1. Назначение испытательного стенда
Испытательный стенд предназначен для изучения деятельности вновь создаваемых и внедряемых компанией каталитических систем. Стенд обеспечит испытания катализаторов в виде порошков (фракция 0,2 мм и более), гранул (экструдатов) и сотовых блоков для таких процессов, как разложение закиси азота и селективное восстановление оксидов азота.
2. Общий план
Испытательный стенд должен состоять из следующих основных блоков:
- Блок управления;
- Блок приготовления реакционной смеси;
- Реакторный блок;
- Анализатор состава газовой фазы (предоставляется Заказчиком);
3. Блок управления
Формирует управляющие сигналы и задания для: расходомеров газа, подогревателя газового потока, реактора, анализатора состава газовой фазы, регулятора расхода воды и пароперегревателя пара. Собирает данные с преобразователей давления и температуры, расходомеров газа и воды, счетчика газа, датчика влажности воздуха, анализатора состава газовой фазы.
Управление процессом, происходящим в реакторном блоке, должно осуществляться путем ввода параметров в цифровой форме в блоки управления отдельных блоков с помощью единого аппаратно-программного комплекса.
Управление процессом, происходящим в реакторном блоке, должно осуществляться путем ввода параметров в цифровой форме в блоки управления отдельных блоков с помощью единого аппаратно-программного комплекса. Все параметры и их изменения во времени должны регистрироваться автоматически; интервал сбора данных задается пользователем. Собранные данные должны быть представлены в цифровых файлах в табличной форме. Пользователь должен иметь возможность изменять внешний вид таблицы отчета (расположение компонентов в таблице, символы-разделители), возможность экспорта файла в форматы «csv», «txt» и «txt». форматы.
Система управления выполняет также защитную функцию. Перед началом эксперимента с загруженным катализатором и полностью собранной системой необходимо герметизировать стенд избыточным давлением с целью определения негерметичности газового тракта стенда; давление и продолжительность теста задаются пользователем. Пользователь управляет процессом опрессовки на основе показаний прибора и данных, отображаемых системой управления.
Система должна предотвращать достижение взрывоопасных концентраций компонентов в смесях, а также контролировать утечки в случае потери герметичности. Контроль осуществляется путем непосредственного измерения или считывания показаний расходомеров.
При обнаружении утечки, а также достижении нижнего концентрационного предела воспламенения аммиака (14%) или соответствующего соотношения значений расхода необходимо прекратить подачу реакционных компонентов, начать продувку азотом, отключить подогрев реактор, газовый нагреватель и дисплей предупредительного сигнала.
Автоматизация процесса структурно должна осуществляться на базе логического контроллера и организации удаленного рабочего места.
4. Блок приготовления реакционной смеси
Блок подготовки газовой смеси включает в себя комплект регуляторов давления, регуляторы-расходомеры газа и соответствующую арматуру, подогреватель реакционного газа и устройство смешения потоков. При работе стенда используют следующие газы: азот, воздух, аммиак, оксиды азота (I, II, IV) или их смеси, разбавленные азотом. Эти газы подаются по отдельным линиям из баллонов при комнатной температуре (18-25°С). Остаток газа в баллоне и давление на выходе контролируются и регулируются с помощью редукторов (входят в комплект поставки).
Выбор регулирующего устройства производится исходя из необходимого расхода газа (табл. 1). Пылевые и сажевые фильтры должны быть предусмотрены на каждой газовой линии перед регуляторами расхода. Производительность фильтра должна обеспечивать максимальный поток газа, не влияя на систему управления. Для очистки входящего воздушного потока от механических примесей и его осушки на выходе системы очистки предусмотрите осушитель и фильтр. Воздух должен быть обеспыленным, без паров масла, сухим (точка росы не выше -40 °С), контроль влажности должен осуществляться с помощью цифрового датчика с возможностью записи показаний в базу данных.
Поток водяного пара формируется отдельно. Вода подается в испаритель насосом-дозатором, затем водяной пар доводится до температуры реакции.через нагреватель поступает в узел смешения и далее поступает в реактор.
Компоненты реакционной смеси с заданной скоростью потока перед поступлением в реактор предварительно нагреваются. Перед поступлением в реактор отдельные потоки объединяются в группы таким образом, чтобы избежать побочных процессов и одновременно уменьшить количество нагревателей. При этом происходит нагрев оксидов азота, отдельно нагревается смесь, образуемая потоками азота и аммиака, и отдельно от них нагревается поток воздуха.
