Способ синтеза вещества в реакторе-агломераторе

 

Использование: в энергетике, металлургии , химической промышленности, производстве материалов и изделий, сухой очистке газов от вредных веществ. Сущность изобретения: на поток синтезируемого вещества воздействуют низкотемпературной плазмой продукта горения топлива путем наложения струи плазмы внутрь потока синтезируемого вещества , после чего при достижении потоком смеси температуры стеклования его медленно осаждают и синтезированное вещество выводят из реакционного объема для использования . Реакционность струи плазмы и ее состав изменяют в зависимости от степени активности синтезируемого вещества. 1 з. п ф-лы, 3 ил. сл

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

"Ц ф

C)

C)

Сд

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853215/26 (22) 17.07.90 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22" (71) Научно-производственное объединение по защите атмосферы, водоемов, использованию вторичных энергоресурсов и охлаждению металлургических агрегатов на предприятиях черной металлургии "Энергосталь" (72) И, П, Васильченко и В. И. Бородин (53) 66.097{088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 990311, кл, В 03 С 3/14, 1981, Авторское свидетельство СССР

N 1456214, кл, В 01 J 8/00, 1986.

Изобретение относится,к каталитиче-. ской химии и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности, производстве материалов и изделий, сухой очистке газов от вредных веществ.

Известен способ очистки газов от пыли, основанный на коагуляции частиц пыли и введении в поток частиц фильтрующего материала с противоположным зарядом и последующим отделением этого материала.

Недостатком этого способа является то, что поток газов необходимо очищать в циклоне, где улавливается крупная пыль, а затем в рукавном фильтре для очистки от мелких фракций.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре- зультату является способ синтеза вещества

» Ы 174ÎÎ37 Al (я)5 В 01 J 8/00 (54) СПОСОБ СИНТЕЗА ВЕЩЕСТВА В РЕАКТОРЕ Е-АГЛОМ Е РАТОР Е (57) Использование: в энергетике, металлургии, химической промышленности, производстве материалов и изделий, сухой очистке газов от вредных веществ. Сущность изобретения; на поток синтезируемого вещества воздействуют низкотемпературной плазмой продукта горения топлива путем наложения струи плазмы внутрь потока синтезируемого вещества, после чего при достижении потоком смеси температуры стеклования его медленно осаждают и синтезированное вещество выводят из реакционного объема для использования, Реакционность струи плазмы и ее состав изменяют в зависимости от степени активности синтезируемого вещества. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. в кипящем слое, содержащем ферромагнитные компоненты, включающий подачу газообразным или жидким агентом катализатора в реактор, синтез вещества, вывод катализатора и синтезированных веществ из зоны реакции, разделение синтезированного вещества и катализатора, регенерацию катализатора и возвращение его в зону реакции. По известному способу синтеза вещества поток катализатора в реакторе разделяют на активный и неактивный путем воздействия магн ITHblM полем в кипящем слое при малой скорости и незначительном времени нахождения катализатора в ограниченной зоне реакции, но достаточной для протекания реакции синтеза.

Однако при известном способе синтеза вещества при контакте синтезируемого ве1740037 щества катализатором в зоне реакции и действия магнитного поля катализатор не успевает прореагировать из-за неодинаковой магнитной проницаемости объема и неизбежность уноса его не исключена.

Регулируя напряженность магнитного поля и величину его градиента, обеспечить полгое разделение катализатора на активный и неактивный невозмо>кно вследствие указанной неоднородности, это приводит к увеличению времени реакции синтеза, уменьшению производительности, но полностью не исключает вынос побочных продуктов реакции, Цель изобретения — максимальный выход синтезированного вещества за счет формирования и модифицирования катализатора, повышение производительности процесса и сокращение энергозатрат, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу синтеза вещества в реакторе-агломераторе, включающему подачу синтезируемого вещества в газообразном или жидком состоянии, содержащего мономолекулярно-дисперсный компонент, синтез в ества с помощью катализатора, на синтезируемое вещество воздействуют ниэкотемпературной плазмой продукта горения топлива путем наложения струи плазмы внутрь потока синтезируемого вещества, п ри дсстижении потоком температуры стеклования его медленно осаждают, затем синте",ìpoeàíное вещество выводят из реакционного объема для дальнейшего использования.

Реакционность струи плазмы и ее состав изменяют в зависимости от степени активности газового потока, вводимого на синтез в реактор-агломератор, При проведении реакции синтеза на поток синтеэируемого вещества воздействуют низкотемпературной плазмой продукта реакции горения, например, углеводородного топлива, диссоциируемого в компоненты

Н О, С02, Н2, М2, О, СО, NO, ОН, Н, О, изначально обеспечивающей столкновение молекул исходного вещества топлива с большим энергетическим уровнем, чем продукт реакции, в результате чего молекулы исходного вещества топлива активизируются, переходя в реакционноспособное состояние к химическому реагированию с исходным веществом потока, образуя свободные радикалы или атомы, которые реагируют с исходными веществами, давая конечные продукты и одновременно еще один или несколько активных веществ, обеспечивая дальнейшее течение процесса.

При наложении низкотемпературной плазмы продукта реакции горения истечение струи приводит к размыванию потока в реакционный объем, двухфазности и турбулентности движений, вследствие адиабатического расширения струя охлаждается и

5 теряет свою кинетическую энергию во всех направлениях, кроме направления движения потока, образуя таким образом группы молекул, удерживаемые ме>кмолекулярными (ван-дер-вальсовыми) силами, что, в свою

10 очередь, способствует более вы.:окой степени реакционности, чем в случае непрерывного потока, а ее пластерное состояние усиливает развитие химических реакций в газовой среде, инициируя процессы адсор15 бции и хемосорбции, обеспечивая образование более крупных частиц катализатора и одновременно синтез вещества, причем скорость поступления молекул из газовой фазы на поверхности частиц настолько

20 большая, что обеспечивает в начальной стадии создание на поверхности частиц монослоя полимерного вещества, а динамический режим способствует поддержанию постоянства условий как по составу исходных соеди25 нений, так и по температуре, исключая возможность создания в реакционном объеме высокой концентрации низкомолекулярных продуктов разложения исходного вещества, и позволяет охлаждать поток при

30 малом времени полимеризации, По мере продол>кения реакции синтеза происходит увеличение активности и селективности катализатора с нарастающим обьемом синтеэируемого вещества, 35 На фиг. 1 представлена установка для осуществления предлагаемого способа, общий вид; на фиг, 2 — разрез А — А на фиг, 1; на фиг. 3 — схема осуществления предлагаемого способа.

40 Исходное сырье, содер>кащее мономолекулярно-дисперсный компонент, по линии 1 поступает в узел 2 смешения реактора-агломератора 3, где подвергается ,воздействию струи плазмы 4, истекающей

45 из сопла 5 камеры б сгорания, При воздействии струи плазмы, направленной внутрь потока, двухфазный поток 7 смеси сырья и продукта реакции горения получает турбулентное движение, результирующая скоро50 сть которого направлена вверх. Частицы синтезируемого вещества перемещаются вместе с газовой средой, смещаются относительно ее под действием инерции, тя>кести и гидродинамических сил, под влиянием

