УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА

Полезная модель относится к технологии получения катализаторов для производства волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов, а также для других технологических процессов химических производств.
Сушка и термообработка исходных, промежуточных или конечных продуктов являются обязательными операциями при получении любого катализатора. Известны простейшие устройства для получения оксидных катализаторов с высокой удельной поверхностью и пористостью в виде камеры сжигания, в которую помещаются водные растворы нитритов металлов с различными органическими соединениями (азотнокислый аммоний, глицин, лимонная кислота и др.). Камера сжигания снабжена нагревателями, которые позволяют нагревать камеру до температуры 600-700°С. В результате подвода тепла смесь вскипает, вспенивается и подвергается бурному тлеющему горению с выделением тепла и газообразных продуктов реакции. После выдержки в течение заданного времени в камере образуется катализатор, в котором в качестве активных центров выступает оксид никеля, а носителем является оксид магния. После выгрузки полученный продукт подвергается измельчению. (Статья "Solution combustion synthesis of nanoscale oxides and their composites" T.Mimani and K.C.Patil, Mater. Phys. Mech. 4 (2001) 134-137).
Недостатками такого устройства для получения катализатора являются периодичность процесса и малая производительность, высокое энергопотребление, сложность контроля и регулирования процесса
горения, неравномерный подвод тепла, и, как следствие, потери катализатора в результате неравномерного вспенивания, необходимость измельчения и классификации катализатора.
Наиболее прогрессивным оборудованием для сушки суспензий и маловязких паст являются распылительные сушилки, которые позволяют сократить количество стадий производства и провести полную автоматизацию процесса.
Известна прямоточная распылительная сушилка, содержащая сушильную камеру, распыливающее устройство, вентилятор подачи сушильного агента, теплогенератор, насос, трубопровод возврата частиц, вентилятор для возврата крупных частиц, циклон, вентилятор дымососа, разгрузочный штуцер (См. книгу Технология катализаторов / И.И.Мухленов, Е.И.Добкина, В.И.Дерюжкина, В.Е.Сороко. Под ред. проф. И.И.Мухленова. 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1989, стр.192-195).
Распылительные сушилки, используемые в катализаторных производствах, различаются по конструкции устройства для подвода сушильного агента, по конструкции распылителя и устройства разгрузки материала. Недостатком таких устройств является сложность конструкции.
По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбрано устройство по книге «Технология катализаторов» под ред. И.И.Мухленова.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции, повышение выхода катализатора и повышение его качества.
Задача решается тем, что в установке для получения катализатора, содержащей соединенную с устройством подачи сушильного агента сушильную камеру, в которой размещено распылительное устройство, соединенной с приемным устройством готового катализатора, сушильная камера выполнена в виде аппарата пульсирующего горения (АПГ),
содержащего снабженную аэродинамическим клапаном камеру сгорания, соединенную с резонансной трубой.
Распылительное устройство выполнено в виде соединенного с емкостью с раствором катализатора перистальтического насоса, выход которого соединен с аэродинамическим клапаном.
Камера сгорания снабжена запальной свечой, соединенной с блоком розжига.
На выходе резонансной трубы через воздушный промежуток установлено приемное устройство готового катализатора.
Приемное устройство готового катализатора выполнено в виде циклона.
Выход резонансной трубы снабжен соплом, входящим в воронку, расположенную на входном патрубке циклона.
Аэродинамический клапан выполнен в виде патрубка, соединенного с камерой сгорания.
Выход аэродинамического клапана соединен с вентилятором подачи воздуха.
Выполнение сушильной камеры в виде аппарата пульсирующего горения (АПГ), содержащего снабженную аэродинамическим клапаном камеру сгорания, соединенную с резонансной трубой, обеспечивает упрощение конструкции за счет исключения необходимости в дробильном оборудовании. Сушка в пульсирующем потоке исключает агломерацию частиц катализатора, который после сушки представляет собой тонкодисперсный порошок. Для работы АПГ не требуется постоянная подача воздуха и могут использоваться различные виды топлива, в том числе и газообразные отходы, получаемые при пиролизе природного газа при синтезе нановолокон. Это расширяет функциональные возможности установки и снижает затраты на ее эксплуатацию. Одновременно достигается повышение выхода катализатора и повышение его качества за
счет исключения такого фактора, присущего промышленным установкам, как неравномерность температурного поля в рабочей зоне.
Выполнение распылительного устройства в виде соединенного с емкостью с раствором катализатора перистальтического насоса, выход которого соединен с аэродинамическим клапаном, обеспечивает повышение выхода катализатора и повышение его качества за счет более тонкого распыления раствора при подаче его в камеру сжигания и равномерности подачи раствора в аппарат пульсирующего горения.
Снабжение камеры сгорания запальной свечой, соединенной с блоком розжига, обеспечивает упрощение запуска аппарата пульсирующего горения. При включении блока розжига аппарат пульсирующего горения выходит на рабочий режим, и блок розжига отключается до следующего запуска установки в работу.
Установка на выходе резонансной трубы через воздушный промежуток приемного устройства готового катализатора обеспечивает подсос окружающего воздуха в приемное устройство, это обеспечивает охлаждение продуктов сгорания и получаемого катализатора и исключает необходимость в применении дополнительных охлаждающих устройств, чем достигается упрощение конструкции.
Выполнение приемного устройства готового катализатора в виде циклона обеспечивает эффективное отделение получаемого катализатора от продуктов сгорания и не требует дополнительных фильтрующих устройств, чем достигается упрощение конструкции и повышение выхода катализатора.
Снабжение выхода резонансной трубы соплом, входящим в воронку, расположенную на входном патрубке циклона, обеспечивает лучший захват окружающего воздуха в циклон. При этом обеспечивается повышение расхода через циклон, что улучшает отделение получаемого катализатора от продуктов сгорания за счет увеличения центробежных сил и обеспечивается
повышение выхода катализатора за счет сокращения уноса частиц катализатора.
Выполнение аэродинамического клапана в виде патрубка, соединенного с камерой сгорания, обеспечивает упрощение конструкции, так как в таком устройстве отсутствуют подвижные элементы. За счет пульсации потока в аэродинамическом клапане достигается более тонкое распыление высушиваемого раствора катализатора, что обеспечивает повышение его выхода.
Соединение выхода аэродинамического клапана с вентилятором подачи воздуха необходимо для начального запуска аппарата пульсирующего горения. После выхода АПГ на устойчивый стационарный режим вентилятор подачи воздуха отключается. За счет использования вентилятора подачи воздуха происходит более быстрый выход АПГ на рабочий режим, что обеспечивает повышение выхода катализатора и повышение его качества.
На представленном чертеже изображена схема предлагаемого устройства.
Установка для получения катализатора содержит камеру сгорания 1, соединенную с резонансной трубой 2. Камера сгорания 1 снабжена аэродинамическим клапаном 3, выполненным в виде патрубка и патрубком 4 подачи топлива и запальной свечой 5. Запальная свеча 5 соединена с блоком розжига 6. Аэродинамический клапан 3 соединен с линией подачи раствора катализатора, включающей насос-дозатор в виде перистальтического насоса 7, емкости 8 с раствором катализатора и трубопровода 9. На выходе резонансной трубы 2 установлено приемное устройство в виде циклона 10. Вход аэродинамического клапана 3 соединен с вентилятором 11 подачи воздуха. Выход резонансной трубы 2 снабжен соплом 12, входящим в воронку 13, расположенную на входном патрубке циклона 10.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Блоком розжига 6 на запальной свече 5 создаются периодические разряды. Далее вентилятором 11 подается стартовый воздух на вход аэродинамического клапана 3, и производится подача пропанобутановой смеси в камеру сгорания 1 через патрубок 4 подачи топлива. После выхода аппарата пульсирующего горения на устойчивый пульсирующий режим работы блок розжига 6 и вентилятор 11 отключаются. Перистальтическим насосом 7 из емкости 8 по трубопроводу 9 раствор катализатора подается в аэродинамический клапан 3, где дробится на мелкие капли воздушным пульсирующим потоком со стационарной составляющей, направленной внутрь камеры сгорания 1. Образующиеся из раствора катализатора в камере сгорания 1 и резонансной трубе 2 твердые мелкодисперсные частицы улавливаются циклоном 10. При этом за счет захвата окружающего воздуха зазором между соплом 12 и воронкой 13, производится снижение температуры продуктов сгорания.
Предлагаемое устройство просто в аппаратурном исполнении и эксплуатации и обеспечивает получение никельсодержащего катализатора синтеза волокнистых углеродных материалов с повышенным выходом катализатора и высоким качеством.