Температуры всех потоков, поступающих в реактор, должны автоматически поддерживаться на одном уровне, заданном оператором. Требования к заданным расходам компонентов стандартной смеси приведены в таблице 1.
Перед передачей в реактор все компоненты традиционной смеси должны быть однородными и равномерно перемешанными в смесях. Смесительный узел должен располагаться между нагревателем и реактором. На выходе из смесительного узла должно получиться течение смеси, близкое к ламинарному.
Таблица 1
Таблица 1. Требования к заданным потокам компонентов реакционной смеси.
| Компонент или смесь | Поток |
| 35% Н2Н/ >N2 | 0~1000 мл/мин |
| НЕТ или 1% НЕТ/ 99% Н 2 | 500~10000 мл/мин |
| 1% НЕТ2/Н2 | 0~1000 мл/мин |
| 10 % Нет3/Н2 | 0~1000 мл/мин |
| воздух | 0~30 л/мин |
| азот | 0~35 л/мин |
| H2О жидкий | 0~13 мл/мин |
Стенд должен обеспечивать получение газовой смеси заданных параметров с объемными скоростями до 110 000 ч-1 при загрузке катализатора объемом 50 мл.
5. Реакторный блок
Реакторный блок включает нагреватель, реактор, датчики контроля давления и температуры, холодильник, сепаратор, регулятор давления, арматуру, контрольно-измерительные приборы, а также оборудование, необходимое для поддержания необходимой температуры в реакторе.
Реакторный блок представляет собой реактор, помещенный в трубчатую печь, в которой поддерживается необходимая температура с помощью электронагревателей. Катализатор расположен в опорном устройстве в изотермической зоне печи. Организация слоя в реакторе для всех типов форм-фактора катализатора (табл. 2) должна обеспечивать: надежную фиксацию катализатора, отсутствие утечек смеси между стенкой реактора и катализатором.
Реактор оснащен датчиками давления и температуры. Датчики давления расположены перед слоем катализатора и за ним, датчики температуры расположены перед слоем, в слое и за слоем катализатора. По показаниям термопары регулируется нагрев реактора. Характеристики реактора и его рабочие температуры приведены в табл. 2.
Давление в реакторе регулируется с помощью электронного клапана с обратной связью, установленного на продувке изсепараторе и фиксируется цифровым датчиком с возможностью установки оператором необходимого давления и записи показаний программным комплексом, который позволяет установить верхний предел давления и тем самым защищает систему от избыточного давления. Перед клапаном предусмотреть фильтр для обеспечения его корректной работы и контроля разрушения катализатора во время испытаний.
Таблица 2. Характеристики реакторов для испытаний объемных катализаторов.
| Основные параметры | Значение параметра |
| Вид загрузки катализатора | Тип загрузки катализатора Порошки (≥0,2 мм), гранулы, фрагменты блоков |
| Внутренний диаметр реактора, мм | 46-56 |
| высота, мм | не менее 80 |
| Рабочая температура, °С | 240~970 |
| Рабочее давление, Бар | 0~11 бар |
| Точность поддержания температуры в изотермической зоне печи, градусы | ±0,1 (Для этого интервала указано очень маленькое значение; если точность производителя ниже, то изделие ее выдает) |
| Наличие термопар в реакторе | Контрольные термопары перед и в слое катализатора. |
| Наличие датчиков измерения давления в реакторе | До и после слоя катализатора. |
| МОЦ-реактор, сепаратор и конденсатор | Сплав 800 или его аналоги, не содержащие молибден. |
| MOC для контейнера для воды 5л. | СС316Л |
6. Другие условия
Система управления входит в комплект поставки и включает аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий контроль технологических параметров с записью значений во времени в ходе эксперимента. После завершения испытательного стенда система должна сгенерировать цифровой файл, содержащий данные для дальнейшей обработки.
7. Требования безопасности и оценка возможных рисков при эксплуатации стенда
Стенд должен быть оборудован устройством непрерывного контроля нижнего концентрационного предела воспламенения аммиачно-воздушной смеси, автоматически перекрывать подачу реагентов и начинать продувку азотом при получении сигнала от устройства управления.
При работе на стенде предусматривается отвод отходящих газов в технологическую вентиляцию.
8. Схема PID (отправлено в сообщении)