55 градиента температуры, подвергаясь непрерывно бомбардированию газовыми молекулами, приводящими к образованию реакционно способных. функциональных групп на поверхности частиц, а энергия собственного движения способствует процес1740037 цепей. В результате количество прививаемых цепей определяется количеством доступных для мономера активных центров, . выходы и мол, массы привитых цепей про- 55 порциональны времени контакта агломесам коагуляции и фильтрации частиц, что уменьшает концентрацию частиц и увеличивает их размер при движении вместе с потоком и навстречу друг другу, интенсивному столкновению частиц и образованию агрегатов. С уменьшением линейной скорости потока частицы переходят в равновесное состояние S, Агломератные частицы, скорость витания которых меньше критической, замедляют свое движение и скорость поступления молекул мономера на их поверхность возрастает. Частицы, скорость витания которых больше или равна критической, движутся вместе с потоком, При изменении направлений 9 движения вниз частицы перемещаются относительно среды под действием силы тяжести, под влиянием градиента температуры, происходит обтекание их средой, которое сопровождается гидродинамическим сопротивлением, быстро достигают скорости, при которой сила сопротивления уравновешивает силу тяжести, и движение становится равномерным. при этом движение частиц и газовых молекул меньше длины свободного пробега, Это усиливает взаимное столкновение и увеличение размера. в итоге достигается высокая степень активности и селективности катализатора, а следовательно, большая производительность процесса и выход синтезированного вещества при минимальных затратах энергии с понижением температуры потока при одном и том же числе активных частиц, приходящихся на поверхность образовавшихся агломератов, увеличивается объем конденсированного на ней мономера, и скорость синтезируемого вещества возрастает в тем большей степени, чем ниже температура поверхности, так как на смену процессам окисления приходят реакции цепной полимеризации. Комбинированное использование воздействия активными частицами в газовом потоке приводит к образованию радикалов, фиксированных на поверхностях или объеме, обеспечивает как практическое предотвращение бимолекулярной гибели активных центров, так и предотвращение замурования радикалов. Таким образом, прививки инициируются этими радикалами и реакция роста описывается закономерностями полимеризации по механизму живых ратных частиц с реакционной системой.

Одновременно достигаются высокие скорости прививки и образование прочной химической связи привитого полимера с неорганическим материалом. Торможение потока за счет создаваемого на его пути препятствия движущейся перфорацией 10 и разрежением 11 под ней приводит к осаждению агломератов 12 и увеличению толщины слоя до необходимых значений, при этом скорость газового потока увеличивается, вследствие уменьшения проходного сечения, что способствует большой скорости адсорбции и, следовательно, большой величине коэффициента молекулярной диффузии, частицы, просасываясь и протискиваясь внутрь узких пор, диффундируют и осаждаются на внешней поверхности гранул-агломератов, линейная скорость потока уменьшается и очищенный газ 13 под действием разрежения выходит из реактора-агломератора. Выход синтезированного вещества 14 характеризуется композицией высокомолекулярных соединений, полученных реакциями образований связи, содержащей углерод в сочетании с другими элементами в основной цепи, а очищенный газ по химическому составу — воздух, обогащенный кислородом, вследствие прохождения через слой твердого осушителя и адсорбента селективно удерживающий азот, в результате чего проходит через слой в большем количестве, чем азот, за счет большой стационарной проницаемости.

При производстве катализатора введение дополнительного вещества 15 приводит к структурным измерениям синтезируемого вещества — полимера, Реактор снабжен полостью 1б для ввода воздуха, полостью 17

его вывода и теплоизоляцией 18, При охлаждении агломератов путем распыления (19) при комнатной температуре и механическом объемном обжатии массы (20) при температуре ниже температуры кипения жидкости — температуре стеклования, наступает поликонденсация, сопровождаемая интенсивным испарением влаги, при котором синтезированное вещество из пластического состояния переходит в стеклообразное, что позволяет получить катализатор в виде гранул и жесткий катализатор

21 различной формы 22 и размера. Регулируя состав низкотемпературной плазмы продукта реакции горения эа счет разложения исходного вещества и компонентов синтезируемого газа, обеспечивают условия по содержанию высокоэффективного катализатора и большой производительности процесса синтеза, Высокая степень очистки газа после синтеза и высокий потенциал нагретого воздуха при охлаждении реактора позволяют провести их дальнейшую утилизацию в энергетических системах, что в итоге создает экологически чистую безот5

