RU2357796C2 - Method and reactor for realisation of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis - Google Patents
Method and reactor for realisation of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2357796C2 RU2357796C2 RU2004114085/12A RU2004114085A RU2357796C2 RU 2357796 C2 RU2357796 C2 RU 2357796C2 RU 2004114085/12 A RU2004114085/12 A RU 2004114085/12A RU 2004114085 A RU2004114085 A RU 2004114085A RU 2357796 C2 RU2357796 C2 RU 2357796C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- catalyst
- particles
- inert
- heterogeneous catalyst
- Prior art date
Links
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и реакторам для осуществления химических процессов в промышленности и может быть использовано для лабораторных исследований кинетических характеристик химических реакций.The invention relates to methods and reactors for carrying out chemical processes in industry and can be used for laboratory studies of the kinetic characteristics of chemical reactions.
Известный способ осуществления химических процессов в присутствии гетерогенного катализатора, состоящего только из каталитически активного материала, находящегося в аэрозольном состоянии, и инертного материала в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора или инертного материала, в который непрерывно вводят сверху или снизу и выводят снизу или сверху инертный материал или катализатор (патент Украины №9010 заявл. 04.08.88 г., опубл. 30.09.96 г.).A known method for carrying out chemical processes in the presence of a heterogeneous catalyst consisting only of a catalytically active material in an aerosol state and an inert material in a fluidized bed reactor of an catalyst or an inert material into which an inert material is continuously introduced from above or below and from below or from above catalyst (patent of Ukraine No. 9010 declared. 04.08.88, publ. 30.09.96).
Недостатком известного способа является необходимость рециркуляции катализатора или инертного материала и псевдоожиженное состояние одного из них, что значительно усложняет технологический процесс и реакторное оборудование.The disadvantage of this method is the need for recycling of the catalyst or inert material and the fluidized state of one of them, which greatly complicates the process and reactor equipment.
Известен способ осуществления газофазных химических процессов в присутствии гетерогенного катализатора, состоящего только из каталитически активных частиц, находящихся в аэрозольном состоянии, и псевдоожиженного слоя инертного материала, в который непрерывно вводят снизу и выводят сверху катализатор, при этом концентрация катализатора равна 1-15 г/м3 парогазовой смеси при нормальных условиях, с эквивалентным диаметром частиц катализатора не более 10 мкм.A known method of gas-phase chemical processes in the presence of a heterogeneous catalyst, consisting only of catalytically active particles in an aerosol state, and a fluidized bed of inert material, into which the catalyst is continuously introduced from below and removed from above, the concentration of the catalyst is 1-15 g / m 3 gas-vapor mixture under normal conditions, with an equivalent particle diameter of the catalyst of not more than 10 microns.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- необходимость рециркуляции катализатора;- the need for recycling of the catalyst;
- жесткая связь между диаметром и плотностью частиц инертного материала и линейной скоростью рабочей смеси, характерная для псевдоожиженного слоя, не позволяет существенно изменять время пребывания реагентов в зоне реакции;- a rigid relationship between the diameter and density of particles of an inert material and the linear velocity of the working mixture, characteristic of the fluidized bed, does not allow to significantly change the residence time of the reactants in the reaction zone;
- активность и дисперсный состав катализатора, которые обеспечиваются путем неуправляемого хаотичного взаимодействия движущихся частиц инертного материала и катализатора с эффективностью порядка 10%;- activity and dispersed composition of the catalyst, which are provided by uncontrolled random interaction of moving particles of an inert material and a catalyst with an efficiency of about 10%;
- необходимость преодоления сопротивления псевдоожиженного слоя.- the need to overcome the resistance of the fluidized bed.
Наиболее близким техническим решением для способа и устройства является реакторный блок, который состоит из реактора и системы циркуляции катализатора: реактор - циклон - фильтр - дозатор катализатора - реактор.The closest technical solution for the method and device is a reactor block, which consists of a reactor and a catalyst circulation system: reactor - cyclone - filter - catalyst dispenser - reactor.
Реактор представляет собой цилиндрический аппарат, в нижней части которого находится непровальная газораспределительная решетка, и ниже - ее дополнительный объем, обеспечивающий равномерное распределение большего потока одного из реагентов по сечению распределительной решетки и реактора.The reactor is a cylindrical apparatus, in the lower part of which there is a non-failing gas distribution grid, and below it is its additional volume, which ensures uniform distribution of a larger flow of one of the reagents over the cross-section of the distribution grid and reactor.
