Устройство для синтеза безводного галоида водорода и безводного диоксида углерода

Авторы патента:


Устройство для синтеза безводного галоида водорода и безводного диоксида углерода
Устройство для синтеза безводного галоида водорода и безводного диоксида углерода

 


Владельцы патента RU 2529232:

Мидуэст Рефриджерентс, ЭлЭлСи (US)

Изобретение относится к устройству для синтеза текучих сред безводных галоидов водорода и диоксида углерода из текучих сред органических галоидов. Система для обработки и/или разложения текучих сред органических галоидов содержит блок двойного реактора, содержащий первый реактор внутри первого теплопоглощающего сосуда, второй реактор внутри второго теплопоглощающего сосуда и третий уравновешивающий теплопоглощающий сосуд, при этом первый реактор и второй реактор гидравлически соединены, так что продукт реакции, происходящей в одном реакторе, подается в другой реактор. Блок двойного реактора содержит первый теплопоглощающий сосуд, содержащий первый реактор, второй теплопоглощающий сосуд, содержащий второй реактор, третий уравновешивающий теплопоглощающий сосуд и циркулятор, при этом первый теплопоглощающий сосуд гидравлически соединен со вторым теплопоглощающим сосудом, с третьим уравновешивающим теплопоглощающим сосудом и с циркулятором. Изобретение обеспечивает эффективную обработку текучих сред при температурах ниже 1300 C° и снижение загрязнений окружающей среды. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 табл., 6 пр.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Настоящая заявка притязает на приоритет, зарезервированный предварительной патентной заявкой США №61/474 657, поданной 12 апреля 2011 года, которая включается в настоящее описание полностью посредством ссылки.

Область, к которой относится изобретение

[0002] Настоящее изобретение относится к устройству синтеза безводных галоида водорода и диоксида углерода. В термокаталитическом реакторе А диоксид углерода синтезируют из моноксида углерода и воды. В термокаталитическом реакторе В текучие среды галоидов водорода синтезируют из текучих сред органических галоидов, безводного водорода и безводного диоксида углерода.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Семейство органических галоидов очень большое. Настоящее изобретение относится к семейству текучих сред холодильных агентов и перфтор-текучих сред. За последние 80 лет выполнен химический синтез значительного числа текучих сред органических галоидов, включая большинство текучих сред холодильных агентов, таких как хлорфторуглероды (далее по тексту - “ХФУ”), гидрохлорфторуглероды (“ГХФУ”), фторуглероды (“ФУ”), гидрофторуглероды (“ГФУ”) и гидрофторалкены (“ГФА”).

[0004] Установлено, что некоторые текучие среды, особенно соединения, используемые в качестве холодильных агентов, способствуют истощению озона в атмосфере и глобальному потеплению. Предприняты международные действия по сворачиванию использования этих холодильных агентов и подобных соединений. В настоящее время научное сообщество озабочено защитой окружающей среды, особенно в отношении любого химического загрязнения, в том числе выбросов в атмосферу диоксида углерода.

[0005] На сегодняшний день для обработки и/или разложения текучих сред органических галоидов, таких как холодильные агенты, необходимо устройство, которое может предусматривать использование крайне высоких температур. Например, некоторые устройства для разложения холодильных агентов могут требовать нагревания соединений до температуры около 1300-20000°C в восстановительных условиях. Таким образом, существует необходимость в устройстве для обработки текучих сред органических галоидов в менее суровых условиях, т.е., при температурах ниже 1300°C.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Соответственно, настоящее изобретение относится к устройству синтеза безводного галоида водорода и безводного диоксида углерода, по существу устраняющему одну или несколько проблем, обусловленных ограничениями и недостатками решений из уровня техники.

[0007] В примерных вариантах осуществления предлагается новое устройство для синтеза безводных галоида водорода и диоксида углерода. В термокаталитическом реакторе А диоксид углерода могут синтезировать из моноксида углерода и воды. В термокаталитическом реакторе В текучие среды галоидов водорода могут синтезировать из текучих сред органических галоидов, водорода и безводного диоксида углерода.

[0008] В одном примерном варианте осуществления двойные реакторы А и В блока 1, причем батарея из одного или нескольких двойных реакторов, в реакторе А первого теплопоглощающего сосуда осуществляют термокаталитическую реакцию, в реакторе В второго теплопоглощающего сосуда осуществляют термокаталитическую реакцию, а третьим теплопоглощающим сосудом обеспечивают средство для уравновешивания тепла в первом и втором теплопоглощающих сосудах.

[0009] В одном аспекте вариантами осуществления предлагается устройство для термокаталитического синтеза текучих сред безводных галоидов водорода и безводного диоксида углерода. В термокаталитическом реакторе А диоксид углерода и водород синтезируют из моноксида углерода и воды. В термокаталитическом реакторе В текучие среды галоидов водорода синтезируют из текучих сред органических галоидов, водорода и безводного диоксида углерода.

[0010] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство с двойными реакторами А и В, причем в реакторе А в качестве реагентов используют моноксид углерода и воду, из которых экзотермической реакцией низкой энергии в диапазоне давлений 1-30 атмосфер и диапазоне температур 300-900°C получают диоксид углерода и водород. В реакторе В в качестве реагентов используют текучие среды органических галоидов, безводный водород и безводный диоксид углерода, из которых в диапазоне давлений 1-30 атмосфер и диапазоне температур 600-900°C получают текучие среды галоидов водорода и моноксид углерода.

[0011] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство, в котором используют распылитель водорода, причем выход атомов водорода по меньшей мере равен числу атомов галоидов из текучей среды органического галоида.

[0012] В еще одном аспекте вариантами осуществления предлагается устройство, в котором используют устройство регулирования массы, предназначенное для регулирования потока молекул диоксида углерода по меньшей мере равным числу атомов углерода остальных реагентов, из которых получают текучие среды безводных галоидов водорода и моноксид углерода.

[0013] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство для термокаталитического разложения текучих сред органических галоидов, таких как текучие среды холодильных агентов и перфторуглеродные текучие среды.

[0014] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство, в котором используют термокаталитический реактор для преобразования моноксида углерода и воды в водород и диоксид углерода.

[0015] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство, в котором используют термокаталитический реактор для преобразования органического галоида в безводный галоид водорода и моноксид углерода.

[0016] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство, в котором используют термокаталитическую реакцию (подобную реакции сдвига водяного газа) с использованием катализатора для преобразования моноксида углерода и воды в водород и диоксид углерода.

[0017] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство, в котором используют термокаталитическую реакцию с использованием катализатора для преобразования органического галоида в безводный галоид водорода и моноксид углерода.

[0018] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство для расположения двойных реакторов А и В, в котором для осуществления реакции не требуется подвод энергии.

[0019] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство для регулирования баланса между атомами галоидов реагентов и атомами водорода для получения лишь текучих сред безводных галоидов водорода.

[0020] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство для регулирования диоксида углерода в реакторе В, предотвращающий какое-либо образование нагара (сажи), и для получения лишь моноксида углерода.

[0021] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство с двойными реакторами. В реакторе А нет органических галоидов, органических хлоридных соединений или молекулярного хлора, а в реакторе В нет молекулярного кислорода, таким образом, предотвращается образование диоксинов и фуранов.

[0022] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство для синтеза галоида водорода и моноксида углерода путем преобразования водорода, диоксида углерода и органических галоидов, таких как ХФУ, ГХФУ, ФУ и ГФУ, в качестве текучих сред реагентов в присутствии катализатора в реакционной зоне реактора В.

[0023] В другом аспекте вариантами осуществления предлагается устройство для возвращения любого водорода, моноксида углерода и/или диоксида углерода, выходящих из распылителя водорода, на впуск реактора А.

[0024] Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут изложены в последующем описании и частично станут понятными из этого описания или могут стать понятными при практическом осуществлении изобретения. Цели и другие преимущества изобретения будут реализованы и достигнуты конструкцией, конкретно раскрытой в написанном описании и формуле изобретения, а также в прилагаемых графических материалах.

[0025] Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с целью настоящего изобретения, как осуществлено и подробно описано, предлагается система для обработки и/или разложения сред органических галоидов, содержащая: блок двойного реактора, содержащий первый реактор внутри первого теплопоглощающего сосуда, второй реактор внутри второго теплопоглощающего сосуда и третий уравновешивающий теплопоглощающий сосуд; при этом первый реактор и второй реактор находятся в гидравлическом соединении, так что продукт реакции, происходящей в одном реакторе, подается в другой реактор.

[0026] В другом аспекте настоящего изобретения блок двойного реактора содержит: первый теплопоглощающий сосуд, содержащий первый реактор, второй теплопоглощающий сосуд, содержащий второй реактор, третий уравновешивающий теплопоглощающий сосуд; и циркулятор; при этом первый теплопоглощающий сосуд гидравлически соединен со вторым теплопоглощающим сосудом, с третьим уравновешивающим теплопоглощающим сосудом и с циркулятором.

