SK283767B6 - Spôsob iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze - Google Patents
Spôsob iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze Download PDFInfo
- Publication number
- SK283767B6 SK283767B6 SK1733-99A SK173399A SK283767B6 SK 283767 B6 SK283767 B6 SK 283767B6 SK 173399 A SK173399 A SK 173399A SK 283767 B6 SK283767 B6 SK 283767B6
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- catalyst
- reactor
- reaction
- induction
- coil
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C3/00—Cyanogen; Compounds thereof
- C01C3/02—Preparation, separation or purification of hydrogen cyanide
- C01C3/0208—Preparation in gaseous phase
- C01C3/0212—Preparation in gaseous phase from hydrocarbons and ammonia in the presence of oxygen, e.g. the Andrussow-process
- C01C3/022—Apparatus therefor
- C01C3/0225—Apparatus therefor characterised by the synthesis reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
- B01J12/007—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C3/00—Cyanogen; Compounds thereof
- C01C3/02—Preparation, separation or purification of hydrogen cyanide
- C01C3/0208—Preparation in gaseous phase
- C01C3/0212—Preparation in gaseous phase from hydrocarbons and ammonia in the presence of oxygen, e.g. the Andrussow-process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
- B01J2208/00398—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements inside the reactor bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
- B01J2208/00407—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements outside the reactor bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
- B01J2208/00415—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements electric resistance heaters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor
- B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
- B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
- B01J2219/1946—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped conical
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
- B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
- B01J2219/32466—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Zlepšený spôsob iniciácie katalyzovanej chemickej reakcie v plynnej fáze zahŕňajúci poskytnutie reaktorovej nádoby (10), v ktorej sa plynný reaktant kontinuálne prechádzajúci reaktorom kontaktuje s tuhým kovovým katalyzátorom (18), s indukčnou cievkou (14) vnútri reaktora (10) na vstupnej strane katalyzátora a s pórovitou teplotnou bariérou a bariérou na ochranu pred iskrami a žiarením (17) medzi indukčnou cievkou (14) a tuhým katalyzátorom (18). Podľa zlepšeného spôsobu iniciácie sa kovový katalyzátor (18) indukčne zohrieva, aby sa iniciovala chemická reakcia, po iniciácii sa indukčný ohrev preruší a exotermický priebeh chemickej reakcie potom zaručuje udržiavanie reakčnej teploty. Taký reaktor a spôsob činnosti je užitočný najmä na kontinuálnu výrobu kyanovodíka Andrussowovým procesom. ŕ
Description
Oblasť techniky
Vynález sa týka nového spôsobu iniciácie chemickej reakcie v plynnej fáze v prítomnosti tuhého katalyzátora. Špecifickejšie, ale bez obmedzenia sa vynález týka reakcie v plynnej fáze s kontinuálnym priebehom, pri ktorej amoniak reaguje s uhľovodíkom v prítomnosti kyslíka a katalyzátora na báze platinového kovu s cieľom vyrobiť kyanovodík, a využitia indukčnej cievky vnútri reaktora na indukčný ohrev kovového katalyzátora a iniciáciu exotermickej reakcie.
Doterajší stav techniky
Koncepcia využitia indukčného ohrevu na zohrievanie katalyzátora počas chemickej reakcie v plynnej fáze pri zvýšenej teplote je v doterajšom stave techniky všeobecne známa. Napríklad US patent č. 5 110 996 zverejňuje spôsob výroby vinylidénfluoridu reakciou dichlórfluórmetánu s metánom v indukčné vyhrievanej reakčnej rúrke obsahujúcej náplň z nekovového materiálu a prípadne kovový katalyzátor.
Podobne PCT patentová prihláška WO 95/21126 zverejňuje prípravu kyanovodíka reakciou amoniaku a uhľovodíkového plynu v indukčné vyhrievanej kremennej reaktorovej rúrke. V tomto objave sa zohrieva katalyzátor na báze platinového kovu v reaktorovej rúrke za prítomnosti indukčnej cievky špirálovo ovinutej okolo vonkajšej časti kremennej rúrky. Táto cievka je budená pomocou indukčného zdroja energie, ktorý by mohol dodávať aj impulzový výkon. Na zvláštnu endotermickú reakciu, ktorá sa využíva v tomto odkaze, sa navrhuje frekvencia v rozsahu 0,5 až 30 MHz na udržiavanie reakčnej teploty 600 až približne 1200 °C. Indukčnou cievkou ovinutou okolo vonkajška reaktorovej rúrky je samotná kovová rúrka, ktorou cirkuluje chladiaca voda. Odkaz navrhuje aj rôzne formy kovového katalyzátora zahŕňajúce kovovú sieťku, keramický substrát s kovom dispergovaným na povrchu alebo keramické zrná pokryté kovom tak, aby tieto katalyzátory mali mernú elektrickú vodivosť aspoň 1,0 siemens na meter, aby sa efektívne zohrievali pomocou indukcie.
