UA64390A - Method and reactor for gas-cycle chemical processes by aerosol nanocatalysis - Google Patents
Method and reactor for gas-cycle chemical processes by aerosol nanocatalysis Download PDFInfo
- Publication number
- UA64390A UA64390A UA2003054721A UA2003054721A UA64390A UA 64390 A UA64390 A UA 64390A UA 2003054721 A UA2003054721 A UA 2003054721A UA 2003054721 A UA2003054721 A UA 2003054721A UA 64390 A UA64390 A UA 64390A
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- reactor
- catalyst
- inert
- gas
- particles
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 63
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід належить до способів та реакторів для здійснення хімічних процесів аерозольним нанокаталізом в 2 промисловості і може використовуватись для лабораторних досліджень кінетичних характеристик хімічних реакцій.The invention belongs to methods and reactors for carrying out chemical processes by aerosol nanocatalysis in 2 industries and can be used for laboratory studies of kinetic characteristics of chemical reactions.
Відомий спосіб здійснення хімічних процесів у присутності гетерогенного каталізатору, що складається тільки з каталітичне активного матеріалу, який знаходиться у аерозольному стані, та інертного матеріалу в реакторі з псевдозрідженим шаром каталізатору або інертного матеріалу, в який безперервно вводять зверху 70 або знизу і виводять знизу або зверху інертний матеріал або каталізатор (патент України Мо9010, заявл. 04.08.88р., опубл. 30.09.96р.).A known method of carrying out chemical processes in the presence of a heterogeneous catalyst consisting only of catalytically active material in an aerosol state and inert material in a reactor with a fluidized bed of a catalyst or inert material into which 70 is continuously introduced from above or below and removed from below or above inert material or catalyst (patent of Ukraine Mo9010, application 04.08.88, published 30.09.96).
Недоліком відомого способу являється необхідність рециркуляції каталізатору або інертного матеріалу і псевдозріджений стан одного з них, що значно ускладнює технологічний процес та реакторне обладнання.The disadvantage of the known method is the need to recirculate the catalyst or inert material and the fluidized state of one of them, which significantly complicates the technological process and reactor equipment.
Найбільш близьким по технічній суті являється спосіб здійснення газофазних хімічних процесів у 72 присутності гетерогенного каталізатору, який складається тільки з каталітичне активних часток, які знаходяться в аерозольному стані та псевдозрідженого шару інертного матеріалу, в який безперервно вводять знизу і виводять зверху каталізатор, при цьому концентрація каталізатору складає 1-15г/м З парогазової суміші при нормальних умовах, з еквівалентним діаметром часток каталізатору не більше 1Омкм (патент УкраїниThe closest in technical terms is the method of performing gas-phase chemical processes in the presence of a heterogeneous catalyst, which consists only of catalytically active particles in an aerosol state and a fluidized bed of inert material, into which the catalyst is continuously introduced from the bottom and removed from the top, while the concentration of the catalyst is 1-15g/m of the steam-gas mixture under normal conditions, with the equivalent diameter of the catalyst particles no more than 1Ωm (patent of Ukraine
Мо19014, МКВ ВО1.)8/08, заявл. 23.04.93, опубл. 27.12.97, прототип).Mo19014, MKV VO1.)8/08, application. 04/23/93, publ. 27.12.97, prototype).
Недоліками відомого способу являються: - необхідність рециркуляції каталізатору; - жорсткий зв'язок, характерний для псевдозрідженого шару, між діаметром та щільністю часток інертного матеріалу та лінійною швидкістю робочої суміші, що не дозволяє істотно змінювати час перебування реагентів у зоні реакції; 29 - активність та дисперсний склад каталізатору, які забезпечуються шляхом некерованої, хаотичної взаємодії « з ефективністю порядку 1095 часток інертного матеріалу та каталізатору, що рухаються; - необхідність подолання опору псевдозрідженого шару.The disadvantages of the known method are: - the need to recirculate the catalyst; - a rigid connection, characteristic of a fluidized bed, between the diameter and density of particles of inert material and the linear speed of the working mixture, which does not allow to significantly change the time of the reagents in the reaction zone; 29 - the activity and dispersed composition of the catalyst, which are provided by uncontrolled, chaotic interaction "with an efficiency of the order of 1095 particles of inert material and moving catalyst; - the need to overcome the resistance of the fluidized bed.