1740037 ходную технологию прои ю производства. Предла- . низкотемпературной плазмы, и обеспечить гаемый способ обеспечивает формирование 95 — 100 $-ную очистку дымовых газов перед большой удельной поверхности благодаря котлом 800 МВт. тому, что мелкие частицы-клистеры имеют иную электронную структуру, чем массив- 5 Il р и м е р 2. Исходная смесь при ные образцы тогоже вещества, но при этом комнатной температуре, содержащая возповышается до аномаль о аномально высоких значе- дух, предпочтительно инертный газ и дисний каталитическая способность катализа- персные частицы неорганического тора, прео азов образование мелких частиц в материа a, например стекло, размером 1более крупные и модифицированные за счет 10 100 мкм. Дополнительное исходное вещестобразования реакци н б еакционноспособной функ- во — пары диоксида кремния, получаемые циональнои группы ил р ппы или атома на поверхно- путем термогидролиза соединений кремсти катализатора. Благодаря этому синтез ния, например четыреххлористого кремния,. происходит как в объеме, так и на поверхно- избыточной энергией активации продукта стях,чтомаксимальноповышаетвыходсин- 15 реакции горения перед входом в реактор, тези руемого вещ ого вещества, Из реактора где пары диоксида кремния конденсируютвыводится катализатор, ч л 1затор, что значительно со- ся, образуя частицы, как в обьеме, так и на кращает энергозатраты на его изготовление поверхности стекла. и проведение процесса синт е роцесса синтеза. Аналогично можно получать дисперсПовышае1ся объемная скорость реаген- 20. ные оксиды и других металлов, хлориды voтов в реакторе, обеспечивая его высокую торых могут без разложения испаряться в производительность, Поддержание возра- токе горячего азота, например оксиды алюстающей активности катализатора на за- миния и железа. Способ характеризуется данном уровне о овне обеспечивает высокую простотой технологии и большой произвоселективность процесса и максимальный 25 дительностью и позволяет получать гетеровыход основного продукта при одновремен- генную каталитическую систему с носителем ном исключении выхода побочных продук- в виде гранул пористого диоксида кремния. тов реакции. Катализатор обладает высокоактивной поверхностью и находит универсальное примеПример 1. Исходная смесь с темпе- 30 нение благодаря незначительному ат ой 600-650 С, содержащая мономоле- содержанию не>келательных загрязнений, кулярно-дисперсный компонент, например. высокими реактивностью и сто с йко тью дымовые газы при сгорании Канско-ачин- структуры до1000 С, ских углей, содер>кащие твердые частицы Использование изобретения обеспечизолы, топлива, сажи и летучие вещества в 35 вает максимальный выход синтезированнодиапазонедисперсности 1 — 1000мкм, плот- ro продукта, в частности катализатора с ность 2 5 г/см скорость подачи 2 — 2,5 м/с. высокой каталитической способностью, гоВ результате взаимодействия низкотемпе- тового к применению, повышение произворатурной плазмы продукта реакции горения дительности процесса синтеза, сокращение одного топлива диссоциируемо- 40 энергозатрат на изготовление катализатора го в компоненты, и продукта реакции горе- и проведение процесса синтеза. ния угля происходит каталитическое превращение исходного вещества в более Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я высокомолекулярное состояние. При этом происходит догорание топлива и плавление 45 1. Способ синтеза вещества в реакторечастиц, что повышает теплоэнергетический агломераторе, включающий подачу синтеуровень и реакционность объема, а наличие зируемого вещества в газообразном или оксидов металла и чистого углерода, кото- жидком состоянии, содержащего мономолерые являются адсорбентами, обладающи- кулярно-дисперсный компонент, синтез веми высокой каталитической активностью, 50 щес ва под действием катализатора, о т л испособствует эффективному проведению ч а ю шийся тем, что, с целью максимальпроцесса синтеза. Использование предлага- ного выхода синтезированного вещества за емого способа сухой очистки газа и приготов- счет формирования и модифицирования каления катализатора по сравнению с тализатора, повышения производительноизвестным позволяет исключить фильтрую- 55 сти процесса и сокращения энергозатрат, щую систему, снизит, сн зить капитальные затраты на поток синтезируемого вещества воздейна установку и испольэовать полностью про- ствуют низкотемпературной плазмой продукт реакции горения рения угля и его синтеза в дукта горения топлива путем наложения реакторе-агломерэтор, раторе чтозначительносо- струи плазмы внутрь потока синтезируемокращает расходы топлива н ива на приготовление го вещества, после чего при достижении по1740037

10 током смеси температуры стеклования его медленно осаждают и синтезированное вещество выводят из реакционного объема для использования.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что реакционность струи плазмы и ее состав изменяют в зависимости от степени активности синтезируемого вещества.

1740037

Составитель И.Васильченко

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор Л.Патай

Редактор А.Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2032 Тираж Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5