V doterajšom stave techniky je všeobecne známe aj to, že kyanovodík sa môže vyrábať jednou z dvoch reakcií v plynnej fáze zahŕňajúcich katalyzovanú reakciu amoniaku a uhľovodíka. Teda kyanovodík sa najbežnejšie vyrába priemyselne buď exotermickým Andrussowovým spôsobom, alebo endotermickým spôsobom Degussa. Pri spôsobe Dcgussa sa amoniak a typicky metán premieňa v neprítomnosti kyslíka na kyanovodík a vodík. Pretože reakcia sa uskutočňuje pri zvýšenej teplote (typicky pri teplote vyššej ako 1200 °C) a je endotermická, prenos tepla je významným pragmatickým problémom. Naproti tomu Andrussowov spôsob využíva kyslík (t. j. vzduch), ktorý má za následok exotermickú reakciu s vodou ako vedľajším produktom. Použitie nadbytku uhľovodíka a kyslíka poskytuje aj príležitosť dodávať potrebnú tepelnú energiu na udržiavanie požadovanej zvýšenej reakčnej teploty. Teda Andrussowov spôsob môže mať v zásade výhodu oproti spôsobu Degussa v zmiernení problémov spojených s prenosom tepla, ale to je istou nevýhodou vzhľadom na neúspech výroby potenciálne cenného vedľajšieho výrobku. Pri Andrussowovom spôsobe aj pri spôsobe Degussa sa horúci produkt vystupujúci z reaktora musí ochladiť na teplotu nižšiu ako približne 300 °C na zabránenie výskytu tepelného rozkladu.
Pri Andrussowovom spôsobe sa musí katalyzovaná reakcia iniciovať pomocou vysokoteplotnej iniciácie, ktorá sa má obmedzovať na blízkosť katalyzátora a neumožniť rozširovanie sa späť do prúdu horľavých reaktantov vstupujúcich do kontinuálne zásobovaného reaktora. V doterajšom stave techniky je teda známe využívanie pórovitých teplotných bariér, bariér na ochranu pred iskrami a žiarením medzí tuhým katalyzátorom a prúdom plynných reaktantov a odolného vyhrievacieho drôtu uloženého v katalyzátore. Ale taký spôsob iniciácie reakcie sa ukázal ako nedostatočne spoľahlivý. Predložený vynález sa zaoberá týmto problémom.
Podstata vynálezu
So zreteľom na uvedené sa teraz zistilo, že iniciácia procesu sa môže zlepšiť umiestnením indukčnej cievky priamo dovnútra rúrkového reaktora, poskytnutím toku plynu cez ňu a použitím tejto cievky priamo ako indukčného zdroja energie. Katalyzátor sa zohrieva indukčné na iniciačnú teplotu procesu bez nutnosti priameho elektrického kontaktu. Tieto zlepšenia sa môžu čiastočne vysvetliť ako spôsobené zlepšenou schopnosťou regulovať priestorový vzájomný vzťah medzi indukčnou cievkou a indukčné zohrievaným kovovým katalyzátorom, t. j. rovnomernejšou radiálnou distribúciou v reaktore aj tesnejšou proximitou. Toto postupne umožňuje zväčšovanie priveľkých prierezov reaktora bez významného zníženia konverzie alebo selektivity dokonca i v prípadoch reakcií v plynnej fáze citlivých na teplotu, ako je výroba kyanovodíka z amoniaku a uhľovodíka v prítomnosti kyslíka.
Predložený vynález teda poskytuje zlepšený spôsob iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze zahŕňajúci tieto kroky:
a) poskytnutie reaktora na plynnú fázu obsahujúceho:
i) reaktorovú nádobu obsahujúcu aspoň jeden prívodný prostriedok plynného reaktantu na zavádzanie plynného reaktantu do reaktorovej nádoby a aspoň jeden vypúšťací prostriedok produktu na odstraňovanie produktu z reaktorovej nádoby, ii) katalyzátor v tuhej fáze účinne umiestnený v reaktorovej nádobe, aby bol v kontakte s plynným reaktantom prechádzajúcim z prívodného prostriedku reaktantu k vypúšťaciemu prostriedku produktu a účinne prispôsobený na to, aby sa indukčné zohrieval, iii) indukčnú cievku účinne umiestnenú v reaktorovej nádobe tak, aby sa katalyzátor v tuhej fáze indukčné zohrieval, a účinne umiestnenú na prechod plynu cez ňu a iv) pórovité teplotné bariéry, bariéry na ochranu pred iskrami a žiarením účinne umiestnené medzi tuhým katalyzátorom a plynným reaktantom na obmedzenie chemickej reakcie do oblasti katalyzátora a zabránenie rozširovaniu reakcie späť smerom k prívodu;
b) zavádzanie plynných reaktantov do prívodu reaktorovej nádoby;
c) zapálenie reaktantov pomocou indukčného ohrevu katalyzátora v tuhej fáze použitím indukčnej cievky ako indukčného zdroja energie; a
d) prerušovanie indukčného ohrevu a udržiavanie reakčnej teploty využitím exotermického tepla reakcie.