[0027] Следует понимать, что вышеприведенное общее описание и последующее подробное описание являются примерными и пояснительными и предназначены для дополнительного объяснения изобретения, заявленного в формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0028] Фиг.1 иллюстрирует один вариант осуществления схемы расположения устройства 100, используемого в настоящем изобретении.

[0029] Фиг.2 представляет собой схему одного варианта осуществления блока 1 двойного реактора устройства 100, используемого в настоящем изобретении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРОИЛЛЮСТРИРОВАННЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0030] Несмотря на то, что последующее подробное описание устройства содержит много конкретных деталей, которые приводятся в целях иллюстрации, следует понимать, что специалисту в данной области техники будет ясно, что возможны многие примеры, варианты и изменения следующих деталей в пределах объема и сущности изобретения. Соответственно, примерные варианты осуществления, описанные в настоящем документе, изложены без ущерба для применимости заявленного изобретения в виде устройства и без накладывания ограничений на него.

[0031] Органические галоидные соединения и/или жидкие холодильные агенты могут включать ХФУ, ГХФУ, ФУ, ГФУ и ГФА, которые включают по меньшей мере одно жидкое соединение, такое как жидкие холодильные агенты, включая без ограничения: R10 (углеродтетрахлорид), R11 (трихлорфторметан), R12 (дихлордифторметан), R13 (хлортрифторметан), R14 (тетрафторметан), R21 (дихлорфторметан), R22 (хлордифторметан), R23 (трифторметан), R30 (метиленхлорид), R31 (хлорфторметан), R32 (дихлорметан), R40 (хлорметан), R41 (фторметан), R152a (дифторэтан), R110 (хлорэтан), R112 (хлордифторэтан), R113 (трихлортрифторэтан), R114 (дихлортетрафторэтан), R115 (хлорпентафторэтан), R116 (гексафторэтан), R123 (дихлортрифторэтан), R124 (хлортетрафторэтан), R125 (пентафторэтан), R134a (тетрафторэтан), R1234YF (2,3,3,3-тетрафторпропилен), R1234ZE (1,3,3,3-тетрафторпропилен), R1243ZF (1,1,1-тетрафторпропилен), R141b (дихлорфторэтан), R142b (хлордифторэтан), R143a (трифторэтан) и подобные соединения. Аналогично, бромированные холодильные агенты, такие как R12B (бромхлордифторметан) и R13B (бромтрифторметан), и другие родственные соединения, имеющие один или два атома углерода и по меньшей мере один атом брома, могут обрабатываться устройствами, описанными в настоящем документе. В значении, в каком он используется в настоящем документе, текучая среда означает любое вещество (жидкость или газ), имеющее низкое сопротивление потоку и стремящееся принимать форму своего контейнера. В значении, в каком он используется в настоящем документе, органический галоид относится к молекулам, включающим как углерод, так и галоген, предпочтительно включающим 1, 2, 3 и 4 атома углерода и по меньшей мере один атом галогена на молекулу. В некоторых вариантах осуществления органический галоид и/или холодильный агент включают по меньшей мере один атом углерода и по меньшей мере один атом фтора.

[0032] В одном аспекте настоящего изобретения в виде устройства предлагается блок двойного реактора, в котором могут происходить две термокаталитической реакции для синтеза безводных галоида водорода и диоксида углерода. Обе реакции происходят в среде, не содержащей плазмы. В одном примерном варианте осуществления блок двойного реактора может содержать реактор А и реактор В. Оба реактора А и В могут представлять собой трубы термокаталитического реактора. В реакторе А термокаталитическая реакция моноксида углерода и воды дает диоксид углерода и водород. В реакторе В термокаталитическая реакция органического галоида, водорода и диоксида углерода дает продукты безводного галоида водорода и рецикловую текучую среду моноксида углерода.

[0033] Фиг.1 представляет собой примерный вариант осуществления иллюстрации устройства системы 100. Этот примерный вариант осуществления содержит блок 1 двойного реактора, блок 2 теплообменников 2, блок 3 распылителя водорода, ряд очищенных сборников, которые могут содержать блок 4 очистителя/сборника безводного фторида водорода, блок 5 очистителя/сборника бромида водорода, блок 6 очистителя/сборника хлорида водорода, отдельный блок очистителя/сборника, такой как блок 7 очистителя/сборника диоксида углерода, блок 8 сушилки и блок 9 скруббера нейтрализации галоида водорода. Девять блоков представлены позициями из одной цифры. Все принадлежности и/или компоненты каждого блока представлены двумя цифрами по цифре, представляющей блок; например, подключение трубы на впуске газа в блоке 9 скруббера представлено позицией 902.

[0034] При следующем порядке нумерации все элементы устройства 100 могут описываться следующим образом. Текучая среда 190 теплоносителя в блоке 1 реактора приводится к рабочей температуре посредством внешнего нагревательного средства 126 теплопоглощающего сосуда 103. Текучая среда 190 теплоносителя циркулирует посредством двунаправленного циркулятора 104 потока из теплопоглощающего сосуда 103 через трубное соединение 105 в теплопоглощающий сосуд 101. Из теплопоглощающего сосуда 101 текучая среда 190 теплоносителя может протекать через трубное соединение 110 и 109 в двунаправленный циркулятор 104 потока и далее через трубные соединения 108 и 107 в теплопоглощающий сосуд 102. Текучая среда 190 теплоносителя может протекать из теплопоглощающего сосуда 102 через трубное соединение 106 обратно в теплопоглощающий сосуд 103. Средство для теплового уравновешивания теплопоглощающего сосуда 103 - посредством соединений 120 и 121 и выпускных трубных соединений 122, 123 и клапана-регулятора 124 расхода. Текучая среда 190 теплоносителя может заправляться в блок 1 двойного реактора или сливаться из него через клапан 137 и может защищаться от давления предохранительным клапаном 138.

[0035] В примерном варианте осуществления после достижения рабочей температуры поток моноксида углерода и поток 990 воды поступает в трубу 112 реактора в теплопоглощающем сосуде 101 через трубное соединение 125. Термокаталитическая реакция потока моноксида углерода и потока 990 воды происходит в реакционной зоне 111 с помощью катализатора 180. Любое избыточное тепло реакции проходит через диатермическую стенку трубы 112 реактора и может поглощаться текучей средой 190 теплоносителя. В результате получается поток 191 водорода, непрореагировавшего моноксида углерода и диоксида углерода, который может выйти из трубы 112 реактора через трубное соединение 115.

[0036] Поток 191 поступает в теплообменник 210 типа труба в трубе через трубное соединение 214 и может выходить через трубное соединение 215, и протекает в блок 8 сушилки через трубное соединение 802.

[0037] Блок 8 сушилки может содержать сосуд 801 с внешним нагревательным средством 806 для терморегенерирования сушильного агента 895. Поток 191 выходит из сушилки 801 как поток 191 безводного водорода, безводного непрореагировавшего моноксида углерода и безводного диоксида углерода через трубное соединение 804 и течет в газовый компрессор 805.

[0038] Выйдя из газового компрессора 805, поток 191 может поступать в блок 7 очистителя/сборника диоксида углерода через трубное соединение 706. Блок 7 очистителя/сборника диоксида углерода может содержать колонну 702, дефлегматор 703 с впуском 720 и выпуском 721 охлаждающего средства и сборник 701 с впуском 722 и выпуском 723 нагревательного средства, в котором может собираться жидкий диоксид углерода 790. Жидкий диоксид углерода 790 в сборнике 701 может сливаться через трубное соединение 708 и клапан 726 в соединение 707 контейнера. После очистки и сбора потока 790 диоксида углерода поток 790 выходит из блока 701 очистителя/сборника через трубное соединение 708.

[0039] В одном примерном варианте осуществления поток 790 диоксида углерода может затем протекать в теплообменник 210 типа труба в трубе через трубное соединение 212, протекая по внутренней трубе 211. Стенка внутренней трубы 211 представляет собой диатермическую стенку и передает тепло снаружи внутренней трубы 211 вовнутрь внутренней трубы 211, следовательно, передавая тепло в поток 790 во внутренней трубе 211. Поток 790 выходит через трубное соединение 213 и протекает через трубные соединения 120, 121, 122, 123, 119, 118 и 116 и клапан-регулятор 124 расхода в трубу 114 реактора. Линейный клапан 226 может использоваться лишь в качестве клапана для технического обслуживания.

[0040] В одном варианте осуществления поток 791 водорода, непрореагировавшего моноксида углерода и следовых количеств диоксида углерода может выходить из верхней части блока 7 очистителя/сборника через трубное соединение 714 и протекает в газовый компрессор 705. Поток 791 выходит из газового компрессора 705 и протекает в распылитель 301 водорода через трубное соединение 303.

