RU2362739C1 - Device for metal oxides preparation - Google Patents
Device for metal oxides preparation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362739C1 RU2362739C1 RU2007146532/15A RU2007146532A RU2362739C1 RU 2362739 C1 RU2362739 C1 RU 2362739C1 RU 2007146532/15 A RU2007146532/15 A RU 2007146532/15A RU 2007146532 A RU2007146532 A RU 2007146532A RU 2362739 C1 RU2362739 C1 RU 2362739C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gases
- nozzle
- installation
- washing
- supplying
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения порошков оксидов и сложных оксидов металлов и может быть использовано в химической промышленности.The invention relates to the field of production of powders of oxides and complex metal oxides and can be used in the chemical industry.
Известен способ получения активного углерода, содержащего однородные тонкодисперсные частицы металла (см., например, патент США №4482641, дата опубликования - 13.11.1984 года). Способ осуществляют путем термического воздействия на мелкодисперсные частицы прекурсоров углерода и металла. Диспергирование прекурсоров проводят непосредственно в газовый поток.A known method of producing active carbon containing homogeneous finely divided metal particles (see, for example, US patent No. 4,482,641, publication date - 11/13/1984). The method is carried out by thermal exposure to fine particles of carbon and metal precursors. The dispersion of the precursors is carried out directly into the gas stream.
Известен способ получения материалов для формирования электродов топливного элемента (см., например, патент США №7255954, дата опубликования - 14.08.2007 года). Способ также осуществляют путем термического воздействия на находящиеся в газовом потоке мелкодисперсные капли исходного раствора.A known method of producing materials for forming the electrodes of a fuel cell (see, for example, US patent No. 7255954, publication date - 08/14/2007). The method is also carried out by thermal exposure to finely dispersed drops of the initial solution located in the gas stream.
Известен способ получения смеси порошкообразных оксидов металлов из нитратов металлов в ядерной промышленности (см., например, патент РФ №2175643, дата опубликования - 20.05.2000 года). В данном техническом решении газовый поток вводят в реакционную камеру одновременно с раствором нитратов при температуре, превышающей температуру разложения нитратов, причем механическая энергия газового потока достаточна для тонкого распыления раствора.A known method of producing a mixture of powdered metal oxides from metal nitrates in the nuclear industry (see, for example, RF patent No. 2175643, publication date - 05/20/2000). In this technical solution, the gas stream is introduced into the reaction chamber simultaneously with the nitrate solution at a temperature higher than the decomposition temperature of nitrates, and the mechanical energy of the gas stream is sufficient for fine atomization of the solution.
Недостатки вышеприведенных способов состоят, в основном, в недостаточной степени диспергирования продукционных растворов в газовый поток.The disadvantages of the above methods are mainly in the insufficient degree of dispersion of the production solutions into the gas stream.
В современной промышленности широко известно применение ультразвукового воздействия при проведении технологических процессов.In modern industry, the use of ultrasonic exposure in technological processes is widely known.
Например, известен способ получения порошков титаната или цирконата двухвалентного металла (см. патент РФ №2273603, дата опубликования - 10.04.2006 года). Порошки титаната или цирконата двухвалентного металла получают формированием шихты из эквивалентных количеств соединения циркония, титана или их смеси и соединения одного или нескольких двухвалентных металлов. Затем следует смешение компонентов, которое осуществляют посредством ультразвукового воздействия в среде инертной органической жидкости. Последующую прокалку смеси компонентов ведут при температуре 650-700°С. Техническим результатом является снижение температуры синтеза порошков титаната и цирконата двухвалентного металла и твердых растворов на основе этих соединений с обеспечением мелкодисперсности, монофазности и высокой чистоты получаемых порошков. В данном техническом решении ультразвуковому воздействию подвергается смесь порошков и жидкости для лучшего перемешивания.For example, a known method for producing powders of titanate or zirconate of divalent metal (see RF patent No. 2273603, publication date - 04/10/2006). Divalent metal titanate or zirconate powders are prepared by forming a mixture of equivalent amounts of a zirconium compound, titanium or a mixture thereof and a compound of one or more divalent metals. Then follows the mixing of the components, which is carried out by means of ultrasonic exposure in an inert organic liquid. Subsequent calcination of the mixture of components is carried out at a temperature of 650-700 ° C. The technical result is to reduce the temperature of the synthesis of powders of titanate and zirconate of divalent metal and solid solutions based on these compounds with the provision of fineness, monophasicity and high purity of the obtained powders. In this technical solution, a mixture of powders and liquids is subjected to ultrasonic treatment for better mixing.
Наиболее близким к настоящему изобретению является патент WO/2005/037709 «CONTROLLED CHEMICAL AEROSOL FLOW SYNTHESIS OF NANOMETER-SIZED PARTICLES AND OTHER NANOMETER-SIZED PRODUCTS» (дата опубликования - 28.04.2005 года).Closest to the present invention is patent WO / 2005/037709 "CONTROLLED CHEMICAL AEROSOL FLOW SYNTHESIS OF NANOMETER-SIZED PARTICLES AND OTHER NANOMETER-SIZED PRODUCTS" (publication date - 04/28/2005).