Predložený vynález ďalej poskytuje alternatívne uskutočnenie spôsobu iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze, pri ktorom jc katalyzátor v tuhej fáze účinne prispôsobený na to, aby bol indukčné vyhrievaný, a ďalej zahŕňa aspoň jeden vodivý susceptor na zvýšenie indukčnej účinnosti počas spúšťania reakcie.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Obrázok 1 je pohľadom na prierez jedného uskutočnenia chemického reaktora na plynnú fázu užitočného na uskutočňovanie zlepšeného spôsobu indukčnej iniciácie podľa predloženého vynálezu.
Obrázok 2 je pohľadom na prierez alternatívneho uskutočnenia chemického reaktora na plynnú fázu užitočného na uskutočňovanie zlepšeného spôsobu indukčnej iniciácie podľa predloženého vynálezu.
Nasleduje podrobný opis vynálezu.
Zlepšený spôsob indukčnej iniciácie reakcie v plynnej fáze podľa predloženého vynálezu, ako sa zavádza do reaktora používaného na riadenie chemickej reakcie v plynnej fáze pri zvýšenej teplote, ako pracuje a ako sa líši od predchádzajúcich známych indukčné vyhrievaných reaktorov a predchádzajúcich spôsobov iniciácie, a výhody a úžitok spojený s jeho použitím sa môže snáď najlepšie vysvetliť a porozumieť pomocou odkazu na výkresy. Napríklad obrázok 1 ilustruje kontinuálny reaktor na plynnú fázu, všeobecne označovaný číslom 10, ktorý, keď pracuje spôsobom podľa predloženého vynálezu, je užitočný najmä na výrobu kyanovodíka bežne označovanú ako Andrussowov spôsob. Andrussowov spôsob typicky zahŕňa katalytickú reakciu amoniaku a uhľovodíka, ako je metán, v prítomnosti kyslíka pri zvýšenej teplote, typicky vyššej ako 1100 °C, na výrobu kyanovodíka podľa nasledovnej exotermickej reakcie:
CH4 + NH3 + 3/2O2 -> HCN + 3H2O.
Malo by sa uvedomiť to, že aj keď sa zlepšený spôsob indukčnej iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze podľa predloženého vynálezu opisuje a špecificky ilustruje vzhľadom na vysokoteplotnú výrobu kyanovodíka v plynnej fáze, rozumie sa, že vynález by sa nemal považovať za obmedzený na žiadnu danú reakciu. Mnoho z výhod a úžitkov spojených so zlepšeným spôsobom indukčnej iniciácie sa rovnako realizuje pri iných reakciách a procesoch uskutočňovaných v plynnej fáze pri zvýšenej teplote, kde reakcia, ktorá je síce exotermická a sama si udržiava, vyžaduje na začiatku iniciáciu. Ani žiadna interpretácia nasledovného opisu a nárokov by nemala byť nenáležité obmedzená.
Ako sa znázorňuje na obrázku 1, indukčné zapaľovaný reaktor 10 v tomto špecifickom uskutočnení obsahuje všeobecne valcovitú reaktorovú nádobu 11, ktorá má na jednom konci prívod 12 v tvare kužeľa, cez ktorý sa privádzajú reaktanty metán, amoniak a kyslík (alebo vzduch). Na druhom konci je výstup 13 na odvádzanie produktov kyanovodíka a vody. Vnútri reaktorovej nádoby 11 je cievka 14 v tvare kruhovej slučky s prívodmi 15 a 15' vstupujúcimi do reaktora a vystupujúcimi z reaktora. Táto cievka 14 je vyrobená z kovovej rúrkoviny alebo kovovej tyče (napríklad z medenej rúrkoviny a podobne), aby mohla cez ňu prechádzať chladiaca voda alebo iné médium na výmenu tepla. Cievka 14 je ďalej prispôsobená aj na pôsobenie ako primárna indukčná cievka pomocou pripojenia k indukčnému zdroju energie (neznázornené). Kruhová slučka cievky je zavesená naprieč časti vnútrajška reaktorovej nádoby 11 priamo susediac s vrchnou vrstvou 16 z Fiberfraxu, ktorá minimalizuje straty tepla a peskytuje konečnú filtráciu privádzaného plynu prechádzajúceho cez ňu. Priamo pod vrchnou vrstvou Fiberfrax 16 je vrstva peny z oxidu hlinitého, ktorá slúži ako ochranný kryl 17 (t. j. na ochranu plynnej zmesi reaktantov, vstupujúcej do reaktora, pred predčasným zapálením). Pod týmto ochranným krytom 17 je kovový katalyzátor 18. Katalyzátor 18 spočíva na perforovanej keramickej spodnej nosnej vrstve 19, ktorej diery majú menší priemer ako zrná neseného katalyzátora. Pod touto keramickou spodnou podperou je druhá keramická spodná nosná vrstva 20 taktiež s väčšou perforáciou.