Найбільш близьким технічним рішенням пристрою являється реакторний блок, який складається з реактора та системи циркуляції каталізатору: реактор-циклон-фільтр-дозатор каталізатору-реактор. Реактор виглядає як о циліндричний апарат в нижній частині якого знаходиться непровальна газорозподільна решітка і нижче її (о) додатковий об'єм, який забезпечує рівномірний розподіл більшого потоку одного з реагентів по перетину розподільчої решітки та реактору. В зоні псевдозрідженого шару розташовані жорстко зафіксовані горизонтальні о розподільчі пристрої для подачі інших реагентів. Продукти реакції і каталізатор відводять зверху реактора та чІ направляють в циклон, а потім у фільтр для відділення часток каталізатору від продуктів реакції. Каталізатор повертається в реактор. ("Хімічна промисловість України", Мо1-2, 2000, стор. 80-88). ї-оThe closest technical solution to the device is a reactor block, which consists of a reactor and a catalyst circulation system: reactor-cyclone-filter-catalyst dispenser-reactor. The reactor looks like a cylindrical device in the lower part of which there is a non-fall gas distribution grid and below it (o) an additional volume that ensures uniform distribution of a larger flow of one of the reagents across the intersection of the distribution grid and the reactor. In the zone of the fluidized bed there are rigidly fixed horizontal distribution devices for supplying other reagents. The reaction products and the catalyst are removed from the top of the reactor and sent to the cyclone, and then to the filter to separate the catalyst particles from the reaction products. The catalyst is returned to the reactor. ("Chemical industry of Ukraine", Mo1-2, 2000, pp. 80-88). oh
Недоліком відомого пристрою являється наявність складного газорозподільного пристрою, через яке вводять один з реагентів, який забезпечує рівномірне псевдозрідження інертних часток по усьому перетину апарату, необхідність додаткових патрубків та газорозподільних пристроїв по вводу інших реагентів, розташованих « дю перпендикулярно напрямку руху реагентів та інертного матеріалу і складність їх фіксації із-за великих -о динамічних навантажень, а також складна громіздка і недостатньо точна система забезпечення каталізатором с зони реакції. з В основу винаходу поставлена задача створення такого способу та реактору для здійснення газофазних хімічних процесів зерозольним нанокаталізом, в якому завдяки створенню направленої взаємодії інертних часток і гетерогенного каталізатору, що складається тільки з часток каталітичне активної речовини або речовин, які б» 395 знаходяться в аерозольному стані, вводу реагентів і виводу продуктів реакції через патрубки, які закінчуються газорозподільниками-фільтрами (сітками), і знаходяться у віброзрідженому шарі, досягають підвищенняThe disadvantage of the known device is the presence of a complex gas distribution device, through which one of the reagents is introduced, which ensures uniform fluidization of inert particles across the entire cross-section of the device, the need for additional nozzles and gas distribution devices for the introduction of other reagents, located perpendicular to the direction of movement of reagents and inert material, and the complexity their fixation due to large - o dynamic loads, as well as a complex, bulky and insufficiently accurate system of providing a catalyst from the reaction zone. The invention is based on the task of creating such a method and reactor for the implementation of gas-phase chemical processes by zero-aerosol nanocatalysis, in which, thanks to the creation of a directed interaction of inert particles and a heterogeneous catalyst, consisting only of particles of a catalytically active substance or substances that are in an aerosol state , the introduction of reagents and the output of reaction products through nozzles, which end with gas distributors-filters (grids), and are located in the vibro-liquefied layer, achieve an increase
ЧК» активності каталізатору і спрощення технології. о Поставлена задача вирішується тим, що в способі здійснення газофазних хімічних процесів верозольним. нанокаталізом в реакторі у присутності інертного матеріалу і гетерогенного каталізатору в аерозольному стані (се) 50 з еквівалентним діаметром часток не більше 1Омкм, згідно з винаходом, реактор або тільки частки інертного о матеріалу та гетерогенного каталізатору з концентрацією в зоні реакції рівній від 5,210 до 7,01710-Зг/м пропущеної парогазової суміші піддають впливу пружних коливань з частотою 33-400 коливань за хвилину і амплітудою 10-20мм з енергією співударів інертних часток рівною 1,4710Дж. Розмір частки каталізаторуChK" activity of the catalyst and simplification of the technology. o The task is solved by the fact that in the method of performing gas-phase chemical processes verozolnym. nanocatalysis in a reactor in the presence of an inert material and a heterogeneous catalyst in an aerosol state (se) 50 with an equivalent particle diameter of no more than 1 Ωm, according to the invention, a reactor or only particles of an inert material and a heterogeneous catalyst with a concentration in the reaction zone equal to 5.210 to 7, 01710-Zg/m of the passed steam-gas mixture is exposed to elastic vibrations with a frequency of 33-400 vibrations per minute and an amplitude of 10-20mm with an energy of collisions of inert particles equal to 1.4710J. The size of the catalyst particle
Знаходиться в межах від 1079 до 10Зм. Маса інертної частки до 1072 разів перевищує масу частки каталізатору.It is located between 1079 and 10Zm. The mass of the inert particle is up to 1072 times greater than the mass of the catalyst particle.
Міцність та стираємість інертних часток вище ніж у каталізатора. » В реакторі для здійснення газофазних хімічних процесів аерозольним нанокаталізом, який містить циліндричний корпус з вхідним і вихідним патрубками для реагентів та продуктів реакції, люк для вводу гетерогенного каталізатору і інертного матеріалу, поставлена задача вирішується тим, що закінчення патрубків бо знаходяться всередині віброзрідженого шару, а на кінцях патрубків встановлені газорозподільники-фільтри (сітки), поверхня яких розташована співвісно напрямку руху інертних часток і гетерогенного каталізатору.The strength and wearability of inert particles is higher than that of the catalyst. » In a reactor for carrying out gas-phase chemical processes with aerosol nanocatalysis, which contains a cylindrical body with inlet and outlet nozzles for reagents and reaction products, a hatch for introducing a heterogeneous catalyst and inert material, the task is solved by the fact that the ends of the nozzles are located inside the vibro-liquefied layer, and at the ends of the nozzles, gas distributors-filters (grids) are installed, the surface of which is located coaxially with the direction of movement of inert particles and the heterogeneous catalyst.
