ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений и устройство для его осуществления

Классы МПК:B01D53/02 адсорбцией, например препаративной газовой хроматографией 
B01J20/34 регенерация или реактивация
B01J38/48 жидкая обработка или обработка в жидкой фазе, например в растворе или суспензии
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью "Суперкритические технологии" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2006-12-26
публикация патента:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Очистку пористой матрицы от жидких и твердых отложений ведут путем нагревания матрицы до (1-1,2)Ткр, где Ткр - критическая температура используемого экстрагента, в устройстве, содержащем дроссельное устройство 1, сепаратор 2, компрессор или насос 3, клапан отбора 4, адсорбер-экстрактор 5, с последующей обработкой экстрагентом при давлении (1-10)Р кр, где Ркр - критическое давление используемого экстрагента. Между адсорбером-экстрактором и дроссельным устройством, между компрессором или насосом и адсорбером-экстрактором дополнительно введены клапаны 6-9 при условии, что Т кр совпадает с температурой плавления твердых отложений в матрице. При этом направление потока экстрагента устанавливается нисходящим при Reспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 20 и восходящим при Re>20. Предложенное изобретение позволяет сократить время очистки матрицы от жидких и твердых отложений с одновременным уменьшением расхода энергии и очистки матрицы в мелкодисперсном виде. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл. способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447

Рисунки к патенту РФ 2348447

способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447

Изобретение относится к каталитической химии, сорбционной и фильтровальной технике и может быть использовано для восстановления свойств катализаторов гидрирования (далее катализаторов), адсорбентов и фильтров с целью их повторного применения в производстве.

Известен способ очистки пористой матрицы (далее матрицы) от жидких и твердых отложений, включающий нагревание матрицы и обработку экстрагентом - водяным паром (см. Масагутов P.M., Морозов Б.Ф., Кутепов Б.И. Регенерация катализаторов в нефтепереработке и нефтехимии. - М., Химия, 1987. 144 с.); (пат. РФ №2167103, МПК 01В 31/08).

Недостатками этих способов являются: высокая энергозатратность и малое число (2-3) повторных циклов очистки, которые может выдержать матрица из-за разрушающего действия водяного пара высоких параметров (до 660-700°С).

Наиболее близким по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ очистки матрицы, включающий нагревание матрицы до Тспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 Ткр и обработку экстрагентом, находящимся под давлением Рспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 Ркр (где Ткр - критическая температура используемого экстрагента и Р кр - критическое давление используемого экстрагента) (пат. GB №1522352, 23.08.1978, B01D 53/02, 10 с.).

Указанный способ осуществляют с помощью устройства, состоящего из дроссельного устройства, сепаратора, компрессора или насоса, клапана отбора, адсорбер-экстрактора, верхний конец которого соединен с входом дроссельного устройства, выход которого подсоединен к входу сепаратора, верхний выход сепаратора соединен с входом компрессора или насоса, нижний выход сепаратора соединен с клапаном отбора, выход компрессора соединен с нижним концом адсорбер-экстрактора.

Недостатками этого способа и устройства при использовании его для очистки матрицы от жидких и твердых отложений являются длительное время очистки, а следовательно, большой расход энергии, невозможность удаления некоторых отложений, находящихся в твердом состоянии (полимеры), и невозможность очистки матрицы в мелкодисперсном виде.

Задачей изобретения является сокращение времени очистки матрицы от жидких и твердых отложений с одновременным уменьшением расхода энергии и очистки матрицы в мелкодисперсном виде.

Задача достигается тем, что способ очистки матрицы от жидких и твердых отложений, включающий нагревание матрицы и обработку экстрагентом, находящимся под давлением, согласно изобретению ведут при давлении Р=(1-10)Ркр и температуре Т=(1-1,15)Ткр и условии, что Т кр совпадает с температурой плавления твердых отложений, загрязняющих матрицу, при этом направление потока экстрагента через слой матрицы устанавливают нисходящим при Reспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 20 и восходящим при Re>20, где Re=(w·d)/способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 , w - скорость движения экстрагента, d - внутренний диаметр канала прохождения экстрагента, способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 - кинематическая вязкость среды.