В зоне псевдоожиженного слоя расположены жестко зафиксированные горизонтальные распределительные устройства для подачи других реагентов. Продукты реакции и катализатор отводят сверху реактора и направляют в циклон, а затем в фильтр для отделения частиц катализатора от продуктов реакции. Катализатор возвращают в реактор («Хiмiчна промисловicть Украïни, №1-2, 2000, стр. 80-88).In the area of the fluidized bed 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 a cyclone, and then to a filter to separate the catalyst particles from the reaction products. The catalyst is returned to the reactor (Chemical Industry of Ukraine, No. 1-2, 2000, pp. 80-88).
Недостатком этого устройства является наличие сложного газораспределительного устройства, через которое вводят один из реагентов, обеспечивающий равномерное псевдоожижение инертных частиц по всему сечению аппарата, необходимость дополнительных патрубков и газораспределительных устройств по вводу реагентов, расположенных перпендикулярно направлению движения реагентов и инертного материала, сложность их фиксации из-за больших динамических нагрузок, а также сложная, громоздкая и слабо контролируемая система обеспечения катализатором зоны реакции.The disadvantage of this device is the presence of a complex gas distribution device through which one of the reagents is introduced, providing uniform fluidization of inert particles over the entire cross section of the apparatus, the need for additional nozzles and gas distribution devices for introducing reagents located perpendicular to the direction of movement of the reagents and inert material, the complexity of their fixation for large dynamic loads, as well as a complex, bulky and poorly controlled system for providing catalytic rum reaction zone.
В основу изобретения поставлена задача создания такого способа и реактора для осуществления газофазных химических процессов аэрозольным нанокатализом, в котором благодаря созданию направленного взаимодействия инертных частиц и гетерогенного катализатора, состоящего только из частиц каталитически активного вещества или веществ, находящихся в аэрозольном состоянии, ввода реагентов и вывода продуктов реакции через патрубки, оканчивающиеся фильтрами (сетками), находящимися в виброожиженном слое, достигают повышения активности катализатора и упрощения технологии.The basis of the invention is the task of creating such a method and a reactor for the implementation of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis, in which due 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 in an aerosol state, the introduction of reagents and the output of products reactions through nozzles ending in filters (grids) located in the vibrated bed reach an increase in catalytic activity congestion and simplification of technology.
Поставленная задача решается тем, что в способе осуществления газофазных химических процессов аэрозольным нанокатализом в реакторе в присутствии инертного материала и гетерогенного катализатора в аэрозольном состоянии с эквивалентным диаметром частиц не больше 10 мкм согласно изобретению реактор или только частицы инертного материала и гетерогенного катализатора с концентрацией в зоне реакции, равной от 5,2·10-4 до 7,01·10-3 г/м3, пропущенной парогазовой смеси подвергают воздействию упругих колебаний с частотой 33-400 колебаний в минуту, амплитудой 10-20 мм и энергией взаимодействия инертных частиц равной 1,4·10-5 Дж. Размер частицы катализатора находится в пределах 10-8-10-9 м. Масса инертной частицы до 1015 раз превышает массу частицы катализатора. Прочность и истираемость инертных частиц выше, чем у катализатора.The problem is solved in that in a method for carrying out gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis in a reactor in the presence of an inert material and a heterogeneous catalyst in an aerosol state with an equivalent particle diameter of not more than 10 μm according to the invention, the reactor or only particles of an inert material and a heterogeneous catalyst with a concentration in the reaction zone of from 5.2 x 10 -4 to 7.01 · 10 -3 g / m 3, a missed vapor mixture is subjected to elastic oscillations with a frequency 33-400 oscillations per minute, am litudoy 10-20 mm and the interaction energy of inert particles of 1.4 × 10 -5 J. Catalyst particle size is in the range 10 -8 to 10 -9 m. The weight of inert particles 10 to 15 times greater than the mass of the catalyst particles. The strength and abrasion of inert particles is higher than that of the catalyst.
В реакторе для осуществления газофазных химических процессов аэрозольным нанокатализом, включающем цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками для реагентов и продуктов реакции, люк для ввода гетерогенного катализатора и инертного материала, поставленная задача решается тем, что окончания патрубков находятся внутри виброожиженного слоя, а на концах патрубков установлены газораспределители-фильтры (сетки), поверхность которых расположена соосно направлению движения инертных частиц и гетерогенного катализатора.In a reactor for carrying out gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis, including a cylindrical body with inlet and outlet nozzles for reactants and reaction products, a hatch for introducing a heterogeneous catalyst and inert material, the problem is solved by the fact that the ends of the nozzles are inside the vibrated bed, and at the ends of the nozzles gas distribution filters (grids) are installed, the surface of which is located coaxial with the direction of motion of inert particles and a heterogeneous catalyst.