Дослідження показали, що активність каталізатору, яка визначається зміною швидкості реакції, зростає від 2,52 до 8000г/м? реакційного об'єму, у порівнянні з прототипом. Це досягається шляхом безперервної взаємодії віброзрідженого шару інертних часток з одним і тим же об'ємом гетерогенного каталізатору під впливом пружних 65 коливань на реактор або тільки на частки інертного матеріалу і гетерогенного каталізатору. Діапазон частоти коливань від 33 до 400 коливань за хвилину дозволяє управляти та оптимізувати інтенсивність взаємодії інертних часток і гетерогенного каталізатору. Особливістю запропонованого процесу являється безперервна і тривала механохімактивація каталітичне активного матеріалу в аерозольному стані за рахунок ударної взаємодії інертних часток по часткам гетерогенного каталізатору безпосередньо в зоні реакції. Це приводить до деяких принципових відмінностей з прототипом. В умовах прототипу концентрація каталізатору в розрахунку на об'єм реактору і на об'єм пропущеної реакційної суміші рівні, так як каталізатор постійно вводиться і виводиться з реактора. В умовах запропонованого винаходу в реактор попередньо вноситься певна кількість каталізатору і постійно вводяться реагенти. При цьому каталізатор постійно підлягає механічному впливу віброзрідженого інертного матеріалу. Каталізатор диспергується, виникають дефекти структури і змінюються якості його 7/о поверхні, які визначають його активність. Усе це приводе до значного зменшення концентрації каталізатору і становить від 5,27107 до 7,01710г/м3 пропущеної реакційної суміші. Оптимальним являється відношення маси частки каталізатора до маси частки інертного матеріалу порядку 1:10 15, що забезпечує при співударах необхідну енергію впливу на каталізатор. Матеріал інертних часток вибирають таким чином, щоб його міцність була значно вище, ніж у каталітичне активного матеріалу, завдяки чому інертні частки практично не зношуються 75 на протязі кількох років, а каталітичне активний матеріал діспергується до нанорозмірів, що забезпечує зріст поверхні контакту з реагентами і збільшує активність каталізатору. Завдяки постійному перебуванню аерозолю каталізатору в зоні реакції, значно збільшується питома нагрузка по сировині в перерахунку на масу каталізатору та відповідно зменшується потреба в ньому.Studies have shown that the activity of the catalyst, which is determined by the change in the reaction rate, increases from 2.52 to 8000 g/m? reaction volume compared to the prototype. This is achieved by the continuous interaction of the vibro-liquefied layer of inert particles with the same volume of heterogeneous catalyst under the influence of elastic 65 vibrations on the reactor or only on particles of inert material and heterogeneous catalyst. The frequency range of oscillations from 33 to 400 oscillations per minute allows you to control and optimize the intensity of interaction between inert particles and the heterogeneous catalyst. A feature of the proposed process is the continuous and long-term mechanochemical activation of the catalytically active material in the aerosol state due to the impact interaction of inert particles on the particles of the heterogeneous catalyst directly in the reaction zone. This leads to some fundamental differences with the prototype. Under the conditions of the prototype, the concentration of the catalyst in the calculation of the volume of the reactor and the volume of the passed reaction mixture are equal, since the catalyst is constantly introduced and removed from the reactor. Under the conditions of the proposed invention, a certain amount of catalyst is preliminarily introduced into the reactor and reagents are continuously introduced. At the same time, the catalyst is constantly subjected to the mechanical influence of the vibro-liquefied inert material. The catalyst disperses, defects in the structure appear, and the qualities of its 7/o surface, which determine its activity, change. All this leads to a significant decrease in the concentration of the catalyst and is from 5.27107 to 7.01710 g/m3 of the passed reaction mixture. The optimal ratio of the mass of the catalyst particle to the mass of the inert material particle is of the order of 1:10 15, which provides the necessary impact energy on the catalyst during collisions. The material of the inert particles is chosen in such a way that its strength is much higher than that of the catalytically active material, thanks to which the inert particles practically do not wear out 75 over several years, and the catalytically active material is dispersed to nanosize, which ensures the growth of the contact surface with the reagents and increases catalyst activity. Due to the constant presence of the catalyst aerosol in the reaction zone, the specific load on the raw material in terms of the mass of the catalyst increases significantly and the need for it decreases accordingly.
