Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа

 

О П

ИЗО

Союз Советских

Социалистических

Республик к лвтовск (6l ) Дополннтел (22).Заявлено О

О 53/02 с присоединение (23) Приоритет

Опубликовв

Дата опубл

3Ьсударстаеяяый комитат

СССР

63>.563:

022(038.8 > ао делаи изобретений и открытия

A. Ф. Тяжкороб, В. Н. Царенко, Н. И. Жовмир, В.A.Лавриненко„

В. И. Бондарев, Л. Л. Бродский, В. П. Г н и С. А. Залесский (72) Авторы изобретения

Институт газа АН Украинской ССР (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

КИСЛОРОДА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Изобретение относится к хранениям сельскохозяйственных продуктов, например плодов, овощей, винограда, зерна и т.д., в регулируемой газовой среде с пониженным содержанием кисло5 рода и повышенным содержанием углекислого газа и азота.

Известно устройство для регулирования концентраций кислорода и углекислого газа в хранилищах путем каталитического -Сжигания углеводородного топлива в циркулирующей по замкнутому контуру газовой среде.

Оно включает вентилятор, предназначенный для циркуляции газовой среды,, адсорбер, в котором удаляют избыточное количество углекислого газа из газовой среды, реактор, используемый для каталитического окисления углеводородного топлива кислородом, го содержащимся в газовой среде. хранилища, состоящий из камеры для смешения углеводородного, топлива с газовой средой, электроподогревателя и насадки катализатора, водяной скруббер, предназначенный для охлаждения газовой среды до заданных параметров перед подачей ее в камеру хранения Г 1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилищах, которое содержит. последовательно соединенные в замкнутый контур хранилищегенератор-хранилище вытяжной вентилятор, нагреватель, каталитический реактор, к верхней части которого подсоединен трубопровод подачи топлива, адсорберы с расположенными до и после них соответственно первым и вторым переключателями потоков, вентилятор и водяной скруббер.

Вытяжной вентилятор, соединенный своим всасывающим патрубком с храни3 9Ь755 . лищем, а нагнетающим патрубком - с нагревателем, предназначен для циркуляции газовой среды по замкнутому контуру хранилище-генератор-хранилище. Нагреватель, установленный после вентилятора, предназначен для подогрева газовой среды от 4 до 300 C перед подачей ее в реактор. Выходной патрубок нагревателя связан с каталитическим реактором трубопрово- 1о дом, на котором установлен узел ввода топлива, поступающего по газопроводу, в пото:, подогретой газовой среды.

Каталитический реактор представляет собой емкость с расположенной в ниж- д ней части решеткой и сеткой, которая засыпана гранулированЭым катализатором, предназначенным для каталитического окисления углеводородного топЛива кислородом, содержащимся в 20 газовой среде. Емкость имеет верхнюю и нижнюю .крышки, на которых расположены соответственно подводящий и отводящий, патрубки реактора. Отводящий патрубок реактора соединен 25 трубопроводом с кожухотрубчатым теп лообменником, в трубном пространстве которого продукты каталитического окисления охлаждают водой, протекающей в межтрубном пространстве теп- 30 лообменника.

Выходной патрубок теплообменника по ходу газовой среды связан трубопроводом с блоком адсорбции. блок адсорбции состоит из двух адсорберов, двух переключателй газовых потоков, расположенных на входе и выходе блока адсорбции, вентилятора и подогревателя воздуха. Первый четырехходовой переключатель газовых потоков, расположенный на входе в блок адсорбции, соединен своими боковыми патрубками с нижними частями адсорберов, верхним патрубком— с атмосферой, нижним патрубком " с теплообменником. Второй четырехходовой переключатель газовых потоков, расположенный на выходе из блока адсорбции, своими боровыми патрубками соединен с верхними частями ад$0 сорберов, нижним патрубком - с подогревателем воздуха, верхним - с водяным скруббером.

Поворотная заслонка в четырехходовом переключателе газовых потоков имеет два фиксированных взаимно перпендикулярнйх < положения. При расположении поворотных заслонок в

3 4 одном из фиксированных положений газовая среда будет поступать через первый переключатель газовых потоков на один из адсорберов и далее через второй переключатель газовых потоков в водяной скруббер. В это же время на другой адсорбер вентилятор через нагреватель и второй переключатель Газовых потоков будет подавать воздух для регенерации адсорбента, который после адсорбера через входной переключатель газовых потоков выводят в атмосферу. При повороте обеих засб лонок на угол 90 происходит переключение подачи воздуха и газовой сре;ды в адсорберы. В отрегенерированный адсорбер поступает газовая среда, а в насыщенный углекислым газомподогретый воздух.

