IT201900002975A1 - Supporto catalitico per processi di catalisi - Google Patents
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Description
TITOLO:
“Supporto catalitico per processi di catalisi”
DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un supporto catalitico per processi di catalisi.
Con supporto catalitico si intende un elemento comprendente almeno un ingresso ed una uscita atte al passaggio in attraversamento di un fluido al proprio interno.
Con processi di catalisi si intendono tutti quei processi realizzati in diverse applicazioni industriali come ad esempio il trattamento di gas, la purificazione di aria o acqua, o comunque il trattamento di fluidi gassosi o liquidi in generale.
Ad oggi i supporti catalitici adatti ai suddetti processi industriali sono realizzati in materiale ceramici come ad esempio mullite o cordierite.
I supporti ceramici noti sono generalmente realizzati mediante operazioni di estrusione.
Il materiale ceramico di per sé, ed anche a seguito delle operazioni di estrusione, risulta adatto ad essere utilizzato nei processi di catalisi in quanto da una parte presenta una porosità adeguata ad ospitare le particelle (o nanoparticelle) dell’agente catalizzatore e dall’altra è un materiale che non risulta attivo durante il processo di catalisi stesso.
È infatti noto che, in un processo di catalisi l’elemento attivo nel determinato processo è il catalizzatore che permette e/o favorisce la reazione tra i diversi reagenti per generare i conseguenti prodotti.
A solo titolo di esempio catalizzatori noti comprendono biossido di titanio, oro, platino, palladio etc...
In sostanza i supporti, come anche quello oggetto della presente invenzione, svolgono soltanto la funzione di mantenere in una determinata posizione una quantità di elemento catalizzatore specifico del processo in lavorazione, favorendone il contatto con il fluido che contiene i prodotti. I supporti ceramici noti non sono esenti tuttavia da importanti inconvenienti. Un primo importante inconveniente è dato dal fatto che il materiale ceramico con il quale sono realizzati presenta una elevata densità che si traduce in un notevole peso specifico del supporto finito stesso.
Un ulteriore importante inconveniente è dato dal fatto che il materiale ceramico è molto fragile per sua natura e, quindi, se soggetto a urti il rischio di rottura è molto elevato. E’ inteso che un supporto ceramico rotto diventa non più utilizzabile.
Ne consegue che, non solo durante il processo industriale di catalisi nel quale viene utilizzato il supporto ceramico, ma anche durante tutte le fasi dalla produzione del supporto ceramico al trasporto logistico dello stesso fino allo stoccaggio, è necessaria una cura ed una attenzione molto elevata. Un ulteriore importante inconveniente è dato dal fatto che il metodo con il quale sono realizzati i supporti ceramici, come detto sopra l’estrusione, è caratterizzata da limiti produttivi molto importanti.
In particolare il processo di estrusione non conferisce alcuna libertà geometrica nella realizzazione del supporto.
Ancora più precisamente non è possibile realizzare un supporto ceramico tramite estrusione che presenti dei condotti per il passaggio del fluido in lavorazione che non siano perfettamente dritti e paralleli alla direzione principale di estrusione.
Nel caso in cui il processo di catalisi comprenda una fotocatalisi, ovvero una catalisi che utilizza un catalizzatore attivabile se sottoposto ad una sorgente luminosa (sia nel campo del visibile che eventualmente UV), i supporti ceramici presentano un ulteriore importante limite prestazionale causato dalla impossibilità di realizzarli trasparenti o translucidi.
E’ infatti noto che nei processi di fotocatalisi il rendimento è tanto maggiore quanto più la luce riesce ad irradiare il catalizzatore disposto sul supporto catalitico.
E’ chiaro che non essendo trasparenti o almeno translucidi risulta molto difficile far sì che la luce riesca ad entrare in modo ottimale in tutte le porzioni interne del supporto catalitico, ovvero in quelle porzioni dove è presente una buona quota parte di agente catalizzatore, che rimane quindi non utilizzato in modo massimizzato.