[0041] Распылитель 301 водорода может содержать внешнее нагревательное средство 310, камеру 312 приема водорода с палладиевой стенкой 302 и сборником 311 водорода. Поток 390 водорода может выходить из сборника водорода распылителя 301 водорода через трубное соединение 304. Очищенный поток 390 водорода может регулироваться регулятором 308 массового расхода, управляющим клапаном-регулятором клапанами-регуляторами 306 и 309 расхода. В одном варианте осуществления поток 390 очищенного водорода протекает через трубные соединения 119, 118 и 116 в трубу 114 реактора. Любые оставшиеся водород, моноксид углерода и диоксид углерода могут выходить из распылителя 301 водорода и могут возвращаться через трубное соединение 319 и 315, с клапанами 316 закрытым и 317 открытым, через газовый компрессор 305, обратный клапан 318, трубные соединения 135 и 128 в сосуде 127 увлажнителя с влажным газом обратно в трубу 112 реактора через трубное соединение 129 и 125. Факультативно, когда распылитель водорода находится в режиме регенерации, любые оставшиеся водород, моноксид углерода и диоксид углерода могут выходить из распылителя водорода 301 через трубные соединения 319 и 315, клапан 316, с клапаном 317 закрытым и выпускную трубу 307 распылителя в атмосферу. Регулятор 308 массового расхода управляет также клапаном-регулятором 124 расхода для регулирования потока 790 диоксида углерода и клапаном-регулятором 209 расхода для регулирования потока органического галоида 290.

[0042] В одном варианте осуществления поток 290 текучей среды органического галоида может протекать через теплообменник 201 типа труба в трубе из своего подключенного источника в газовый компрессор 205 и трубное соединение 203, проходя через теплообменник 201 и выходя через трубное соединение 206, протекая через клапан-регулятор 209 расхода и трубные соединения 118 и 116 в трубу 114 реактора.

[0043] Поток 390 водорода, поток 790 диоксида углерода и поток 290 текучей среды органического галоида сходятся через трубное соединение 116 и протекают в трубу 114 реактора. Термокаталитическая реакция диоксида углерода, водорода и текучей среды органического галоида может происходить в реакционной зоне 113, может протекать с помощью катализатора 181 с образованием потока 192 безводного галоида водорода и безводного моноксида углерода. Поток 192 выходит из реакционной трубы 114 реактора через трубное соединение 117 и трубное соединение 207, входит во внутреннюю трубу 202 теплообменника 201 типа труба в трубе.

[0044] Стенка внутренней трубы 202 может быть диатермической стенкой и может передавать тепло изнутри внутренней трубы 202 наружу внутренней трубы 202, следовательно, передавая тепло в поток 290 текучей среды органического галоида в наружной трубе 201. Поток 192 галоида водорода и моноксида углерода выходит из теплообменника 201 типа труба в трубе через трубные соединения 204 и 280. Устройство в этой точке может иметь по меньшей мере два режима: (1) режим регенерации продуктов галоида водорода (безводный фторид водорода, и/или безводный бромид водорода, и/или безводный хлорид водорода) может осуществляться путем открытия клапана 281, закрытия клапана 282, протекания через обратный клапан 284 в блок 4 очистителя/сборника фторида водорода через трубное соединение 406; (2) режим нейтрализации продуктов галоида водорода (безводный фторид водорода, и/или безводный бромид водорода, и/или безводный хлорид водорода) может осуществляться путем открытия клапана 282, закрытия клапана 281, протекания через обратный клапан 283 в газовый компрессор 925 и поступления в сосуд 901 скруббера через трубное соединение 902, в котором галоиды водорода нейтрализуются, и моноксид углерода возвращается в теплопоглощающий сосуд 101.

[0045] Блок 4 очистителя/сборника безводного фторида водорода может содержать колонну 402, дефлегматор 403 с впуском 420 и выпуском 421 охлаждающего средства, сборник 401, в котором может собираться жидкий фторид водорода 490, и клапан-регулятор 426 расхода. Жидкий фторид водорода 490 в сборнике 401 может сливаться через трубное соединение/погружную трубу 408 и клапан 426 в соединение 407 контейнера. В этом месте присутствующий фторид водорода 490 может удаляться из потока 192 галоида водорода и моноксида углерода. В случае если фторид водорода 490 является единственным галоидом водорода, присутствующим в потоке 192 галоида водорода и моноксида углерода, поток 491 моноксида углерода и любой оставшийся фторид водорода 490 могут выходить из блока 4 очистителя/сборника фторида водорода через трубное соединение 414, протекая далее через клапаны 416 и 516 (обходя блок 5 очистителя/сборника бромида водорода и блок 6 очистителя/сборника хлорида водорода при закрытых клапанах 413, 513 и 616) в блок 9 скруббера нейтрализации через обратный клапан 920 и трубное соединение 902.

[0046] В случае если в потоке 192 галоида водорода и моноксида углерода присутствуют бромид водорода и/или хлорид водорода, поток 192 галоида водорода и моноксида углерода вместе с любым оставшимся фторидом водорода 490 могут выходить из блока 4 очистителя/сборника фторида водорода через трубное соединение 414 и поступать в ловушку 410 для удаления фторида водорода через трубное соединение 417 с одновременным закрытием клапанов 413 и 416 и открытием клапана 415.

[0047] Любой оставшийся фторид водорода 490 абсорбируется фторидом натрия 411 в ловушке 410 для удаления фторида водорода. Ловушка 410 для удаления фторида водорода содержит внешнее нагревательное средство 418, которое используется, когда требуется, для десорбции захваченного фторида водорода 490 и отвода десорбированного фторида водорода 490 через трубное соединение 412 (при одновременном открытии клапана 413 и закрытии клапанов 415, 416, 513 и 616) в блок 9 скруббера нейтрализации через обратный клапан 920 и трубное соединение 902.

[0048] В случае если в потоке 192 водорода и моноксида углерода присутствуют бромид водорода и/или хлорид водорода, они могут удаляться с использованием дополнительных сборников. В этом варианте осуществления ловушка 410 для удаления фторида водорода может позволять бромиду водорода и/или хлориду водорода в потоке 192 галоида водорода и моноксида углерода протекать через клапан 415 и газовый компрессор 505 в блок 5 очистителя/сборника бромида водорода через трубное соединение 506. Блок 5 очистителя/сборника бромида безводного водорода состоит из колонны 502, дефлегматора 503 с впуском 520 и выпуском 521 охлаждающего средства и сборника 501 с впуском 522, клапаном-регулятором 524 расхода и выпуском 523 нагревательного средства, в котором может собираться жидкий бромид водорода 590. Жидкий бромид водорода 590 в сборнике 501 может сливаться через трубное соединение 508 и клапан 526 в соединение 507 контейнера. В этом месте присутствующий бромид водорода 590 будет удален из потока 192 галоида водорода и моноксида углерода. В случае если бромид водорода 590 является единственным галоидом водорода, по-прежнему присутствующим в потоке 192 галоида водорода и моноксида углерода, поток 192 галоида водорода и моноксида углерода с любым оставшимся бромидом водорода 590 выходит из блока 5 очистителя/сборника бромида водорода через трубное соединение 514, протекая через клапаны 513 и 516 (обходя блок 6 очистителя/сборника хлорида водорода при закрытых клапанах 515 и 616) в блок 9 скруббера нейтрализации через обратный клапан 920 и трубное соединение 902.

[0049] В случае если в потоке 192 галоида водорода и моноксида углерода, выходящем из блока 5 очистителя/сборника бромида водорода через трубное соединение 514, присутствует хлорид водорода, клапан 513 может закрываться с потоком через клапан 515, газовый компрессор 605 и трубное соединение 606. Блок 6 очистителя/сборника безводного хлорида водорода состоит из колонны 602, дефлегматора 603 с впуском 620 и выпуском 621 охлаждающего средства и сборника 601 с впуском 622, клапаном-регулятором 624 и выпуском 623 нагревательного средства, в котором может собираться жидкий хлорид водорода 690. Жидкий хлорид водорода 690 в сборнике 601 может сливаться через трубное соединение 608 и клапан 626 в соединение 607 контейнера. В этом месте хлорид водорода 690 будет удален из потока 192 галоида водорода и моноксида углерода. Оставшийся поток 192 галоида водорода и моноксида углерода выходит из блока 6 очистителя/сборника хлорида водорода через трубное соединение 614, протекая через клапан 616, в блок 9 скруббера нейтрализации через обратный клапан 920 и трубное соединение 902.