Установка для получения нано-размерных частиц в ходе пиролиза диспергированных жидкофазных материалов (прекурсоров), т.е. в ходе, так называемого, спрей-пиролиза, включает в себя емкости с исходными прекурсорами, смеситель прекурсоров с ультразвуковым устройством для их распыления в газовый поток, термический реактор и последующий за ним пылеуловитель. В дальнейшем из подобных порошкообразных материалов может быть получен целый ряд продуктов: полупроводники, катализаторы и т.д.Installation for producing nano-sized particles during the pyrolysis of dispersed liquid-phase materials (precursors), i.e. during the so-called spray pyrolysis, it includes containers with initial precursors, a mixer of precursors with an ultrasonic device for spraying them into the gas stream, a thermal reactor, and a subsequent dust collector. In the future, a number of products can be obtained from such powdered materials: semiconductors, catalysts, etc.
Недостатки данного технического решения состоят в недостаточной степени улавливания порошкообразного продукта, в возможном выбросе в атмосферу вредных газообразных продуктов, в затратах излишней тепловой энергии.The disadvantages of this technical solution are the insufficient capture of the powdered product, the possible release of harmful gaseous products into the atmosphere, and the cost of excessive heat energy.
Задача настоящего изобретения состоит в формировании более совершенной установки для получения ультра- и наноразмерных порошков оксидов металлов.An object of the present invention is to provide a more advanced apparatus for producing ultra- and nanoscale metal oxide powders.
Технический результат настоящего изобретения состоит в увеличении степени улавливания частиц готового материала, в снижении опасных выбросов в атмосферу, в экономии энергии и увеличении надежности работы установки.The technical result of the present invention is to increase the degree of capture of particles of the finished material, to reduce hazardous emissions into the atmosphere, to save energy and increase the reliability of the installation.
Для получения указанного технического результата в установке для получения оксидов металлов, содержащей емкость для исходного раствора, выполненный в виде аппарата вытеснения термохимический реактор, корпус которого снабжен нагревателем, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха и промывной скруббер, корпус термохимического реактора снабжен рубашкой со штуцерами для подвода и вывода газов, установка дополнительно снабжена системой сухого пылеулавливания, размещенной непосредственно после термохимического реактора по ходу газов, промывной скруббер выполнен в виде противоточного аппарата со штуцерами для подвода и вывода реакционных газов и исходного раствора, выход газов из системы сухого пылеулавливания соединен со штуцером рубашки для подвода газов и/или со штуцером промывного скруббера для подвода газов, штуцер рубашки для вывода газов соединен со штуцером промывного скруббера для подвода газов, емкость для исходного раствора соединена с термохимическим реактором и/или со штуцером промывного скруббера для подвода исходного раствора, а штуцер промывного скруббера для вывода исходного раствора соединен с термохимическим реактором и снабжен отводом, причем на линиях соединения аппаратов установлены запорные органы. Побудитель расхода выполнен в виде нагнетающего аппарата, а штуцер рубашки для вывода газов и штуцер промывного скруббера для вывода газов соединены с атмосферой. Побудитель расхода выполнен в виде вакуум-насоса, а штуцер рубашки для вывода газов и штуцер промывного скруббера для вывода газов соединены со всасывающим патрубком вакуум-насоса. Непосредственно после системы сухого пылеулавливания по ходу реакционных газов установлено термокаталитическое устройство. Система сухого пылеулавливания выполнена одно- или многоступенчатой, причем сухой пылеуловитель одноступенчатой системы или последний по ходу газов пылеуловитель многоступенчатой системы выполнен в виде электрофильтра. Установка дополнительно снабжена соединенной со штуцером промывного скруббера для подвода жидкости емкостью для промывного раствора, соединенным с отводом баком-сборником и насосом, причем всасывающая линия насоса соединена с баком-сборником, а нагнетающая линия - с емкостью для исходного раствора или с емкостью для промывного раствора. Установка дополнительно снабжена установленным на входе воздуха в термохимический реактор поверхностным теплообменником со штуцерами для подвода и вывода воздуха и реакционного газа, причем штуцер теплообменника для подвода реакционного газа соединен с выходом газа из системы сухого пылеулавливания, а штуцер теплообменника для вывода реакционного газа соединен со штуцером промывного скруббера для подвода газа.To obtain the specified technical result in the installation for producing metal oxides, containing a container for the initial solution, made in the form of a displacement apparatus, a thermochemical reactor, the body of which is equipped with a heater, an ultrasonic atomizer, an air flow inducer and a washing scrubber, the thermochemical reactor body is equipped with a jacket with fittings for supply and gas outlet, the installation is additionally equipped with a dry dust collection system located immediately after the thermochemical reactor about the flow of gases, the washing scrubber is made in the form of a countercurrent apparatus with fittings for supplying and outputting reaction gases and the initial solution, the gas outlet from the dry dust collection system is connected to the fitting of the shirt for supplying gases and / or with the fitting of the washing scrubber for supplying gases, the fitting of the shirt for the gas outlet is connected to the nozzle of the washing scrubber for supplying gases, the container for the initial solution is connected to a thermochemical reactor and / or to the nozzle of the washing scrubber for supplying the initial solution, and the nozzle romyvnogo scrubber for outputting the stock solution is connected to a thermochemical reactor and provided with a tap, wherein the locking bodies are mounted on devices connecting lines. The flow inducer is made in the form of a pumping apparatus, and the nozzle of the jacket for exhausting gases and the nozzle of the washing scrubber for exhausting gases are connected to the atmosphere. The flow rate driver is made in the form of a vacuum pump, and the nozzle of the jacket for the extraction of gases and the nozzle of the washing scrubber for the extraction of gases are connected to the suction port of the vacuum pump. Directly after the dry dust collection system along the reaction gases, a thermocatalytic device is installed. The dry dust collection system is single or multi-stage, and the dry dust collector of a single-stage system or the last dust collector of a multi-stage system is made in the form of an electrostatic precipitator. The installation is additionally equipped with a washing solution tank connected to the nozzle of the washing scrubber for supplying liquid, connected to the drain by the collection tank and the pump, the suction line of the pump being connected to the collecting tank, and the discharge line to the capacity for the initial solution or the capacity for the washing solution . The installation is additionally equipped with a surface heat exchanger installed at the air inlet to the thermochemical reactor with fittings for supplying and discharging air and reaction gas, the nozzle of the heat exchanger for supplying the reaction gas is connected to the gas outlet from the dry dust collection system, and the nozzle of the heat exchanger for outputting the reaction gas is connected to the washing nozzle gas scrubber.