Scopo della presente invenzione è quella di mettere a disposizione un supporto catalitico per processi di catalisi in grado di superare gli inconvenienti dello stato dellarte.
In particolare è scopo del presente trovato mettere a disposizione un supporto catalitico per processi di catalisi il quale presenti un peso specifico molto inferiore rispetto ai materiali ceramici ovvero un supporto catalitico più leggero rispetto a quelli dello stato dellarte.
Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un supporto catalitico per processi di catalisi il quale sia molto più resistente agli urti rispetto ai supporti ceramici noti.
Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un supporto catalitico per processi di catalisi che non presenti vincoli produttivi che limitino la libertà di geometrie realizzabili del supporto catalitico stesso.
Un ancora ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un supporto catalitico per processi di catalisi realizzabile in materiale trasparente o almeno traslucido o opaco.
Gli scopi sopra esposti sono raggiunti da un supporto catalitico per processi di catalisi comprendente le caratteristiche tecniche descritte in una o più delle allegate rivendicazioni.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un supporto catalitico per processi di catalisi, come illustrato negli allegati disegni in cui: - la figura 1 mostra una vista in prospettiva di un supporto catalitico per processi di catalisi secondo il presente trovato,
- la figura 2 mostra una vista in prospettiva in sezione di un supporto catalitico per processi di catalisi,
- la figura 3 mostra una vista parziale in prospettiva di una prima soluzione realizzativa di un supporto catalitico per processi di catalisi,
- la figura 4 mostra una vista parziale in prospettiva di una seconda soluzione realizzativa di un supporto catalitico per processi di catalisi e - la figura 5 mostra una vista in esploso parziale di una terza soluzione realizzativa di un supporto catalitico per processi di catalisi.
Con riferimento alle figure allegate, con 1 è stato complessivamente indicato un supporto catalitico per processi di catalisi.
Il supporto catalitico 1 per processi di catalisi secondo la presente invenzione comprende nella sua forma essenziale un corpo principale 3 con almeno un condotto 2 ricavato al suo interno,
Ogni condotto 2 presenta una porzione di ingresso 6 ricavata su una prima superficie 8 del corpo principale 3, ad esempio quella superiore, ed una porzione di uscita 7 ricavata su una seconda superficie 9 del corpo principale 3, ad esempio quella inferiore.
In sostanza ogni condotto 2 risulta completamente passante rispetto a tutto lo spessore del corpo principale 3, ovvero la prima superficie 8 è opposta alla seconda superficie 9 rispetto ad una direzione di attraversamento di un fluido in lavorazione del corpo principale 3 stesso.
Il corpo principale 3 comprende una pluralità di strati 4 almeno parzialmente sovrapposti fra di loro ed al contempo aderenti reciprocamente in modo da formare un corpo principale consistente.
Fra uno strato 4 ed il successivo 4, e più genericamente in prossimità di ogni intersezione e sovrapposizione degli gli strati 4, si vengono a creare una pluralità di incavi 5 configurati per ospitare particelle di almeno un elemento catalizzatore.
L’apposizione dell’elemento catalizzatore all’interno degli incavi 5 può avvenire mediante una qualsiasi delle tecnologie note come ad esempio per immersione o spruzzo dello stesso elemento catalizzatore sul supporto catalitico 1.
Vantaggiosamente il corpo principale 3 è realizzato in materiale plastico, In particolare il corpo principale 3 può essere realizzato in ABS (Acrilonitrile Butadiene Stirene), in ASA (Acrilonitrile-stirene acrilato), in PETG (Polietilene tereftalato) oppure in Nylon.