В реакторі створюється газодинамічний режим, наближений до ідеального змішування по твердій фазі. В запропонованому реакторі можливо досліджувати та здійснювати промислове виробництво з реагентами рідкого вихідного агрегатного стану. Конструкція реактору, у порівнянні з прототипом, спрощується. Завдяки співвісному розташуванню патрубків вводу та виводу реагентів, які співпадають з напрямком руху інертних часток і гетерогенного каталізатору, робоча поверхня газорозподільників-фільтрів (сіток), постійно очищується від часток каталізатору, інертними частками, які рухаються співвісно. Наявність фільтрів (сіток) виключає винос каталізатору з зони реакції і необхідність використання додаткового обладнання: циклонів та фільтрів. «A gas-dynamic regime is created in the reactor, close to ideal mixing in the solid phase. In the proposed reactor, it is possible to study and carry out industrial production with reagents of liquid initial aggregate state. The design of the reactor, in comparison with the prototype, is simplified. Due to the coaxial location of the inlet and outlet nozzles of the reagents, which coincide with the direction of movement of inert particles and the heterogeneous catalyst, the working surface of gas distributors-filters (grids) is constantly cleaned of catalyst particles by inert particles that move coaxially. The presence of filters (nets) eliminates the removal of the catalyst from the reaction zone and the need to use additional equipment: cyclones and filters. "
Рух шару інертних часток за рахунок зовнішнього впливу практично виключає опір шару і втрати тиску при проходженні матеріальних потоків крізь реактор.The movement of the layer of inert particles due to external influence practically eliminates the resistance of the layer and the loss of pressure during the passage of material flows through the reactor.
Запропонований спосіб здійснюють наступним чином.The proposed method is carried out as follows.
В реактор завантажують інертний матеріал та гетерогенний каталізатор. Вмикають вібропристрій і неменш «2 0,5 години готують каталітичну систему. Перед пуском каталітичну систему нагрівають до робочої температури за допомогою додаткового пускового підігрівача. Підігрів здійснюють продувкою реактору повітрям, речовинами Ф згоряння або інертним газом, або постачанням теплової енергії крізь вмонтований в віброшар теплообмінник. соInert material and a heterogeneous catalyst are loaded into the reactor. Turn on the vibrating device and prepare the catalytic system for at least 2 0.5 hours. Before starting, the catalytic system is heated to operating temperature with the help of an additional starting heater. Heating is carried out by blowing the reactor with air, combustion substances or inert gas, or by supplying thermal energy through a heat exchanger installed in the vibrating bed. co
Реагенти окремими потоками або в суміші безперервно подають в нижню або верхню частину реактору крізь спеціальні патрубки-газорозподільники, які закінчуються всередині апарату фільтрами (сітками). Реагенти З проходять каталітичну систему: віброзріджений шар інертного матеріалу і гетерогенного каталізатору. При цьому «(о протікає хімічна взаємодія. Час перебування реагенту в віброшарі визначається кінетикою конкретного процесу і при необхідності легко змінюється в широких межах. Продукти реакції виводять крізь спеціальні патрубки, сконструйовані відповідно описаному раніше, але точка їх відбору розташована вище по ходу газу. Продукти « реакції направляють на утилізацію тепла і далі на виділення цільових продуктів.Reagents are continuously supplied in separate streams or in a mixture to the lower or upper part of the reactor through special nozzles-gas distributors, which end inside the apparatus with filters (nets). Reagents C pass through a catalytic system: a vibro-liquefied layer of inert material and a heterogeneous catalyst. At the same time, a chemical interaction takes place. The time the reagent stays in the vibrating bed is determined by the kinetics of a specific process and, if necessary, can be easily changed within wide limits. The reaction products are removed through special nozzles designed in accordance with the above, but the point of their selection is located higher in the gas flow. "reactions are directed to the utilization of heat and further to the release of target products.
Для здійснення запропонованого способу розроблений реактор, технічна сутність і принцип роботи якого - с пояснюються фігурою на якій показані: 1 - реактор; 2 - патрубок вводу; З - патрубок виводу; 4, 5 - люки для а вводу і виводу каталітичної системи; 6 - фільтруючий елемент; 7 - вібропристрій. "» Реактор 1 являє собою циліндричний апарат з вхідним та вихідним патрубками 2, З для реагентів і продуктів реакції (кількість патрубків визначається запасом тиску на вході в реактор), люками 4, 5 для вводу і виводу інертного матеріалу та гетерогенного каталізатору. Закінчення патрубків-газорозподільників 2, З знаходяться (о) всередині віброзрідженого шару, на кінцях яких встановлені фільтри (сітки) 6. Всередині реактора встановлений 1» вібропристрій 7. Перш ніж подавати реагенти у реактор вводять каталітичну систему, вмикають вібропристрій.To implement the proposed method, a reactor was developed, the technical essence and principle of which - c are explained by the figure showing: 1 - reactor; 2 - input pipe; C - output nozzle; 4, 5 - hatches for input and output of the catalytic system; 6 - filter element; 7 - vibrating device. "» Reactor 1 is a cylindrical device with inlet and outlet nozzles 2, C for reagents and reaction products (the number of nozzles is determined by the pressure reserve at the entrance to the reactor), hatches 4, 5 for the input and output of inert material and heterogeneous catalyst. The end of the nozzles- of gas distributors 2, З are located (o) inside the vibro-liquefied layer, at the ends of which filters (nets) are installed 6. A 1" vibrating device is installed inside the reactor 7. Before feeding the reagents into the reactor, the catalytic system is introduced, and the vibrating device is turned on.