Toto špecifické uskutočnenie znázornené na obrázku 1 je určené na demonštráciu toho, ako je zlepšený indukčné zapaľovaný reaktor podľa predloženého vynálezu použiteľný a užitočný na mnohotvámosť odlišných typov katalytických reakcií v plynnej fáze pri vysokej teplote. Špecifickejšie a ako sa znázorňuje, katalyzátorom môže byť akýkoľvek časticový materiál v tuhej fáze schopný na to, aby bol indukčné zapálený (ohrievaný) a súčasne schopný na katalyzovanie požadovanej reakcie v plynnej fáze. Ale malo by sa ďalej uvedomiť, že katalyzátor v tuhej fáze nie je obmedzený na žiadnu danú fyzikálnu formu vrátane časticového materiálu. Všeobecne môže byť tento katalyzátor (ako aj susceptor použitý v alternatívnom uskutočnení podľa obrázka 2) aj vo forme jednej alebo viacerých vrstiev kovovej tkaniny, sieťky (ako je napríklad laserom perforovaná kovová fólia, tkané alebo netkané drôtené pletivo a podobne), diskrétnych rovinných kovových objektov (ako je napríklad pena kovu) alebo mnohonásobných vrstiev častíc katalyzátora peletového typu. Také formy katalyzátora sú kompletnejšie zverejnené a opísané v PCT patentovej prihláške WO 95/21126 a verejne uvedenej US patentovej prihláške č. 08/887 549, registrovanej 3. júla 1997. Teda napríklad pri špecificky prednostnom uskutočnení využívajúcom Andrussowov spôsob je katalyzátorom 18 množina vrstiev tkanín, drôtov alebo sieťok z platinových kovov (napríklad platina a ródium navinuté na oxide hlinitom a podobne).
V akomkoľvek indukčné vyhrievanom systéme sa len časť elektrickej energie, ktorá prechádza cievkou, skutočne rozptýli do určeného spracúvaného predmetu, v tomto prípade do katalyzátora. Zvyšok energie sa rozptýli do samotnej cievky, ktorá je zvyčajne vyrobená z medi. Energia rozptýlená v cievke sa obyčajne odstraňuje pomocou chladiaceho média, ako je voda, ktorá prúdi v cievke. Pomer energie spotrebovanej v určenom spracovávanom predmete k celkovej energii sa nazýva účinnosť cievky. V spôsobe podľa tohto vynálezu je účinnosť cievky dôležitá, pretože rýchlosť iniciácie a dosiahnutie iniciačnej teploty závisí od príkonu katalyzátora. Okrem toho v niektorých prípadoch nemusí byť chladenie cievky vodou alebo inou kvapalinou náležíte uskutočniteľné vzhľadom na bezpečnostné okolnosti.
Účinnosť cievky závisí od mnoho premenných, hlavne od mernej vodivosti cievky a pracoviska a od geometrických faktorov, ako je vzdialenosť cievky od spracovávaného predmetu. V danom systéme s indukčným ohrevom sa účinnosť cievky maximalizuje pre istý rozsah vodivosti spracovávaného predmetu, v tomto prípade katalyzátora. Príliš nízka alebo príliš vysoká vodivosť vedie k malej účinnosti.
V určitých prípadoch je elektrická vodivosť katalyzátora taká, že účinnosť cievky je príliš nízka. Príkladom toho je to, keď katalyzátor je elektricky nevodivý. Iným príkladom je to, keď katalyzátor má príliš vysokú elektrickú vodivosť; a ešte ďalším príkladom je to, keď je potrebná veľká vzdialenosť medzi cievkou a katalyzátorom vzhľadom na vodivosť katalyzátora. Predložený vynález poskytuje spôsob iniciácie v tých prípadoch, kde je vodivý susceptor s vhodným geometrickým tvarom a vodivosťou umiestnený v susedstve indukčnej cievky a katalyzátora. Obrázok 2 znázorňuje jedno také alternatívne uskutočnenie využívajúce vodivý susceptor. Ako znázorňuje obrázok 2, ako susceptor sa používa platinová sieťka 21a udržiava sa vzdialená od hlavného telesa katalyzátora 18 pomocou pórovitej keramickej vrstvy 22 (všetky ostatné prvky a funkcie sa identifikujú pomocou číslic tak, ako sa opisuje vzhľadom na obrázok 1). Cievka 14 v tomto uskutočnení je účinnejšia pri ohreve susceptorovej vrstvy 21 z dvoch príčin. Po prvé vyšší odpor tenkej susceptorovej vrstvy zvyšuje účinnosť cievky a po druhé vzhľadom na tepelnú izoláciu medzi susceptorovou vrstvou a hlavným katalyzátorom sa teplo vytvorené v susceptore neodvádza preč, a preto možno ľahšie dosiahnuť vysokú iniciačnú teplotu. Po iniciácii reakcie pri susceptorovej vrstve táto postupuje k hlavnému telesu katalyzátora.