Сущность настоящего изобретения состоит в следующем.The essence of the present invention is as follows.
В настоящее время особый интерес вызывают солевые методы синтеза сложных оксидов для получения материалов, которые могут быть использованы в технике высокотемпературных сверхпроводников, топливных элементов, высокоактивных катализаторов и т.д. Солевые методы достаточно удобны для быстрого получения высокогомогенных сложных оксидов с заданной стехиометрией компонентов.At present, salt methods for the synthesis of complex oxides are of particular interest for the production of materials that can be used in the technology of high-temperature superconductors, fuel cells, highly active catalysts, etc. Salt methods are convenient enough to quickly obtain highly homogeneous complex oxides with a given stoichiometry of the components.
Перспективным направлением в технологии оксидов и сложных оксидов является пиролиз полимерно-солевых композиций, в состав которых, в основном, входят нитраты или формиаты металлов и полимер, например, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон и т.д. (см., например, патенты РФ №2048617, опубликован 20.11.1995 года; №2048618, опубликован 20.11.1995 года; №2048618, опубликован 20.11.1995 года). Специфические взаимодействия между полимерами и солями и особые свойства таких композиций дают новые возможности управления процессами получения оксидов и синтеза сложных оксидов в ходе термического разложения полимерно-солевых композиций. Полученные оксидные фазы при этом также в свою очередь могут обладать рядом специфических характеристик.A promising direction in the technology of oxides and complex oxides is the pyrolysis of polymer-salt compositions, which mainly include metal nitrates or formates and a polymer, for example, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, etc. (see, for example, RF patents No. 2048617, published November 20, 1995; No. 2048618, published November 20, 1995; No. 2048618, published November 20, 1995). The specific interactions between polymers and salts and the special properties of such compositions provide new possibilities for controlling the processes of producing oxides and the synthesis of complex oxides during the thermal decomposition of polymer-salt compositions. The obtained oxide phases can also in turn have a number of specific characteristics.
Наиболее важным для данного технического решения является то, что разложение солей при нагревании полимерно-солевых композиций, особенно нитратных, происходит при значительно более низких температурах и протекает весьма энергично, что обусловлено как эффектами комплексообразования, так и окислительно-восстановительным взаимодействием с полимером. Нитратно-полимерные системы имеют ярко-выраженный экзотермический эффект при разложении вместо эндотермического эффекта для чистых солей. Это позволяет снизить температуру синтеза сложных оксидов ниже температуры интенсивного спекания и рекристаллизации, что особенно важно при получении каталитических материалов с высокой удельной поверхностью.The most important for this technical solution is that the decomposition of salts during heating of polymer-salt compositions, especially nitrate, occurs at significantly lower temperatures and proceeds very energetically, which is due to both the effects of complexation and redox interaction with the polymer. Nitro-polymer systems have a pronounced exothermic effect when decomposed instead of the endothermic effect for pure salts. This allows you to reduce the temperature of synthesis of complex oxides below the temperature of intensive sintering and recrystallization, which is especially important when obtaining catalytic materials with a high specific surface area.
Представляется целесообразным полезно использовать выделяемую в ходе пиролиза теплоту и, тем самым, снизить энергетические затраты при производстве оксидных материалов.It seems advisable to use the heat released during pyrolysis and, thereby, reduce energy costs in the production of oxide materials.
В начальной стадии производства оксидов и сложных оксидов с использованием ультразвукового распыления растворов в термохимическом реакторе необходимо подведение теплоты для инициирования процесса разложения. Подведение теплоты осуществляют обычно путем нагревания объема реактора через стенку с помощью внешнего источника энергии, например, электрического тока. Выделяемая в ходе процесса пиролиза теплота достаточна для поддержания необходимой температуры в термохимическом реакторе. Следовательно, при соответствующей организации проходящих процессов электрическая мощность нагревателя может быть снижена. В ряде случаев при использовании для нагрева реагентов теплоты экзотермического процесса электропитание термохимического реактора может быть отключено вообще.In the initial stage of the production of oxides and complex oxides using ultrasonic atomization of solutions in a thermochemical reactor, heat must be added to initiate the decomposition process. Heat supply is usually carried out by heating the reactor volume through the wall using an external energy source, for example, electric current. The heat released during the pyrolysis process is sufficient to maintain the required temperature in the thermochemical reactor. Therefore, with the appropriate organization of the ongoing processes, the electric power of the heater can be reduced. In some cases, when the heat of an exothermic process is used to heat the reactants, the power supply to the thermochemical reactor can be turned off altogether.
Возможен вариант нагревания с помощью высокотемпературных газов, покидающих термохимический реактор, собственно исходного раствора.An option of heating with the help of high-temperature gases leaving the thermochemical reactor, the initial solution itself.