Верхний патрубок второго переключателя газовых потоков соединен с входным патрубком водяного скруббера трубопроводом, по которому из блока адсорбции поступает очищенная от избыточного количества углекислого газа газовая среда. Выходной патрубок водяного скруббера соединен трубопроводом с хранилищем. Водяной скруб бер выполнен в виде колонны, в средней части которой имеется насадка из колец Рашига. В верхнюю часть колонны подают воду, которая, увлажняя газовую среду, выводится из скруббера через гидрозатвор, расположенный в нижней части колонны (21.

Однако в известных устройствах для увеличения емкости обслуживаемого хранилища необходимо увеличивать скорость регулирования содержания кислорода и углекислого газа, что связано с увеличением расхода топлива, сжигаемого в газовой среде хранилища.

Если в известном устройстве увеличить расход подаваемого в реактор топлива при неизменном расходе газовой среды, циркулирующей через реактор, то в результате экзотермической реакции окисления углеводородов температура катализатора начнет возрастать и при достижении 600 С и более начинается термическое разрушение катализатора. Таким образом, в известном устройстве количество циркулирующей газовой среды находится в строго определенной зависимости от расхода сжигаемого топлива, максимальное количество которого опреде967553

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования содержания кислорода и углекислого газа каталитический реактор выполнен секционным, снабжен расположенными между его секциями смесительными камерами и размещенным на выходе реактора теплообменником, причем трубопровод подачи топлива связан со. смесительными камерами, а нагреватель соединен со вторым переключателем потоков и связан со смесительными камерами посредством коллектора, при этом теплообменник соединен с водяным скруббером и первым переключателем потоков, который связан с вытяжным вентилятором.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для регулиро45

5$ ляется термической стойкостью катализатора. Поэтому увеличение расхода сжигаемого топлива в известном устройстве влечет за собой увеличение количества циркулирующей газовой среды. При этом увеличивается тепловой поток на ее подогрев, мощность вентилятора, диаметр циркуляционных трубопроводов, диаметр и объем насадки адсорберов для поглощения углекисло- 30 го газа, так как в процессе сорбции . необходимо соблюдать вполне определенную скорость газовой среды, проходящей через адсорбер, величина которой не должна превышать допустимую. 1$

В известном устройстве. необходимо также определенное количество тепловой энергии для подогрева воздуха, идущего на регенерацию сорбентов, 20 используемых для поглощения избыточного количества углекислого газа в системе.

Кроме того, в известном устройстве необходимо подогревать весь объем цир-25 кулирующей газовой среды, подаваемой на каталитический реактор, до 300 С.

Это приводит к увеличению удельного расхода энергии на единицу хранимой продукции, габаритов: и веса уст- 3О ройства, что снижает в итоге эффективность хранения сельскохозяйственной продукции в регулируемой газовой среде.

Целью изобретения является увели- з чение скорости регулирования содержания кислорода и углекислого газа в газовой среде и снижение удельных энергетических затрат. вания содержания кислорода и углекислого газа.

8 устройстве хранилище 1 связано с вентилятором 2, предназначенным для циркуляции газовой среды по замкнутому контуру хранилище-устройство-. хранилище, который посредством трубопровода 3 связан с нижним патрубком 4 первого четырехходового переключателя 5 газовых потоков, предназначенного для распределения потсков газовой среды и подогретого воздуха., подаваемых в блок адсорбции. Боковые патрубки 6 и 7 переключателя газовых потоков 5 соединены ". нижней частью адсорберов 8 и 9 а верх". ний патрубок 10 - с межтрубным и,,остранством 11 рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника 12 по;..— редством трубопровода lj. Б:.-ковые патрубки 14 и 15 второго переключателя газовых потоков 16, предназначенного для переключения потоков газовой среды и смеси воздуха с углекислым газом, соединены с верхней частью адсорберов 8 и 9. Нижний патрубок 17 второго переключателя газовых потоков 16 соединен с атмосферой, а верхний патрубок 18 второго переключателя газовых потоков 16 связан с нагревателем 19 трубопроводом 20. Последний в свою очередь соединен с коллектором 21, к которому присоединены трубопроводы