Техническая задача также достигается тем, что в устройстве для проведения очистки матрицы, содержащем дроссельное устройство, сепаратор, компрессор или насос, клапан отбора, адсорбер-экстрактор, верхний конец которого соединен с входом дроссельного устройства, выход которого подсоединен к входу сепаратора, верхний выход сепаратора соединен с входом компрессора или насоса, нижний выход сепаратора соединен с клапаном отбора, выход компрессора или насоса соединен с нижним концом адсорбер-экстрактора, дополнительно установлены клапаны в соединениях между адсорбер-экстрактором и дроссельным устройством, а также между компрессором или насосом и адсорбер-экстрактором, при этом верхний конец адсорбер-экстрактора через клапан соединен с выходом компрессора или насоса, а нижний конец адсорбер-экстрактора через клапан соединен с входом дроссельного устройства.

На чертеже представлена схема устройства для очистки матрицы, где 1 - дроссельное устройство, 2 - сепаратор, 3 - компрессор или насос, 4 - клапан отбора, 5 - адсорбер-экстрактор, 6-9 - клапаны. В табл.1 приведено относительное изменение массы матрицы (катализатора) способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 m/m в зависимости числа Re и направления потока пропан-бутановой смеси (50/50% масс.) в адсорбер-экстракторе при Р=6,0 МПа, t=135°С и массе пропущенного экстрагента М=0,5 кг. В табл.2 приведено относительное изменение массы катализатора способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 m/m в зависимости от температуры при скорости СО 2, модифицированного ацетоном (3%), при Re=60 и нисходящем направлении потока, давлении 60 МПа и массе пропущенного экстрагента М=0,5 кг. В табл.1 и 2: способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 m=m-m1, где m - масса катализатора до регенерации, а m1 - масса катализатора после регенерации.

Способ осуществляется следующим образом. Катализатор загружают в адсорбер-экстрактор. Адсорбер-экстрактор герметизируют и нагревают до температуры 150±10°С при условии, что T=(1-1,15)Ткр. Затем клапаны 6, 7, 8, 9 устанавливают в открытое или закрытое положения для обеспечения требуемого направления потока в зависимости от расхода экстрагента, а следовательно, в зависимости от числа Re потока в адсорбер-экстракторе. При Reспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 20 устанавливают нисходящее направление потока, а при Re>20 - восходящее. Далее устройство заполняют экстрагентом. Включают компрессор или насос 3, которые обеспечат давление экстрагента, проходящего через слой катализатора в пределах (1-10)Р кр. Проходя через слой катализатора, экстрагент растворяет в себе вещества, дезактивирующие катализатор. Далее экстрагент с растворенными веществами проходит через дроссельное устройство 1. За дроссельным устройством давление падает, растворяющая способность экстрагента снижается. При этом происходит отделение экстрагента от растворенных веществ. В сепараторе 2 отделенные вещества выпадают на дно, а экстрагент поступает на вход компрессора или насоса 3. Далее экстрагент поступает в адсорбер-экстрактор 5 и процесс повторяется.

Для возможности изменения направления потока экстрагента с нисходящего на восходящий или наоборот устройство снабжено клапанами 6, 7, 8, 9, а адсорбер-экстрактор через клапаны соединен верхним концом с выходом компрессора или насоса, а нижним концом - с входом дроссельного устройства. В зависимости от числа Re потока экстрагента в адсорбер-экстракторе 5 его направление устанавливают нисходящим или восходящим. В ходе исследований установлено, что для регенерации катализатора требуется существенно меньше времени, а следовательно, меньше затрат энергии, если при Reспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 20 поток нисходящий, а при Re>20 поток восходящий. Целесообразность варьирования скорости и направления потока экстрагента обусловлена тем, что при малых числах Re направление движения экстрагента, сонаправленное с действием сил гравитации, обеспечивает большую эффективность массоотдачи, а следовательно, и меньшую продолжительность осуществляемого процесса регенерации. Вышеотмеченный эффект характерен для состояния экстрагента, отвечающего асимптотической близости к окрестности критической точки, где вещества обладают аномалиями физических свойств, и как следствие, высокой температурной неустойчивостью, способствующей легкому возникновению конвективных токов. Варьирование скорости движения экстрагента и направления потока экстрагента позволяет регенерировать катализатор, в том числе и в мелкодиспергированном виде. Степень загруженности рабочего объема адсорбера-экстрактора, а соответственно и гидравлическое сопротивление вынуждают в конкретных случаях реализовывать режимы движения, характеризуемые некоторым диапазоном изменения чисел Re. При этом можно исключить возникновение поршневого эффекта, который прекращает циркуляцию экстрагента в устройстве.

В ходе исследований установлено, что для регенерации катализатора требуется существенно меньше времени, а следовательно, меньше затрат энергии, если дезактивирующие катализатор коксовые отложения и моно- и полимерные отложения находятся в жидком состоянии. Коксовые отложения начинают размягчаться при температуре 80°С, а моно- и полимерные - выше 125°С.