Vantaggiosamente inoltre, dal momento che la tecnologia produttiva di un supporto catalitico 1 secondo la presente invenzione ad oggi più ottimale risulta la stampa tridimensionale FDM (fused deposition modeling) oppure FFM (fused filament manufacturing) il corpo principale 3 può essere realizzato con un qualsiasi materiale stampabile con le suddette tecnologie. Vantaggiosamente, in particolare nel caso in cui il processo di catalisi ove viene impiegato un supporto catalitico 1 secondo la presente invenzione fosse un processo di fotocatalisi allora il corpo principale 3 può essere realizzato in materiale trasparente o translucido. In questo modo è inteso che l’intero rendimento dei processo di fotocatalisi ne risulti ottimizzato. Infatti la luce, la quale serve come attivatore del catalizzatore disposto negli incavi 5 del corpo principale 3 non avrà ostacoli opachi e riuscirà ad attraversare l’intero corpo principale 3 aumentando il rendimento complessivo del supporto catalitico 1 stesso.
Vantaggiosamente il corpo principale 3 comprende una struttura a nido d’ape, ovvero con i condotti 2 disposti uno accanto all’altro per una buona porzione oppure per l’interezza delle superfici 8,9 del corpo principale 3. Vantaggiosamente i condotti possono essere realizzati anche con sezioni orizzontali rispetto alla direttrice ingresso 8 uscita 9 allungando il percorso del fluido al loro interno e incrementandone il contatto con le pareti e dunque con il catalizzatore.
Con riferimento alla figura 1 è mostrata nel suo complesso una possibile soluzione realizzativa di un supporto catalitico 1 secondo la presente invenzione.
Il corpo principale 3 può preferibilmente comprendere un cordone perimetrico di irrigidimento il quale è configurato per facilitare l’eventuale l’installazione all’interno dei macchinari che svolgono i processi catalitici sopra detti.
Nella figura 2 è chiaramente mostrato come gli strati 4 disposti in sovrapposizione creino gli incavi 5, ovvero le sedi dove vengono ospitate le particelle di catalizzatore.
E’ inteso che in funzione del numero di strati 4 che compongono il corpo principale 3 e il loro diametro è possibile regolare e determinare la porosità complessiva del supporto catalitico 1.
Determinando la porosità complessiva del supporto catalitico 1 è altresì possibile determinare a priori la quantità di catalizzatore che il supporto 1 riuscirà a trattenere sulle proprie superfici.
Nella soluzione realizzativa mostrata nelle figure 2 e 4 i condotti 2 presentano uno sviluppo sostanzialmente parallelo allo sviluppo in spessore del corpo principale 3.
Nella soluzione realizzativa di figura 3 i condotti 2 presentano invece uno sviluppo non parallelo, preferibilmente non rettilineo, allo sviluppo longitudinale del corpo principale 3.
Per determinati processi di catalisi questa soluzione può risultare maggiormente performante in quanto il fluido che è obbligato a passare all'interno dei condotti 2 trovando una minima resistenza dovuta alla geometria dei condotti impatta in modo importante e più prolungato nel tempo con il catalizzatore incrementando notevolmente l’efficienza della reazione di catalisi.
Con riferimento alla figura 5 è mostrata una ulteriore soluzione realizzativa di un supporto catalitico 1 secondo la presente invenzione in cui il corpo principale 3 comprende una pluralità di porzioni sovrapposte 10, 11, 12 ognuna delle quali comprende a sua volta rispettive pluralità di condotti 2. I condotti 2 di ognuna delle porzioni 10, 11 e 12 presentano uno sviluppo geometrico diverso fra loro (nella figura mostrata ad esempio la porzione 10 presenta i condotti 2 con sviluppo parallelo, la porzione 11 con sviluppo non parallelo e la porzione 12 di nuovo con sviluppo parallelo).
I condotti nella loro interezza, ovvero la parte iniziale di condotto della porzione 10, quella intermedia della porzione 11 e quella finale della porzione 12 sono in comunicazione di fluido reciproca fra la prima superficie 8 e la seconda superficie 9 del corpo principale 3, generando dei setti geometrici tali da incrementare significamene la quantità di fluido che entra in contatto con il catalizzatore ed il relativo tempo di contatto migliorando sensibilmente l'efficienza della reazione di catalisi.