[0050] Блок 9 скруббера нейтрализации может содержать сосуд 901, трубные соединения 902, 908, 909 и 914, каустический раствор 903, Н-образные клапаны 904, 905, 906 и 907, насос 910 для циркуляции, заливки и слива каустического раствора 903 в сосуде 901, pH-метр 911, датчик 912 температуры, манометр 913, газовый компрессор 915 и клапан 916. Поток 491 моноксида углерода и любые оставшиеся текучие среды галоидов водорода поступают в блок 9 скруббера нейтрализации через трубное соединение 902, в котором присутствующие текучие среды галоидов водорода нейтрализуются каустическим раствором 903, циркулирующим в сосуде 901 посредством насоса 910. Уровень pH каустического раствора 903 контролируется pH-метром 911, и каустический раствор 903 заменяется, когда требуется, с помощью Н-образных клапанов 904, 905, 906, 907 и насоса 910. Поток 491 моноксида углерода выходит из блока 9 скруббера нейтрализации через трубное соединение 914, протекая в газовый компрессор 915 и (при закрытом клапане 916) в сосуд 127 увлажнителя через обратный клапан 134 и трубное соединение 128.

[0051] Сосуд 127 увлажнителя может содержать воду 130, может иметь нагревательное средство 131 и устройство регулирования температуры и уровня воды стандартной конструкции. Поток 491 моноксида углерода может протекать через воду 130 в сосуде 127 увлажнителя с добавлением воды 130 в поток газа. Поток 990 моноксида углерода и воды выходит из сосуда 127 увлажнителя через трубное соединение 129 и протекает в трубу 112 реактора через трубное соединение 125. Это завершает схему устройства 100.

[0052] Примерное устройство 100 может содержать несколько соединенных между собой компонентов, таких как трубопроводы, клапаны, датчики и т.п., может изготавливаться из углеродистой стали, нержавеющей стали, сплава хастеллой, монеля (никелево-медного сплава), инконеля (жаропрочного сплава на никелевой основе), никеля или подобного материала, который можно применять при температурах и давлениях, предусмотренных в настоящем документе. Устройство 100 может быть подходящим для термокаталитического синтеза текучих сред безводных галоидов водорода и моноксида углерода из текучих сред органических галоидов, безводного водорода и безводного диоксида углерода и термокаталитического синтеза диоксида углерода из моноксида углерода и воды.

[0053] Фиг.2 представляет собой иллюстрацию примерного блока 1 двойного реактора, используемого в предлагаемом способе согласно изобретению. Двойной реактор может содержать следующие компоненты: теплопоглощающий сосуд 101, теплопоглощающий сосуд 102, теплопоглощающий сосуд 103 для уравновешивания тепла, трубу 112 термокаталитического реактора с реакционной зоной 111, содержащей катализатор 180, и трубу 114 термокаталитического реактора с реакционной зоной 113, содержащей катализатор 181.

[0054] Примерное действие блока 1 двойного реактора может быть следующим: текучая среда 190 теплоносителя в блоке 1 двойного реактора приводится до рабочей температуры посредством внешнего нагревательного средства 126 теплопоглощающего сосуда 103. Текучая среда 190 теплоносителя циркулирует посредством двунаправленного циркулятора 104 потока из теплопоглощающего сосуда 103 через трубное соединение 105 в теплопоглощающий сосуд 101. Из теплопоглощающего сосуда 101 текучая среда 190 теплоносителя протекает через трубное соединение 110 и 109 в двунаправленный циркулятор 104 потока и через трубные соединения 108 и 107 в теплопоглощающий сосуд 102. Текучая среда 190 протекает из теплопоглощающего сосуда 102 через трубное соединение 106 обратно в теплопоглощающий сосуд 103. Средство для уравновешивания текучей среды 190 теплоносителя - через впускное трубное соединение 120 и выпускное трубное соединение 122.

[0055] После достижения рабочей температуры процесс в теплопоглощающем сосуде 101 может протекать следующим образом: поток 990 моноксида углерода и воды поступает в трубу 112 реактора в теплопоглощающем сосуде 101 через трубное соединение 125. Термокаталитическая реакция потока 990 моноксида углерода и воды происходит в реакционной зоне 111 с помощью катализатора 180. Любое избыточное тепло реакции проходит через диатермическую стенку трубы 112 реактора и поглощается текучей средой 190 теплоносителя. В результате реакции получается поток 191 водорода и диоксида углерода, выходящий из трубы 112 реактора через трубное соединение 115.

[0056] Процесс в теплопоглощающем сосуде 102 может протекать следующим образом: поток 791 водорода, поток 790 диоксида углерода и поток 290 текучей среды органического галоида сходятся в трубном соединении 116 и протекают в трубу 114 реактора. Термокаталитическая реакция диоксида углерода, водорода и текучей среды органического галоида может происходить в реакционной зоне 113 с помощью катализатора 181. Любое избыточное тепло реакции проходит через диатермическую стенку трубы 114 реактора и поглощается текучей средой 190 теплоносителя. В результате реакции получается поток 192 безводного галоида водорода и моноксида углерода, выходящий из трубы 114 реактора через трубное соединение 117.

[0057] Диатермической стенкой и частью диатермической стенки в трубах 112 и 114 реактора блока 1 двойного реактора является любая непроницаемая металлическая стенка, которая может передавать тепло через металлическую стенку. Любая непроницаемая металлическая стенка, контактирующая с реагентом, является частью реакционных зон в трубах 112 и 114 реактора блока 1 двойного реактора. Тепло, создаваемое экзотермической реакцией воды и моноксида углерода в теплопоглощающем сосуде 101, вызывает повышение температуры реакционной зоны выше уставки температуры реакции. Реакционную зону можно поддерживать при температуре реакционной зоны примерно 300-1000°C.

[0058] Блок 4 сборника безводного фторида водорода, блок 5 сборника безводного бромида водорода, блок 6 сборника безводного хлорида водорода, блок 7 сборника безводного диоксида углерода, сушилка 8 и скруббер нейтрализации 9 имеют стандартную конструкцию. Другие рабочие требования могут не требовать чего-либо из вышеупомянутого или могут потребовать некоторых из вышеупомянутого, или могут потребовать дополнительных компонентов, или могут потребовать какого-либо сочетания вышеупомянутого и/или дополнительных компонентов.

[0059] Как правило, реакция моноксида углерода и воды в устройстве может проводиться при относительно низких давлениях. В некоторых вариантах осуществления реакция проводится при давлениях в пределах 1-30 атм, предпочтительно при давлениях в пределах 10-20 атм. В некоторых вариантах осуществления реакция проводится при давлении 15 атм.

[0060] Как правило, реакция текучей среды органического галоида, водорода и диоксида углерода в устройстве может проводиться при относительно низких давлениях. В некоторых вариантах осуществления реакция проводится при давлениях в пределах 1-30 атм, предпочтительно при давлениях в пределах 10-20 атм. В некоторых вариантах осуществления реакция проводится при давлении 15 атм.

[0061] В некоторых вариантах осуществления поток безводного диоксида углерода и безводного водорода может регулироваться устройством в зависимости от потока обрабатываемой текучей среды органического галоида. Например, исходя из тепла реакции, количество безводного диоксида углерода и безводного водорода можно корректировать устройством таким образом, чтобы эксплуатировать реактор на определенном уровне для уменьшения любой внешней подачи тепла или охлаждения.

[0062] В одном примерном варианте осуществления предлагается устройство для использования двойных реакторов; причем труба 114 реактора содержит катализатор, состоящий по меньшей мере из двух металлических элементов. Элементы выбираются из следующего: атомные номера 4, 5, 13 и 14, переходные металлы с атомными номерами 21-29, 39-47, 57-71 и 72-79. В присутствии этих катализаторов разложение текучей среды органического галоида происходит при пониженной температуре.

[0063] В одном альтернативном варианте осуществления предлагается устройство для использования двойных реакторов; причем труба 112 реактора содержит катализатор, состоящий по меньшей мере из двух металлических элементов. Элементы выбираются из следующего: атомные номера 4, 5, 13 и 14, переходные металлы с атомными номерами 21-29, 39-47, 57-71 и 72-79. В присутствии этих катализаторов синтез водорода и диоксида углерода из моноксида углерода и воды достигается с термодинамическим равновесием, достигаемым при более низких температурах и давлениях.

[0064] Катализатор может использоваться, чтобы помочь предотвратить образование некоторых опасных соединений, таких как диоксины и фураны, ускорить реакцию, уменьшить температуру реакции и/или вызвать реакции. В качестве катализаторов в любом или обоих реакторах могут использоваться переходные металлы. Примерные металлические элементы для катализаторов можно выбрать из следующих:

АТОМНЫЙ НОМЕР СИМВОЛ НАЗВАНИЕ
4 Be Бериллий
5 В Бор
13 Al Алюминий
14 Si Кремний
21 Sc Скандий
22 Ti Титан
23 V Ванадий
24 Cr Хром
26 Fe Железо
27 Co Кобальт
28 Ni Никель
29 Cu Медь
39 Y Иттрий
40 Zr Цирконий
41 Nb Ниобий
42 Mo Молибден
44 Ru Рутений
45 Rh Родий
46 Pd Палладий
47 Ag Серебро
60 Nd Неодим
66 Dy Диспрозий
74 W Вольфрам
77 Ir Иридий
78 Pt Платина
79 Au Золото

[0065] В одном варианте осуществления катализаторы могут приготавливаться с использованием смеси металлических элементов в виде сплавов. В каждом реакторе для реакции могут использоваться один или несколько катализаторов.

