Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа

О П ИЗО Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ЗОРС) Дополиител 22)Заявлен 02 с п исое ииеиие П квинтет ударстееннь СССР делаю язобратеннй н открытия.А.Лавриненко В. Н, Царенко, Н. ИЛ, Л. Бродский, В.и С. А. Залесс А. ф. Жовмир Гй яжкоро ондаре 72) Авторы изобретения нститут газа АН Украинской С 71) Заявите СТРОйСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА 1Изобретение относится к хранениям сельскохозяйственных продуктов, напоимер плодов, овощей, винограда, зерна и т.д в регулируемой газовой среде с пониженным содержанием кисло 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, содержащимся в газовой среде, хранилища, состоящий из камеры для смешения углеводородного, топлива с газовой средой, электроподогревателя инасадки катализатора, водяной скруббер, предназначенный для охлаждения газовой среды до заданных параметров перед подачей ее в камерухранения г 1 1.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому техническому решению является устройство длярегулирования содержания кислорода иуглекислого газа в хранилищах, которое содержит последовательно соединенные в замкнутый контур хранилищегенератор-хранилище вытяжной вентилятор, нагреватель, каталитическийреактор, к верхней части которогоподсоединен трубопровод подачи топлива, адсорберы с расположенными дои после них соответственнопервым и 20 вторым переключателями потоков, вен.тилятор и водяной скруббер.Вытяжной вентилятор, соединенныйсвоим всасывающим патрубком с храни. лищем, а нагнетающим патрубком - снагревателем, предназначен для циркуляции газовой среды по замкнутомуконтуру хранилище-генератор-хранилище. Нагреватель, установленный после вентилятора, предназначен для подогрева газовой среды от 4 до 300 Сперед подачей ее в реактор. Выходной патрубок нагревателя связан скаталитическим реактором трубопроводом, на котором установлен узел вводатоплива, поступающего по газопроводу, в пото, подогретой газовой среды.Каталитический реактор представляетсобой емкость с расположенной в нижней части решеткой и сеткой, которая засыпана гранулированяым катализатором, предназначенным для каталитического окисления углеводородноготопЛива кислородом, содержащимся в 20газовой среде. Емкость имеет верхнюю и нижнюю.крышки, на которых расположены соответственно подводящийи отводящий, патрубки реактора, Отводящий патрубок реактора соединен 25трубопроводом с кожухотрубчатым теп .лообменником, в трубном пространствекоторого продукты каталитическогоокисления охлаждают водой, протекающей в межтрубном пространстве теплообменника.Выходной патрубок теплообменникапо ходу газовой среды связан трубопроводом с блоком адсорбции.блок адсорбции состоит из двухадсорберов, двух переключателй газовых потоков, расположенных на входеи выходе блока адсорбции, вентилятора и подогревателя воздуха. Первый четырехходовой переключатель газовых потоков, расположенный на входе в блок адсорбции, соединен своимибоковыми патрубками с нижними частями адсорберов, верхним патрубком -с атмосферой, нижним патрубком " степлообменником. Второй четырехходовой переключатель газовых потоков,расположенный на выходе из блокаадсорбции, своими боровыми патрубками соединен с верхними частями ад 50сорберов, нижним патрубком - с подогревателем воздуха, верхним - с водяным скруббером,Поворотная заслонка в четырехходовом переключателе газовых потоков имеет два фиксированных взаимно перпендикулярнйхположения, При расположении поворотных заслонок в 3 4одном из фиксированных положений газовая среда будет поступать через пер. вый 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 засблонок на угол 90 происходит переключение подачи воздуха и газовой сре. ;ды в адсорберы. В отрегенерированный адсорбер поступает газовая среда, а в насыщенный углекислым газом- подогретый 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 средехранилища.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 определяется термической стойкостью катализатора, Поэтому увеличение расхода сжигаемого топлива в известном устройстве влечет за собой увеличение количества циркулирующей газовой сре- З ды. При этом увеличивается тепловой поток на ее подогрев, мощность вентилятора, диаметр циркуляционных трубопроводов, диаметр и объем насадки адсорберов для поглощения углекисло го газа, так как в процессе сорбции, необходимо соблюдать вполне определенную скорость газовой среды, проходящей через адсорбер, величина которой не должна превышать допустимую. 13В 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 циркулирующей газовой среды, подаваемой на каталитический реактор, до 300 С,Это приводит к увеличению удельного расхода энергии на единицу хранимой продукции, габаритов: и веса уст ройства, цто снижает в итоге эффективность хранения сельскохозяйственной продукции в регулируемой газовойсреде.Целью изобретения является увели- з чение скорости регулирования содержания кислорода и углекислого газа в газовой среде и снижение удельных энергетических затрат.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 регулирования содержания кислорода и углекислого газа.