Исследования показали, что активность катализатора, определяемая изменением скорости реакции, возрастает от 2,52 до 8000 г/м3 реакционного объема по сравнению с прототипом. Это достигается при непрерывном взаимодействии виброожиженного слоя инертных частиц с одним и тем же объемом гетерогенного катализатора, что достигается под воздействием упругих колебаний на реактор или только на частицы инертного материала и гетерогенного катализатора. Диапазон частоты колебаний от 33 до 400 колебаний в минуту позволяет управлять и оптимизировать интенсивность взаимодействия инертных частиц и гетерогенного катализатора. Особенностью предлагаемого процесса является непрерывная и длительная механохимактивация каталитически активного материала в аэрозольном состоянии за счет ударного взаимодействия инертных частиц по частицам гетерогенного катализатора непосредственно в зоне реакции. Это приводит к некоторым принципиальным отличиям с прототипом. В условиях прототипа концентрации катализатора в расчете на объем реактора и на объем пропущенной реакционной смеси равны, так как катализатор постоянно вводится и выводится из реактора. В условиях предлагаемого изобретения в реактор вначале вносится некоторое количество катализатора и постоянно вводятся реагенты. При этом катализатор постоянно подвергается механическому воздействию виброожиженного инертного материала. При этом катализатор диспергируется, возникают дефекты структуры и изменяются свойства его поверхности, определяющие его активность. Все это приводит к значительным уменьшениям концентрации катализатора и составляет от 5,2·10-4 до 7,01·10-3 г/м3 пропущенной реакционной смеси. Оптимальным является отношение массы частицы катализатора к массе частицы инертного материала порядка 1:1015, что обеспечивает при соударении необходимую энергию воздействия на катализатор. Материал инертных частиц выбирают таким образом, чтобы его прочность была значительно выше, чем у каталитически активного материала, благодаря чему инертные частицы практически не изнашиваются в течение нескольких лет, а каталитически активный материал диспергируется до наноразмеров, что обеспечивает рост поверхности контакта с реагентами и увеличивает активность катализатора. Благодаря постоянному пребыванию аэрозоля катализатора в зоне реакции, значительно увеличивается предельная нагрузка по сырью в перерасчете на массу катализатора и соответственно уменьшается потребность в нем.Studies have shown that the activity of the catalyst, determined by the change in the reaction rate, increases from 2.52 to 8000 g / m 3 of the reaction volume in comparison with the prototype. This is achieved with the continuous interaction of the vibro-fluidized bed of inert particles with the same volume of a heterogeneous catalyst, which is achieved under the influence of elastic vibrations on the reactor or only on particles of an inert material and a heterogeneous catalyst. The range of oscillation frequency from 33 to 400 vibrations per minute allows you to control and optimize the intensity of interaction of inert particles and a heterogeneous catalyst. A feature of the proposed process is the continuous and prolonged mechanochemical activation of the catalytically active material in the aerosol state due to the shock interaction of inert particles along the particles of a 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 missed reaction mixture are equal, since the catalyst is constantly introduced and removed from the reactor. Under the conditions of the invention, a certain amount of catalyst is first introduced into the reactor and reagents are continuously introduced. In this case, the catalyst is constantly subjected to mechanical action of a vibro-fluid inert material. In this case, the catalyst is dispersed, structural defects occur and its surface properties that determine its activity change. All this leads to significant decreases in the concentration of the catalyst and ranges from 5.2 · 10 -4 to 7.01 · 10 -3 g / m 3 of the missed reaction mixture. The optimum ratio of the mass of the catalyst particles to the mass of the particles of inert material is about 1:10 15 , which provides the necessary energy of impact on the catalyst upon impact. The material of inert particles is chosen so that its strength is significantly higher than that of the catalytically active material, so that inert particles practically do not wear out for several years, and the catalytically active material is dispersed to nanoscale, which ensures the growth of the contact surface with reagents and increases the activity catalyst. Due to the constant residence of the catalyst aerosol in the reaction zone, the marginal load on the feedstock in terms of the weight of the catalyst increases significantly and, accordingly, the need for it decreases.