При температуре экстрагента 80-90°С из катализатора хорошо удаляются коксовые отложения, а моно- и полимерные отложения, находясь в твердом состоянии, в сверхкритическом экстрагенте практически не растворяются и слетают с поверхности катализатора чешуйками. Поры матрицы (катализатора) при таком режиме процесса остаются не очищенными от моно- и полимерных отложений.

Только при температуре экстрагента выше 125°С можно очистить поры матрицы от моно- и полимерных отложений.

Для выявления влияния температуры и числа Re потока экстрагента в адсорбер-экстракторе и направления потока экстрагента на интенсивность массообменного процесса были проведены исследования. Результаты приведены ниже в таблицах 1-4.

Как видно из табл.1, при скоростях экстрагента, соответствующим числам Re: 6-10, наблюдается существенное расхождение в изменении массы катализатора для восходящего и нисходящего направлений потока экстрагента. Большие значения изменения массы катализатора наблюдаются для нисходящего направления потока экстрагента. А при скорости, соответствующей числу Reспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 20, такого расхождения не наблюдается. Отсюда следует, что при правильном выборе направления потока экстрагента можно до 40% уменьшить время регенерации катализатора, а следовательно, на 40% уменьшить расход энергии.

Как видно из табл.2, максимальные изменения массы катализатора наблюдаются при температурах экстрагента 80-85°С и 145-155°С. Из значений изменения массы катализатора в зависимости от температуры следует, что при правильном выборе температуры экстрагента можно до 2-3 раз уменьшить время регенерации катализатора, а следовательно, уменьшить расход энергии.

В итоге при правильном выборе направления потока экстрагента и его температуры можно до 3-3,5 раз уменьшить время регенерации катализатора, при этом существенно сэкономив энергию.

Для исследований использовался отработанный в производстве по гидрированию этан-этиленовой фракции палладиевый катализатор марки ПУ ТУ 6-09-5516-84.

В результате регенерации из катализатора выделена вязкая жидкость желто-коричневого цвета, которая частично растворяется в н-октане. Нерастворившаяся часть представляет собой порошок - моно- и полимерные пластинки. Поэлементный - химический состав растворившихся и не растворившихся в октане веществ приведен в табл.3 и 4.

Невысокие значения температуры экстрагента мало влияют на механическую прочность носителей (гранулы угля, оксида алюминия и др.) катализатора, что обеспечивает их многоразовое использование.

В качестве экстрагентов для полной регенерации катализаторов хорошо подходит Пропан - н-Бутановая смесь, смеси Этана с н-Бутаном, н-Пентаном, н-Гексаном, н-Гептаном, н-Октаном и др., смеси Метана с н-Бутаном, н-Пентаном, н-Гексаном, н-Гептаном, н-Октаном и др. Вещества, входящие в эти смеси и имеющие «родство» с веществами, дезактивирующими катализатор, обеспечивают высокую растворяющую способность к последним. Подбирая концентрацию этих смесей, можно получить требуемые для проведения эффективного экстракционного процесса значения критических параметров в пределах Т кр=83÷300°С и Ркр=2,5÷25 МПа. Значения Ткр и Ркр смесей нормальных н-алканов можно определить из справочника (API Technical Data Book, 1974).

Так же в качестве экстрагентов для полной регенерации катализаторов хорошо подходит диоксид углерода и диоксид углерода с полярными добавками (CO 2+(3-5)% мольных СН3ОН, CO 2+(3-5)% мольных С3Н 6О и др.), имеющими низкую стоимость и невысокие параметры критической точки по сравнению с другими экстрагентами. Значения Ткр и Ркр смеси CO 2+СН3ОН можно определить из статьи (ZHU Hugang and all // Chinese J. Of Chem. Eng., 9 (3). 2001. 322-325p.). Так, согласно этой статьи для CO2 +5% мольных СН3ОН значения Т кр и Ркр будут равняться соответственно 313 К и 8,9 МПа.

Пример 1. Берут 40 г отработанного в производстве катализатора и подают его в адсорбер-экстрактор, который герметизируют. Адсорбер-экстрактор нагревают до температуры 150°С и заполняют Пропан - н-Бутановой смесью (10/90% масс.) под давлением 20 МПа. С помощью дроссельного устройства устанавливают скорость потока экстрагента в адсорбер-экстракторе, соответствующую числу Re=5. Направление потока Пропан - н-Бутановой смеси в адсорбер-экстракторе устанавливают нисходящим. Через катализатор пропускают 3 кг экстрагента.

