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)