Каталітичну систему нагрівають до необхідної температури. Реагенти вводять знизу або зверху крізь патрубки 2, (95) З, на кінцях яких встановлені фільтри (сітки) б, завдяки яким каталізатор не виноситься з зони реакції та со 50 спільно з вібрацією здійснюється газорозподіл вхідних та вихідних потоків.The catalytic system is heated to the required temperature. Reagents are introduced from below or from above through nozzles 2, (95) Z, at the ends of which filters (nets) b are installed, thanks to which the catalyst is not carried out of the reaction zone and co 50, together with vibration, gas distribution of the incoming and outgoing flows is carried out.
Лабораторний реактор для дослідження кінетики працює наступним чином. 62 Реактор ретельно продувають, при потребі промивають розчинником. Потім в нього завантажують інертний матеріал і необхідну наважку каталізатору. Закривають люк, монтують в трубчату піч, з'єднують з вібропристроєм і системою комунікацій. Перевіряють герметичність системи. Потім вмикають піч і розігрівають реактор до заданої температури. В реактор подають газоподібний реагент - повітря і вмикають вібропристрій. В з» залежності від стану фільтру, який установлено на лінії продуктів реакції, контролюють роботу фільтру вмонтованого в реактор. У випадку виносу каталізатору з зони реакції дослід припиняють і усувають причину.A laboratory reactor for studying kinetics works as follows. 62 The reactor is thoroughly blown, if necessary, washed with a solvent. Then, inert material and the required amount of catalyst are loaded into it. The hatch is closed, mounted in a tubular furnace, connected to a vibrating device and a communications system. The tightness of the system is checked. Then the furnace is turned on and the reactor is heated to the specified temperature. A gaseous reagent - air - is fed into the reactor and the vibrating device is turned on. In z», depending on the condition of the filter, which is installed on the line of reaction products, the operation of the filter installed in the reactor is monitored. In the case of removal of the catalyst from the reaction zone, the experiment is stopped and the cause is eliminated.
Якщо прийняти, у відповідності з дослідом, що винесення каталізатору складає не більш 295 за добу, то каталізатор, що розміщений в реакторі працює на протязі 50 діб. У промисловості винесення каталізатору 60 компенсується періодичним вводом додаткового каталізатору. При цьому за 50 діб витрати каталізатора стануть вдвічі більше та складуть: 275,27 107 до 7,01710Зг/м? пропущеної реакційної суміші.If we assume, in accordance with the experiment, that the removal of the catalyst is no more than 295 per day, then the catalyst placed in the reactor works for 50 days. In industry, the removal of catalyst 60 is compensated by the periodic introduction of additional catalyst. At the same time, in 50 days, the consumption of the catalyst will double and amount to: 275.27 107 to 7.01710Zg/m? of the omitted reaction mixture.
Приклад 1 (порівняльний).Example 1 (comparative).
Природний газ окислюють киснем повітря в реакторі проточного типу з внутрішнім діаметром 0,05м і висотою 1,2м початковий розігрів якого забезпечують електрообігрівачем. Повітря, яке являється псевдозрідженим б5 агентом твердого інертного матеріалу, подають в нижню зону реактору. Об'єм псевдозрідженого інертного матеріалу, в якості якого використовують скляні шарики діаметром 0,7-1,0мм складає 1000см З. Природний газ подають в нижню зону реактора. Проточним компонентом являється каталізатор глибокого окислення, в якості якого використовують метали перехідної групи її оксиди та сполучення. Каталізатор подають у нижню частину реактору, а виводять з верхньої і повертають на початок процесу, окислення ведуть при температурі 600".Natural gas is oxidized with air oxygen in a flow-type reactor with an internal diameter of 0.05 m and a height of 1.2 m, the initial heating of which is provided by an electric heater. Air, which is a fluidized b5 agent of solid inert material, is fed into the lower zone of the reactor. The volume of liquefied inert material, which uses glass balls with a diameter of 0.7-1.0 mm, is 1000 cm3. Natural gas is fed into the lower zone of the reactor. The flow component is a deep oxidation catalyst, which uses metals of the transition group, its oxides and combinations. The catalyst is fed into the lower part of the reactor, and removed from the upper part and returned to the beginning of the process, oxidation is carried out at a temperature of 600".
Концентрацію каталізатора в зоні реакції визначають по запиленню відхідних газів безпосередньо після реактору.The concentration of the catalyst in the reaction zone is determined by polluting the waste gases directly after the reactor.
Приклади 8 и 12 проводять в умовах прототипу на установці з псевдозрідженим шаром інертного матеріалу.Examples 8 and 12 are carried out under the conditions of a prototype on an installation with a fluidized bed of inert material.
Каталізатор вводять в нижню частину апарату і виводять зверху. Діаметр реактора 50мм, висота 1,2м.The catalyst is introduced into the lower part of the apparatus and removed from the top. The diameter of the reactor is 50 mm, the height is 1.2 m.