Il supporto catalitico 1 secondo la presente invenzione, in particolare se stampato mediante una stampante FDM o FFM è privo di ogni vincolo geometrico da questo ne deriva che i condotti possono presentare una qualsiasi forma geometrica sviluppantesi all'interno del corpo principale 3.
L’invenzione consegue importanti vantaggi superando i limiti e gli inconvenienti dello stato dell'arte.
Un primo importante vantaggio consiste nel fatto un supporto catalitico 1 realizzato secondo la presente invenzione, in particolare se realizzato in materiale plastico, a parità di volume presenta un peso molto minore rispetto al corrispondente supporto catalitico ceramico dello stato della tecnica.
Un secondo importante vantaggio consiste nel fatto che un supporto catalitico 1 secondo la presente invenzione, in particolare se realizzato in materiale plastico, risulta essere molto più resistente agli urti rispetto al corrispondente supporto catalitico ceramico dello stato della tecnica.
Un ulteriore importante vantaggio consiste nel fatto che nel processo produttivo, vantaggiosamente mediante una stampante tridimensionale FDM o FFM, vi è una completa libertà di scelta della geometria del supporto 1 stesso in totale antitesi rispetto alla geometria vincolata dovuta dai supporto ceramici estrusi della tecnica nota, permettendo di sviluppare geometrie in grado di incrementare significativamente la quantità di fluido e quindi di reagenti che entrano in contatto con il catalizzatore ed il relativo tempo di contatto e quindi di migliorare sensibilmente l'efficienza della reazione di catalisi.
Infine, se da utilizzarsi in processi di fotocatalisi, il supporto 1 secondo la presente invenzione può essere realizzato in materiale trasparente o almeno opaco, caratteristica questa che si traduce in una ottimizzazione prestazionale del processo di lavorazione.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Supporto catalitico (1) per processi di catalisi comprendente un corpo principale (3), almeno un condotto (2) ricavato in detto corpo principale (2), detto condotto (2) avente una porzione di ingresso (6) ricavata su una prima superficie (8) di detto corpo principale (3) e ed una porzione di uscita (7) ricavata su una seconda superficie (9) di detto corpo principale (3), detta prima superficie (8) essendo opposta a detta seconda superficie (9) caratterizzato dal fatto che detto corpo principale (3) comprende una pluralità di strati (4) almeno parzialmente sovrapposti e aderenti reciprocamente, detti strati (4) formando una pluralità di incavi (5) in corrispondenza delle intersezioni e sovrapposizioni di detti strati (4), detti incavi (5) essendo configurati per ospitare particelle di almeno un elemento catalizzatore.
- 2. Supporto catalitico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui detto corpo principale (3) è realizzato in materiale plastico.
- 3. Supporto catalitico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui detto corpo principale (3) è realizzato in ABS (Acrilonitrile Butadiene Stirene).
- 4. Supporto catalitico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui detto corpo principale (3) è realizzato in ASA (Acrilonitrile-stirene acrilato).
- 5. Supporto catalitico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui detto corpo principale (3) è realizzato in PETG (Polietilene tereftalato).
- 6. Supporto catalitico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui detto corpo principale (3) è realizzato in Nylon.
- 7. Supporto catalitico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto corpo principale (3) è realizzato in materiale trasparente o translucido.
- 8. Supporto catalitico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto corpo principale (3) comprende una struttura a nido d’ape.
- 9. Supporto catalitico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto condotto (2) presenta uno sviluppo non parallelo allo sviluppo longitudinale di detto corpo principale (3).
- 10. Supporto catalitico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto corpo principale (3) comprende una pluralità di porzioni sovrapposte (10, 11, 12) ognuna delle quali comprende rispettive pluralità di condotti (2) aventi sviluppo geometrico diverso fra loro ma in comunicazione di fluido reciproca fra detta prima superficie (8) e detta seconda superficie (9) di detto corpo principale (3).
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Patent Citations (5)
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