Возможен вариант нагревания с помощью высокотемпературных газов, покидающих термохимический реактор, воздуха, направляемого в термохимический реактор.The option of heating with the help of high-temperature gases leaving the thermochemical reactor air sent to the thermochemical reactor is possible.
Различные подходы к организации процессов на установке по настоящему изобретению рассмотрены ниже при описании ее работы.Various approaches to the organization of processes in the installation of the present invention are discussed below in the description of its operation.
Принципиальная схема установки для получения оксидов металлов приведена на чертеже.Schematic diagram of the installation for producing metal oxides is shown in the drawing.
На чертеже приведена установка с побудителем расхода воздуха, выполненным в виде напорного вентилятора (возможен вариант работы установки при выполнении побудителя расхода в виде вакуум-насоса).The drawing shows the installation with an air flow inducer made in the form of a pressure fan (a variant of the installation is possible when the flow inducer is executed in the form of a vacuum pump).
Установка включает в себя термохимический реактор 1 с корпусом 2. Термохимический реактор 1 выполнен в виде аппарата вытеснения. Корпус 2 снабжен нагревателем 3 и рубашкой 4. Рубашка 4 имеет штуцер 5 для подвода реакционных газов и штуцер 6 для их вывода. Установка содержит систему сухого пылеулавливания 7, термокаталитическое устройство 8 и промывной скруббер 9, выполненный в виде противоточного аппарата. Промывной скруббер 9 имеет штуцера для подвода реакционного газа 10, для вывода реакционного газа 11, для подвода исходного раствора 12 и его вывода 13. В состав установки входят также побудитель расхода воздуха (вентилятор или воздуходувка) 14, емкость 15 для исходного раствора и емкость 16 для промывного раствора. Термокаталитический реактор 1 снабжен встроенным ультразвуковым распылителем жидкости 17. Штуцер 13 промывного скруббера 9 снабжен отводом 18. В установку включен поверхностный газовый теплообменник 19 со штуцерами 20 и 21 для подвода и вывода воздуха и штуцерами 22 и 23 для подвода и вывода реакционного газа. Кроме того, в состав установки входит бак-сборник 24 с насосом 25. На линиях соединения установлены запорные органы 26-40. Источник электрической энергии и ультразвуковой генератор на принципиальной схеме не приведены.The installation includes a thermochemical reactor 1 with a housing 2. Thermochemical reactor 1 is made in the form of a displacement apparatus. The housing 2 is equipped with a heater 3 and a jacket 4. Shirt 4 has a fitting 5 for supplying reaction gases and a fitting 6 for their output. The installation comprises a dry dust collection system 7, a thermocatalytic device 8, and a washing scrubber 9 made in the form of a countercurrent apparatus. The washing scrubber 9 has a fitting for supplying reaction gas 10, for discharging reaction gas 11, for supplying an initial solution 12 and its outlet 13. The apparatus also includes an air flow inducer (fan or blower) 14, a container 15 for the initial solution and a container 16 for washing solution. The thermocatalytic reactor 1 is equipped with a built-in ultrasonic liquid atomizer 17. The nozzle 13 of the washing scrubber 9 is equipped with a branch 18. The installation includes a surface gas heat exchanger 19 with fittings 20 and 21 for supplying and discharging air and fittings 22 and 23 for supplying and discharging reaction gas. In addition, the installation includes a collection tank 24 with a pump 25. Shutoff bodies 26-40 are installed on the connection lines. The source of electrical energy and the ultrasonic generator are not shown in the circuit diagram.
Установка для получения оксидов металлов работает следующим образом.Installation for producing metal oxides works as follows.
Как отмечалось выше, возможен целый ряд вариантов работы, позволяющих использовать те или иные преимущества установки.As noted above, a number of operating options are possible, allowing one or another advantage of the installation to be used.
Корпус 2 термохимического реактора 1, а следовательно, и его объем прогревают с помощью нагревателя 3, использующего, например, электрическую энергию. В прогретый реактор 1 подают воздух с помощью побудителя расхода 14. В этом случае не работает поверхностный теплообменник 19, для чего при закрытом запорном органе 36 открывают запорный орган 37; воздух при этом напрямую попадает в термохимический реактор 1. В реактор 1 одновременно подают исходный раствор (например, смесь нитратов металлов, необходимых для формирования сложного оксида, и полимера, например, поливинилового спирта) из емкости 15 для исходного раствора. При открытом запорном органе 29 и закрытых запорных органах 30 и 31 исходный раствор подают в термохимический реактор 1 напрямую. При включенном в работу ультразвуковом распылителе 17 проходит активное диспергирование исходного раствора в газовый поток. В термохимическом реакторе 1 проходит пиролиз мельчайших капель исходного раствора с образованием оксидов и сложных оксидов заданного состава, сопровождающийся выделением теплоты. Выходящие из реактора 1 газы с высокой температурой поступают в систему сухого пылеулавливания 7 и далее в термокаталитическое устройство 8, где при соответствующем выборе катализатора проходит превращение вредных составляющих реакционного газа в вещества, выброс которых в атмосферу возможен по существующим нормативным актам.The housing 2 of the thermochemical reactor 1, and therefore its volume, is heated using a heater 3, using, for example, electrical energy. Air is supplied to the heated reactor 1 by means of a flow inducer 14. In this case, the surface heat exchanger 19 does not work, for which, when the shut-off element 36 is closed, the shut-off element 37 is opened; the air then directly enters the thermochemical reactor 1. Into the reactor 1 is simultaneously fed an initial solution (for example, a mixture of metal nitrates necessary for the formation of a complex oxide and a polymer, for example, polyvinyl alcohol) from the tank 15 for the initial solution. With the open shut-off organ 29 and the closed shut-off bodies 30 and 31, the initial solution is fed directly to the thermochemical reactor 1. When included in the operation of the ultrasonic atomizer 17, active dispersion of the initial solution into the gas stream takes place. In the thermochemical reactor 1, the pyrolysis of the smallest drops of the initial solution takes place with the formation of oxides and complex oxides of a given composition, accompanied by the release of heat. Gases with a high temperature leaving the reactor 1 enter a dry dust collection system 7 and then to a thermocatalytic device 8, where, with the appropriate choice of a catalyst, the harmful components of the reaction gas are converted into substances that can be released into the atmosphere according to existing regulatory acts.
