Zařízení pro zneškodňování odpadních plynů katalytickou oxidací
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato práce se zabývá návrhem zařízení pro odstraňování těkavých organických látek (VOC) a oxidu uhelnatého (CO) metodou katalytické oxidace a volbou vhodných technologických podmínek pro tuto technologii. Úvod práce je věnován seznámení se s problematikou katalytické oxidace, používaných katalyzátorů, nosičů katalyzátorů a jejich aktivních složek. Jsou nastíněny výhody a nevýhody využití katalytické oxidace proti termickému zpracování a shrnuty aktuálně platné legislativní podmínky pro emise VOC a CO. V další části práce je uveden základní matematický aparát a rešerše dostupných poznatků pro model katalytického reaktoru. Předložený vypracovaný kinetický model uvažuje kontinuální reaktor s pístovým tokem plynu a adiabatickým ohřevem oxidačními reakcemi s korekcí na teplotní ztráty reaktoru. Další kapitola pojednává o návrhu nového prototypu poloprovozní jednotky katalytické oxidace (tj. reaktoru vč. periferií) primárně určeného pro monolitické katalyzátory a sypané katalyzátory formou pevného lože. Podkladem pro konstrukční návrh a dimenzování zařízení jsou materiálové a energetické bilance v programu ChemCAD pro různé plánované použití jednotky, z kterých byly definovány okrajové podmínky provozních parametrů jednotky. Poloprovozní jednotka byla navrhnuta a postavena, byla otestována její základní funkčnost a následně bylo získáno rozsáhlé množství experimentálních dat nejenom pro kinetický model reaktoru. Výsledky modelu pro katalytické spalování byly v dobré shodě s naměřenými výsledky. V další části práce jsou uvedeny dvě případové studie využití katalytické oxidace pro chemický průmysl, konkrétně byla řešena změna režimu nekatalytického spalování odplynů z chemické výroby závodů firmy Momentive Speciality Chemicals v Sokolově a v závodě téže firmy v Leuna (Německo) na katalytický proces. Tyto případové studie přinesly mnoho cenných experimentálních a technologických poznatků z dlouhodobých poloprovozních testů i ověření návrhové koncepce, díky kterým bylo později možné navrhnout pilotní jednotku odstranění polutantů v prostorech NETME Centra a mimo jiné i ekonomicky zhodnotit provozní použití katalytické oxidace pro čištění odpadních plynů v porovnání s klasickým spalováním odpadních plynů na dvou zcela odlišných konkrétních případech. Tyto informace byly cenné a nutné z hlediska ověření předpokladů teoretické části práce na zcela konkrétních podmínkách dvou různých průmyslových výrob. Dle získaných praktických zkušeností a teoretických poznatků byly vypracovány zásady pro navrhování zařízení pro odstraňování VOC a CO v průmyslu.
This thesis deals with the design of the equipment and documentation for the design of equipment for the removal of volatile organic compounds (VOC) and carbon monoxide (CO) by catalytic oxidation and the selection of appropriate technological conditions for this technology. Introduction is devoted to familiarization with the field of the catalytic oxidation, used catalysts, catalyst supports and their active components. Advantages and disadvantages of the use of catalytic oxidation versus thermal incineration are outlined and currently applicable legislative terms for VOC and CO emissions are listed. In the next part of the thesis the fundamental mathematical tools and research findings available for catalytic reactor model designed primarily for monolithic catalysts are summarized. Presented kinetic model considers continuous reactor with plug flow of gas and adiabatic heating by oxidation reactions corrected for the heat loss of the reactor. The next chapter discusses the design of the new prototype of the catalytic oxidation pilot plant (i.e. the reactor incl. peripherals) primarily intended for monolithic catalysts and bulk catalysts in the form of the fixed bed. The basis for the design and sizing are material and energy balances in the ChemCAD for different intended use of the unit, from which boundary conditions of the unit operating parameters arises. Pilot plant has been designed and built, functionality tests was scheduled also with consecutive obtaining of experimental data not only for the reactor kinetic model. Results of the model for the catalytic combustion were in good agreement with measured data. The next part includes two industrial case studies of the catalytic oxidation process usage for the chemical industry. In particular it was dealt with a replacement of the non-catalytic combustion for the catalytic for VOC abatement from chemical production plants off-gas streams of the company Momentive Specialty Chemicals in Sokolov and German city Leuna. These case studies have brought many valuable experimental and technological knowledge from long-term pilot tests and also verification of design concept, thanks to which it was later possible to design a pilot unit for removal of pollutants in premises of NETME Centre and among other to economically evaluate the usage of catalytic oxidation for the off gas cleaning, in comparison with traditional combustion, in two completely different individual cases. This information was valuable and necessary for the verification of theoretical assumptions of the thesis on specific conditions of two different industrial productions. Based on acquired practical experience and theoretical background, guidelines for designing of devices for VOC and CO removal in the industry were developed.
