części palnika przedstawionego na fig. 2, fig. 5 przedstawia palnik katalityczny w przekroju, który ma być użyty w urządzeniu z fig. 2.

Jak to przedstawiono na fig. 1 i 2 wymiennik ciepła 1 jest utworzony z szeregu płyt 2 ułożonych w stos określający dwa oddzielne układy kanałów dla dwóch różnych płynnych mediów płynących pomiędzy nimi. Jak to przedstawiono na fig. 3 każda z płyt 2 jest wyposażona w cztery otwory 3,4,5 i 6, które po ułożeniu w stos będą określać cztery szczeliny przelotowe: szczelinę wlotu i szczelinę wylotu dla każdego z dwóch mediów wymiany ciepła. Fig. 2 przedstawia szczelinę 7 wlotu dla gazów wylotowych powstałych podczas spalania paliwa z powietrzem i szczelinę wylotu 8 dla wspomnianych gazów opuszczających urządzenie w obniżonej temperaturze. Odnośnikiem 9 na fig. 1 oznaczono otwór wlotu wody, która mabyć ogrzana, a otwór wylotu dla ogrzanej wody oznaczono jako 10.

Jak to przedstawiono bardziej szczegółowo na fig.2 metalowa rura 11, poprzez którą wprowadzane jest paliwo i powietrze, jest zabezpieczona kołnierzem 12, zamocowanym za pomocą śrub 14 na końcu płyty 13 stosu płyt 2. Pierwsza sieć 15, przepuszczająca gaz ukształtowana jako część kuli, jest zamocowana do dolnego końca rury 11 metalowej. Na dolnym końcu rury 11 jest także podparta metalowa płyta uszczelniająca 16 rozciągająca się w płaszczyźnie promienia i oparta na drugiej sieci 17 i przeciwległej do niej sieci 19 przepuszczającej gaz. Druga rurowa sieć 17 opiera się o płytę metalową uszczelniającą 18 w kształcie dysku, przy czym rurowa sieć 17 jest usytuowana w kierunku do góry i jest sztywno połączona z płytą 16. Do kołnierza 12 jest zamocowane elektryczne urządzenie zapłonowe 20 przeznaczone do startu spalania. Wymienione powyżej elementy 11, 12 i 15, 16, 17, 18, 19, 20 tworzą palnik katalizatora 21, który jest ruchomy i łatwy do zastąpienia z powodu połączenie za pomocą śruby 14. Palnik katalizatora 21 jest oddzielnie przedstawiony na fig. 4.

Sieci 15, 17 i 19 przepuszczające gaz mają postać korzystnie drucianej siatki bazującą na stopie metali głównie zawierających żelazo, chrom lub aluminium i są szeroko stosowane w wysokich temperaturach dla elektrycznych spirali grzewczych. Druciana siatka ma ceramiczne powleczenie silikonem lub tlenkiem aluminium, który został polakierowany materiałem katalitycznym, takim jak wybrane z grupy pallad Pd lub użytecznych w tym celu tlenków metali. Średnica zewnętrznej sieci 19 jest nieznacznie mniejsza niż szczelina 7 wlotu dla spalanych gazów powstałych podczas spalania mieszaniny gazu i powietrza i określonych dla otworów 3 w płytach 2. Korzystnie otwory 3 mają średnicę większą niż otwory 4,5, 6 w pozostałych płytach.

Szczelina 7 wlotu i szczelina 8 wylotu komunikują się ze sobą poprzez kanały, określone przez płyty 2, co jest znane, i mające postać dwóch obwodów płyt wymienników ciepła. Szczelina 8 wylotu połączona jest z rurą wylotową 22 gazów wylotowych. Otwór wlotowy 9 dla wody, która ma być podgrzana i otwór wylotowy wody 10 łączą się poprzez kanały uformowane przez płyty 2 i usytuowane w sąsiedztwie kanałów prowadzących gazy wylotowe poprzez płytę wymiennika ciepła.

Urządzenie pokazane na fig. 1-4 działa następująco:

Mieszanka paliwa (na przykład naturalny gaz lub rozpylane paliwo płynne) i powietrza przechodzi w dół poprzez rurę 11 i przemieszcza się do przestrzeni ograniczonej przez pierwszą i drugą sieć 15 i 17 katalizatora. Tutaj, mieszanina paliwo - powietrze jest zapalana przez elektryczne urządzenie zapłonowe 20 w postaci korpusu świecy zapłonowej lub zwoju elektrycznego wymiennika znanego rodzaju. Spalanie jest uzupełnione przez przechodzenie mieszaniny paliwo powietrze poprzez trzy sieci 15, 17 i 19. Temperatura maksymalna spalania wynosi około 800°C. Gazy spalania następnie natychmiast przechodzą poprzez płytę wymiennika ciepła i poprzez utworzone w nich za pomocą płyt 2 kanały. Pozostałe kanały są przeznaczone do przepływu wody podgrzewanej za pomocą gazów spalania. Jak to jest znane ze stanu techniki płyta wymiennika ciepła może mieć duże zdolności wymiany ciepła porównywalne do jej objętości, zaś gazy wylotowe opuszczające urządzenie poprzez rurę wylotową dla wylotowych gazów 22 mogą mieć temperaturę tylko kilku stopni powyżej temperatury ogrzanej wody. Jak to jest wiadome, spalanie katalityczne może być przeprowadzone przy minimum nadwyżki powietrza i dostarczać bardzo czyste gazy wylotowe - nawet co do zawartości NOX. Uzyskuje się wysoki stopień termicznej skuteczności.

PL 195 786 B1

Urządzenie opisane powyżej zajmuje mniej miejsca z powodu usytuowania palnika katalizatora 21 wewnątrz szczeliny 7 wlotu. Sposób mocowania palnika katalizatora 21 umożliwia lutowanie twarde lub zgrzewanie płyt 2 razem i oddzielonych od sieci 15, 17 i 19 katalizatorów. Przepływ gazów spalania od szczeliny 7 wlotu do szczeliny 8 wylotu będzie następował ścieżką określoną przez opór przepływu. Pomniejszony opór może być zapewniony przez krótszą odległość tej ścieżki. W celu zużycia całkowitej objętości wymiennika ciepła, jest korzystnym użycie zmiennych grubości trzeciej sieci 19. To znaczy część sieci 19 usytuowana w pobliżu szczeliny 8 wylotu może być wykonana z podwójnej sieci drucianej. Co jest pokazane na fig. 5, na której część sieci 19 w pobliżu szczeliny 8 wylotu jest uzupełniona przez część 19a. Palnik katalizatora 21 może być łatwo wymieniony, gdy jest to konieczne.

Urządzenie opisane może być wykorzystane dla katalitycznego krakingu płynu wymagającego wstępnego ogrzania przed katalitycznym krakingiem. Na przykład metanol może być wprowadzony poprzez rurę 22, po czym jest podgrzewany przez gorącą wodę przechodzącą poprzez wymiennik od poprzedniego otworu wylotowego 10 do poprzedniego otworu wlotowego 9. Wstępnie ogrzany metanol jest poddany przeróbce, gdy przechodzi przez sieć 19, 17 i 15 katalizatora. Przepływający gaz opuszczający urządzenie poprzez rurę 11 może być później źródłem tlenu i wodoru przeznaczonym do użycia w ogniwie paliwowym.

Claims (7)

1. Urządzenie do obróbki katalitycznej płynów, do wymiany ciepła pomiędzy płynami i oddzielnym medium płynu przed lub po obróbce katalitycznej, zawierające płytę wymiennika ciepła mającą co najmniej dwa oddzielne obwody wymiany ciepła pomiędzy medium płynnym, przy czym obwody są uformowane przez szereg wzajemnie połączonych płyt ułożonych w stos, zaś płyta wymiennika ciepła ma wlotowy i wylotowy otwór dla każdego obwodu, a każdy wlotowy i wylotowy otwór jest połączony z cylindryczną szczeliną rozciągającą się do płyty wymiennika ciepła i prostopadle do głównego kierunku ułożenia płyt wymiennika ciepła, przy czym każda szczelina łączący się z jednym z obwodów, znamienne tym, że co najmniej jedna szczelina (7, 8) zawiera element katalizatora (21) w postaci sieci drucianej, uszczelniony i rozłącznie zamocowany do otworu wymiennika ciepła (1) na szczelinie (7).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element katalizatora (21) w postaci sieci drucianej razem z urządzeniem zapłonowym (20) spalania paliwa z powietrzem jest zamocowany w szczelinie (7) wlotowej płyty wymiennika ciepła (1).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element katalizatora (21) w postaci sieci drucianej jest zamocowany w szczelinie (8) wylotowej wymiennika ciepła (1).

4. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że element katalizatora (21) w postaci sieci drucianej stanowi co najmniej dwie oddzielne druciane sieci (15, 17, 19) usytuowane szeregowo na ścieżce przepływu medium.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że co najmniej jedna z oddzielnych sieci (17,19) drucianych katalizatora ma cylindryczny kształt i rozciąga się poprzez prawie całkowitą długość szczeliny (7).

6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że jedna z dwóch sieci (15) drucianych katalizatora (21) ma kształt wycinka kuli.

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że sieć (15, 17, 19) stanowi siatkę z metalu lub stopu metalu odpornego na ciepło, na który jest nałożona ceramika powleczona tlenkiem metalu z grupy Pd.