Результати досліджень наведені в таблиці. 70 Приклади 2-7The results of the research are given in the table. 70 Examples 2-7
Окислення природного газу проводять киснем повітря в реакторі з реакційним об'ємом З8мл, вмонтованим в трубчату піч. Діаметр реактора З4мм, висота 40мм. Витрати повітря складають 97, бг/год. Інертний матеріал для створення віброзрідженого шару займає 7095 насипного об'єму реактора. В якості каталізатору окислення використовують вихідні частини оксиду заліза 400-2000Онм. Каталізатор завантажують в реактор через люк разом 7/5 З твердим інертним матеріалом. У прикладах 2-4 використовують в якості інертного матеріалу скляні шарики діаметром 1-1,3мм, реакцію проводять при температурі 6007С і частоті коливань 150 коливань за хвилину при змінюванні амплітуди коливань в межах 10-20мм. У прикладах 5-7 використовують в якості інертного матеріалу кварцевий пісок діаметром частинок 1-2мм, реактор розігрівають до температури 700"С і досліджують інтервал коливань 66-168 коливань за хвилину при амплітуді коливань їОмм. Об ефективності хімічного перетворення судять по підтримці у вихідних газах ді- і моно- оксидів вуглецю. Внаслідок цих даних розраховують швидкість хімічних реакцій. Відбір продуктів реакції здійснюють крізь верхній штуцер реактору. Склад їх визначають на сенсорному аналізаторі безперервного контролю М5І-150 Вавіс. Результати досліджень наведені в таблиці.Oxidation of natural gas is carried out with air oxygen in a reactor with a reaction volume of 38 ml, mounted in a tubular furnace. The diameter of the reactor is 4 mm, the height is 40 mm. Air consumption is 97, bg/h. The inert material for creating a vibro-liquefied layer occupies 7095 bulk volume of the reactor. As an oxidation catalyst, the original parts of iron oxide 400-2000 Ohm are used. The catalyst is loaded into the reactor through the hatch along with 7/5 solid inert material. In examples 2-4, glass balls with a diameter of 1-1.3 mm are used as an inert material, the reaction is carried out at a temperature of 6007C and a frequency of oscillations of 150 oscillations per minute with a change in the amplitude of oscillations within 10-20 mm. In examples 5-7, quartz sand with a particle diameter of 1-2 mm is used as an inert material, the reactor is heated to a temperature of 700"C and the oscillation interval of 66-168 oscillations per minute with an amplitude of oscillations of 100 mm is examined. The efficiency of the chemical transformation is judged by the support in the source gases di- and mono-oxides of carbon. As a result of these data, the rate of chemical reactions is calculated. The selection of reaction products is carried out through the upper fitting of the reactor. Their composition is determined on the sensor analyzer of continuous control M5I-150 Vavis. The results of the studies are shown in the table.
Приклади 9-14Examples 9-14
Окислення оцтової кислоти і 1,2-дихлоретану проводять киснем повітря. Для проведення процесу об Використовують реактор, вмонтований в трубчату піч, реакційним об'ємом 8мл. Діаметр реактора - 20мм, висота -25мм. Витрати повітря 18,8г/год. Частота коливань 33-400 коливань за хвилину, амплітуда коливань - 15мм. «Oxidation of acetic acid and 1,2-dichloroethane is carried out with air oxygen. To carry out the process of using a reactor mounted in a tubular furnace with a reaction volume of 8 ml. The diameter of the reactor is 20 mm, the height is 25 mm. Air consumption 18.8 g/h. The frequency of oscillations is 33-400 oscillations per minute, the amplitude of oscillations is 15 mm. "
Інертний матеріал для створення віброзрідженого шару (скляні шарики діаметром 1-1,3 мм) складає 7090 насипного об'єму. Окислювальну речовину подають крізь нижній патрубок в реактор. В якості каталізатору окислення використовують частинки оксиду заліза для прикладів 9-12 і оксиду міді для прикладів 13-14, з о зо початковим розміром 400-2000 нм. Каталізатор завантажують в реактор крізь люк разом з твердим інертним матеріалом. Реактор розігрівають до температури 600 С, а для прикладів 13-14 до 580"С, подають повітря і Ме вмикають вібропристрій. Відбір продуктів реакції здійснюють крізь верхній штуцер реактору. Об ефективності (У хімічного перетворення судять по вмісту у відхідних газах ді- і моно- оксидів вуглецю для прикладів 9-12 і діоксиду вуглецю, хлористого водню і хлору для прикладів 13-14. Склад продуктів реакції визначають « з5 Тетраметричним методом, на хроматографі "Цвіт" і на сенсорному аналізаторі безперервного контролю М5І-150 «оThe inert material for creating a vibro-liquefied layer (glass balls with a diameter of 1-1.3 mm) is 7090 bulk volume. The oxidizing substance is fed into the reactor through the bottom pipe. As an oxidation catalyst, particles of iron oxide are used for examples 9-12 and copper oxide for examples 13-14, with an initial size of 400-2000 nm. The catalyst is loaded into the reactor through the hatch along with solid inert material. The reactor is heated to a temperature of 600 °C, and for examples 13-14 to 580 °C, air is supplied and the vibrating device is turned on. The selection of reaction products is carried out through the upper fitting of the reactor. - carbon oxides for examples 9-12 and carbon dioxide, hydrogen chloride and chlorine for examples 13-14. The composition of the reaction products is determined by the tetrametric method, on the Tsvit chromatograph and on the M5I-150 continuous control sensor analyzer
Вазіс. Результати досліджень наведені в таблиці.Vazis The results of the research are given in the table.
