Спосіб здійснення газофазних хімічних процесів

Спосіб здійснення газофазних хімічних процесів в присутності гетерогенного каталізатора і інертного матеріалу в реакторі з псевдозрідженим шаром інертного матеріалу, в який безперервно вводять знизу та виводять зверху каталізатор, з концентрацією каталізатора в зоні реакції, рівною 1-15 г/м3 парогазової суміші при нормальних умовах з еквівалентним діаметром частинок не більше 10 мкм, який відрізняється тим, що псевдозріджений шар інертного матеріалу в реакторі формують шляхом імпульсного випуску реакційного газу із верхньої частини реактора. (19) (21) a200600808 (22) 30.01.2006 (24) 27.07.2009 (46) 27.07.2009, Бюл.№ 14, 2009 р. (72) ЗІНАТУЛІН АНАТОЛІЙ РАХІМЯНОВИЧ, РЕВЕНКО СТАНІСЛАВ АНТОНОВИЧ, КУТАКОВА ДІАНА ОЛЕКСІЇВНА, ЧЕРНИШ АНАТОЛІЙ СЕМЕНОВИЧ (73) ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "ІНСТИТУТ АЗОТНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ І ПРОДУКТІВ ОРГАНІЧНОГО СИНТЕЗУ", СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ.В.ДАЛЯ СЄВЄРОДОНЕЦЬКИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ (56) UA 9010 A1, 29.02.1992 UA 19014 C1, 25.12.1997 RU 2259230 C2, 27.03.2005 3 матеріалу, тобто виносяться із зони реакції. Внаслідок цього явища в області газового прошарку (бульбашки) знижується ступінь контакту каталізатора з реагентами. Тобто при такому режимі роботи спостерігається явище "проскоку" перероблюваних речовин, і в кінцевому підсумку знижується ступінь перетворення. Крім того, в окремих випадках, псевдозрідження інертного матеріалу потребує більшу витрату газу, ніж по стехіометрії. Це приводить до розбавлення продуктів реакції, збільшення витрат парогазової суміші, яка проходить через апарат, і як наслідок, до скорочення часу перебування реагентів в реакційній зоні. Для процесів, при проведенні яких необхідно більше часу перебування в зоні реакції, відомий спосіб не дає високого ступеню перетворення реагуючих речовин і для досягнення потребуємого ступеню перетворення реагентів необхідно або знижувати подачу сировини, що приводить до зниження продуктивності апарата, або збільшувати висоту шару інертного матеріалу, що в свою чергу веде до явища "проскока", як зазначено вище. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу здійснення газофазних хімічних процесів, шляхом збільшення однорідності псевдозрідження інертного матеріалу в реакторі, що дає можливість знизити витрати повітря на псевдозрідження, збільшити продуктивність каталізатора, а також збільшити одиничну потужність реактора по перероблювальній сировині. Поставлена задача вирішується тим, що у способі здійснення газофазних хімічних процесів в присутності гетерогенного каталізатору і інертного матеріалу в реакторі з псевдозрідженим шаром інертного матеріалу, в який безперервно вводять знизу та виводять зверху каталізатор з концентрацією каталізатору в зоні реакції рівною 1-15г/м3 парогазової суміші при нормальних умовах з еквівалентним діаметром частинок не більше 10мкм, згідно з винахідом, псевдозріджений шар інертного матеріалу в реакторі формують шляхом імпульсного випуску реакційного газу із верхньої частини реактору. Відмінною особливостю запропонованого способу є те, що газ на псевдозрідження подають з такою витратою, при якій лінійна швидкість його проходження через шар інертного матеріалу відповідає критичній швидкості початку псевдозрідження, а інертний матеріал відповідно знаходиться в граничному режимі фільтрації. На виході із реактора короткочасно перекривають потік і в цей час відбувається стискання реакційних газів, внаслідок чого зростає тиск усередині реактора до величини, яка дозволяє при відкритті прохідного отвору забезпечити оптимальну лінійну швидкість псевдозрідженого інертного матеріалу. Таким чином, внаслідок організації імпульсного випуску реакційних газів інертний матеріал рівномірно псевдозріджується по всій висоті реактора незалежно від співвідношення висоти шару до діаметру реактора. Параметри імпульсного випуску реакційних газів із реактора (частота та тривалість випуску), насамперед залежать від фізіко-механічних властивостей інертного матеріалу та висоти вільного 87461 4 над шаром простору і визначаються в кожному конкретному випадку. Сутність запропонованого способу полягає в наступному. Процес проводять в реакторі проточного типу. Нагрівання здійснюють електрообігрівачем. Інертний матеріал використовують з діаметром частинок від 0,8 до 1,0мм. Каталізатор подають в нижню частину реактора, а виводять його із верхньої частини, уловлюють в циклоні і повертають на початок процесу. Повітря на аерацію інертного матеріалу і створення проточного руху каталізатора подають знизу в реактор через газорозподільчу решітку. Реагент подають в нижню частину реактора над газорозподільчою