22 и 23 с установленными на них вентилями 24 и 25 для регулировки расхода подаваемой газовой среды. Трубопроводы 22 и 23 подключены соответственно к смесительным камерам 26

D и 27, предназначенным для смешения подаваемых топлива, газовой среды и продуктов каталитического окисления топлива. Нагреватель 19 соединен трубопроводом 28, на котором установлен регулирующий вентиль 29, с ре-. актором 30. Многосекционный каталитический реактор 30 содержит корпус, в котором последовательно расположены секции 31, смесительная камера

26, секция 32, смесительная камера

27, секция 33, рекуперативный кожухотрубчатый теплообменник 12 с трубным пространством 34, причем межтрубное пространство 11 тейлообменника 12 связано с нагнетающим патрубком вентилятора 35, всасывающий патрубок которого соединен с атмосферой. На трубопроводе 36 установлены ротамет67553 8 ры 37, 38 и 39, связанные соответственно со смесительными камерами 27 и

26 и верхней частью реактора 30. Ниж. няя часть реактора 30 связана трубопроводом 40 с нижней частью водяного скруббера 4 1, предназначенного для охлаждения и увлажнения газовой среды. Верхняя часть водяного скруббера 41 соединена трубопроводом 42 с хранилищем 1. Верхняя часть скруббера 41 связана с трубопроводом подачи воды 43, а нижняя часть - с трубопроводом отвода воды 44 из скруббера.

Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа работает следующим образом.

Охгажденную в хранилище 1 газовую среду с пониженным содержанием кислорода и повышенным -. углекислого газа и азота забирают вентилятором

2 и подают по трубопроводу 3 через нижний 4 и боковой 6 патрубки переключателя газовых потоков 5 в ниж-. нюю часть адсорбера 8, в котором производится поглощение углекислого газа из газовой среды твердыми сорбентами. Работа адсорберов 8 и 9 периодическая. В то время, когда адоорбер 8 работает в режиме поглощения углекислого газа, адсорбер 9 " в режиме регенерации сорбентов. Регенерация проводят воздухом, который забирают из окружающей атмосФеры, нагнетают вентилятором 35, нагревают в межтрубном пространстве 11 теплообменника 12 продуктами каталитического окисления топлива, проходящими в трубном пространстве 3Ч теплообменника 12, до 300 С и подают по труо бопроводу 13 через верхний 10 и боковой 7 патрубки переключателя газовых потоков 5 в нижнюю часть адсорбера 9.

Выходящую из верхней части адсорбера 9 смесь воздуха и углекислого газа через боковой 15 и нижний 17 патрубки второго переключателя газовых потоков 16 .выводят в атмосФеру, а выходящую из верхней части адсорбера 8 газовую среду, освобожденную от СО„, через боковой 14 и верхний 18 патрубк1; переключателя газовых потоков 16 по трубопроводу 20 подают в нагреватель 19 и коллектор 21.

Перевод ap".îðáåðoâ из режима сорбции в режим - .г енерации осуществляют поворотом заслонок переключателей газовых потоков 5 и 16 на угол 90

Тогда газовую среду подают по трубопроводу 3 через нижний 4 и боковой

7 патрубки первого переключателя 5 газовых потоков, адсорбер 9, боко-. вой 15 и верхний 18 патрубки второго переключателя 16 газовых потоков, а воздух подают по трубопроводу 13 через верхний 10 и боковой 6 патрубки 6 первого переключателя газовых потоков 5, адсорбер 9, боковой 14 и нижний 17 патрубки второго переключателя газовых потоков 16 и выводят в атмосферу.

И Часть газовой среды, поступающей в нагреватель 19, нагревают до 300 С и подают по трубопроводу 28 через вентиль 29 в верхнюю часть реактора

30. Количество подаваемой в нагрева20 тель 19 газовой среды, которое составляет приблизительно 257, от общего . количества циркулирующей по замкнутому контуру хранилище-генератор-хранилище газовой среды, регулируют

2S вентилем 29. В верхнюю часть .30 реактора по трубопроводу 36 через ротаметр 39 подают углеводородное топливо, которое смешивают с подогретой газовой средой и направляют в зв секцию 31, засыпанную гранулированным алюмохромовым катализатором в которой происходит каталитическое окисление углеводородного топлива кислородом, содержащимся в циркулирующей газовой среде. В результате экэотермической реакции окисления топлива выделяется большое количество тепловой энергии, которое нагревает продукты катализата и катализатор до о