В реакторе создается газодинамический режим, приближенный к идеальному смешению по твердой фазе. В предлагаемом реакторе возможно исследовать и осуществлять промышленное производство с реагентами жидкого исходного агрегатного состояния. Конструкция реактора, в сравнении с прототипом, упрощается. Благодаря соосному расположению патрубков ввода и вывода реагентов, которое совпадает с направлением движения инертных частиц и гетерогенного катализатора, рабочая поверхность газораспределителей-фильтров (сеток) постоянно очищается от частиц катализатора инертными частицами, движущимися соосно. Наличие фильтров (сеток) исключает унос катализатора из зоны реакции и необходимость использования дополнительного оборудования: циклонов и фильтров. Движение слоя инертных частиц за счет внешнего влияния практически исключает сопротивление слоя и потери давления при прохождении материальных потоков сквозь реактор.A gas-dynamic regime is created in the reactor, which is close to perfect mixing in the solid phase. In the proposed reactor, it is possible to investigate and carry out industrial production with reagents of a liquid initial aggregate state. The design of the reactor, in comparison with the prototype, is simplified. Due to the coaxial arrangement of the inlet and outlet pipes of the reagents, which coincides with the direction of motion of the inert particles and the heterogeneous catalyst, the working surface of the gas distribution filters (grids) is constantly cleaned of the catalyst particles by inert particles moving coaxially. The presence of filters (grids) eliminates the entrainment of the catalyst from the reaction zone and the need to use additional equipment: cyclones and filters. The movement of a layer of inert particles due to external influence virtually eliminates the resistance of the layer and pressure loss during the passage of material flows through the reactor.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В реактор загружают инертный материал, сюда же вводят гетерогенный катализатор. Включают виброустройство и не менее 0,5 часов подготавливают каталитическую систему. Перед пуском каталитическую систему нагревают до рабочей температуры с помощью дополнительного пускового подогревателя. Подогрев осуществляют продувкой реактора воздухом, продуктами сгорания или инертным газом, или поступлением тепловой энергии через встроенный в виброслой теплообменник. Реагенты отдельными потоками или в смеси непрерывно подают в нижнюю или верхнюю часть реактора через специальные патрубки-газораспределители, заканчивающиеся внутри аппарата фильтрами (сетками). Реагенты проходят каталитическую систему: виброожиженный слой инертного материала и гетерогенного катализатора. При этом протекает химическое взаимодействие. Время пребывания реагента в виброслое определяется кинетикой конкретного процесса и при необходимости легко изменяется в широких пределах. Продукты реакции выводят через специальные патрубки, сконструированные аналогично описанному ранее, но точка их отбора расположена выше по ходу газа. Продукты реакции направляют на утилизацию тепла и дальше на выделение целевых продуктов.The proposed method is as follows. An inert material is charged into the reactor, and a heterogeneous catalyst is introduced here. Turn on the vibration device and prepare the catalytic system for at least 0.5 hours. Before starting, the catalytic system is heated to operating temperature using an additional starting heater. The heating is carried out by purging the reactor with air, combustion products or inert gas, or by supplying thermal energy through a heat exchanger built into the vibro-layer. Reagents are fed in separate streams or in a mixture continuously into the lower or upper part of the reactor through special gas distribution pipes ending in filters (grids) inside the apparatus. Reagents pass through a catalytic system: a vibro-fluidized bed of an inert material and a heterogeneous catalyst. In this case, chemical interaction proceeds. The residence time of the reagent in the vibro layer is determined by the kinetics of a particular process and, if necessary, easily varies over a wide range. The reaction products are removed through special nozzles designed as described previously, but the point of their selection is located upstream of the gas. The reaction products are directed to heat recovery and further to the allocation of target products.
Для осуществления предлагаемого способа разработан реактор, техническая сущность и принцип работы которого поясняются чертежом, на котором показаны: 1 - реактор; 2 - патрубок ввода; 3 - патрубок вывода; 4, 5 - люки для ввода и вывода каталитической системы; 6 - фильтрующий элемент; 7 - виброустройство.To implement the proposed method, a reactor has been developed, the technical essence and principle of operation of which are illustrated in the drawing, which shows: 1 - reactor; 2 - input pipe; 3 - outlet pipe; 4, 5 - hatches for input and output of the catalytic system; 6 - filter element; 7 - vibration device.