V mnohých prípadoch využitie kvapalného chladivá, ako je voda, zavádzaného cez slučkovú cievku 14, nie je vhodné vzhľadom na možnosť presakovania chladiaceho média a možnosť rizika z hľadiska bezpečnosti alebo kontaminácie procesu. V takých prípadoch sa môže na konštrukciu indukčnej cievky namiesto dutého kovového materiálu použiť tuhá palica z kovu. Tuhá kovová palica by sa vzhľadom na vyššiu hmotnosť nezohrievala tak rýchlo a poskytne katalyzátoru alebo susceptoru dostatočný čas na zohriatie a zapálenie pred zvýšením teploty cievky. Zvýšenie teploty cievky v určitom rozmedzí môže mať mnoho negatívnych účinkov, ako je napríklad iniciácia procesu v nesprávnej polohe a poškodenie alebo roztavenie materiálu cievky. Okrem toho zohriatie cievky by zvyšovalo elektrický odpor a zvýšilo by sa dodávanie energie do cievky namiesto do katalyzátora.
Keď nie je vhodné použitie kvapalného chladivá, ako je voda, a chladenie cievky je tiež nutné, potom môže dutou cievkou, vodičom, prechádzať prúd chladného plynu, napríklad vzduchu. Vhodným spôsobom vytvorenia chladného plynu môže byť využitie vírovej rúrky. Vírová rúrka, ktorá pracuje na báze expanzie stlačeného vzduchu, je lacným chladiacim zariadením a využíva len stlačený vzduch, ktorý jc použiteľný na väčšine priemyselných plôch.
Použitie tepelnoizolačnej vrstvy 16 a/alebo vrstvy 17 ochranného krytu medzi indukčnou cievkou a zohrievaným katalyzátorom (tu odkazovanými ako „pórovité teplotné bariéry, bariéry na ochranu pred iskrami a žiarením“) poskytuje príležitosť na použitie takých reaktorov vo veľkom počte rozličných reakcií a minimalizuje zvýšenie teploty (t. j. v prúde chladiaceho média) v indukčnej cievke. Tieto bariéry pôsobia primáme na zabránenie vznieteniu reakcie späť smerom k prívodu reaktantov a samy osebe slúžia na obmedzovanie reakcie v plynnej fáze na oblasť katalyzátora. Všeobecne sa môže použiť akýkoľvek pórovitý materiál známy z doterajšieho stavu techniky, vrátane, ale bez obmedzenia, napríklad pórovitých keramických pien alebo materiálov s keramickým povlakom, termicky stálych nerastov a vláken, ich kombinácie a podobne. Keď sa na vnútornú podperu použije typicky difuzérová platňa, potom je vyrobená z kremeňa alebo nevodivého keramického materiálu. Alternatívne môže byť difuzérová platňa vyrobená z keramickej peny. Difuzérová platňa môže slúžiť aj na elektrickú izoláciu indukčnej cievky od indukčné zohrievaného katalyzátora.
Aktuálna konštrukcia zlepšeného reaktora podľa predloženého vynálezu zahŕňa akékoľvek konvenčné materiály všeobecne známe z doterajšieho stavu techniky ako užitočné pri výrobe indukčné vyhrievaných reaktorov. Prednostne sa reaktor vyrába z materiálov, ako je kremeň, materiály potiahnuté kremeňom, keramika, materiály potiahnuté keramikou, nehrdzavejúca oceľ a podobne. Predvída sa tiež, že sa môžu výhodne využiť rôzne nánosy alebo ochranné plátovania v závislosti od jednotlivých reakčných podmienok a reakcií. Jednotlivé výrobné spôsoby používané na zmontovanie reaktora sa môžu podobať akýmkoľvek metódam všeobecne známym v doterajšom stave techniky, zahŕňajúcim napríklad, ale bez obmedzenia, zváranie kovových konštrukčných časti a/alebo lepenie použitím lepidiel keramicko-epoxidového typu alebo tlakové tesnenia a podobne. Všeobecne závisí výber jednotlivých materiálov, ako aj katalyzátora od toho, aká jednotlivá chemická reakcia a podmienky sa použijú.
Zásadne sa v zlepšenom reaktore podľa predloženého vynálezu môže uskutočňovať akákoľvek katalyzovaná chemická reakcia v plynnej fáze pri zvýšenej teplote. Prednostne sa na výrobu kyanovodíka reakciou amoniaku a uhľovodíka v prítomnosti kyslíka alebo vzduchu používa katalyzátor na báze platinových kovov. Ďalšie podrobnosti takej reakcie a metód na dosiahnutie toho sa môžu nájsť vo včlenených odkazoch WO 95/221126 a US patentovej prihláške 08/887 549.