This thesis deals with the design of the equipment and documentation for the design of equipment for the removal of volatile organic compounds (VOC) and carbon monoxide (CO) by catalytic oxidation and the selection of appropriate technological conditions for this technology. Introduction is devoted to familiarization with the field of the catalytic oxidation, used catalysts, catalyst supports and their active components. Advantages and disadvantages of the use of catalytic oxidation versus thermal incineration are outlined and currently applicable legislative terms for VOC and CO emissions are listed. In the next part of the thesis the fundamental mathematical tools and research findings available for catalytic reactor model designed primarily for monolithic catalysts are summarized. Presented kinetic model considers continuous reactor with plug flow of gas and adiabatic heating by oxidation reactions corrected for the heat loss of the reactor. The next chapter discusses the design of the new prototype of the catalytic oxidation pilot plant (i.e. the reactor incl. peripherals) primarily intended for monolithic catalysts and bulk catalysts in the form of the fixed bed. The basis for the design and sizing are material and energy balances in the ChemCAD for different intended use of the unit, from which boundary conditions of the unit operating parameters arises. Pilot plant has been designed and built, functionality tests was scheduled also with consecutive obtaining of experimental data not only for the reactor kinetic model. Results of the model for the catalytic combustion were in good agreement with measured data. The next part includes two industrial case studies of the catalytic oxidation process usage for the chemical industry. In particular it was dealt with a replacement of the non-catalytic combustion for the catalytic for VOC abatement from chemical production plants off-gas streams of the company Momentive Specialty Chemicals in Sokolov and German city Leuna. These case studies have brought many valuable experimental and technological knowledge from long-term pilot tests and also verification of design concept, thanks to which it was later possible to design a pilot unit for removal of pollutants in premises of NETME Centre and among other to economically evaluate the usage of catalytic oxidation for the off gas cleaning, in comparison with traditional combustion, in two completely different individual cases. This information was valuable and necessary for the verification of theoretical assumptions of the thesis on specific conditions of two different industrial productions. Based on acquired practical experience and theoretical background, guidelines for designing of devices for VOC and CO removal in the industry were developed.
Description
Citation
BRUMMER, V. Zařízení pro zneškodňování odpadních plynů katalytickou oxidací [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2017.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. (předseda)
Ing. Jan Martinec, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Leštinský, Ph.D. (člen)
Ing. Miloslav Odstrčil, CSc. (člen)
RNDr. Petr Žaloudík, CSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. (člen)
Date of acceptance
2017-06-22
Defence
Jedná se o velmi kvalitní práci s vyváženým poměrem experimentální a teoretické činnosti. Autor prokázal schopnost aplikovat výsledky kvalitní vědecké práce, založené na publikacích na mezinárodní úrovni, užitých vzorech a praktických aplikacích za účelem zpětné vyzby na další výzkumnou činnost, na řešení předmětné problematiky.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení