Спосіб переробки рідких хлорорганічних сполук

УКРАЇНА (19) UA (11) 38375 (13) U (51) МПК (2006) C01B 7/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС в идається під в ідпов ідальність в ласника патенту ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) СПОСІБ П ЕРЕРОБКИ РІДКИХ ХЛОРОРГАНІЧНИХ СПОЛУК 1 2 (13) 38375 (11) процесами оксидегідрохлорування. Процес проводять у реакторі з псевдозрідженим шаром інертного матеріалу та аерозолем каталізатора, при температурі 450-650°С, тиску в реакційній зоні 110атм, витраті повітря 3472л/год. Каталізатор являє собою оксиди або солі металів перемінної валентності чи їх суміші. Концентрація каталізатора становить 3,2-5,6г/м 3. При цьому забезпечується переробка відходів, які містять хлор, зі ступенем окислення 82,1-99,99%, ступінь перетворення зв'язаного хлору на хлористий водень 91-100%. Навантаження на каталізатор 0,2-17,9г/(гкат*год). [Патент RU №2159734. МПК С07С19/01. Заявл. 13.04.2000р.; опубл. 27.11.2000р.] Недоліком відомого способу є: обмеження часу контакту областями швидкостей початку псведозрідження та винесення твердої фази, що утворює псевдозріджений шар, необхідність рециркуляції каталізатора, підвищений тиск при проведенні процесу, необхідність значного перевищення витрати газу-окислювачу над стехіометричним для досягнення початку псевдозрідження, значні втрати тепла з відхідними газами. В основу корисної моделі поставлена технічна задача створення такого способу переробки рідких хлорорганічних сполук шляхом каталітичного окислення, в якому оксидегідрохлорування хлорорганічних сполук здійснюють у каталітичному реакторі з диспергуючим матеріалом та каталізатором у вигляді аерозолю частинок з постійною механохімактивацією, що дає можливість виключити дезак UA Запропонована корисна модель стосується переробки відходів, зокрема, каталітичного окислення хлорорганічних сполук. Відомий спосіб утилізації хлорвмісних відходів шляхом пропускання пари хлорорганічних сполук у складі реакційної газової суміші, яка містить кисень, через шар каталізатора. Каталізатор містить як мінімум один з металів платинової групи, зокрема платину, в якості активного компоненту, та скловолокнистий носій. Процес утилізації пари дихлоретану, хлорбензолу і бутилхлориду, об'ємна концентрація яких у суміші з повітрям або з повітрям і водою 3,1-3,5%, проводять при температурі 400-500°С і об'ємній швидкості подавання реакційної суміші 18тис. год-1. При цьому досягається повна конверсія вихідних речовин у хлористий водень, пару води та вуглекислий газ. [Патент № RU2252208. МПК С07С19/01. Заявл. 26.12.2003р.; опубл. 20.05.2005р.] Недоліком цього способу є використання коштовних металів платинової групи і самої платини, а також приготування складних структурованих носіїв. Використання інших відомих каталізаторів у відомому способі пов'язане з їх швидкою дезактивацією і утворенням побічних продуктів. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб переробки відходів виробництва вінілхлориду, які містять хлор, шляхом їх каталітичного окислення з одержанням хлористого водню. Хімічні процеси, які протікають при цьому, включаючи окислення вуглецевої складової відходів, є по суті, U пературі 600-650°С, який відрізняється тим, що процес здійснюють у реакторі з віброзрідженим шаром частинок диспергуючого матеріалу і каталізатора, який виконує коливання у вертикальній площині з частотою 1,9-9Гц і амплітудою 8мм. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що віброзріджений шар створюють за допомогою зовнішнього вібропристрою. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що об'ємна частка диспергуючого матеріалу у реакторі складає 7,5-37,5%. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що концентрація каталізатора складає 0,6-3,6г/м 3 реакційного об'єму. (19) (21) u200811284 (22) 18.09.2008 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) ГЛІКІН МАРАТ АРОНОВИЧ, UA, ГЛІКІН А ІРИНА МАРАТІВН А, U A, БАРАНОВА ЛІАН А АНАТОЛІЇВНА, UA, КУДРЯВЦЕВ СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA (73) ГЛІКІН МАРАТ АРОНОВИЧ, UA, ГЛІКІН А ІРИНА МАРАТІВН А, U A, БАРАНОВА ЛІАН А АНАТОЛІЇВНА, UA, КУДРЯВЦЕВ СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA (57) 1. Спосіб переробки рідких хлорорганічних сполук шляхом каталітичного окислення при тем 3 38375 тивацію каталізатора, підвищити каталітичну активність, збільшити швидкість реакції та ефективність процесу окислення, зв'язати увесь хлор ви хідної речовини у хлористий водень. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі переробки рідких хлорорганічних сполук шляхом каталітичного оксидегірохлорування при температурі 600-650°С, згідно корисної моделі, процес здійснюють у реакторі з віброзрідженим шаром частинок диспергуючого матеріалу і каталізатора, який виконує коливання у вертикальній площині з частотою 1,9-9,0Гц і амплітудою 8мм, причому віброзріджений шар створюють за допомогою зовнішнього вібропристрою. Об'ємна доля диспергуючого матеріалу у реакторі становить 7,5-37,5%. Концентрація каталізатора складає 0,6-3,6г/м 3 реакційного об'єму. Технічним результатом запропонованого способу є підвищення ефективності процесу окислення. Відмітною особливістю запропонованого способу є переробка рідких хлорорганічних сполук каталітичним окисленням, завдяки якому відбувається, по суті, процес оксидегідрохлорування за технологією аерозольного нанокаталізу у віброзрідженому шарі частинок диспергуючого матеріалу і каталізатора. Каталізатор використовується без носія і підлягає безперервній механохімактивації твердими частинками диспергуючого матеріалу за зворотно-поступальних коливань реактора у вертикальній площині з частотою 1,9-9Гц і амплітудою 8мм. Внаслідок цього відбувається постійне подрібнення частинок каталізатора до нанорозмірів, обновлення їх поверхні та підтримування каталітичної активності на високому рівні упродовж необмеженого часу. Розмір частинок каталізатора у реакційній зоні вимірюється методами транселектронної мікроскопії та фотокореляційної спектроскопії і складає 8-100нм. У якості диспергуючого матеріалу використовується скло у вигляді кульок діаметром 1,0-1,2мм. Спосіб забезпечує кількісний перехід зв'язаного хлору у хлористий водень, без утворення молекулярного хлору. Перевагою запропонованого способу є відсутність обмеження по об'ємним швидкостям потоку окислювача-повітря, внаслідок застосування віброзрідженого шару каталітичної системи, а також проведення процесу під атмосферним тиском. Окрім того, технологія аерозольного нанокаталізу у віброзрідженому шарі каталітичної системи дозволяє забезпечити гнучку систему керування швидкістю хімічних реакцій оксидегідрохлорування, за рахунок нових специфічних керуючи х параметрів. Запропонований спосіб здійснюють за схемою, зображеною на фігурі, що складається з: 1ділильна воронка; 2-шприцевий дозатор; 3реактор; 4-електрична піч; 5-електромагнітний вібропристрій; 6-термокарман; 7-компресор; 8ротаметр; 9-металоповстяний фільтр; 10-водяний холодильник; 11-приймач конденсату; 12барботери; 13-періодичний барботер для відбору проби на НСl і Сl2; 14-точка відбору газових проб; 15-контрольний скляний фільтр. 4 Потоки: А-хлорорганічні сполуки; В-вода; Сповітря; D-продукти реакції; Е-відхідні гази. Вихідну хлорорганічну речовину, вміщен у у ділильну воронку 1, подають витисканням водою, яку вводять дозатором 2 у реактор 3, потоком А. Реактор обігрівають електричною піччю 4. Електромагнітний вібропристрій 5 обумовлює зворотнопоступальні рухи реактора для створення віброзрідженого шару диспергуючого матеріалу і каталізатора. Частоту коливань реактора регулюють зовнішнім блоком керування, де також автоматично регулюється температура у реакційній зоні, яка контролюється за показаннями термопари, вміщеної в термокарман 6. Повітря, потоком С, подають у реактор компресором 7, його витрату регулюють ротаметром 8. Окислення хлорорганічних сполук відбувається у реакторі 3. На виході з реактора 3 розташований металоповстяний фільтр 9, який служить опорною решіткою для шару каталітичної системи і запобігає винесенню частинок каталізатора з реактора. Ефективність фільтра 9 контролюють додатковим скляним фільтром 15, заповненим ватою. Продукти реакції, потоком D, проходять через водяний холодильник 10, куди