К.т.н. Медяков А.А., аспирант Каменских А.Д., к.т.н. Онучин Е.М

Поволжский государственный технологический университет

Совершенствование каталитических устройств сжигания

В настоящее время разработаны различные конструкции каталитических устройств сжигания [1-4]. Наибольшее количество конструкций включают в себя неподвижный слой каталитического наполнителя, через который пропускается сжигаемая смесь [1,3]. Определенную группу представляют собой устройства, работающие не в стационарном режиме. [3] Промежуточное место между каталитическими устройствами, работающими в стационарном и режиме, и устройствами, работающими в нестационарном режиме, занимают устройства с псевдоожиженным слоем каталитического наполнителя.[4] При этом у каждого типа каталитических устройств есть свои недостатки, устранить которые возможно путем создания специальных каталитических систем.

Для увеличения времени взаимодействия потока сжигаемой смеси с каталитическим наполнителем возможна организация совместного (сонаправленного) их перемещения по каталитическому устройству сжигания, аналогично системам пневматического транспорта [5]. Однако противоположное движение сжигаемой смеси и каталитического наполнителя позволит поддерживать равномерные температурные условия во всем устройстве. При этом увеличивается площадь взаимодействия сжигаемой смеси с каталитическим наполнитель ввиду того, что смесь в процессе движения взаимодействует с большим количеством наполнителя.

Для реализации приведенных принципов функционирования в рамках одного устройства было предложено техническое решение каталитического устройства сжигания с сонаправленным и противоположным движением наполнителя и сжигаемой смеси (Рис.1). 

В рамках каталитического устройства выделяется две зоны: I – зона сонаправленного движения наполнителя и сжигаемой смеси, II – зона противоположного движения. В каждую из зон подается сжигаемая смесь по отдельному трубопроводу для исключения самопроизвольного перераспределения смеси между каналами. В процессе функционирования в нижней части устройства накапливается каталитический наполнитель, слой наполнителя препятствует смешиванию двух потоков сжигаемой смеси. При подаче сжигаемой смеси по первому трубопроводу накопившийся наполнитель увлекается в зону I, в которой при сонаправленном движении наполнителя и смеси происходит реакция окисление топлива с выделением теплоты. После выхода из зоны I поток перестает увлекать за собой наполнитель и он попадает в зону II.

Описание: C:\Users\Andrey\Desktop\МКТН Отчет Итоговый\ОТЧЕТ1\-3. Разработка схемно-конструктивных решений\РИсунки нов\рис 3 совмещение прямотока с противотоком.jpg

Рисунок 1 - Каталитическое устройство сжигания с сонаправленным и противоположным движением наполнителя и сжигаемой смеси

В зоне II наполнитель под действием силы тяжести возвращается в нижнюю часть устройства и при этом взаимодействует с противоположно направленным потоком сжигаемой смеси 2. В верхней точке устройства потоки прореагировавших смесей 1 и 2 соединяются и удаляются через сетчатую преграду.

При таком конструктивном исполнении устройства сжигания достаточно просто решена задача возврата наполнителя в реакционную зону (при условии выбора I или II зоны за основную) и обеспечивается максимальное время взаимодействия смеси и наполнителя (взаимодействие даже в зоне возврата наполнителя). Организация процесса горения на всех этапах движения катализатора позволяет обеспечить самые равномерные и стабильные температурные условия из представленных каталитических устройств.

Литература

1. Лукьянов, Б. Н. Экологически чистое окисление углеводородных газов в каталитических нагревательных элементах / Б. Н. Лукьянов, Н. А. Кузин, В. А. Кириллов, В. А. Куликов, В. Б. Шигаров, М. М. Данилова // Химия в интересах устойчивого развития. – 2001. – №9. – с. 667 – 677

2. Медяков А.А. Повышение эффективности разрабатываемых каталитических систем для утилизации биогаза / А.А. Медяков, Е.М. Онучин, А.Д. Каменских // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского  государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2012. – №04(78). – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/07/pdf/26.pdf

3. Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН – РЕВЕРС-ПРОЦЕСС - Каталитическая очистка отходящих газов [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.catalysis.ru/block/index.php?ID=3&SECTION_ID=1483, свободный.

4. Ismagilov, Z. R. Fluidized bed catalytic combustion / Z. R. Ismagilov, M. A. Kerzhentsev // Catal. Today. – 1999. - № 47. – p. 339-346.

5. Зарницына Э. Г. Вентиляционные установки и пневмотранспорт / Э. Г. Зарницына, О. Н. Терехова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2011. – 228с.