Результати досліджень показали, що об'єм реактора не впливає на активність каталізатору, основною специфічною для даного технологічного і апаратурного оформлення процесу характеристикою являється частота і амплітуда коливань. «The research results showed that the volume of the reactor does not affect the activity of the catalyst, the frequency and amplitude of oscillations are the main characteristic specific for this technological and apparatus design of the process. "
Наведені приклади підтверджують, що здійснення процесу запропонованим способом в запропонованому ств) с реакторі дозволяє значно знизити витрати каталізатору на одиницю переробляємого продукту за рахунок збільшення активності гетерогенного каталізатору при зберіганні оптимального ступеня перетворення реагуючих ;» речовин.The given examples confirm that the implementation of the process by the proposed method in the proposed reactor allows to significantly reduce the cost of the catalyst per unit of processed product due to the increase in the activity of the heterogeneous catalyst while maintaining the optimal degree of conversion of the reactants;" substances
Приклади 2-4, 9-11 і 13-14 показують, що використання віброреактора приводять до значного росту продуктивності по сировині у перерахунку на масу каталізатора (стовпчик 10) у порівнянні з даними прототипу.Examples 2-4, 9-11 and 13-14 show that the use of a vibroreactor leads to a significant increase in the productivity of raw materials in terms of the mass of the catalyst (column 10) in comparison with the data of the prototype.
Ге» В прототипі каталізатор значний час знаходиться у зовнішньому транспортному циклі: вихід з зони реакції-циклон-фільтр-дозатор-вхід в зону реакції. В наведених прикладах швидкість реакції у порівнянні з ве прототипом зростає від 2,52 до 8000 разів, що пояснюється безперервністю механохімактивації каталізатора у 2) зоні реакції.Ge" In the prototype, the catalyst spends a considerable time in the external transport cycle: exit from the reaction zone-cyclone-filter-dispenser-entry into the reaction zone. In the given examples, the reaction rate compared to the prototype increases from 2.52 to 8000 times, which is explained by the continuity of mechanochemical activation of the catalyst in 2) the reaction zone.
Приклади 2-4 показують, що при постійному числі коливань ріст їх амплітуди в межах 10-20мм приводить до ік зростання продуктивності, швидкості реакції і скороченню майже в 2000 раз потреби в каталізаторі і більш чим о в 3,5 разів об'єму реакційної зони. Зниження останніх двох показників (стовпчики 12, 13) приводить до зниження експлуатаційних витрат і капітальних вкладень. Це пояснюється підвищенням ефективності активації каталізатора у порівнянні з прототипом у 2,52 рази.Examples 2-4 show that with a constant number of oscillations, an increase in their amplitude in the range of 10-20 mm leads to an increase in productivity, reaction speed and a reduction of almost 2000 times the need for a catalyst and more than 3.5 times the volume of the reaction zone . A decrease in the last two indicators (columns 12, 13) leads to a decrease in operating costs and capital investments. This is due to a 2.52-fold increase in catalyst activation efficiency compared to the prototype.
У прикладах 5-7 в якості інертного матеріалу використовують кварцевий пісок довільної форми.In examples 5-7, quartz sand of arbitrary shape is used as an inert material.
Продуктивність і швидкість реакції знижуються незважаючи на зріст температури з бО0"С до 700"С. ЦеProductivity and reaction rate decrease despite the increase in temperature from 00°C to 700°C. It
Р пояснюється зменшенням інтенсивності активації за рахунок неправильної форми інертного матеріалу. Найкращі показники в цій серії має приклад 5 з найменшим числом коливань.P is explained by a decrease in the intensity of activation due to the irregular shape of the inert material. The best performance in this series is sample 5 with the lowest number of oscillations.
Оцтова кислота в умовах прототипу багаторазово досліджувалась. Продуктивність і швидкість реакції бо Зростає в 554 рази, а необхідний об'єм реактору знижується на цю же величину, потреба в каталізаторі знижується в 11000 разів, приклади 9-11.Acetic acid in the conditions of the prototype was repeatedly studied. The productivity and speed of the reaction increases by 554 times, and the required volume of the reactor decreases by the same amount, the need for a catalyst decreases by 11,000 times, examples 9-11.
В прикладах 12-14 у порівнянні з прототипом об'єм реактора знижується майже в 8000 разів, а концентрація каталізатора зменшується в 34400 раз.In examples 12-14, compared to the prototype, the volume of the reactor is reduced by almost 8,000 times, and the concentration of the catalyst is reduced by 34,400 times.