При открытом запорном органе 39 и закрытых запорных органах 26 и 27 горячие реакционные газы направляют через штуцер 5 для подвода реакционных газов в пространство между рубашкой 4 и корпусом 2. Дальнейший разогрев реактора проходит за счет теплоты реакционных газов. При этом электрическую мощность нагревателя 3 снижают или нагреватель 3 выключают из работы. Реакционные газы выходят из пространства между рубашкой 4 и корпусом 2 через штуцер 6 для вывода реакционных газов из рубашки 4. Далее при открытом запорном органе 38 и закрытом запорном органе 28 очищенные и охлажденные реакционные газы направляют в атмосферу.With the open shut-off element 39 and the closed shut-off bodies 26 and 27, hot reaction gases are directed through the nozzle 5 to supply the reaction gases into the space between the jacket 4 and the housing 2. Further heating of the reactor takes place due to the heat of the reaction gases. In this case, the electric power of the heater 3 is reduced or the heater 3 is turned off. The reaction gases exit the space between the jacket 4 and the housing 2 through a nozzle 6 for withdrawing the reaction gases from the jacket 4. Then, with the shut-off element 38 open and the shut-off element 28 closed, the purified and cooled reaction gases are sent to the atmosphere.
Возможно, однако, проведение дальнейшего охлаждения реакционных газов, а следовательно, более полное использование теплоты реакционных газов и более тщательное удаление пыли из них. Для этого при закрытых запорных органах 26 и 38 открывают запорный орган 28. Газы, выходящие из рубашки 4 через штуцер 6, таким образом, направляют в промывной скруббер 9 через штуцер 10. Одновременно закрывают запорный орган 29 и открывают запорный орган 31. При закрытых запорных органах 30, 34 и 35 и открытом запорном органе 40 из емкости 15 для исходного раствора последний поступает через штуцер 12 в промывной скруббер 9, где проходит его нагревание с последующей подачей в термохимический реактор 1. Одновременно проходит дальнейшее улавливание пыли, поскольку промывной скруббер 9 в данном варианте выполняет функцию ступени мокрого пылеулавливания.It is possible, however, to carry out further cooling of the reaction gases, and therefore, a more complete use of the heat of the reaction gases and a more thorough removal of dust from them. To do this, when the shut-off bodies 26 and 38 are closed, the shut-off element 28 is opened. The gases leaving the shirt 4 through the nozzle 6 are thus directed to the washing scrubber 9 through the nozzle 10. At the same time, the shut-off element 29 is closed and the shut-off element 31 is opened. When the shut-off valves are closed organs 30, 34 and 35 and an open shutoff member 40 from the reservoir 15 for the initial solution, the latter enters through the nozzle 12 into the washing scrubber 9, where it is heated and then fed to the thermochemical reactor 1. At the same time, further dust collection takes place, after ring washing scrubber 9 in this embodiment performs the function of a wet dust collection stage.
Возможен вариант, при котором для промывки реакционных газов используют промывной раствор из емкости 16 для промывного раствора. Данный вариант целесообразен при необходимости использования мокрой ступени очистки от пыли с одновременной абсорбцией вредных составляющих отходящего реакционного газа, например, в случае исключения из состава установки термокаталитического устройства 8. При этом, как описано выше, в термохимический реактор 1 подают исходный раствор из емкости 15 для исходного раствора напрямую. При закрытом запорном органе 31 и открытом запорном органе 30 промывной раствор подают в промывной скруббер 9 через штуцер 12. При закрытых запорных органах 40 и 35 промывной раствор выводят из установки через штуцер 13 и отвод 18.A variant is possible in which a washing solution from a tank 16 for a washing solution is used to wash the reaction gases. This option is advisable if it is necessary to use a wet dust removal stage with simultaneous absorption of harmful components of the exhaust reaction gas, for example, if the thermocatalytic device 8 is excluded from the installation, and, as described above, the initial solution is supplied from the tank 15 to the thermochemical reactor 1 stock solution directly. With the closed shut-off element 31 and the open shut-off element 30, the washing solution is supplied to the washing scrubber 9 through the nozzle 12. With the closed shut-off elements 40 and 35, the washing solution is withdrawn from the installation through the nozzle 13 and the outlet 18.
При закрытом запорном органе 34 и открытом запорном органе 35 возможна работа промывного раствора в обороте. При этом включают в работу бак-сборник 24 и циркуляционный насос 25. Промывной раствор вновь возвращают в емкость для промывного раствора 16 при открытом запорном органе 33 и закрытом запорном органе 32.With the closed shut-off element 34 and the open shut-off element 35, the operation of the washing solution in circulation is possible. In this case, the collection tank 24 and the circulation pump 25 are turned on. The washing solution is again returned to the washing solution tank 16 with the shut-off element 33 open and the shut-off element 32 closed.