600 С. Подаваемые из секции 31 продукты каталитического окисления топлива охлаждают в смесительной камере 26 до 300 С газовой средой,. поступающей по трубопроводу 22 через вентиль 24, смешивают с углеводородным топливом, подаваемым по трубопроводу 36 .через ротаметр 38, и на.правляют в секцию 32, засыпанную гранулированным алюмохромовым катализатором, в которой происходит каталитическое окисление углеводородного топлива кислородом, содержащимся в циркулирующей газовой среде. Количество подаваемой в смесительную камеру 26 газовой среды, которое составляет приблизительно 253 общего количества циркулирующей rio замкнутому, контуру газовой среды, регулируют вентилем 24. Нагретые в результате

9 967553 . 10 экзотермической реакции до темпера- лища, снизить удельный расход теплотуры 600 С продукты каталитическо- вой энергии на 1 т хранимой продукции го окисления подают в смесительную и снизить удельные эксплуатационные камеру 27, охлаждают газовой средой, расходы на 1 т хранимой продукции за поступающей по трубопроводу 23 через сезон хранения. вентиль, 25, до температуры 300 С, смешивают с углеводородным топливом, Применение предлагаемого устройстпоступающим по трубопроводу 36 через ва позволит значительно повысить эфротаметр 37, и направляют в секцию Фсктивность хранения сельскохозяйст33, засыпанную гранулированным ка- 1о венной продукции в регулируемой гатализатором, в которой происходит ка- зовой среде. талитическое окисление углеводородного топлива кислородом, содержащимI

-ся в циркулирующей газовой среде . Ко-: Формула изобретения личество подаваемой в смесительную ка-15 меру 27 газовой среды, которое со- - Устройство для регулирования со" ставляет приблизительно 50 общего держания кислорода и углекислого ra" количества циркулирующей газовой сре- за, содержащее вытяжной вентилятор, ды, регулируют вентилем 25. Выходя- нагреватель, каталитический реактор, щие из секции 33 продукты катализа 20 к верхней части которого подсоединен о с температурои 600 С охлаждают в труб- трубопровод подачи топлива, адсорбеном пространстве 34 теплообменника 12 ры с расположенными до и после них воздухом, проходящим в межтрубном соответственно первым и вторым пепространстве 11., и по трубопроводу 40 реключателями потоков, вентилятор и подают в водяной скруббер 41, где про-2s водяной скруббер, о т л и ч а ю щ едукты катализа охлаждают и увлажняют е с я тем, что, с целью увеличения водой, подаваемой по трубопроводу 43. скорости регулирования содержания

Охлажденную и увлажненную газовую кислорода и углекислого газа в газосреду из скруббера 41 по трубопро- вой среде и снижения удельных энерводу 42 направляют в хранилище. Воду зв гетических затрат, каталитический из скруббера 41 отводят по трубопро- реактор выполнен секционным, снабводу 44. жен расположенными между его секцияПри достижении в атмосфере храни- ми смесительными камерами и размелища требуемых концентраций О и СО щенным на выходе реактора теплообменработу устройства прекращают. При от- ником, причем трубопровод подачи топ-

35 клонении концентраций Î и СО в ат- лива связан со смесительными камерамосфере хранилища от заданных значе- ми, а нагреватель соединен со вторым нии состав атмосферы периодически кор- переключателем потоков и связан со смесительными камерами посредством

Одним из преимуществ предлагаемого колллектора, при этом теплообменник устройства по сравнению с известным соединен с водяным скруббером и пер-. является то, что устройство, рабо- вым переключателем потоков, который тающее по предлагаемой схеме, легко связан с вытяжным вентилятором. поддается автоматизации. Кроме того, при одних и тех же количествах цирИсточники информации, 1$ кулирующей газовой среды и удельных принятые во внимание при экспеотизе расходах пропана на I т хранимой продукции за сезон хранения применение 1. Патент США Р 3313631, предлагаемого устройства позволяет кл. 99-271, 1967. увеличить емкость обслуживаемого хра- 2. Тяжкороб А. Ф. и др. Рециркунилища и скорость регулирования кон- ляционный генератор РТГС-400. Киев центраций О и CO в атмосфере храни- "Реклама", 1977.

967553

Составитель А. Сидоров

Редактор Н. Гунько Техред A. Бабинец Корректор С. Шекмар

Заказ 7952/14 Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4