Реактор 1 представляет собой цилиндрический аппарат с входным и выходным патрубками 2, 3 для реагентов и продуктов реакции (количество патрубков определяется запасом давления на входе в реактор), люками 4, 5 для ввода и вывода инертного материала и гетерогенного катализатора. Окончания патрубков-газораспределителей 2, 3 находятся внутри виброожиженного слоя, на концах которых установлены фильтры (сетки) 6. Внутри реактора установлено виброустройство 7. Прежде чем подавать реагенты в реактор, вводят каталитическую систему, включают виброустройство. Каталитическую систему нагревают до необходимой температуры. Реагенты вводят снизу или сверху через патрубки 2, 3, на концах которых установлены фильтры (сетки) 6, благодаря которым катализатор не выносится из зоны реакции, и совместно с вибрацией осуществляется газораспределение входящих и выходящих потоков.The reactor 1 is a cylindrical apparatus with inlet and outlet nozzles 2, 3 for reactants and reaction products (the number of nozzles is determined by the pressure reserve at the inlet of the reactor), hatches 4, 5 for input and output of an inert material and a heterogeneous catalyst. The ends of the gas distribution pipes 2, 3 are located inside the vibro-fluidized bed, at the ends of which filters (grids) are installed 6. A vibration device is installed inside the reactor 7. Before introducing the reactants into the reactor, the catalytic system is introduced, the vibration device is turned on. The catalytic system is heated to the required temperature. The reagents are introduced from below or from above through nozzles 2, 3, at the ends of which filters (grids) 6 are installed, thanks to which the catalyst is not removed from the reaction zone, and together with vibration, gas distribution of the incoming and outgoing flows is carried out.
Лабораторный реактор для исследования кинетики работает следующим образом. Реактор тщательно продувают, по необходимости промывают растворителем. Затем в него помещают инертный материал и требуемую навеску катализатора Закрывают люк, монтируют в трубчатую печь, соединяют с виброустройством и системой коммуникаций. Проверяют герметичность системы. Затем включают печь и разогревают реактор до заданной температуры. В реактор подают газоподобный реагент - воздух и включают виброустройство. По состоянию фильтра, установленного на линии продуктов реакции, контролируют работу фильтра, вмонтированного в реактор. В случае выноса катализатора из зоны реакции опыт прекращают и устраняют причину выноса катализатора.A laboratory reactor for the study of kinetics operates as follows. The reactor is thoroughly purged; if necessary, washed with a solvent. Then inert material is placed in it and the required catalyst sample is closed. The hatch is closed, mounted in a tube furnace, connected to a vibration device and a communications system. Check the tightness of the system. Then turn on the oven and heat the reactor to a predetermined temperature. A gas-like reagent, air, is fed into the reactor and a vibro device is turned on. According to the state of the filter installed on the line of reaction products, the operation of the filter mounted in the reactor is monitored. If the catalyst is removed from the reaction zone, the experiment is terminated and the cause of the removal of the catalyst is eliminated.
Если принять, согласно исследованиям, что унос катализатора составляет не более 2% в сутки, то помещенный в реактор катализатор не теряет активности в течение 50 суток. В промышленности унос катализатора компенсируется периодическим вводом дополнительного катализатора. При этом за 50 суток потери катализатора станут вдвое больше и составят 2,52·10-4 до 7,01·10-3 г/м3 пропущенной реакционной смеси.If we accept, according to studies, that the ablation of the catalyst is not more than 2% per day, then the catalyst placed in the reactor does not lose activity for 50 days. In industry, the entrainment of the catalyst is compensated by the periodic introduction of an additional catalyst. Moreover, over 50 days, the loss of catalyst will become twice as large and amount to 2.52 · 10 -4 to 7.01 · 10 -3 g / m 3 of the missed reaction mixture.
Пример 1 (сравнительный)Example 1 (comparative)
Природный газ окисляют кислородом воздуха в реакторе проточного типа с внутренним диаметром 0,05 м и высотой 1,2 м, начальный разогрев которого обеспечивают электрообогревателем. Воздух, являющийся псевдоожижающим агентом твердого инертного материала, подают в нижнюю зону реактора. Объем псевдоожиженного инертного материала, в качестве которого используют стеклянные шарики диаметром 0,7-1,0 мм составляет 1000 см3. Природный газ подают в нижнюю зону реактора. Проточным компонентом является катализатор глубокого окисления, в качестве которого используются металлы переходной группы, их оксиды и соединения. Катализатор подают в нижнюю часть реактора, а выводят с верхней и возвращают на начало процесса, окисление проводят при температуре 600°С. Концентрацию катализатора в зоне реакции определяют по запылению отходящих газов непосредственно после реактора.Natural gas is oxidized with atmospheric 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 fluidizing agent of a solid inert material, is supplied to the lower zone of the reactor. The volume of fluidized inert material, which is used as glass balls with a diameter of 0.7-1.0 mm is 1000 cm 3 . Natural gas is fed into the lower zone of the reactor. The flowing component is a deep oxidation catalyst, in which metals of the transition group, their oxides and compounds are used. The catalyst is fed to the bottom of the reactor, and removed from the top and returned to the beginning of the process, the oxidation is carried out at a temperature of 600 ° C. The concentration of the catalyst in the reaction zone is determined by dusting the exhaust gases immediately after the reactor.