В реакторе для синтеза диоксида углерода и водорода термокаталитическая реакция моноксида углерода и воды (реакция сдвига водяного газа) может усиливаться путем использования катализатора, имеющего два или более из следующих элементов: Al, Ni, Fe, Со, Pt, Ir, Cr, Mo, Cu, Pd, Rh, V и Au в качестве основных компонентов сплава. В реакторе для разложения органических галоидов, таких как холодильные агенты и перфторуглеродные текучие среды, термокаталитическая реакция может усиливаться путем использования катализатора, имеющего смесь следующих элементов: Nd, Nb, Dy, Fe, В, Pt, Pd, Rh, Y, Co, Ni, Cr, Mo, Al, Ir и W в качестве основных компонентов сплава.

[0066] Физическая форма каждого из сплавов, используемых в смеси, может быть самой разной, такой как гранулы, цилиндры или плоские листы, с предпочтительными пределами толщины 0,5-5,0 мм, предпочтительными пределами площади поверхности на единицу 10-100 мм2 и удельной площадью поверхности в см2/г. Сплавы представляют собой очень компактные металлические материалы с меньшей пористостью, чем у носителей катализатора оксидов, у которых типичная удельная площадь поверхности измеряется в м2/г. Как правило, удельная площадь поверхности для сплава измеряется см2/г.

[0067] Большинство носителей катализатора представляют собой минеральные оксиды, и все минеральные оксиды реагируют с галоидами водорода. Поэтому в настоящем изобретении минеральные оксиды в качестве носителей для катализатора не используются. В качестве альтернативы, в настоящем изобретении могут использоваться носители катализатора в виде спеченных сплавов металлов. Катализаторы и носители катализатора в виде спеченных сплавов металлов стойки к коррозии, вызываемой галоидом водорода, и высоким температурам. Однако в экспериментальном блоке используются частицы сплавов металлов в виде плоских листов с толщиной 0,5-5,0 мм, с площадью поверхности на единицу 10-100 мм2 и пределами удельной площади поверхности 20-80 см2/г; тем не менее, в блоке для промышленной установки вероятно будет использоваться удельная площадь поверхности 10-200 м2/г.

[0068] Катализаторы, приготовленные для экспериментальной работы согласно изобретению, были выбраны из следующих сплавов:

катализатор №1 состоит из элементов Fe 50,0 масс.%, Ni 33,5 масс.%, Al 14,0 масс.%, Со 0,5 масс.%, Ti 0,5 масс.%, Si 1,125 масс.% и Rh/Pt 0,5 масс.% в виде сплава. Абсолютная плотность сплава находится в пределах 2,0-10 г/см3, и объемная плотность частиц катализаторов сплава находится в пределах 0,25-0,5 г/см3;

катализатор №2 состоит из элементов Fe 63,0 масс.%, Cr 18 масс.%, Мо 3 масс.%, Mn 2,0 масс.%, и Si 0,08 масс.% в виде сплава. Абсолютная плотность сплавов находится в пределах 2,0-10 г/см3, и объемная плотность частиц катализаторов сплава находится в пределах 0,25-0,5 г/см3. Другие катализаторы, эквивалентные сплаву №2, являются хастеллоем С, инконелем 600 и нержавеющей сталью 316;

катализатор №3 состоит из элементов Fe 65,0 масс.%, Nd 29 масс.%, Dy 3,6 масс.%, Nb 0,5 масс.%, В 1,1 масс.% и Ir/Pt 0,08 масс.% в виде сплава. Абсолютная плотность сплава находится в пределах 2,0-10 г/см3, и объемная плотность частиц катализаторов сплава находится в пределах 0,25-0,5 г/см3;

катализатор №4 состоит из элементов Pd 82,0 масс.%, Cu 17 масс.% и Pt/Rh 1,0 масс.% в виде сплава. Абсолютная плотность сплава находится в пределах 2,0-10 г/см3, и объемная плотность частиц катализаторов сплава находится в пределах 0,25-0,5 г/см3.

[0069] Катализатор для синтеза безводных галоидов водорода термокаталитической реакцией органических галоидов, водорода и диоксида углерода представляет собой смесь примерно 50% сплава №2 и 50% сплава №3.

[0070] Для кондиционирования катализаторов в соответствии с настоящим изобретением был изготовлен лабораторный стендовый блок, и результаты, полученные при последующих испытательных пробегах, были получены при максимальном давлении 4 атм. Испытания касались (1) реакции моноксида углерода и воды и (2) реакции органического галоида с диоксидом углерода и водородом; причем сравнение проводилось со случаем неиспользования катализатора или в части улучшений по сравнению с другими катализаторами. Были приготовлены четыре трубки реактора из нержавеющей стали 316, каждая с наружным диаметром 19 мм, внутренним диаметром 16 мм и длиной 900 мм (90 см). Каждая трубка имеет площадь поперечного сечения 200 мм2, площадь поверхности внутренней стенки 45000 мм2 и внутренний объем примерно 180000 мм3 (180 см3).

[0071] В трубке реактора №1 в один конец был вставлен спеченный фильтр из нержавеющей стали 316, имеющий наружный диаметр 15 мм и длину 75 мм. Затем в трубку №1 реактора были добавлены 75 г смеси катализатора №1 и катализатора №2, после чего в другой конец трубки №1 реактора был вставлен еще один спеченный фильтр из нержавеющей стали 316, имеющий наружный диаметр 15 мм и длину 75 мм. Приготовленная трубка №1 реактора была помещена в нагревательную печь под высокой температурой, и началась операция пассивирования. Процесс пассивирования заключался в пропускании фторида водорода с расходом 20 мл/мин в течение трех часов при температуре 1000°C для образования слоя фторида металла на площади активной поверхности катализатора. За этим последовало пропускание диоксида углерода с расходом 20 мл/мин в течение одного часа при температуре 900°C и в течение одного часа при выключенном нагревателе. После этого поток диоксида углерода был остановлен, и трубка реактора была открыта в атмосферу.

[0072] Трубка реактора №2 идентична по конструкции и приготовлению трубке №1 реактора; однако катализатор был изменен путем замены на 75 г смеси катализатора №2 и катализатора №3. Операция пассивирования была идентичной таковой для трубки №1 реактора.

[0073] Трубка №3 реактора идентична по конструкции трубке №1 реактора, однако она не содержала фильтров или катализатора, т.е. была пустой трубкой. Операция пассивирования для трубки №3 реактора не использовалась.

[0074] Трубка №4 идентична по конструкции и приготовлению трубке №1 реактора, однако катализатор был изменен путем замены на 75 г катализатора 4. Операция пассивирования для трубки №4 реактора не использовалась.

[0075] В другом аспекте подвод энергии может не требоваться для аппаратной компоновки батареи двойных реакторов.

ПРИМЕРЫ

[0076] Перечисленные ниже реакции в устройстве представляют типичные экзотермические и эндотермические реакции, в которых различные иллюстративные текучие среды органических галоидов термокаталитическим путем превращались в безводные галоид водорода и моноксид углерода. В этих примерах показаны экзотермические реакции, имеющие более высокую величину энергии, чем эндотермические реакции, преимуществом чего является тот факт, что избыток энергии экзотермической реакции уравновешивает теплочувствительного компонента реагента. Ниже приведена таблица теплоты образования и теплоемкости, использованная для примеров:

Символ Теплота образования ккал/мол ΔHf25°C Теплоемкость кал/мол°C при постоянном давлении при температуре 500°C средняя
CF4 -220,5 14,56
CCl2F2 -114,2 17,54
CHClF2 -113,0 13,28
C2H2F4 206,7 34,57
СО -26,4 7,21
CO2 -94,0 10,77
H2 0,0 7,00
H2O -58,0 8,54
HF -64,0 6,94
HCl -22,0 7,06

[0077] Пример 1. Трубка №4 реактора была нагрета до температуры 850°C. Расходомер СО был настроен на расход 22 см3/мин через водяной увлажнитель, в котором СО объединялся с 18 мг/мин H2O. СО и H2O протекали в реакционную зону, контактируя со смесью катализаторов, и реакция СО и H2O давала CO2 и Н2. За девять минут сбора 390 см3 газообразного продукта при давлении в цилиндре 10 фунтов-сил/кв. дюйм манометрических были собраны в цилиндр для образцов, имевший пустой объем 234 см3. Газообразный продукт был проанализирован с помощью газового хроматографа, и единственными обнаруженными соединениями были СО 50 мол. %, CO2 25 мол. % и Н2 25 мол. %.

СО+H2O→CO2+H2+ΔHR

-26,00-58,00→-94,00+0,00

ΔHr=84,00 ΔHp=-94,00

ΔHR25°C=ΔHp-ΔHr=-94,00+84,00=-10 ккал/мол

CPr=+7,21=+8,54=+15,75 кал/мол x градусы Цельсия

CPp=+10,77+7,00=+17,77 кал/мол х градусы Цельсия

ΔСР=CPp-CPr=(17,75-15,75)=2х800=1600=1,6 ккал/мол

ΔHR800°C=-10,00 ккал/мол+1,60=-8,40 ккал/мол

Экзотермическая реакция

[0078] Пример 2. Трубка №1 реактора была нагрета до температуры 850°C. Три расходомера были калиброваны на (1) тетрафторид углерода при расходе 22 см3/мин, (2) диоксид углерода при расходе 22 см3/мин и (3) водород при расходе 44 см3/мин. Выпуск был проверен электронным детектором органических галоидов, и тетрафторид углерода обнаружен не был. Продукт собирался в течение восьми минут в цилиндр для образцов под давлением 29 фунтов-сил/кв. дюйм манометрических, причем продуктом был жидкий безводный фторид водорода. Парциальное давление безводного фторида водорода было 22 фунта-силы/кв. дюйм (абс), а парциальное давление моноксида углерода было 22 фунта-силы/кв. дюйм (абс); суммарное давление было 44 фунта-силы/кв. дюйм (абс)=29 фунтов-сил/кв. дюйм манометрических.

Анализ методом газовой хроматографии - массовой спектрометрии Анализ методом инфракрасной спектроскопии на основе преобразования Фурье
CF4 Не обнаружено Фторид водорода (безводный пар/жидкость)/СО
Диоксины Не обнаружено 2/1
Фураны Не обнаружено
Водород <1%
Диоксид углерода <5%

CF4+2Н2+CO2+→2СО+4HF+ΔHR

-220,50+0,00-94,00→-26,40-64,00

ΔHr=-220,50-94,00=314,5

ΔНр=-2(26,40)-4x64,00=-308,8

ΔHR25°C=-308,8+314,50=+5,700 ккал/мол

CPr=+14,56+2(7,00)+10,77=+39,33 кал/мол x градусы Цельсия

CPp=+2(7,21)+4(6,94)=+42,18 кал/мол x градусы Цельсия

ΔСР=2,85x800=+2,28 ккал/мол

ΔHR800°C=+5,70+2,28=+7,98 ккал/мол

Эндотермическая реакция

[0079] Пример 3. Трубка №1 реактора была нагрета до температуры 850°C. Три расходомера были калиброваны на (1) дихлордифторметан при расходе 22 см3/мин, (2) диоксид углерода при расходе 22 см3/мин и (3) водород при расходе 44 см3/мин. Выпуск был проверен электронным детектором органических галоидов, и дихлордифторметан обнаружен не был. Продукт собирался в течение восьми минут в цилиндр для образцов под давлением 54+/-1 фунтов-сил/кв. дюйм, причем продуктом был жидкий безводный фторид водорода и жидкий безводный хлорид водорода.

Анализ методом газовой хроматографии - массовой спектрометрии
Дихлордифторметан (R-12) Не обнаружено
Диоксины Не обнаружено
Фураны Не обнаружено
Водород <2%
Диоксид углерода <6%
Моноксид углерода 31%
Фторид водорода 31%
Хлорид водорода 31%

CClF2+2Н2+CO2+→2СО+2HF+2HCl+ΔHR

-114,20+0,00-94,00→-26,40-64,00-22,00

ΔHr=-114,20-94,00=-208,20

ΔHp=-2(112,40)=-224,8

ΔHR25°C=-224,8+208,20=-16,60 ккал/мол

CPr=+17,54+14,0+10,77=+42,31 кал/мол x градусы Цельсия

CPp=+2(7,21+7,06+6,94)=+42,4 кал/мол x градусы Цельсия

ΔСР=(42,42-42,31)x800=+0,00 ккал/мол

ΔHR800°C=-16,60 ккал/мол

Экзотермическая реакция

[0080] Пример 4. Трубка №2 реактора была нагрета до температуры 850°C. Три расходомера были калиброваны на (1) хлордифторметан при расходе 22 см3/мин, (2) диоксид углерода при расходе 22 см3/мин и (3) водород при расходе 22 см3/мин. Выпуск был проверен электронным детектором органических галоидов, и хлордифторметан обнаружен не был. Продукт собирался в течение восьми минут в цилиндр для образцов под давлением 53+/-1 фунтов-сил/кв. дюйм, причем продуктом был жидкий безводный фторид водорода и жидкий безводный хлорид водорода.

Анализ методом газовой хроматографии - массовой спектрометрии
Хлордифторметан (R-22) Не обнаружено
Диоксины Не обнаружено
Фураны Не обнаружено
Водород <1%
Диоксид углерода <4%
Моноксид углерода 38%
Фторид водорода 40%
Хлорид водорода 20%

CHCl2F22+CO2+→2СО+2HF+HCl+ΔHR

-113,00+0,00-94,00→-26,40-64,00-22,00

ΔHr=-113,00-94,00=-207,00

ΔHp=-2(26,40)-2(64,00)-22=-202,8

ΔHR25°C=-202,8+207,20=+4,20 ккал/мол

CPr=+13,28+10,77+7,0=+31,05 кал/мол x градусы Цельсия

CPp=+2(7,21)+2(6,94)+7,06=+35,36 кал/мол x градусы Цельсия

ΔСР=35,36-31,05=4,31x800=3,438,00 кал/мол

ΔСР=3,438,00 кал/мол/1000=3,44 ккал/мол

ΔHR800°C=+4,20+3,45=+7,65 ккал/мол

Эндотермическая реакция

[0081] Пример 5. Трубка №2 реактора была нагрета до температуры 850°C. Три расходомера были калиброваны на (1) тетрафторэтан при расходе 22 см3/мин, (2) диоксид углерода при расходе 44 см3/мин и (3) водород при расходе 22 см3/мин. Выпуск был проверен электронным детектором органических галоидов, и тетрафторэтан обнаружен не был. Продукт собирался в течение восьми минут в цилиндр для образцов под давлением 64+/-2 фунтов-сил/кв. дюйм, причем продуктом был жидкий безводный фторид водорода.

Анализ методом газовой хроматографии - массовой спектрометрии
Тетрафторэтан (R-134a) Не обнаружено
Диоксины Не обнаружено
Фураны Не обнаружено
Водород <2%
Диоксид углерода <4%
Моноксид углерода 48%
Фторид водорода 48%

C2H2F42+2CO2+→4СО+4HF+ΔHR

-206,70+0,00-94,00-26,40-64,00

ΔHr=-(206,70+188,00)=-394,70

ΔHp=-4(90,40)-2(64,00)=-361,60

ΔHR25°C=-361,60+394,70=+33,00 ккал/мол

CPr=-(34,57+21,54+7,0)=-63,11 кал/мол x градусы Цельсия

CPp=+4(7,21)+4(6,94)=+56,60 кал/мол x градусы Цельсия

ΔСР=-63,11-+56,60=-6,51x800=-5,208,00 ккал/мол

ΔСР=-5,208,00/1000=-5,21 ккал/мол

ΔHR800°C=+33,00-5,20=27,80 ккал/мол

Эндотермическая реакция

[0082] Пример 6. Трубка №3 реактора, без катализатора, была нагрета до температуры 850°C. Три расходомера были калиброваны на (1) тетрафторид углерода при расходе 22 см3/мин, (2) диоксид углерода при расходе 22 см3/мин и (3) водород при расходе 44 см3/мин. Выпуск был проверен электронным детектором органических галоидов, и тетрафторид углерода обнаружен не был. Температуру повысили до 950°C, выпуск был проверен электронным детектором органических галоидов, и тетрафторид углерода обнаружен не был. Температуру повысили до 1050°C, выпуск был проверен электронным детектором органических галоидов, и тетрафторид углерода был обнаружен. Температуру повысили до 1150°C, выпуск был проверен электронным детектором органических галоидов, и тетрафторид углерода обнаружен не был. Пример 6 доказывает, что катализатор в соответствии с настоящим изобретением снижает температуру, требуемую для полного разложения перфторуглерода (тетрафторида углерода), примерно на 300°C.

[0083] Заключение на основании результатов примеров: (1) избыток водорода и диоксида углерода в реакции разложения органических галоидов, таких как ХФУ, ГХФУ, ФУ и ГФУ, не отражается на реакции и является преимущественным в предотвращении образования сажи, (2) избыток воды в реакции моноксида углерода с водой в реакции сдвига водяного газа не создает какого-либо отрицательного эффекта, (3) исключение молекулярного кислорода в процессе предотвращает образование нежелательных соединений, таких как диоксины и фураны, особенно если в реакционной зоне присутствует хлорид или хлор, и (4) катализаторы согласно изобретению снижают температуру, требуемую для полного разложения органического галоида примерно на 300°C.

