OCHRONA ATMOSFERY

Wykład 9

Dr hab. inż. Krzysztof GOSIEWSKI

Profesor AJD

Regeneratory ciepła

i reaktory katalityczne

z regeneracją ciepła

– Autotermia

układów

reakcyjnych

Regeneracja ciepła i regeneratory

• Regeneratory ciepła to aparaty, których cechą szczególną jest to, że w

zasadzie pracują w ciągłym stanie nieustalonym. Wymiana ciepła

odbywa się w nich poprzez czynnik pośredniczący, którym z reguły jest

wypełnienie mające postać ciała stałego akumulującego ciepło. Poprzez

regenerator czynniki oddający i pobierający ciepło płyną na zmianę: raz

grzejący oddaje swoje ciepło masie wypełnienia magazynując je w tym

wypełnieniu, drugi raz poprzez wypełnienie płynie gaz ogrzewany, który

odbiera ciepło nagromadzone (zakumulowane) w tym wypełnieniu w

poprzednim okresie.

Regeneratory ciepła

Urządzenie do termicznego rozkładu metanu

parą wodną

spaliny powietrze do kotła

Schemat poglądowy działania

obrotowego regeneratora ciepła

typu Ljungstroem

Autotermia

• Wykorzystanie ciepła generowanego przez egzotermiczną

reakcję chemiczną do podgrzania płynu na wlocie reaktora do

temperatury niezbędnej dla przebiegu reakcji nazywamy

autotermią.

• Układ wymiany ciepła w którym gorące medium po reaktorze

oddaje ciepło strumieniowi płynu wpływającego do reaktora

nazywamy autotermicznym.

Wymiennik

ciepła

Reaktor

T

1

T

2

T

3

T

4

Uproszczony schemat autotermicznego odzysku ciepła reakcji

Regenerator ciepła

i reaktor katalityczny z

regeneracją ciepła

Urządzenie do termicznego rozkładu metanu

parą wodną

katalizator

inert

wylot

wlot

zanieczyszczonego

gazu

paliwo

zawór przełączający

katalizator

inert

wylot

wlot

zanieczyszczonego

gazu

paliwo

zawór przełączający

Katalityczne spalanie

zanieczyszczeń

z regeneracyjnym, autotermicznym

odzyskiem ciepła

Katalityczne odsiarczanie gazów z

produkcją kwasu siarkowego

Gazy odlotowe z różnych

procesów (w tym np.
spaliny kotłowe) często
zawierają znaczne ilości
wilgoci (H

2

O)! Wówczas

tylko metoda kondensacji
zapewnia handlowe
stężenie kwasu siarkowego

Autotermię uzyskuje się

bez trudności stosując

zewnętrzne płaszczowo-

rurowe wymienniki ciepła

W tym zakresie autotermię

można uzyskać stosując

regeneracyjną wymianę ciepła

Reaktory z rewersją przepływu

(reaktory rewersyjne ang.: reverse flow

reactors)

Inert

Inert

Katalizator

Wlot

Inert

Inert

Katalizator

Wlot

Inert

Inert

Katalizator

Wlot

To jest to samo, tylko inaczej

narysowane !

katalizator

inert

wylot

wlot

zanieczyszczonego

gazu

paliwo

zawór przełączający

katalizator

inert

wylot

wlot

zanieczyszczonego

gazu

paliwo

zawór przełączający

Inert

Inert

Katalizator

Wlot

Kształtowanie się ”fali cieplnej” w

reaktorze rewersyjnym

Ukształtowana „fala cieplna” w cyklicznym

stanie ustalonym reaktora

l [m]

INERT

INERT

KATALIZATOR

t

1

t

2

t

3

t

1

T [K]

T

max

t

2

t

3

t

4

t

4

T

wlot

T

zap



T

ad

Warianty reaktorów rewersyjnych

a) bez sekcji wypełnionych materiałem nieaktywnym (inertem)

Wlot

Katalizator

Wylot

b) z sekcjami inertu i wymiennikiem do odbioru ciepła

Warianty reaktorów rewersyjnych

Wym. ciepła

Katalizator

Katalizator

Inert

Wlot

Wylot

Inert

Warianty reaktorów rewersyjnych

c)

z odpływem gorącego gazu

(z zewnętrznym wymiennikiem ciepła)

Inert

Wlot

Wylot

Wym.

ciepła

Wylot

Odpływ do

30%

gazu

Inert

Katalizator

Katalizator

Warianty reaktorów rewersyjnych

d) bez katalizatora (reakcja homogeniczna)

z wewnętrznym wymiennikiem do odbioru ciepła

Wylot

Wlot

Inert

Wym.

ciepła

Inert

• bez katalizatora (reakcja

homogeniczna) z zewnętrznym

wymiennikiem do odbioru ciepła

Inert

Wlot

Wylot

Wym.

ciepła

Wylot

Odpływ do

30%

gazu

Inert

Warianty reaktorów rewersyjnych

Obrotowy katalityczny reaktor z

regeneracją ciepła

Wymiennik

ciepła

Reaktor

T

1

T

2

T

3

T

4

Uklad autotermiczny z zewnetrznym wymiennikiem ciepla

Wymiennik

ciepła

Reaktor

T

1

T

2

T

3

T

4

Uklad autotermiczny z zewnetrznym wymiennikiem ciepla

zewnętrznym

Dlaczego w reaktorach rewersyjnych

łatwiej jest uzyskać autotermię niż w

układzie z zewnętrznym

wymiennikiem ciepła?

 Tajemnica

lepszych

warunków

autotermii

w układach z rewersyjnych z regeneracją ciepła polega na

znacznym

ograniczeniu

strat

ciepła

w układzie.

Inert

Inert

Katalizator

Wlot

Wyprowadzanie gorących strumieni

na zewnątrz układu reakcyjnego

powoduje duże straty ciepła

do otoczenia

Zintegrowanie układu reakcji

w jednym aparacie z regeneracyjną

wymianą ciepła znacznie

ogranicza straty ciepła

do otoczenia

Zastosowania reaktorów

rewersyjnych w ochronie

środowiska

• Katalityczne utlenianie SO

2

;

• Spalanie

lotnych

związków

organicznych;

• Katalityczna redukcja NO

x

;

• Katalityczne

i

niekatalityczne

(termiczne)

spalanie

metanu

z

górniczych gazów wentylacyjnych.

Reaktory przeciwprądowe jako inny przykład

rozwiązania zintegrowanego układu

autotermicznego

• Medium reakcyjne płynie przeciwprądowo w reaktorze, który stanowi jednocześnie przeciwprądowy

wymiennik

ciepła

i

reaktor

(w górnej części wypełniony katalizatorem).

• Rozwiązanie takie posiada zalety zbliżone do reaktora rewersyjnego, jednak bez konieczności

stosowania cyklicznego przełączania kierunku przepływu.

Konstrukcja
płytowa
przeciw-
prądowego
reaktora
(reformera)