Nasledovné príklady sa uvádzajú na kompletnejšiu demonštráciu a ďalšiu ilustráciu rozličných individuálnych aspektov a znakov predloženého vynálezu a ukážky sú určené na ďalšiu ilustráciu odlišností a výhod predloženého vynálezu. Tieto príklady sú uvažované ako neobmedzujúce a sú určené na ilustráciu vynálezu, ale nie sú mienené ako nenáležité obmedzujúce.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Skonštruoval sa laboratórny kremenný reaktor s priemerom 5,08 cm a testoval sa na vyhodnotenie užitočnosti použitia vnútorného medeného induktora na iniciáciu reakcie. Reaktor sa skladal zo závitovej medenej cievky, katalyzátorového nosiča z keramickej peny s hrúbkou 0,476 cm, 40 vrstiev platinovej sieťky a napokon katalyzátorového nosiča z keramickej peny s hrúbkou 0,476 cm. Indukčná frekvencia bola 26 MHz. Testy sa uskutočnili na vyhodnotenie variantov iniciácie, príkonu, ako aj na kontrolu toho, či prítomnosť medenej cievky v reakčnej komore by zapríčiňovala nepriaznivé účinky. Výsledky sú nasledovné:
Prietoky
| NH3 | CH4 | Vzduch | Výkon | Iniciačný čas | |
| 1,26 | 1/min. | 1,16 1/min. | 6,671/min. | 200 W | ~ 85 s |
| 1,26 | 1/min. | 1,161/min. | 6,671/min. | 250 W | ~40s |
| 1,26 | 1/min. | 1,161/min. | 6,67 1/min. | 300 W | ~ 20 s |
| 1,26 | 1/min. | 1,16 1/min. | 6,671/min. | 350 W | - lOs |
Ako sa znázorňuje v uvedenej tabuľke, zapálenie (iniciácia) sa mohlo dosiahnuť za menej ako 10 sekúnd. Žiadne krátkodobé nepriaznivé javy, spôsobené prítomnosťou medi počas iniciácie reakcie, sa nemohli zistiť. Použité prietokové rýchlosti boli nižšie ako pri iniciácii v typických zariadeniach, zodpovedajúc medznému množstvu HCN, ktorý sa môže pripraviť v laboratóriu.
Zostavila sa súprava na overenie zohrievania katalyzátora pri prietokovej rýchlosti použitej pri iniciácii. Použili sa dve formy katalyzátora, nezhustená (čerstvá) a stlačená (použitá). Zhustenie (stlačenie katalyzátora sa vyskytuje počas normálnej činnosti a nutnosť zapálenia reaktora mohla vzniknúť pri rozličných stupňoch stlačenia. Na simulovanie prietokových podmienok iniciácie sa použil dusík. Najprv sa testoval nezhustený katalyzátor. Výsledky ukazujú schopnosť zohrievať sa na žiadanú iniciačnú teplotu pri prietokových rýchlostiach iniciácie. Počiatočné testovanie stlačenej vrstvy katalyzátora poskytlo slabé zohrievanie. Testovanie pomocou novej jednotky ukázalo vyššiu schopnosť zohrievania, ale len pomocou cievky v tesnej blízkosti katalyzátorovej vrstvy. Fenomén slabého zohrievania sa môže prisudzovať dvom faktorom. Prvým je to, že elektrická vodivosť stlačenej vrstvy je príliš vysoká na účinné zohrievanie indukčným ohrevom a druhým je to, že prestup tepla stlačenou vrstvou je väčší ako pri nezhustenej vrstve. Výsledky sú nasledovné:
Výsledky testu s nezhustenou katalyzátorovou vrstvou: Frekvencia: 8,79 MHz
| Chod# | Vzdialenosť od cievky | Prietoková rýchlosť | Príkon | Max. teplota |
| 1 | 1,27 cm | 566 l/min. | 1,2 kW | 367 °C |
| 2 | 1,27 cm | 566 l/min. | 1,5 kW | 657 °C |
| 3 | 1,9 cm | 566 l/min. | 3,0 kW | 406 °C |
| 4 | 0,83 cm | 1217 l/min. | 1,5 kW | 70 °C |
| 5 | 1,25 cm | 1217 l/min. | 1,8 kW | 120 °C |
| 6 | 1,25 cm | 1217 l/min. | 2,1 kW | 204 °C |
| 7 | 1,25 cm | 1217 l/min. | 2,4 kW | 380 °C |
Výsledky testu so stlačenou katalyzátorovou vrstvou:
| Chod# | Vzdial. | Prietoková | Frckv. | Príkon | Max. |
| od cievky | rýchlosť | kHz | teplota | ||
| 1 | 2,54 cm | 1217 l/min. | 430 | 5 kW | 45 °C |
| 2 | 1,9 cm | 1217 l/min. | 432 | 5 kW | 62 °C |
| 3 | 1,27 cm | 1217 l/min. | 440 | 5 kW | 107 °C |
| 4 | 0,63 cm | 1217 l/min. | 453 | 5 kW | 195 °C |
| 5 | 0,31 cm | 1217 l/min. | 459 | 5 kW | 276 °C |
Výsledky testu so susceptorovou vrstvou
Na dosiahnutie správneho zohrievania pri väčšej vzdialenosti sa horné dve vrstvy katalyzátorového pletiva izolovali vložením keramickej peny s hrúbkou 0,5 cm medzi rovnováhu vrstvy a horné dve vrstvy. Táto izolácia zvyšuje elektrickú vodivosť zohrievaného pletiva a taktiež znižuje tepelnú vodivosť. Výsledky sú zmĺzomené.