[0084] Хотя настоящее изобретение в виде устройства подробно описано, следует понимать, что возможны различные изменения, замены и модификации в пределах сущности и объема изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения должен определяться приведенной ниже формулой изобретения и их соответствующих юридических эквивалентов.

[0085] Если контекст четко не диктует иное, единственное число включает множественное.

[0086] Термины «факультативный» или «факультативно» означают, что впоследствии описанное событие или описанные обстоятельства могут произойти или могут не произойти. Описание включает случаи, когда событие или обстоятельство происходит, и случаи, когда событие или обстоятельство не происходит.

[0087] Диапазоны могут выражаться в настоящем документе как примерно от одного конкретного значения и/или примерно до другого конкретного значения. Если диапазон выражен таким образом, следует понимать, что в другом варианте осуществления он от одного конкретного значения и/или примерно до другого конкретного значения вместе со всеми комбинациями в пределах указанного диапазона.

[0088] Во всей настоящей заявке, где приводятся ссылки на патенты или публикации, описания изобретения из этих противопоставленных документов полностью ссылкой включаются в настоящую заявку, чтобы полнее описать известный уровень техники, к которой относится изобретение, за исключением случаев, когда эти противопоставленные документы противоречат изложенному в настоящем документе.

1. Система для обработки и/или разложения текучих сред органических галоидов, содержащая:
блок двойного реактора, содержащий первый реактор внутри первого теплопоглощающего сосуда, второй реактор внутри второго теплопоглощающего сосуда и третий уравновешивающий теплопоглощающий сосуд,
где первый реактор и второй реактор гидравлически соединены, так что продукт реакции, происходящей в одном реакторе, подается в другой реактор.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый реактор является трубой термокаталитического реактора, содержащей реакционную зону и катализатор, и где второй реактор является трубой термокаталитического реактора, содержащей реакционную зону и катализатор.

3. Система по п.1, дополнительно содержащая скруббер и увлажнитель, гидравлически соединенные с первым реактором, так что текучая среда протекает из скруббера через увлажнитель в первый реактор и первый продукт реакции протекает из первого реактора в первый теплообменник.

4. Система по п.1, дополнительно содержащая распылитель, второй теплообменник и источник текучей среды органических галоидов, соединенные со вторым реактором, так что текучая среда органических галоидов протекает через второй теплообменник и затем во второй реактор, а текучая среда из распылителя протекает во второй реактор.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок двойного реактора соединен с первым теплообменником, первый теплообменник соединен с сушилкой, сушилка соединена с первым блоком сборника, а первый блок сборника соединен с распылителем, где распылитель также независимо соединен с блоком двойного реактора.

6. Система по п.1, дополнительно содержащая первый теплообменник, сушилку и первый блок сборника, где блок двойного реактора, первый теплообменник, сушилка, первый блок сборника гидравлически соединены, так что первый продукт реакции протекает из первого реактора в первый теплообменник, из первого теплообменника в сушилку и из сушилки в первый блок сборника.

7. Система по п.6, дополнительно содержащая распылитель, соединенный с первым блоком сборника и со вторым реактором, так что текучая среда протекает из первого блока сборника в распылитель и из распылителя во второй реактор.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что первый блок сборника также соединен с первым теплообменником и первый теплообменник дополнительно соединен со вторым реактором, так что текучая среда протекает из первого блока сборника в первый теплообменник и из первого теплообменника во второй реактор.

9. Система по п.7, дополнительно содержащая ряд вторых блоков сборника и блок скруббера, где второй реактор соединен с рядом вторых блоков сборника и с блоком скруббера, так что второй продукт реакции протекает из второго реактора в ряд вторых блоков сборника и/или в блок скруббера.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что ряд вторых блоков сборника содержит по меньшей мере один блок сборника и где ряд вторых блоков сборника также соединен со скруббером, так что текучая среда протекает из ряда вторых блоков сборника в скруббер.

11. Система по п.9, дополнительно содержащая увлажнитель, так что текучая среда протекает из распылителя в увлажнитель и из скруббера в увлажнитель, а из увлажнителя в первый реактор.

12. Система по п.9, дополнительно содержащая источник органических галоидуглеродов, соединенный со вторым реактором, и, факультативно, второй теплообменник, так что органические галоидуглероды протекают во второй теплообменник и из второго теплообменника во второй реактор.

13. Система по п.1, дополнительно содержащая увлажнитель, соединенный с первым реактором и с распылителем, так что текучая среда протекает из первого реактора в распылитель, из распылителя в увлажнитель и из увлажнителя в первый реактор.

14. Система по п.1, дополнительно содержащая сушилку, первый сборник и распылитель, так что сушилка и первый сборник расположены на пути потока между первым реактором и распылителем.

15. Система по п.1, дополнительно содержащая ряд вторых блоков сборника, сконфигурированных для приема второго продукта реакции из второго реактора, при этом ряд вторых блоков сборника дополнительно сконфигурирован для передачи второго продукта реакции в первый реактор.

16. Система по п.1, дополнительно содержащая блок первого теплообменника, блок второго теплообменника, блок распылителя водорода, блок сборника диоксида углерода, один или несколько блоков сборника галоида водорода, блок скруббера, блок увлажнителя, источник органических галоидов и блок сушилки, где источник органических галоидов и все блоки гидравлически соединены с блоками реактора.

17. Система по п.16, отличающаяся тем, что блок двойного реактора и другие блоки скомпонованы для получения галоидов водорода в виде собираемых продуктов из второго реактора и диоксида углерода в виде собираемого продукта из первого реактора без выбросов в окружающую среду.

18. Система по п.16, отличающаяся тем, что любой моноксид углерода, полученный во втором реакторе, возвращается в первый реактор для применения в качестве реагента для получения диоксида углерода и водорода; и диоксид углерода и водород, полученные в первом реакторе, применяются в качестве реагентов с одним или несколькими органическими галоидами во втором реакторе.

19. Блок двойного реактора, содержащий: первый теплопоглощающий сосуд, содержащий первый реактор, второй теплопоглощающий сосуд, содержащий второй реактор, третий уравновешивающий теплопоглощающий сосуд и циркулятор, где первый теплопоглощающий сосуд гидравлически соединен со вторым теплопоглощающим сосудом, с третьим уравновешивающим теплопоглощающим сосудом и с циркулятором.

20. Блок двойного реактора по п.19, дополнительно содержащий наружный источник для нагревания, соединенный с третьим уравновешивающим теплопоглощающим сосудом, при этом первая труба соединяет первый теплопоглощающий сосуд с третьим уравновешивающим теплопоглощающим сосудом; вторая труба соединяет второй теплопоглощающий сосуд с третьим уравновешивающим теплопоглощающим сосудом, четвертая труба соединяет первый теплопоглощающий сосуд с циркулятором и пятая труба соединяет второй теплопоглощающий сосуд с циркулятором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в нефтехимическом производстве при создании аппаратов для проведения процесса дегидрирования легких алканов.

Изобретение относится к устройствам для получения серы из сероводородсодержащих газов и для очистки газов от сероводорода с получением серы и может найти применение в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей и химической отраслях промышленности.

Изобретение касается способа и устройства для синтеза аммиака из синтез-газа, содержащего азот и водород. Устройство, по меньшей мере, с одним реактором (1) включает первый неохлаждаемый блок слоев катализатора (2), по меньшей мере, одно теплообменное устройство (3), по меньшей мере, два охлаждаемых блока слоев катализатора (4, 41, 42), причем каждый из блоков (4, 41, 42) оснащен совокупностью труб охлаждения (5), и циркуляционную линию (6), по меньшей мере, с одним подающим устройством (61) и, по меньшей мере, одним выпускным устройством (62).

Изобретение относится к способу получения хлора каталитическим окислением хлористого водорода кислородом в газовой фазе, когда взаимодействие проводят на не менее чем двух слоях катализатора в адиабатических условиях, а также к системе реакторов для реализации способа.

Изобретение относится к реакторной системе (10) для получения ксилола. .

Изобретение относится к многореакторной системе и способу для производства продукта, получаемого по ограничиваемой равновесием реакции. .

Изобретение относится к усовершенствованному способу фторирования, в котором осуществляют контактирование потока фторируемого органического соединения с потоком элементного фтора с образованием HF или другого водородсодержащего соединения в качестве побочного продукта, где потоки исходных реагентов попадают в реакционную зону реактора фторирования, которая заполнена стехиометрическим избытком фторид-адсорбирующей композиции по отношению к мольным количествам фторируемого органического соединения и элементного фтора.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано в бортовых генераторах для получения синтез-газа. .

