Способ регулирования содержания кислорода и углекислого газа в атмосфере хранилища сельскохозяйственной продукции

Патент 858713

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

(n)858713

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВИ ВТЕЛЬСТВУ

Семз Севетсжии

Социааистичесник

Респубвик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(51)М. Кл. (22) Заявлено 140380 (2I ) 2896814/30-15 с присоединением заявки ЙоA 23 В 7/148//

A 01 F 25/22

Государственный комитет.

СССР во делам изобретений и открытий (23) Приоритет(53) УД (631 ° 563 (088. 8) Опубликовано 300881 Бюллетень 149 32

Дата опубликования описания 300881 (72) Авторы изобретения

А.Ф.Тяжкороб и В.Н.Царенко (71) Заявитель

Институт газа AH Украинской ССР (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ. КИСЛОРОДА

И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В АТМОСФЕРЕ ХРАНИЛИЩА

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОИ ПРОДУКЦИИ

Изобретение относится к сельскому хозяйству и пищевой промышленности и может использоваться для хранения сельскохозяйственной продукции в регулируемой газовой среде.

Известен способ регулирования содзржания кислорода и углекислого газа в хранилищах путем глубокого каталитического окисления углеводородного технологического топлива в цир-. кулирующей по замкнутому контуру га-. зовой среде с последующей очисткой ее от избыточного количества углекислого газа. В известном способе газовая среда, подаваемая вентилятором 15 из хранилища, смешивается с углеводородным технологическим топливом и одогревается до температуры, обеспечивающей процесс каталитической реакции. Подогрев осуществляется элект- 20 ронагревателями или рекуперативными газовыми подогревателями ° Подогретая газовая среда с технологическим топливом поступает в реактор, где осуществляется глубокое окисление угле- 2$ водородов кислородом, содержащимся в циркулирующей газовой среде, до углекислого газа и водяных паров. Gpoдукты катализа затем охлаждаются, в результате основная часть водяных 30 паров удаляется, а углекислый газ полностью или частично поглощается сорбентами. Охлажденная газовая среда с определенными концентрациями кислорода, углекислого газа и азота возвращается в храниЛище. В процессе работы содержание кислорода в замкнутой системе, а значит, и в хранилище, уменьшается, а углекислого .газа и азота повышается (1).

Однако известный способ не позволяет использовать углеводородное топливо с высоким КПД.

Известен способ регулирования содержания кислорода и углекислого газа в атмосфере хранилища для Фруктов, включающий смешение газовой среды, циркулирующей по замкнутому контуру, с технологическим топливом, каталитическое окисление технологического топлива и последующую очистку газовой среды от избытка углекислого газа. В известном способе смесь газо- вой среды с технологическим топливом подогревают перед реактором до температуры 350 С, обеспечивающей процесс каталитической реакции. Нагрев осуществляется рекуперативно путем теплообмена через стенку между продуктами пламенного сгорания энерге858713 тического топлива и газовой средой, циркулирующей через реактор. Продукты сгорания, нагревая реактор, сбрасываются в атмосферу. При циркуляции через реактор нагретой до.350 С смеси r. зовой среды с технологическим топливом последнее полностью окисля5 ется на катализаторе кислородом с образованием углекислого газа и водяных паров. Экзотермическая реакция окисления технологического топлива на катализаторе повышает температуру газовой среды на выходе из реактора до 600ОС, После реактора продукты катализа охлаждаются водой и сконденсированная влага удаляется из системы. Избыточное количество СО поглоща-l5 ется затем сорбентами из газовой среды и азотно-кислородная смесь поступает в хранилище. Процессы каталитического окисления технологического топлива и сорбции углекислого газа ;ф дают возможность регулировать содержание О и СО в атмосфере хранилища (2) .

Однако известный способ не позволяет с высокой эффективностью использовать углеводородное топливо для подогрева газовой среды перед реактором и регулирования концентрации кислорода и углекислого газа в хранили.ще. Это обусловлено тем, что рекуперативный способ нагрева имеет низкий

КПД, который составляет от 30 до 50% вследствие больших потерь тепла с уходящими газами. Так, в известном способе продукты сгорания энергетического топлива, нагревая реактор, сбрасываются затем в атмосферу при температуре свыше 350 С, Пламенное сжигание энергетического топлива с коэффициентом расхода воэдуха, близким к единице, является вследствие 49 несовершенства газогорелочных устройств источником образования вредных примесей, например СО, загрязняющих воздушный бассейн. Каталитическое окисление технологического топ- 4 лива в циркулирующей по замкнутому контуру газовой среде с удалением иэ системы водяных паров и углекислого газа приводит, как это следует при рассмотрении химической реакции к О тому, что объем газовой среды, поступающей иэ хранилища, больше количества возвращаемой в него газовой смеси. Количество воздуха, поступаю.щего в хранилище, составляет 5 м /ч на 1 м /ч каталитически окисляемо.го технологического топлива (пропана} в газовой среде,.что снижает скорость регулирования. содержания кислорода и углекислого газа в хранилище. Это в конечном счете приводит к ф) высокому расходу энергии на подогрев газовой среды перед реактором, заг-: рязнению окружающего воздуха вредны.ми примесями, снижению скорости регулирования концентрации кислорода g$ и углекислого газа в хранилище и эффективности способа в целом.