После регенерации катализатор восстанавливает свою активность и селективность не менее чем на 80% по отношению к новому.

Пример 2. Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что устанавливают скорость потока экстрагента в адсорбер-экстракторе соответствующую числу Re=13. Через катализатор пропускают 4,5 кг экстрагента.

Пример 3. Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что устанавливают скорость потока экстрагента в адсорбер-экстракторе соответствующую числу Re=20. Через катализатор пропускают 6 кг экстрагента.

Пример 4. Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что устанавливают скорость потока экстрагента в адсорбер-экстракторе соответствующую числу Re=500 и направление потока устанавливают восходящим. Через катализатор пропускают 20 кг экстрагента.

Пример 5. Проведение процесса как в примере 4, за исключением того, что в качестве экстрагента используют диоксид углерода + 3% мольных СН3 ОН, давление экстрагента устанавливают равным 60 МПа и через катализатор пропускают 10 кг экстрагента.

Пример 6. Проведение процесса как в примере 4, за исключением того, что к диоксиду углерода добавляют 3% мольных С3Н 6О, давление экстрагента устанавливают равным 60 МПа и через катализатор пропускают 12 кг экстрагента.

Невысокие параметры критической точки и небольшой диапазон температур, при которых используются экстрагенты для регенерации катализатора, позволяют существенно экономить энергию. Расчеты показывают, что по сравнению с регенерацией катализатора водяным паром при температуре 660-700°С предлагаемый способ позволяет в 1,5-2 раза уменьшить энергозатраты.

Учитывая, что из-за отсутствия эффективных методов регенерации часть катализаторов, в частности палладиевый катализатор марки ПУ, не регенерируется и используется однократно, то использование предлагаемого способа позволяет довести кратность использования катализатора до 5. Экономические расчеты показывают, что себестоимость регенерированного по предлагаемому способу катализатора в 3-4 раза ниже, чем себестоимость изготовления нового.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной задачи, а именно: сокращение времени очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений с одновременным уменьшением расхода энергии и очистки матрицы в мелкодисперсном виде.

Таблица 1
Относительное изменение массы катализатора способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 m/m в зависимости числа Re и направления потока пропан-бутановой смеси (50/50% масс.) в адсорбер-экстракторе при Р=6,0 МПа, t=135°C и массе пропущенного экстрагента М=0,5 кг
№ опытаЗначение числа Re Направление потокаспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 m/m
1 6нисходящее0,0341
26,8 восходящее0,0251
39нисходящее 0,0306
4 10восходящее0,0232
521 нисходящее0,0190
619восходящее 0,0191
7 40нисходящее0,0117
841 восходящее0,0115
953,7нисходящее 0,00938
10 56восходящее 0,00930
11 107нисходящее0,00616
12103 восходящее0,00616

Таблица 2
Относительное изменение массы катализатора способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 m/m в зависимости от температуры при скорости CO 2, модифицированного ацетоном (3%), при Re=60 и нисходящем направлении потока, давлении 60 МПа и массе пропущенного экстрагента М=0,5 кг
Температура, t, °C способ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 m/m
50 0,0555
80 0,1036
85 0,1054
100 0,0969
120 0.0840
130 0,0840
145 0,1539
150 0,1575
155 0,1561
170 0,1428

Таблица 3
Элементный состав кокса в % (масс.), выделенного в результате регенерации палладиевого катализатора марки ПУ
СНN РSCl Pd
80,623,65 0- 0,681,310

Таблица 4
Элементный состав порошка в %, выделенного в результате регенерации палладиевого катализатора марки ПУ
СНN РSCl Pd
74,367,91 -- -0,998,80

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ очистки матрицы от твердых отложений, включающий нагревание матрицы и обработку его экстрагентом, находящимся под давлением, отличающийся тем, что способ осуществляют при температуре (1-1,2)Ткр и давлении (1-10)Р кр, при условии, что Ткр совпадает с температурой плавления твердых отложений в матрице, при этом направление потока экстрагента через слой матрицы устанавливают нисходящим при Reспособ очистки пористой матрицы от жидких и твердых отложений   и устройство для его осуществления, патент № 2348447 20, и восходящим при Re>20, где Ткр - критическая температура используемого экстрагента, а Р кр - критическое давление используемого экстрагента, Re - критерий Рейнольдса.