| Chod | Vzdialenosť | Prietoková | Frekv. | Prí- | Max. |
| # | od cievky | rýchlosť | kHz | kon | teplota |
| 1 | 2,54 cm | 1217 l/min. | 445 | 5 kW | 324 °C |
Claims (2)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Spôsob iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze zahŕňajúci tieto kroky: a) poskytnutie reaktora na plynnú fázu obsahujúceho: reaktorovú nádobu (11) obsahujúcu aspoň jeden prívodný prostriedok (12) plynného reaktantu na zavádzanie plynného reaktantu do uvedenej reaktorovej nádoby a aspoň jeden vypúšťací prostriedok (13) produktu na odstraňovanie produktu z uvedenej reaktorovej nádoby, vyznačujúci sa tým, že reaktor ďalej obsahuje (i) kovový katalyzátor (18) v tuhej fáze účinne umiestnený v uvedenej reaktorovej nádobe, aby bol v kontakte s plynným reaktantom prechádzajúcim z uvedeného prívodného prostriedku reaktantu k uvedenému vypúšťaciemu prostriedku produktu a účinne prispôsobený na to, aby sa priamo indukčné zohrieval, (ii) indukčnú cievku (14) účinne umiestnenú v uvedenej reaktorovej nádobe tak, aby sa uvedený kovový katalyzátor v tuhej fáze indukčné zohrieval, a účinne umiestnenú na prechod plynu cez ňu, a (iii) tepelnoizolačnú vrstvu (16 a 17) účinne umiestnenú medzi uvedeným kovovým katalyzátorom v tuhej fáze a plynným reaktantom na obmedzenie chemickej reakcie do oblasti uvedeného katalyzátora a zabránenie rozširovaniu reakcie späť smerom k uvedenému prívodu; b) zavádzanie plynných reaktantov cez uvedený prívod a do uvedenej reaktorovej nádoby; c) zapálenie uvedených reaktantov pomocou indukčného ohrevu uvedeného katalyzátora v tuhej fáze použitím uvedenej indukčnej cievky ako indukčného zdroja energie; a d) prerušenie indukčného ohrevu a udržiavanie reakčnej teploty využitím exotermického tepla reakcie.
- 2. Spôsob iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že kovový katalyzátor v tuhej fáze účinne prispôsobený na indukčný ohrev ďalej zahŕňa aspoň jeden vodivý susceptor na zvýšenie indukčnej účinnosti počas spúšťania reakcie.2 výkresyPriemyselná využiteľnosťÚžitok a výhody spojené so zlepšeným spôsobom indukčnej iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze podľa predloženého vynálezu sa považujú za početné a významné. Po prvé a najprv použitie indukčnej zdrojovej cievky v nádobe reaktora v blízkosti kovového katalyzátora vedie k rovnomernejšej regulácii teploty a zapálenia. Taktiež prítomnosť indukčnej slučky v reaktcre poskytuje príležitosť zvýšiť najmä použitie väčších rozmerov prierezu. Zlepšený spôsob bezdotykovej iniciácie zmierňuje určité praktické problémy spojené s predchádzajúcim použitím elektrického vedenia a odporového zohrievania a najmä problémy spojené s nutnosťou takého vedenia prechádzajúceho teplotnou bariérou, bariérou na ochranu pred iskrami a bariérou na ochranu pred žiarením. Zlepšený spôsob iniciácie umožňuje uskutočňovať proces Andrussowovho typu vo väčších reaktoroch s väčšou flexibilitou konštrukcie, ako aj spôsobu činnosti.Týmto opisom a vysvetlením vynálezu s určitým stupňom osobitosti na príkladoch, by sa malo uvedomiť, že nasledovné nároky nie sú týmto obmedzené, ale mali by poskytnúť rozsah úmerný vyjadreniu každého elementu nároku a jeho ekvivalentov.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US5165997P | 1997-07-03 | 1997-07-03 | |
| PCT/US1998/013825 WO1999001211A1 (en) | 1997-07-03 | 1998-07-02 | Method of inductively igniting a chemical reaction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK173399A3 SK173399A3 (en) | 2001-03-12 |
| SK283767B6 true SK283767B6 (sk) | 2004-01-08 |
Family
ID=21972629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK1733-99A SK283767B6 (sk) | 1997-07-03 | 1998-07-02 | Spôsob iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1001843B1 (sk) |
| JP (1) | JP4001931B2 (sk) |
| KR (1) | KR100474613B1 (sk) |
| CN (1) | CN1112962C (sk) |
| AU (1) | AU727003B2 (sk) |
| BR (1) | BR9810493A (sk) |
| CA (1) | CA2291771A1 (sk) |
| DE (1) | DE69805079T2 (sk) |
| ID (1) | ID24281A (sk) |
| PL (1) | PL337796A1 (sk) |
| RU (1) | RU2193918C2 (sk) |
| SK (1) | SK283767B6 (sk) |
| WO (1) | WO1999001211A1 (sk) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2603902A (en) * | 2000-12-05 | 2002-06-18 | Texaco Development Corp | Apparatus and method for heating catalyst for start-up of a compact fuel processor |