Примеры 8 и 12 проводят в условиях прототипа на установке с псевдоожиженным слоем инертного материала. Катализатор вводят в нижнюю часть аппарата и выводят сверху. Диаметр реактора 50 мм, высота 1,2 м. Результаты исследований приведены в таблице.Examples 8 and 12 are carried out in the conditions of the prototype on the installation with a fluidized bed of an inert material. 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. The research results are shown in the table.
Примеры 2-7Examples 2-7
Окисление природного газа проводят кислородом воздуха в реакторе с реакционным объемом 38 мл, вмонтированном в трубчатую печь. Диаметр реактора 34 мм, высота 40 мм. Расход воздуха составляет 97,6 г/ч. Инертный материал для создания виброожиженного слоя занимает 70% насыпного объема реактора. В качестве катализатора окисления используют исходные частички оксида железа 400-2000 нм. Катализатор загружают в реактор через люк вместе с твердым инертным материалом. В примерах 2-4 используют в качестве инертного материала стеклянные шарики диаметром 1-1,3 мм, реакцию проводят при температуре 600°С и частоте колебаний 150 колебаний в минуту при изменении амплитуды колебаний в интервале 10-20 мм. В примерах 5-7 используется в качестве инертного материала кварцевый песок диаметром 1-2 мм, реактор разогревают до температуры 700°С и исследуют интервал колебаний 66-168 колебаний в минуту при амплитуде колебаний 10 мм. Об эффективности химического превращения судят по поддержанию в отходящих газах ди- и монооксидов углерода. На основании этих данных рассчитывают скорость химических реакций. Отбор продуктов реакции осуществляют через верхний штуцер реактора. Состав их определяют на сенсорном анализаторе непрерывного контроля MSI-150 Basic. Результаты испытаний приведены в таблице.The oxidation of natural gas is carried out with atmospheric oxygen in a reactor with a reaction volume of 38 ml mounted in a tube furnace. The diameter of the reactor is 34 mm, the height is 40 mm. Air consumption is 97.6 g / h. An inert material for creating a fluidized bed occupies 70% of the bulk volume of the reactor. As an oxidation catalyst, initial particles of iron oxide of 400-2000 nm are used. The catalyst is loaded into the reactor through the hatch together with a 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 600 ° C and an oscillation frequency of 150 vibrations per minute with a change in the amplitude of oscillations in the range of 10-20 mm. In examples 5-7, quartz sand with a diameter of 1-2 mm is used as an inert material, the reactor is heated to a temperature of 700 ° C and the range of oscillations of 66-168 vibrations per minute is studied with an amplitude of 10 mm. The effectiveness of chemical conversion is judged by the maintenance of carbon dioxide and carbon monoxide in the exhaust gases. Based on 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 a continuous monitoring sensor analyzer MSI-150 Basic. The test results are shown in the table.
Примеры 9-14Examples 9-14
Окисление уксусной кислоты и 1,2-дихлорэтана проводят кислородом воздуха. Для проведения процессов используют реактор, вмонтированный в трубчатую печь реакционным объемом 8 мл. Диаметр реактора 20 мм и высота - 25 мм. Расход воздуха - 18,8 г/ч. Частота колебаний - 33-400 мин-1, амплитуда колебаний - 15 мм. Инертный материал для создания виброожиженного слоя (стеклянные шарики диаметром 1-1,3 мм) составляет 70% насыпного объема. Окисляемое вещество подают через нижний патрубок в реактор. В качестве катализатора окисления используют частички оксида железа для примеров 9-12 и оксида меди для примеров 13-14 с начальным размером 400-2000 нм. Катализатор загружают в реактор через люк вместе с твердым инертным материалом. Реактор разогревают до температуры 600°С, а для примеров 13-14 до 580°С, подают воздух и включают виброустройство. Отбор продуктов реакции осуществляют через верхний штуцер реактора. Об эффективности химического превращения судят по содержанию в отходящих газах ди- и монооксидов углерода для примеров 9-12 и диоксида углерода, хлористого водорода и хлора для примеров 13-14. Состав продуктов реакции определяют тетраметрическим методом, на хроматографе «Цвет» и на сенсорном анализаторе непрерывного контроля MSI-150 Basic. Результаты испытаний приведены в таблице.The oxidation of acetic acid and 1,2-dichloroethane is carried out with atmospheric oxygen. To carry out the processes, a reactor mounted in a tube furnace with a reaction volume of 8 ml is used. The diameter of the reactor is 20 mm and the height is 25 mm. Air consumption - 18.8 g / h. The vibration frequency is 33-400 min -1 , the vibration amplitude is 15 mm. An inert material for creating a fluidized bed (glass balls with a diameter of 1-1.3 mm) is 70% of the bulk volume. The oxidizable substance is fed through the lower pipe into the reactor. As an oxidation catalyst, particles of iron oxide for examples 9-12 and copper oxide for examples 13-14 with an initial size of 400-2000 nm are used. The catalyst is loaded into the reactor through the hatch together with a 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 vibration device is turned on. The selection of reaction products is carried out through the upper fitting of the reactor. The effectiveness of chemical conversion is judged by the content in the exhaust gases of carbon dioxide and carbon monoxide 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 a Color Chromatograph, and on an MSI-150 Basic sensor of continuous monitoring analyzer. The test results are shown in the table.