Аналогично возможна работа в обороте исходного раствора. При этом, как описано выше, исходный раствор поступает в термохимический реактор 1 при открытом запорном органе 40 с его одновременной циркуляцией с помощью насоса 25 и бака-сборника 24. При этом соответственно запорные органы 30 и 33 закрыты, а запорные органы 31 и 32 открыты.Similarly, work is possible in the circulation of the initial solution. In this case, as described above, the initial solution enters the thermochemical reactor 1 with the shut-off element 40 open and circulating it simultaneously with the help of the pump 25 and the collection tank 24. In this case, the shut-off bodies 30 and 33 are respectively closed, and the shut-off bodies 31 and 32 are open .
Возможен вариант использования теплоты реакционных газов из термохимического реактора только на нагрев исходного раствора. В этом варианте запорные органы 27 и 39 находятся в закрытом состоянии. Запорный орган 26 открыт. Горячий реакционный газ через штуцер 10 поступает в промывной скруббер 9 и покидает его через штуцер 11. Работа промывного скруббера 9 проходит при подаче в него исходного раствора из емкости 15 для исходного раствора. Исходный раствор подают в термохимический реактор 1 через штуцер 13. Возможен, как и описано выше, вариант циркуляции исходного раствора. В промывном скруббере 9 проходит нагревание исходного раствора. В этом варианте нагреватель 3 в начале процесса работает с полной предусмотренной и необходимой для инициации процесса пиролиза мощностью. Далее мощность нагревателя 3 снижают.It is possible to use the heat of reaction gases from a thermochemical reactor only to heat the initial solution. In this embodiment, the locking elements 27 and 39 are in a closed state. The locking body 26 is open. The hot reaction gas through the nozzle 10 enters the washing scrubber 9 and leaves it through the nozzle 11. The operation of the washing scrubber 9 takes place when the initial solution is supplied from the tank 15 for the initial solution. The initial solution is fed into the thermochemical reactor 1 through the nozzle 13. It is possible, as described above, the option of circulation of the initial solution. In the washing scrubber 9, the initial solution is heated. In this embodiment, the heater 3 at the beginning of the process works with the full power provided and necessary for initiating the pyrolysis process. Further, the power of the heater 3 is reduced.
Возможен вариант использования теплоты реакционных газов для нагревания воздуха, подаваемого в термокаталитический реактор 1. При этом при закрытых запорных органах 26, 37 и 39 открывают запорные органы 27 и 36. Воздух подают напорным органом 14 в поверхностный газовый теплообменник 19 через штуцер 20 и направляют в термохимический реактор 1 через штуцер 21. Горячий реакционный газ поступает в теплообменник 19 через штуцер 22 и выходит через штуцер 23 в охлажденном виде. Далее газ может быть направлен в промывной скруббер 9.It is possible to use the heat of the reaction gases to heat the air supplied to the thermocatalytic reactor 1. In this case, when the shut-off elements 26, 37 and 39 are closed, the shut-off bodies 27 and 36 are opened. The air is supplied by the pressure-sensitive organ 14 to the surface gas heat exchanger 19 through the nozzle 20 and sent to thermochemical reactor 1 through the nozzle 21. The hot reaction gas enters the heat exchanger 19 through the nozzle 22 and exits through the nozzle 23 in a cooled form. Further, the gas can be directed to the washing scrubber 9.
Следует отметить, что система сухого пылеулавливания 7 может быть выполнена в одно- и многоступенчатом варианте (например, система сухого пылеулавливания может содержать только циклон или циклон и металлокерамический фильтр). Установлено, что при спрей-пиролизе полимерно-солевых растворов получают тонкодисперсный продукт, в котором каждая частица имеет достаточно высокий электрический заряд. Таким образом, целесообразно в виде единственной ступени сухого пылеулавливания или в качестве последнего пылеулавливающего аппарата при многоступенчатом варианте системы сухого пылеулавливания использовать электрофильтр.It should be noted that the dry dust collection system 7 can be performed in single and multi-stage version (for example, the dry dust collection system can contain only a cyclone or cyclone and a ceramic-metal filter). It was found that during spray pyrolysis of polymer-salt solutions, a finely dispersed product is obtained in which each particle has a sufficiently high electric charge. Thus, it is advisable to use an electrostatic precipitator in the form of a single stage of dry dust collection or as the last dust collecting device for a multi-stage version of a dry dust collection system.