В 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 цетырехходового переключателя 5 газовых потоков, предназначенного для распределения потсков газовой среды и подогретого воздуха подаваемых в блок адсорбции. Боковые патрубки 6 и 7 переключателя га зовых потоков 5 соединены с нижней частью адсорберов 8 и 9 а верх" ний патрубок 10 - с межтрубным и,.,остранством 11 рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника 12 поредством трубопровода 13. Боковые 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 26Ъ 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 реактором 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 ротаметры 37, 38 и 39, связанные соответственно со смесительными камерами 27 и 26 и верхней частью реактора 30. Ниж. няя масть 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 подачиводы 43, а нижняя цасть - с трубопроводом отвода воды 44 из скруббеУстройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа работает следующим образом,Охгажденную в хранилище 1 газовую среду с пониженным содержанием кислорода и повышенным " углекислогогаза и азота забирают вентилятором2 и подают по трубопроводу 3 черезнижний 4 и боковой 6 патрубки переключателя газовых фпотоков 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, нагнетаютвентилятором 35, нагревают в межтрубном пространстве 11 теплообменника 12 продуктами каталитического окисления топлива, проходящими в трубном пространстве 3 Ч теплоооменника 12, до 300 С и подают по труобопроводу 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 цасти адсорбера 8 газовую среду, освобожденную от СО, через боковой 14 и верхний 18 патрубк 1; переклюцателя газовых потоков 16 по трубопроводу 20 подают в нагреватель 19 и коллектор 21.Перевод ад".орберов из режима сорбции в режим ч енерации осуществляют поворотом заслонок переключателей газовых потоков 5 и 16 на угол 90Тогда газовую среду подают по трубопроводу 3 через нижний 4 и боковой7 патрубки первого переключателя 5газовых потоков, адсорбер 9, боко-.вой 15 и верхний 18 патрубки второгопереключателя 16 газовых потоков, авоздух подают по трубопроводу 13 через верхний 10 и боковой 6 патрубки 16 первого переключателя газовых потоков 5, адсорбер 9, боковой 14 и нижний 17 патрубки второго переключателя газовых потоков 16 и выводят ватмосФеру.И Часть газовой среды, поступающейв нагреватель 19, нагревают до 300 Си подают по трубопроводу 28 черезвентиль 29 в верхнюю часть реактора30. Количество подаваемой в нагрева тель 19 газовой среды, которое составляет приблизительно 25 от общего. количества циркулирующей по замкнутому контуру хранилище"генератор-хранилище газовой среды, регулируют 2 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 щ секцию 31, засыпанную гранулированнымалюмохромовым катализатором в которой происходит каталитическое окисление углеводородного топлива кислородом, содержащимся в циркулирующейгазовой среде, В результате экэотермической реакции окисления топливавыделяется большое количество тепловой энергии, которое нагревает продукты катализата и катализатор доо600 С, Подаваемые из секции 31 продукты каталитического окисления топлива охлаждают в смесительной камере 26 до 300 С газовой средой,. поступающей по трубопроводу 22 черезвентиль 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 углеводородноготоплива кислородом, содержащимся вциркулирующей газовой среде, Количество подаваемой в смесительнуюкамеру 26 газовой среды, которое составфф ляет приблизительно 25 общего количества циркулирующей по замкнутому,контуру газовой среды, регулируютвентилем 24. Нагретые в результате9 967553 . 10экзотермической реакции до темпера- лища, снизить удельный расход теплотуры 600 С продукты каталитическо- вой энергии на 1 т хранимой продукцииго окисления подают в смесительную и снизить удельные эксплуатационныекамеру 27, охлаждают газовой средой, расходы на 1 т хранимой продукции запоступающей по трубопроводу 23 черезсезон хранения.вентиль, 25, до температуры 300 С,смешивают с углеводородным топливом, Применение предлагаемого устройст.поступающим по трубопроводу 36 через ва позволит значительно повысить э 6 ротаметр 37, и направляют в секцию Фсктивность хранения сельскохозяйст 33, засыпанную гранулированным ка О венной продукции в регулируемой гатализатором, в которой происходит ка- зовой среде.талитическое окисление углеводородного топлива кислородом, содержащим".ся в циркулирующей газовой среде. Ко- : Формула изобретенияличество подаваемой в смесительную ка меру 27 газовой среды, которое со- Устройство для регулирования со"ставляет приблизительно 503 общего держания кислорода и углекислого га"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 подсоединенчос температурои 600 С охлаждают в труб- трубопровод подачи топлива, адсорбеном пространстве 34 теплообменника 12 ры с расположенными до и после нихвоздухом, проходящим в межтрубном соответственно первым и вторым пепространстве 11., и по трубопроводу 40 реключателями потоков, вентилятор иподают в водяной скруббер 41, где про.2 з водяной скруббер, о т л и ч а ю щ едукты катализа охлаждают и увлажняют е с я тем что, с целью увеличенияводой, подаваемой по трубопроводу 43. скорости регулирования содержанияОхлажденную 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 щ гетических затрат, каталитическийиз 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 Ои СО щенным на выходе реактора теплообменработу устройства прекращают. При от- ником, причем трубопровод подачи топ-3клонении концентраций О и СО в ат- лива связан со смесительными камерамосфере хранилища от заданных значе- ми, а нагреватель соединен со вторымчнии состав атмосферы периодически кор- переключателем потоков и связан сосмесительными камерами посредствомОдним из преимуществ предлагаемого колллектора, при этом теплообменникустройства по сравнению с известным соединен с водяным скруббером и пер-.является то, что устройство, рабо- вым переключателем потоков, которыйтающее по предлагаемой схеме, легко связан с вытяжным вентилятором.поддается автоматизации. Кроме того,при одних и тех же количествах цирИсточники информации,43кулирующей газовой среды и удельных принятые во внимание при экспеотизерасходах пропана на 1 т хранимой продукции за сезон хранения применение . 1. Патент США Ю 3313631,предлагаемого устройства позволяет кл. 99-271, 1967.увеличить емкость обслуживаемого хра. Тяжкороб А. Ф. и др. Рециркунилища и скорость регулирования кон- ляционный генератор РТГС. Киевцентраций 0 и СОл в атмосФере храни- "Реклама", 1977.967553 Составитель А. Сидоровнько Техред А. Бабинец Корректор С едактор ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна аказ 7952/14 ТиРаж 734ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и откр113035, Москва, Ж, Раушска Подписноеета СССРтийя наб д. 4/