Результаты экспериментов показали, что объем реактора не влияет на активность катализатора, основной специфичной для данного технологического и аппаратурного оформления процесса характеристикой является частота и амплитуда колебаний.The experimental results showed that the volume of the reactor does not affect the activity of the catalyst, the main characteristic specific to this technological and equipment design of the process is the frequency and amplitude of the oscillations.
Приведенные примеры подтверждают, что осуществление процесса предлагаемым способом в предлагаемом реакторе позволяет существенно снизить расход катализатора на единицу перерабатываемого продукта за счет увеличения активности гетерогенного катализатора при сохранении оптимальной степени превращения реагирующих веществ.The above examples confirm that the implementation of the process of the proposed method in the proposed reactor can significantly reduce the consumption of catalyst per unit of the processed product by increasing the activity of a heterogeneous catalyst while maintaining the optimal degree of conversion of the reacting substances.
Примеры 2-4, 9-11 и 13-14 показывают, что использование виброреактора приводит к значительному росту производительности по сырью в расчете на массу катализатора (столбец 10) по сравнению с данными прототипа. В прототипе катализатор значительное время находится во внешнем транспортном цикле: выход из зоны реакции - циклон - фильтр - дозатор - вход в зону реакции. В приведенных примерах скорость реакции по сравнению с прототипом растет от 2,52 до 8000 раз, что объясняется непрерывностью механохимактивации катализатора в зоне реакции.Examples 2-4, 9-11 and 13-14 show that the use of a vibratory reactor leads to a significant increase in the productivity of raw materials based on the weight of the catalyst (column 10) compared with the data of the prototype. In the prototype, the catalyst spent a considerable amount of time in the external transport cycle: exit from the reaction zone — cyclone — filter — dispenser — entrance to the reaction zone. In the above examples, the reaction rate compared with the prototype increases from 2.52 to 8000 times, which is explained by the continuity of the mechanochemical activation of the catalyst in the reaction zone.
Примеры 2-4 показывают, что при постоянном числе колебаний рост их амплитуды в пределах 10-20 мм приводит к увеличению производительности, скорости реакции и сокращению почти в 2000 раз потребности в катализаторе и более чем в 3,5 раза объема реакционной зоны. Снижение последних двух показателей (столбцы 12, 13) приводит к снижению эксплуатационных расходов и капитальных вложений. Это объясняется повышением эффективности активации катализатора по сравнению с прототипом в 2,52 раза.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 rate and a reduction of almost 2,000 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 lower operating costs and capital investments. This is due to the increase in the activation efficiency of the catalyst compared to the prototype in 2.52 times.
В примерах 5-7 в качестве инертного материала использовался кварцевый песок произвольной формы. Производительность и скорость реакции снизились, несмотря на рост температуры с 600°С до 700°С. Это объясняется уменьшением интенсивности активации за счет неправильной формы инертного материала. Наилучшие показатели в этой серии имеет пример 5 с наименьшим числом колебаний.In examples 5-7, quartz sand of arbitrary shape was used as an inert material. Productivity and reaction rate decreased despite a rise in temperature from 600 ° C to 700 ° C. This is explained by a decrease in the activation intensity due to the irregular shape of the inert material. The best performance in this series has example 5 with the least number of fluctuations.