Цель изобретения вЂ” повышение скорости регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилище, снижение энергозатрат и защита атмосферного воздуха от загрязнений.

Укаэанная цель достигается тем, что перед смешением газовой среды с технологическим топливом осуществляют смешение ее с продуктами сгорания энергетического топлива, после чего образовавшуюся смесь подают на каталитическое окисление.

На чертеже представлена схема регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилище по предлагаемому способу.

Способ осуществляется следующим образом.

Газовая среда из хранилища 1 забирается вентилятором 2 и поступает при температуре хранения в верхнюю часть смесителя 3. При этом воздух от вентилятора 4 по трубопроводу 5 и энергетическое топливо, например пропан, по газопроводу через ротаметр 6 подают в гаэогорелочное устройство 7, в котором гаэовоэдушная смесь пламенно сгорает с коэффициентом расхода воз-. духа равным единице.

На выходе из газогорелочного устройства продукты сгорания энергетического топлива,.содержащие 0% кислорода, 13% углекислого газа и 86,2% азота, при высокой температуре смешиваются с газовой средой и подогревают ее до 350 С, обеспечивающей процесс каталитической реакции. Смешение продуктов сгорания энергетического топлива с циркулирующей газовой средой позволяет повысить до 85-909 КПД подогревателя и компенсировать потери газовой среды хранилища средой, не содержащей кисгорода и имеющей повышенные концентрации углекислого газа и азота. Это дает. воэможность повысить эффективность подогрева газовой среды и скорость регулирования состава атмосферы в хранилище.

Сжигание энергетического топлива с коэффициентом расхода воздуха равным единице и несовершенство газогорелочного устройства обусловливает также присутствие в продуктах сгорания энергетического топлива окиси углерода. Однако дальнейшее смешение продуктов сгорания с газовой средой, циркулирующей через реактор, позволяет окислить СО до СО на катализаторе и исключить загрязнение воздушного бассейна вредными примесями. .Подогретая газовая среда смешивается затей с технологическим топливом, поступающим по газопроводу через ротаметр 8, и подается в реактор 9, заполненный гранулированным катализатором. При 350 С в реакторе осуществляется глубокое окисление технологи658713 ческого топлива кислородом, содержа. щимся в циркулирующей по замкнутому контуру газовой среде, что приводит к снижению содержания О и повышению содержания СО и азота в хранилище.

В результате экзотермической реакции температура продуктов катализа достигает 600 С.

После реактора газовая среда охлаждается в скруббере 10 водой, поступающей по трубопроводу 11.

Охлажденная газовая среда через клапан 12 подается в нижнюю часть правого адсорбера 13, в котором производится поглощение избыточного количества углекислого газа гранулированиым сорбентом. После очистки газовая сре- 15 да из правого адсорбера через клапан

14 поступает в хранилище. Адсорберы

13 и 15 работают. периодически. В.то время, когда правый адсорбер 13 ра6отает в режиме очистки, левый адсор- 20 бер вЂ” в режиме регенерации сорбентов.

Регенерация производится воздухом, который нагнетается вентилятором 4 по трубопроводу 16 через клапан 14 в .верхнюю часть левого адсорбера. При прохождении воздуха через слой сорбента он десорбирует углекислый газ.

Смесь воздуха с СО> удаляется из левого адсорбера 15 в атмосферу через клапан 12. После насьнаения СО и регенерации сорбентов соответственно в адсорберах 13 и 15 клапаны 12 и 14 занимают при повороте на 90О новое положение, при котором правый адсор-. бер 13 работает в режиме регенерации, а левый 15 вЂ” в режиме сорбции СО1.

Переключение клапанов 12 и 14 производится автоматически при достижении в хранилище 1 заданной концентрации углекислого газа.

При достижении в хранилище 1 тре- 40 буемых концентраций О и СО процесс каталитического окисления в реакторе

9 и пламенного сгорания в газогорелочном устройстве 7 энергетического топлива, а также очистки газовой сре- 4 ды в адсорберах 13 и 15 от избыточного количества СО прекращается. При отклонении концентраций О и СО в атмосфере хранилища от технологических значений состав ее периодически,О восстанавливается .