потоком В подають воду, і приймач конденсату 11. Хлористий водень поглинається у барботерах 12, заповнених водою, і потім газоподібні продукти відбирають у точці 14 для аналізу на вміст оксидів вуглецю на хроматографі «Цвет 500». Для аналізу проб на молекулярний хлор і хлористий водень газ пропускають через барботер 13 з розчином йодистого калію, який підключають у паралельну лінію періодично і відтитровують розчинами тіосульфату натрію та гідрооксиду натрію відповідно. Запропонований спосіб пояснюється прикладами. Приклади 1-3 (порівняльні). Каталітичне окислення відходів виробництва вінілхлориду здійснюють при температурі 600650°С у реакторі з псевдозрідженим шаром інертного матеріалу і частинок каталізатора (Fе2О3, СuО) з концентрацією 4,5-5,6г/м 3. Витрата повітря на окислення компонентів відходів і псевдозрідження інертного матеріалу складає 3472л/год, витрата відходів 57,6-62,2мл/год. Навантаження на каталізатор становить 14,4-16,6г/(Г кат*год). Результати наведені утаблиці. Приклади 4-20. Хлорорганічні сполуки 1,2-дихлоретан (приклади 4-11), хлорбензол (приклади 12-16), трихлорметан (приклади 17-20) подають у реактор витисканням водою із ділильної воронки. Повітря подають компресором через ротаметр. Металевий реактор, з'єднаний з електромагнітним вібропристроєм, здійснює вертикальні зворотно-поступальні коливання з частотою 1,9-9,0Гц і амплітудою 8мм, внаслідок цього у реакційній зоні утворюється віброзріджений шар диспергуючого матеріалу і частинок каталізатора Fе2О3 (приклади 4-7, 12-20) і CuO (приклади 8-11). Завдяки встановленому на виході з реактора метало повстяному фільтру запобігається винесення частинок каталізатора з реактора, що контролюється скляним фільтром в лінії відводу продуктів реакції. 5 38375 Температуру в реакторі підтримують від 600 до 650°С. Продукти реакції охолоджуються у холодильнику, конденсуються у приймачі конденсату, хлористий водень поглинається водою в барботерах, газоподібні продукти відбирають на хроматографічний аналіз. Результати дослідів досліджень наведені в таблиці. Як видно з таблиці, у запропонованому способі коефіцієнт надлишку повітря над стехіометричним складає 1,02-1,05 (приклади 4-16) і 1,1 (приклади 17-20), що в 13,8-16,1 разів менше, ніж у прототипі. Це досягається завдяки новій організації зрідженого шару каталітичної системи, а саме віброзрідженню примусовими коливаннями реактора у вертикальній площині, тим самим знімаються обмеження по об'ємній швидкості потоку газу, характерні для прототипу. Це сприяє зменшенню витрат повітря на окислення, а отже, інтенсифікації тепло- та масообміну, зниженню енергоспоживання установки і зменшенню втрат тепла з відхідними газами. Навантаження на каталізатор у запропонованому способі складає від 15755805г/(гкат*год) (приклади 12-16) до 6300096000г/(гкат*год) (приклади 4-10), що в 98-6000 ра 6 зів вище, ніж у прототипі, за рахунок більш ефективної організації процесу механохімактивації поверхні частинок каталізатора у запропонованому способі. Концентрація каталізатора у запропонованому способі складає: СuО - від 0,6 (приклад 8) до 3,6г/м реакційного об'єму (приклад 11), Fе2О32,4г/м 3, що у 1,4-8,3 рази менше, ніж у прототипі. Крім того, запропонований спосіб має більш широку і гн учку систему параметрів керування швидкістю реакції, у порівнянні з прототипом, завдяки новим специфічним параметрам, які впливають на швидкість хімічної реакції, характерним для технології аерозольного нанокаталізу у віброзрідженому шарі. Такими параметрами є частота коливань реактора (приклади 4-7) та об'ємна доля диспергуючого матеріалу у реакторі (приклади 12-16). Запропонований спосіб забезпечує повне перетворення зв'язаного хлору на хлористий водень і відсутність у продуктах молекулярного хлору, а також зниження енергоспоживання установки переробки рідких хлорорганічних сполук. Наведені приклади показують можливість досягнення заявленого технічного результату, у разі використання суттєви х ознак, отже, корисна модель відповідає вимозі промислової придатності. 7 Комп’ютерна в ерстка С.Литв иненко 38375 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601