| EP1419812B1 (en) * | 2002-11-15 | 2015-09-16 | Haldor Topsoe A/S | High temperature fixed bed reactor and its use |
| CN1931421B (zh) * | 2005-09-16 | 2011-04-27 | 亚申科技研发中心（上海）有限公司 | 反应系统 |
| DE102007034715A1 (de) * | 2007-07-23 | 2009-01-29 | Evonik Röhm Gmbh | Reaktor zur Herstellung von Cyanwasserstoff nach dem Andrussow-Verfahren |
| FR3008626B1 (fr) * | 2013-07-19 | 2015-08-07 | Arkema France | Reacteur pour preparer du cyanure d'hydrogene par le procede d'andrussow, equipement comprenant ledit reacteur et procede utilisant un tel equipement |
| EP3448804B1 (en) * | 2016-04-26 | 2021-08-18 | Haldor Topsøe A/S | A process for producing hydrogen or syngas by methanol cracking |
| TWI774668B (zh) * | 2016-04-26 | 2022-08-21 | 丹麥商托普索公司 | 用於氨合成轉換器之起動加熱的方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2443423A (en) * | 1946-04-29 | 1948-06-15 | Phillips Petroleum Co | Apparatus for conducting endothermic catalytic conversions |
| GB729502A (en) * | 1951-12-06 | 1955-05-04 | Goodrich Co B F | Improvements in or relating to a process for the production of hydrogen cyanide |
| GB854268A (en) * | 1956-02-25 | 1960-11-16 | Shawinigan Chem Ltd | The electrothermic production of hydrogen cyanide by fluidized bed techniques |
| US3215495A (en) * | 1962-01-23 | 1965-11-02 | Du Pont | Apparatus and process for preparing hydrogen cyanide |
| DE4209195A1 (de) * | 1992-03-18 | 1993-09-23 | Mannesmann Ag | Katalysator fuer heterogene katalyse |
| JP3377617B2 (ja) * | 1994-09-07 | 2003-02-17 | 電気興業株式会社 | 排気ガス浄化装置 |
| DE4444366A1 (de) * | 1994-12-14 | 1996-06-20 | Chemtec Leuna Ges Fuer Chemie | Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung exothermer Reaktionen in einem Festbettreaktor |
-
1998
- 1998-07-02 WO PCT/US1998/013825 patent/WO1999001211A1/en active IP Right Grant
- 1998-07-02 CN CN98806717A patent/CN1112962C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-02 SK SK1733-99A patent/SK283767B6/sk not_active IP Right Cessation
- 1998-07-02 EP EP98933112A patent/EP1001843B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-02 ID IDW20000003A patent/ID24281A/id unknown
- 1998-07-02 PL PL98337796A patent/PL337796A1/xx unknown
- 1998-07-02 DE DE69805079T patent/DE69805079T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-02 JP JP50739999A patent/JP4001931B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-07-02 KR KR10-1999-7012605A patent/KR100474613B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1998-07-02 BR BR9810493-4A patent/BR9810493A/pt not_active Application Discontinuation
- 1998-07-02 AU AU82850/98A patent/AU727003B2/en not_active Ceased
- 1998-07-02 RU RU2000102652/12A patent/RU2193918C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1998-07-02 CA CA002291771A patent/CA2291771A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4001931B2 (ja) | 2007-10-31 |
| PL337796A1 (en) | 2000-09-11 |
| DE69805079D1 (de) | 2002-05-29 |
| DE69805079T2 (de) | 2002-11-07 |
| KR100474613B1 (ko) | 2005-03-08 |
| RU2193918C2 (ru) | 2002-12-10 |
| EP1001843B1 (en) | 2002-04-24 |
| WO1999001211A1 (en) | 1999-01-14 |
| CA2291771A1 (en) | 1999-01-14 |
| KR20010014421A (ko) | 2001-02-26 |
| CN1112962C (zh) | 2003-07-02 |
| ID24281A (id) | 2000-07-13 |
| SK173399A3 (en) | 2001-03-12 |
| AU8285098A (en) | 1999-01-25 |
| AU727003B2 (en) | 2000-11-30 |
| CN1261822A (zh) | 2000-08-02 |
| JP2002507936A (ja) | 2002-03-12 |
| BR9810493A (pt) | 2000-09-12 |
| EP1001843A1 (en) | 2000-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4425638B2 (ja) | 気相触媒反応用の誘導加熱反応器 | |
| US5958273A (en) | Induction heated reactor apparatus | |
| EP0993335B1 (en) | Inductively heated catalytic reactor | |
| JP2005519832A5 (sk) | ||
| WO1999005064A1 (en) | Processes for the synthesis of hydrogen cyanide | |
| SK283767B6 (sk) | Spôsob iniciácie katalyzovanej reakcie v plynnej fáze | |
| MXPA00000105A (en) | Method of inductively igniting a chemical reaction | |
| RU2000102652A (ru) | Способ индукционного поджига химической реакции | |
| WO1996015983A1 (en) | Hydrogen cyanide gas production | |
| MXPA99011458A (en) | Inductively heated catalytic reactor | |
| TWM501891U (zh) | 用於製備氰化氫之轉化器 | |
| WO2001080988A2 (en) | Catalyst and process for gas phase reactions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of maintenance fees |
Effective date: 20160702 |