В сучасних промислових реакторах концентрація каталітичне активного компоненту досягає 200-400кг/м З 65 реакційного об'єму. Таким чином аерозольний каталіз в віброреакторі дозволяє знизити потребу в каталізаторі при одночасному підвищенні швидкості реакції.In modern industrial reactors, the concentration of the catalytically active component reaches 200-400 kg/m 65 of the reaction volume. Thus, aerosol catalysis in a vibroreactor allows reducing the need for a catalyst while simultaneously increasing the reaction rate.
На підставі вищесказаного можливо зробити висновок, що запропоноване технічне рішення являється новим, має технічний рівень і являється промислове придатним. речовина - 7 - окислювальній реакції я ;On the basis of the above, it is possible to conclude that the proposed technical solution is new, has a technical level and is industrially suitable. substance - 7 - oxidation reaction i;
Речо-вини |повітря | маса витрати |Концерн-трація | частота |амплітуда речовині на мЗ/год концентрації об'єму реакційного об'єму каталізатору |реакторру г/год г/год г г/год гінм Зр.сум. коливань кг/гкат г/імЗр.обес за хвилину то я 1314 15161718 18111111» зм е ПЕН БАБИН НН БИ і По НБН НБН 10-5 446 97,6 1011 9,27 1,210-3 144 10 1,01710 6 25,84 10-5 сен ен нови -5Matters | air | mass consumption |Concern-tration | frequency |amplitude substance per mZ/h concentration volume reaction volume catalyst |reactorr g/h g/h g g/h ginm Zr.sum. fluctuations kg/gkat g/imZr.obes per minute then I 1314 15161718 18111111" change PEN BABYN NN BY and Po NBN NBN 10-5 446 97.6 1011 9.27 1.210-3 144 10 1.01710 6 25.84 10-5 sen and new -5
Оцтова кислота 0,41 4078 52 16,5 0,21 0,058 1,0 1,0 в умовах прототипуAcetic acid 0.41 4078 52 16.5 0.21 0.058 1.0 1.0 in prototype conditions
Бл -5 -5 -5 12 Діхлор-етан 0,02 4795 77,78 21,0 0,011 31310-3 1,0 1,0 в умовах « прототипу «в)Bl -5 -5 -5 12 Dichloroethane 0.02 4795 77.78 21.0 0.011 31310-3 1.0 1.0 in "prototype" conditions)
Зо ФFrom F
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2003054721A UA64390C2 (en) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | Method and reactor for performance of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2003054721A UA64390C2 (en) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | Method and reactor for performance of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA64390A true UA64390A (en) | 2004-02-16 |
UA64390C2 UA64390C2 (en) | 2006-07-17 |
Family
ID=34516389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UA2003054721A UA64390C2 (en) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | Method and reactor for performance of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA64390C2 (en) |
-
2003
- 2003-05-26 UA UA2003054721A patent/UA64390C2/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
UA64390C2 (en) | 2006-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Önsan et al. | Multiphase catalytic reactors: Theory, design, manufacturing, and applications | |
Dumesic et al. | Kinetics of selective catalytic reduction of nitric oxide by ammonia over vanadia/titania | |
JP5081453B2 (en) | Method | |
JP4799976B2 (en) | Method for modifying fluid organic compounds | |
Zheng et al. | Numerical simulation of selective catalytic reduction of NO and SO2 oxidation in monolith catalyst | |
CN101954266B (en) | Chemical reaction equipment and application thereof in chemical reaction | |
CN104220147A (en) | Device and method for eliminating nox and n2o | |
Wu et al. | Desulfurization in the gas-continuous impinging stream gas–liquid reactor | |
KR20090004965A (en) | Internal combustion exchanger reactor for endothermic reaction in fixed bed | |
KR20050053595A (en) | Plasma reactor for carrying out gas reactions and method for the plasma-supported reaction of gases | |
CN107216296B (en) | Method for preparing propylene oxide in microchannel reactor | |
WO2008044942A1 (en) | Chemical looping combustion | |
Fu et al. | Novel monolithic catalysts for VOCs removal: A review on preparation, carrier and energy supply | |
Matros et al. | Progress in reverse-process application to catalytic incineration problems | |
Stankiewicz et al. | An industrial view on the dynamic operation of chemical converters | |
CN203695026U (en) | Catalyst evaluation device for rapid catalytic reaction | |
CN102773057A (en) | Photocatalytic decomposition reactor of hydrogen sulfide based on fluidized bed technology and hydrogen producing device for photocatalytic decomposition reactor of hydrogen sulfide | |
US20110100215A1 (en) | Method and Apparatus for the Catalytic Reduction of Flue Gas NOx | |
Al-Saleh et al. | Kinetic study of ethylene oxidation in a Berty reactor | |
UA64390A (en) | Method and reactor for gas-cycle chemical processes by aerosol nanocatalysis | |
RU2357796C2 (en) | Method and reactor for realisation of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis | |
US20100010269A1 (en) | Apparatus and process for use in three-phase catalytic reactions | |
Yan et al. | Catalytic hydrolysis of gaseous HCN over Cu–Ni/γ-Al 2 O 3 catalyst: parameters and conditions | |
Silveston et al. | Modelling of a periodically operating packed-bed SO2 oxidation reactor at high conversion | |
Jin et al. | Novel configurations and variants |