На установке по настоящему изобретению проведен синтез наноразмерных и ультраразмерных порошков сложных оксидов: Zr0.9Y0.1O2, La1-xSrxMnO3, Ce0.8Sm0.2O2, LiNiO2 и т.д. Например, при использовании ультразвукового воздействия и без него синтез Ce0.8Sm0.2O2 завершался формированием индивидуальной фазы за 1-2 минуты при температуре порядка 650°С. Для сравнения можно сказать, что для получения однофазного продукта традиционным твердофазным синтезом из оксидов СеО2 и Sm2O3 необходима температура не ниже 1000°С и десятки часов отжига с промежуточными перетираниями. В отсутствие ультразвукового воздействия получен относительно моноразмерный по дисперсности порошок. Гранулометрический состав определяли методом лазерной дифракции на приборе SALD-2201 (Shimadzu), площадь поверхности - методом БЭТ с помощью сорбтометра TriStar-3000. Частицы имеют сложную морфологию с развитой поверхностью. Удельная поверхность составила 56 м2/г. Распределение по фракциям практически монодисперсное, диаметр частиц основной фракции колеблется в интервале D=11±7 мкм. Порошок содержит небольшую фракцию наночастиц (D=0.20±0.05 мкм). Но даже незначительное количество наночастиц существенно снижает температуру при дальнейшем спекании порошка, что облегчает получение плотной (не менее 96%) керамики или формирование газоплотных покрытий на керамических носителях.The installation of the present invention synthesized nanosized and ultra-sized powders of complex oxides: Zr 0.9 Y 0.1 O 2 , La 1-x Sr x MnO 3 , Ce 0.8 Sm 0.2 O 2 , LiNiO 2 , etc. For example, when using ultrasonic exposure and without it, the synthesis of Ce 0.8 Sm 0.2 O 2 was completed by the formation of an individual phase in 1-2 minutes at a temperature of about 650 ° C. For comparison, we can say that to obtain a single-phase product by traditional solid-phase synthesis from CeO 2 and Sm 2 O 3 oxides, a temperature of at least 1000 ° C and tens of hours of annealing with intermediate grindings is required. In the absence of ultrasonic action, a relatively monosized dispersion powder was obtained. The particle size distribution was determined by laser diffraction on a SALD-2201 instrument (Shimadzu), the surface area was determined by the BET method using a TriStar-3000 sorbometer. Particles have a complex morphology with a developed surface. The specific surface area was 56 m 2 / g. The fraction distribution is almost monodisperse, the particle diameter of the main fraction varies in the range D = 11 ± 7 μm. The powder contains a small fraction of nanoparticles (D = 0.20 ± 0.05 μm). But even a small number of nanoparticles significantly reduces the temperature during further sintering of the powder, which facilitates the production of dense (at least 96%) ceramics or the formation of gas-tight coatings on ceramic supports.
При наложении ультразвукового воздействия размер частиц основной фракции продукта уменьшился практически на порядок и составил 0.2<D, мкм<1.0. Гранулометрический состав продукта неоднороден, и кроме основной наноразмерной фракции продукт содержит дополнительную фракцию ультрадисперсного порошка (1<D, мкм<7).When ultrasonic treatment was applied, the particle size of the main fraction of the product decreased by almost an order of magnitude and amounted to 0.2 <D, μm <1.0. The particle size distribution of the product is heterogeneous, and in addition to the main nanoscale fraction, the product contains an additional fraction of ultrafine powder (1 <D, μm <7).
При проведении работ по получению порошков сложных оксидов после начальной стадии электрическое нагревание термохимического реактора не проводили.When conducting work on obtaining powders of complex oxides after the initial stage, electric heating of the thermochemical reactor was not carried out.
При включении в работу промывного скруббера отходящими из системы сухого пылеулавливания газами проводили нагревание исходного, поступившего в промывной скруббер раствора до 60-70°С.When the washing scrubber was turned on by the exhaust gases from the dry dust collection system, the initial solution supplied to the washing scrubber was heated to 60-70 ° C.
Применение электрофильтра позволило иметь практически чистый реакционный газ на выходе из системы сухого пылеулавливания.The use of an electrostatic precipitator made it possible to have a practically pure reaction gas at the outlet of the dry dust collection system.
Применение термокаталитического устройства позволило исключить наличие вредных примесей в отходящих газах. С точки зрения минимизации выделения вредных веществ при получении оксидных материалов оптимальными составами композиций и условиями пиролиза являются такие, при которых происходит окисление полимерного компонента до CO2 и Н2О, а нитрат восстанавливается до молекулярного азота. Избыточное количество нитратов в полимерно-солевой композиции приводит к выделению оксидов азота. Исследования газообразных продуктов пиролиза полимерно-солевых композиций показали, что при правильном подборе состава композиции реализуются условия, при которых выделение оксидов азота незначительно, но, тем не менее, имеет место. Отходящие газы для очистки их от оксидов азота, моноксида углерода и других токсичных веществ целесообразно пропускать через термокаталитический реактор, где происходят восстановление оксидов азота до молекулярного азота, окисление монооксида углерода - до СО2, а также дожигание углеводородных и других примесей. В термокаталитическом реакторе могут быть применены блоки с активной составляющей в виде традиционных платиносодержащих покрытий на ячеистых носителях, дающие степень конверсии СО и NOx не менее 90%. Возможно применение для этой цели и катализаторов на основе кобальтатов лантана-стронция.The use of a thermocatalytic device eliminated the presence of harmful impurities in the exhaust gases. From the point of view of minimizing the emission of harmful substances during the preparation of oxide materials, the optimal compositions and pyrolysis conditions are those under which the polymer component is oxidized to CO 2 and H 2 O, and nitrate is reduced to molecular nitrogen. Excess nitrates in the polymer salt composition lead to the release of nitrogen oxides. Studies of the gaseous products of the pyrolysis of polymer-salt compositions showed that with the correct selection of the composition of the composition, conditions are realized under which the emission of nitrogen oxides is negligible, but, nevertheless, takes place. It is advisable to pass the exhaust gases to purify them from nitrogen oxides, carbon monoxide and other toxic substances through a thermocatalytic reactor, where nitrogen oxides are reduced to molecular nitrogen, carbon monoxide is oxidized to CO 2 , as well as afterburning of hydrocarbon and other impurities. In a thermocatalytic reactor, blocks with an active component in the form of traditional platinum-containing coatings on cellular carriers can be used, giving a degree of conversion of CO and NO x of at least 90%. Perhaps the use for this purpose and catalysts based on cobaltates of lanthanum-strontium.