Уксусная кислота в условиях прототипа многократно исследовалась. Производительность и скорость реакции растет в 554 раза, а необходимый объем реактора снижается на эту же величину, потребность в катализаторе снижается в 11000 раз, примеры 9-11.Acetic acid in the conditions of the prototype has been repeatedly studied. Productivity and reaction rate increases by 554 times, and the required reactor volume decreases by the same amount, the catalyst demand decreases by 11,000 times, examples 9-11.
В примерах 12-14 по сравнению с прототипом объем реактора снижается почти в 8000 раз, а концентрация катализатора уменьшается в 34400 раз.In examples 12-14, compared with the prototype, the reactor volume is reduced by almost 8000 times, and the catalyst concentration is reduced by 34400 times.
В современных промышленных реакторах концентрация каталитически активного компонента достигает 200-400 кг/м3 реакционного объема. Таким образом аэрозольный катализ в виброреакторе позволяет снизить потребность в катализаторе при одновременном повышении скорости реакции.In modern industrial reactors, the concentration of the catalytically active component reaches 200-400 kg / m 3 of reaction volume. Thus, aerosol catalysis in a vibroreactor reduces the need for a catalyst while increasing the reaction rate.
На основании изложенного выше можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение является новым, обладает техническим уровнем и является промышленно применимым.Based on the foregoing, we can conclude that the proposed technical solution is new, has a technical level and is industrially applicable.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004114085/12A RU2357796C2 (en) | 2004-05-07 | 2004-05-07 | Method and reactor for realisation of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004114085/12A RU2357796C2 (en) | 2004-05-07 | 2004-05-07 | Method and reactor for realisation of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004114085A RU2004114085A (en) | 2005-10-27 |
| RU2357796C2 true RU2357796C2 (en) | 2009-06-10 |
Family
ID=35863779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004114085/12A RU2357796C2 (en) | 2004-05-07 | 2004-05-07 | Method and reactor for realisation of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2357796C2 (en) |
-
2004
- 2004-05-07 RU RU2004114085/12A patent/RU2357796C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Гликин М.А., Кутакова Д.А., Принь Е.М., Гликина И.М. Обезвреживание жидких и твердых промышленных отходов аэрозольным катализом. - ХIМIЧНА ПРОМИСЛОВIСТЬ УКРАIНИ, 2000, №1-2, с.80-86. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004114085A (en) | 2005-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5081453B2 (en) | Method | |
| CA2347443C (en) | Retrofit reactor including gas/liquid ejector and monolith catalyst | |
| US20100080743A1 (en) | Fluidized bed sparger | |
| MX2015000580A (en) | Methods and systems for forming ammonia and solid carbon products. | |
| EP1381465A1 (en) | Process and apparatus for the thermal treatment of pulverulent substances | |
| JPH02187150A (en) | Catalyst for manufacturing chlorinated hydrocarbon | |
| US4443419A (en) | Moving bed gas treating process | |
| CN101293637B (en) | Apparatus and method for producing chlorine gas with hydrogen chloride catalytic oxidation | |
| RU2541471C2 (en) | Device for removal of surface substances of catalyst | |
| EA024191B1 (en) | Process for the production of anhydrides | |
| JP2004526032A (en) | Microstructured catalyst beds for three-phase chemical processing | |
| CN203695026U (en) | Catalyst evaluation device for rapid catalytic reaction | |
| RU2357796C2 (en) | Method and reactor for realisation of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis | |
| US20110100215A1 (en) | Method and Apparatus for the Catalytic Reduction of Flue Gas NOx | |
| US20100010269A1 (en) | Apparatus and process for use in three-phase catalytic reactions | |
| RU2176993C2 (en) | Method of preparing 1,2-dichloroethane and device for carrying it out | |
| UA64390A (en) | Method and reactor for gas-cycle chemical processes by aerosol nanocatalysis | |
| CA3027702A1 (en) | System components of fluid catalytic reactor systems | |
| Hu et al. | Ammoxidation of propylene to acrylonitrile in a bench-scale circulating fluidized bed reactor | |
| CA2520832A1 (en) | In situ recoating of catalyst beds | |
| RU2342988C2 (en) | Tubular type membrane split-flow reactor | |
| RU2790169C1 (en) | Method for producing carbon nanomaterial and hydrogen (options) and device for producing carbon nanomaterial and hydrogen in continuous mode | |
| US11369934B2 (en) | Fluidized bed reactor | |
| RU2794893C1 (en) | Reactor-neutralizer for activation of carbon material | |
| RU2462293C1 (en) | Method of making nanofibrous carbon material and hydrogen |