O p и м е р . Газовая среда в количестве 400 м /ч, имеющая концентрацию кислорода около 21%, иэ хранилища 1 забирается вентилятором 2 и подается в смеситель 3. С помощью вентилятора 4 53,3 M3/ч атмосферного воздуха по трубопроводу 5 подается в газогорелочное устройство 7, где происходит сжигание энергетического пропана, поступалияего по,.трубопрово» ду 6 в количестве 2,24 м /ч, с коэф- . фициецтом избытка воздуха < 1.„0, .

Газовая среда, имеющая температуру

20 С, смешиваясь в смесителе 3 с продуктами сгорания энергетического поопана, нагревается до температуры

300 С, обеспечивающей процесс каталитического окисления технологического пропана. При этом тепловой поток, необходимый для подогрева газовой среды, составляет 47227 Вт, потери тепла в окружающую среду принимают равными 15% от теплового потока.

При этом расход энергетического пропана в два раза ниже, чем в известном способе.

При 300 С к смеси газовой среды с продуктами сгорания энергетического пропана добавляется 1,6 м /ч технологического пропана, поступающего по трубопроводу 8, после чего эта смесь подается в реактор 9, где происходит каталитическое окисление тех-. нологического пропана кислородом, содержащимся в циркулирующей газовой среде. После реактора продукты катализа охлаждаются водой в скруббере о

10 до 20 С и через клапан 12 поступа« ют в правый 13 или левый 15 адсорбер.

После охлаждения и увлажнения газовая среда возвращается в хранилище 1.

Процесс осуществляется до тех пор, пока концентрация кислорода в газовой среде не достигнет заданной (ЗВ) .

В таблице приведены результаты сопоставительного анализа данных,полученных известным и предлагаемым способом.

Из таблицы видно, что для каМеры емкостью 100 т время, необходимое для формирования заданной концентрации кислорода в газовой среде храни- лища, составляет 4,94 ч, ч;о на

26,6% меньше по сравнению с известным способом. Это позволяет обслуживать хранилище емкостью 6400 т,: что на 1000 т больше по сравнению с известным способом. Скорость регулирования концентрации кислорода в газовой среде хранилища в предлагаемом способе увеличивается íà 34% и составляет 3,64% ч.

Удельный расход пропана на тонну продукции за сезон хранения равный

240 сут составляет 3,45 МЭ/т, что в 2,3 раза ниже по сравнению с известным способом. Эффективность подогрева газовой среды в предлагаемом способе увеличивается на 53% по сравнению с известным.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет снизить загрязнение окружающей среды продуктами сгорания углеводородного топлива.

858713

400

1 6

1,6

3,00

300

47277

Срок хранения, сут

240

2,24

5,92

6,75

4,94

5400

6400

2;66

3,64

85,00

31,65

3, 456

8,020

Формула изобретения

Расход газовой среды, м /ч

Расход технологического пропана, мэ/ч

Температура подогрева газовой среды, оС

Тепловой поток, необходимый для подогрева газовой среды, Вт

Заданная концентрация кислорода в хранилище, В

Потери тепла в окружающую среду при подогреве газовой среды, Ъ

Расход энергетического пропана, м /ч

Время формирования заданной концентрации кислорода в газовой среде хранилища, ч

Емкость обслуживаемого хранилища, т

Скорость регулирования концентрации кислорода в газовой среде хранилища, %/ч

Эффективность подогрева газовой среды (КПД) до температуры, обеспечивающей процесс окисления технологического пропана,.Ъ

Удельный расход пропана на тонну продукции эа сезон хранения, и /т

Способ регулирования содержания кислорода и углекислого газа в атмосфере хранилища сельскохозяйственной продукции, включающий смешение газовой среды, циркулирующей по замкнутому контуру, с технологическим топливом, каталитическое окисление технологического тойлива и последующую очистку гBÇQBoA среды от избытка углексилого газа, о л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения ско рости. регулирования содержания кислорода.и углекислого газа в хранилище, снижения энергозатрат и защиты атмосферного воздуха от загрязнений, перед смешением газовой среды с тех49 нологическим топливом осуществляют смешение ее с продуктами сгорания энергетического топлива, после чего образовавшуюся смесь подают на каталитическое окисление.

858713

Составитель Л.Квардакова

Редактор М.Ткач Техред М. Голинка Корректор Ю. Макаренко

Заказ 7384/7 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тяжкороб .Ф., Коваленко В.В., Волкинд И.Л. и Бондарев В.И. 1 азообмен фруктохранилищ с регулируемой 5 газовой средой, создаваемый генератором рециркуляционного типа.- Труды

Гипронисельпрома Êóëüòèâàöèoííûå сооружения и здания для хранения и переработки плодов и овощей ° М., Стройиздат., 1974, с. 229-232.

2. Патент Швейцарии Р 468793, кл. А 23 В 7/00, 1967 (прототип) .