решіткою. Імпульсний випуск реакційних газів здійснюють із верхньої частини реактора за допомогою електромагнітного клапана. Про ефективність хімічного перетворення судять по складу газів, які виходять з реактора. Доказом здійснення запропонованого способу є наступні приклади. Приклади 1-7 та 12-18. Процес окислення 80%-го водного розчину оцтової кислоти та метилового спирту проводять киснем повітря в реакторі проточного типу з внутрішнім діаметром 0,05м і висотою 1,0м. Початковий розігрів реактора забезпечується електрообігрівачем. Інертним матеріалом служать скляні кульки з діаметром частинок 0,8-1,0мм, які завантажують в реактор в об'ємі 1600см3. Простір над шаром складає 400см3. В якості каталізатора використовують оксид заліза (Fe2 O3) дисперсністю не більше 10мкм. Каталізатор подають в нижню частину реактора, а виводять його із верхньої частини, уловлюють в циклоні і повертають на початок процесу. Повітря на аерацію інертного матеріала і створення проточного руху каталізатора, а також як окислювача, подають знизу в реактор через газорозподільчу решітку. Оцтову кислоту або метанол подають в нижню частину реактора над газорозподільчою решіткою. Процес глибокого окислення ведуть при температурі 600+20°С і надмірному тиску 0,02-0,04МПа. Імпульсний випуск реакційних газів проводять із верхньої частини реактора за допомогою електромагнітного клапану. Величина короткочасного зросту тиску складає 0,15-0,2МПа. Ступінь окислення оцтової кислоти визначають шляхом аналітичного контролю відхідних газів із реактора. Про ефективність хімічного перетворення в реакторі судять по вмісту у відхідних газах ді- та монооксидів вуглецю. Результати дослідів наведені в таблиці. Приклади №8-11 та 19-22 (порівняльні). Досліди проводять, як і в прикладах 1-7 та 1218, за винятком того, що процес проводять при безперервному випуску газового потоку із реактора. Результати дослідів наведені в таблиці. Як видно з наведених прикладів, проведення процесу відповідно до запропонованого способу дозволяє знизити витрати повітря на псевдозрідження на 34,6%, збільшити продуктивність каталізатора не менш ніж на 25% (на 25,3% - стовпець 9 прикладів 6 та 10; 26,1% - стовпець 9 прикладів 17 та 21); збільшити одиничну потужність реактора по перероблювальній сировині більше ніж на 26% 5 87461 (26,75% - стовпець 4 прикладів 6 та 10; 27,84% стовпець 4 прикладів 17 та 21). Наведені у заявці приклади показують можливість досягнення заявленого технічного результату при використанні запропонованої сукупності суттє 6 вих ознак, отже запропонований спосіб відповідає вимозі промислової придатності. Таким чином, запропонований спосіб здійснення газофазних хімічних процесів збільшує ефективність процесу та потужність реактора по сировині. Таблиця Результати дослідження ефективності процесу глибокого окислення 80 % водного розчину оцтової кислоти та метанолу в аерозолі каталізатора Fe2О3 при 600°С. Зріст граВміст ничного моноокнавантаНавантаження сиду вугження на на каталізалецю у каталізатор, відхідних тор у поріГорг/Гкат год. газах, внянні з ррm прототипом 4 5 6 78 9 10 11 80 % водний розчин оцтової кислоти 96,4 17,4 100 0,00077 4 4,432 143,3 15,9 100 0,00063 6 7,208 185,1 18,2 100 0,00064 3 8.136 198,0 18,0 100 0,00022 8 8,800 211,7 22,3 100 0,00041 12 7,592 на 25,3 % 243,5 17,4 100 0,00040 15 11,195* 250,2 20,1 98,1 0,00665 48 9,768 95,6 18,7 100 0,00053 7 4.098 133,3 17,6 100 0,00026 14 6,059 192,1 17,2 100 0,00081 17 8,934* 230,2 23,3 95,2 0,02971 135 7,524 метиловий спирт 54,9 17,5 100 0,00012 2 3,137 78,1 15,9 100 0,00029 5 4,912 92,2 18,1 100 0,00034 7 5,094 107,0 18,8 100 0,00057 11 5,691 116,5 20,1 100 0,00042 13 5,796 на 26,1% 127,2 20,3 100 0,00086 16 6,266* 129,4 21,7 97,6 0,00981 72 5,820 52,2 17,2 100 0,00078 12 3,035 74,5 15,6 100 0,00103 15 4,776 99,5 19,9 99,4 0,00167 34 4,970* 112,0 22,3 96,8 0,08742 247 4,862 Сума Витрата горючих Витрата газу Витрата Ступінь речовин № Характеристика каталізаокислення, (повіт- сировини, у відхідп/п способу тора г/год % ря), них гаг/год 3 нм /год зах, %об. 1 2 3 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. запропонований запропонований запропонований запропонований запропонований запропонований запропонований прототип прототип прототип прототип 2,15 2,15 2,15 2,15 2,15 2,15 2,15 3.29 3,29 3,29 3,29 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. запропонований запропонований запропонований запропонований запропонований запропонований запропонований прототип прототип прототип прототип 2,15 2,15 2,15 2,15 2,15 2,15 2,15 3,29 3,29 3,29 3,29 Примітка: * граничне навантаження на каталізатор, тобто максимальна кількість речовини, при знешкодженні якої забезпечується екологічна ефективність процессу Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601