Изобретение относится к реактору со стационарным слоем катализатора, состоящему из многосекционного корпуса, крышки и днища, штуцеров для подачи и вывода продуктов реакции, каждая секция которого состоит из реакционной зоны - цилиндрического корпуса с устройством для удержания мелкозернистого катализатора, и теплообменной зоны - кожухотрубного теплообменника, в трубки которого подается реакционная смесь, а в межтрубное пространство - теплоноситель. Реактор характеризуется тем, что трубное пространство с помощью перегородок разбито на нечетное количество ходов таким образом, что все ходы, кроме последнего, расположены по периферии трубной решетки, а последний - по центру, причем диаметр этого хода по размеру совпадает с диаметром реакционной зоны, а торцы труб равномерно распределяются по сечению этой зоны. Реактор имеет повышенную эффективность работы и для него характерна сниженная металлоемкость. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к способу взаимодействия одной или нескольких текучих сред. Способ включает прохождение одной или нескольких текучих сред в камеру из расположенной выше тарелки, при этом камера имеет одну или несколько боковых стенок, содержащих отверстие, а расположенная выше тарелка имеет слив, и создание канала наружу из камеры, соединяющий соответствующий слив с соответствующим отверстием, для увеличения времени и площади контакта внутри канала и камеры. Изобретение обеспечивает эффективное смешивание различных фаз. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение представляет устройство распределения текучей среды для соединения с трубопроводом или газоходом для текучей среды с целью улучшения распределения текущей вниз полифазной смеси, включающей в себя одну газовую фазу и одну жидкую фазу выше одного слоя катализатора гранулированного твердого каталитического материала. Устройство распределения текучей среды для получения жидкой и газовой фаз имеет одно или более отверстий в верхней и/или нижней части, по которому газовая фаза может поступать, и газовод, выходящий в смесительную камеру внутри устройства. Устройство распределения текучей среды содержит одно или несколько боковых отверстий для жидкости. Боковое отверстие или отверстия позволяют жидкости поступать в жидкостный трубопровод, который входит во внутреннюю смесительную камеру. Смесительная камера обеспечивает плотный контакт между фазами жидкости и газа. Устройство распределения потока обеспечивает улучшенную устойчивость к негоризонтальности тарелки. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, а именно каталитическому мультиканальному реактору для проведения гетерогенных реакций, сопровождающихся эндотермическим тепловым эффектом, например паровой конверсии углеводородов с целью получения водородсодержащего газа. Реактор содержит входной патрубок, испаритель жидкой исходной реакционной смеси, устройство, создающее вихревой газовый поток, пористую распределительную мембрану, монолитный мультиканальный блок, дополнительную пористую мембрану и выходной патрубок. При этом мультиканальный блок изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, имеет дисковую форму и каналы, направленные перпендикулярно плоскости диска, длина которых значительно меньше диаметра диска. Изобретение обеспечивает равномерное распределение входного потока по каналам, уменьшение градиента температур вдоль направления потока, уменьшение гидродинамического сопротивления в случае неподвижного слоя катализатора и возможность быстрой смены катализатора. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к реактору для парциального окисления углеводородного сырья. Реактор включает внешний корпус со средством вывода продуктов реакции из реактора и с хотя бы одним средством ввода сырья или компонентов сырья в размещенную внутри реактора с зазором с внешним корпусом катализаторную гильзу, заполненную катализатором и включающую средства вывода продуктов из ее нижней части. При этом катализаторная гильза снабжена рубашкой, примыкающей хотя бы к части цилиндрической стенки катализаторной гильзы, которая в области примыкания рубашки выполнена со сквозными отверстиями, реактор снабжен средством ввода в рубашку хладоагента, охлаждающего катализаторную гильзу и через отверстия в ее цилиндрической стенке поступающего в катализаторную гильзу. Техническим результатом заявленного изобретения является снижение температуры стенки катализаторной гильзы до 1000°C и ниже, а также снижение коррозии материала катализаторной гильзы. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам и устройству для контакта и распределения многофазной текучей среды. Распределяющее текучую среду устройство для реактора включает сопловую тарелку, множество каналов, прикрепленных и проходящих вертикально от верхней поверхности сопловой тарелки, и сопло для распределения текучей среды, расположенное в каждом канале. Причем каждый канал имеет открытый ближний конец, открытый дальний конец и стенку, которая образует цилиндрическую полость, и имеет боковое отверстие. Сопло включает корпус, включающий ближнюю часть, промежуточную часть и дальнюю часть, при этом ближняя часть образует цилиндрическую ближнюю полость и содержит газовый впуск, выполненный с возможностью пропускания через него газа в ближнюю часть, промежуточная часть образует цилиндрическую промежуточную полость в сообщении по текучей среде с ближней полостью, дальняя часть содержит стенку корпуса и жидкостный впуск, выполненный с возможностью пропускания через него жидкости в дальнюю часть, и дальняя часть образует цилиндрическую дальнюю полость, причем жидкостный впуск расположен по касательной к внутренней поверхности дальней части. Изобретение обеспечивает улучшение перемешивания и распределения текучей среды к поверхности каждого нижележащего слоя катализатора, а также уменьшение высоты смесительной тарелки, упрощение обслуживания, монтажа и демонтажа, уменьшение количества конструкционного материала. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 36 ил.

Системы и устройства для перемешивания, охлаждения и распределения многофазных текучих смесей в реакторе, при этом внутриреакторное устройство настоящего изобретения обеспечивает не только улучшенное перемешивание и распределение текучей среды по поверхности каждого лежащего ниже слоя катализатора, но также имеет другие преимущества, включающие: уменьшенную высоту смесительной тарелки; облегченное техническое обслуживание, сборку и разборку; сниженную материалоемкость при производстве. В одном из вариантов осуществления изобретения текучая среда может быть равномерно распределена по слою катализатора при помощи распределительного устройства для текучей среды, включающего сопловую тарелку, на которой имеется множество сопел, при этом сопла снабжены, по меньшей мере, одним впуском для жидкости, расположенным тангенциально к внутренней поверхности сопла. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 36 ил.

Изобретение относится к каталитической системе, подходящей для проведения частичного каталитического окисления при малой продолжительности контакта, для получения синтез-газа и, возможно, водорода. Каталитическая система включает по меньшей мере две каталитические зоны, в которой одна зона содержит один или более благородный металл, выбранный из группы, состоящей из родия, рутения, иридия, палладия и платины, и не содержит никеля, и другая зона содержит никель, к которому добавлен один или более металл, выбранный из группы, состоящей из родия, рутения, иридия, палладия и платины, при этом зона, не содержащая никеля, всегда является отдельной, но находится в контакте с другой зоной, содержащей никель. Изобретение обеспечивает высокую степень превращения сырья и высокую селективность относительно синтез-газа и Н2, а также снижение или предотвращение образования сажистых образований. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл., 10 пр.

Изобретение относится к способу синтеза метанола в изотермических реакторах. Способ включает получение питающего потока свежего газа при риформинге или газификации, подачу свежего газа в замкнутую систему синтеза, конверсию свежего газа в метанол в каталитической среде, при этом тепло напрямую отводят из каталитической среды, в результате среда является изотермической, конденсацию метанола, при этом получают жидкий метанол-сырец и рециркулирующий газ, который направляют в рециркуляционную систему в замкнутой системе синтеза, причем каталитическая среда включает множество изотермических каталитических слоев, часть питающего потока свежего газа смешивают с рециркулирующим газом, при этом получают газообразную смесь свежего газа и рециркулирующего газа и часть газообразной смеси направляют между первым и вторым каталитическим слоем среды, газообразную смесь свежего газа и рециркулирующего газа смешивают с потоком, выходящим из первого каталитического слоя, при этом получают питающий поток второго каталитического слоя. Изобретение обеспечивает эффективный синтез метанола. 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к сернокислотному производству и может быть использовано для утилизации отходящих сернистых газов предприятий цветной металлургии. Исходный сернистый газ с содержанием SO2 0,5-1,2 об.% нагревают в теплообменнике до температуры 250-300°С. Далее подогретую реакционную смесь одновременно вводят в несколько сегментов 1 с катализатором. Проводят процесс окисления SO2 в нестационарном режиме в одновременно движущихся нескольких тепловых фронтах - зонах реакции. Прореагировавшая реакционная смесь поступает в канал 5 сборника газа, откуда ее по каналу 4 распределителя реакционной смеси подают в несколько последующих сегментов 2 с катализатором. Прореагировавший газ направляют на абсорбцию. Переключение подачи исходного сернистого газа с одних сегментов с катализатором на другие сегменты с катализатором производят по достижении температуры на входе в них 430°С. Изобретение позволяет наиболее эффективно осуществить процесс конверсии SO2 в SO3. 1 ил., 1 табл.
Наверх