Таким образом, установка для получения оксидов по настоящему изобретению позволяет не только получить нано- и ультраразмерные порошки, но и снизить энергетические затраты, практически исключить потери полезного продукта, в значительной мере снизить выброс в атмосферу вредных веществ при высокой степени надежности работы установки.Thus, the apparatus for producing oxides of the present invention allows not only to obtain nano- and ultra-sized powders, but also to reduce energy costs, virtually eliminate the loss of a useful product, significantly reduce the emission of harmful substances into the atmosphere with a high degree of reliability of the installation.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007146532/15A RU2362739C1 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for metal oxides preparation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007146532/15A RU2362739C1 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for metal oxides preparation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2362739C1 true RU2362739C1 (en) | 2009-07-27 |
Family
ID=41048421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007146532/15A RU2362739C1 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for metal oxides preparation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2362739C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532924C1 (en) * | 2013-07-10 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" | Catalyst of oxidation conversion of hydrocarbon gases with obtaining of carbon oxide and hydrogen |
| RU2653824C1 (en) * | 2017-03-30 | 2018-05-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Method of producing nanostructured ferrite powders and apparatus for realizing said method |
-
2007
- 2007-12-12 RU RU2007146532/15A patent/RU2362739C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532924C1 (en) * | 2013-07-10 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" | Catalyst of oxidation conversion of hydrocarbon gases with obtaining of carbon oxide and hydrogen |
| WO2015005819A1 (en) * | 2013-07-10 | 2015-01-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" | Catalyst for the oxidative conversion of hydrocarbon gases to produce carbon monoxide and hydrogen |
| CN104884160A (en) * | 2013-07-10 | 2015-09-02 | 气体化学技术有限责任公司 | Catalyst for the oxidative conversion of hydrocarbon gases to produce carbon monoxide and hydrogen |
| US9399209B2 (en) | 2013-07-10 | 2016-07-26 | Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu “Gazohim Techno” | Catalyst for the oxidative conversion of hydrocarbon gases to produce carbon monoxide and hydrogen |
| EA024848B1 (en) * | 2013-07-10 | 2016-10-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" | Catalyst for the oxidative conversion of hydrocarbon gases to produce carbon monoxide and hydrogen |
| RU2653824C1 (en) * | 2017-03-30 | 2018-05-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Method of producing nanostructured ferrite powders and apparatus for realizing said method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7704483B2 (en) | High surface area tetragonal zirconia and processes for synthesizing same | |
| Mukasyan et al. | Novel approaches to solution-combustion synthesis of nanomaterials | |
| KR960002416B1 (en) | Spray conversion process for the production of nanophase composite powders | |
| CN1202985C (en) | Preparing hydrogen and CO | |
| Xiao et al. | A citrate sol–gel method to synthesize Li 2 ZrO 3 nanocrystals with improved CO 2 capture properties | |
| US8361619B2 (en) | Process for preparing nanocrystalline mixed metal oxides | |
| Chen et al. | A novel plasma-assisted hollow fiber membrane concept for efficiently separating oxygen from CO in a CO2 plasma | |
| Nassar et al. | A facile Pechini sol–gel synthesis of TiO 2/Zn 2 TiO 2/ZnO/C nanocomposite: an efficient catalyst for the photocatalytic degradation of Orange G textile dye | |
| US20040139821A1 (en) | Solution-based manufacturing of nanomaterials | |
| Khoshbin et al. | Combustion dispersion of CuO–ZnO–Al2O3 nanocatalyst over HZSM-5 used in DME production as a green fuel: effect of citric acid to nitrate ratio on catalyst properties and performance | |
| JPH10505786A (en) | Catalyst compositions based on cerium oxide and oxides of manganese, iron or praseodymium, their preparation and their use in automotive afterburning catalysis | |
| Zarnegar et al. | Co 3 O 4–CNT nanocomposites: a powerful, reusable, and stable catalyst for sonochemical synthesis of polyhydroquinolines | |
| KR102241096B1 (en) | Manufacturing method of garnet oxide type solid electrolyte having cubic structrue | |
| EP1724012A1 (en) | Catalyst containing gold on ceria-manganes oxide | |
| Gomez-Cuaspud et al. | Nanostructured metal oxides obtained by means polymerization-combustion at low temperature for CO selective oxidation | |
| CN103249667A (en) | Ammonia production by integrated intensified processes | |
| CN107074578A (en) | Pass through the method for flame spray pyrolysis high―temperature nuclei aluminate | |
| Kumar | Current trends in cellulose assisted combustion synthesis of catalytically active nanoparticles | |
| RU2362739C1 (en) | Device for metal oxides preparation | |
| KR101282142B1 (en) | Apparatus and method for manufacturing composite nano particles | |
| Zhou et al. | Catalytic aerobic oxidation of lignin-based vanillyl alcohol under base–free conditions over an efficient and reusable LaFeO 3 perovskite for vanillin production | |
| Jung et al. | Catalytic oxidation of benzene over LaCoO3 perovskite-type oxides prepared using microwave process | |
| Bagherzadeh et al. | Structural and surface evolution of nanostructured Cu-Zn-Al catalyst designed by hybrid plasma-enhanced microwave-irradiated urea-nitrate-combustion for selective H2-production | |
| JP6048750B2 (en) | Method for producing composite | |
| Moser et al. | The synthesis and characterization of solid-state materials produced by high shear-hydrodynamic cavitation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121213 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140627 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20141030 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151213 |