2. Устройство для очистки матрицы от твердых отложений, содержащее дроссельное устройство, сепаратор, компрессор или насос, клапан отбора, адсорбер-экстрактор, верхний конец которого соединен с входом дроссельного устройства, выход которого подсоединен к входу сепаратора, верхний выход сепаратора соединен с входом компрессора или насоса, нижний выход сепаратора соединен с клапаном отбора, выход компрессора или насоса соединен с нижним концом адсорбера-экстрактора, отличающееся тем, что в соединениях между адсорбером-экстрактором и дроссельным устройством, а также между компрессором или насосом и адсорбером-экстрактором установлены клапаны, при этом верхний конец адсорбера-экстрактора через клапан соединен с выходом компрессора или насоса, а нижний конец адсорбера-экстрактора через клапан соединен с входом дроссельного устройства.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2348447

patent-2348447.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01D53/02 адсорбцией, например препаративной газовой хроматографией 

Патенты РФ в классе B01D53/02:
модульная установка очистки воздуха от газовых выбросов промышленных предприятий -  патент 2529218 (27.09.2014)
способ очистки природного газа и регенерации одного или большего числа адсорберов -  патент 2525126 (10.08.2014)
способ адсорбции кочетова -  патент 2524972 (10.08.2014)
горизонтальный адсорбер кочетова -  патент 2524229 (27.07.2014)
адсорбер для очистки воздуха от паров ртутьсодержащих веществ -  патент 2523803 (27.07.2014)
горизонтальный адсорбер кочетова -  патент 2521928 (10.07.2014)
сорбент на основе сшитого полимера-углерода для удаления тяжелых металлов, токсичных материалов и диоксида углерода -  патент 2520444 (27.06.2014)
поглотитель хлористого водорода -  патент 2519366 (10.06.2014)
способ определения содержания труднолетучих органических соединений в газообразной среде, композиция в качестве сорбента, применение сорбента -  патент 2510501 (27.03.2014)
вертикальный адсорбер кочетова -  патент 2508932 (10.03.2014)

Класс B01J20/34 регенерация или реактивация

Патенты РФ в классе B01J20/34:
регенерация очистительных слоев с помощью струйного компрессора в открытом контуре -  патент 2527452 (27.08.2014)
способ очистки воды от силикатов -  патент 2526986 (27.08.2014)
поглощение летучих органических соединений, образованных из органического материала -  патент 2516163 (20.05.2014)
регенеративная очистка предварительно обработанного потока биомассы -  патент 2508929 (10.03.2014)
удаление загрязняющих веществ из газовых потоков -  патент 2501595 (20.12.2013)
фильтр для очистки воды на основе активированного угля и способ его регенерации -  патент 2499770 (27.11.2013)
устройство для очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов -  патент 2494969 (10.10.2013)
способ адсорбционной очистки сложных алкиловых эфиров метакриловой кислоты -  патент 2460718 (10.09.2012)
способ обезвреживания отработанного активированного угля с получением калорийного топлива -  патент 2458860 (20.08.2012)
способ и устройство для уменьшения попадания наночастиц активированного угля в смесь воды и этилового спирта -  патент 2454264 (27.06.2012)

Класс B01J38/48 жидкая обработка или обработка в жидкой фазе, например в растворе или суспензии

Патенты РФ в классе B01J38/48:
регенерация катализатора фишера-тропша путем его окисления и обработки смесью карбоната аммония, гидроксида аммония и воды -  патент 2522324 (10.07.2014)
способ регенерации катализатора обработки отработавших газов и катализатор обработки отработавших газов, полученный с использованием данного способа -  патент 2505358 (27.01.2014)
способ окисления влажным воздухом при использовании регенерированного катализатора -  патент 2458865 (20.08.2012)
способ восстановления каталитической активности отработанного катализатора водородообработки, отработанный катализатор водородообработки, имеющий восстановленную каталитическую активность, и способ водородообработки -  патент 2372991 (20.11.2009)
способ восстановления каталитической активности отработанного катализатора водородообработки, отработанный катализатор водородообработки, имеющий восстановленную каталитическую активность, и способ водородообработки -  патент 2372143 (10.11.2009)
способы восстановления активности молекулярноситовых катализаторов -  патент 2361671 (20.07.2009)
способ регенерации отработанного кислотного катализатора -  патент 2139759 (20.10.1999)
материал на основе двуокиси кремния, способ получения материала, способ получения катализатора, способ алкилирования алифатического углеводорода, способ регенерации катализатора -  патент 2126295 (20.02.1999)
способ модификации формоселективности алюмосиликатного цеолитного катализатора и способ параселективной конверсии алкилароматических соединений -  патент 2124944 (20.01.1999)


Наверх