КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КАРТРИДЖ

Полезная модель относится к области химии, а именно к устройствам и системам для проведения гетерогенных каталитических реакций с высоким экзотермическим или эндотермическим эффектом, и может применяться для производства различных химических продуктов и реагентов.
Известна каталитическая система, состоящая по меньшей мере из одного горизонтального осесимметричного кольца из призматических каталитических блоков с попеременно чередующимися слоями гибкого микроволокнистого каталитического материала в виде тканых, либо плетеных, либо прессованных плоских полотен и слоями проницаемых для реакционного потока объемных структурообразующих элементов, при этом блоки ориентированы таким образом, что плоскости слоев гибкого микроволокнистого каталитического материала и слоев объемных структурообразующих элементов в блоках расположены вертикально по направлению от вертикальной оси симметрии кольца к внешней боковой поверхности кольца (Патент на полезную модель №124924, МПК F01N 3/02, F01N 3/10, приоритет от 2012.08.09, опубл. 2013.02.20).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится возрастание гидравлического сопротивления при установке таких двух и более осесимметричных колец из каталитических блоков, последовательно располагая их одно над другим вдоль общей вертикальной оси симметрии.
Известна каталитическая система, располагаемая соосно направлению движения потока реакционной смеси, состоящая из гибкого микроволокнистого каталитического материала в виде плоских полотен либо тканых, либо плетеных, либо прессованных и структурообразующего элемента, отличающаяся тем, что микроволокнистый каталитический материал расположен между витками спирали, обеспечивая расстояние между ними от 0,5 до 10 мм (Патент на полезную модель №66975, МПК B01J 8/00, приоритет от 2007.04.12, опубл. 2007.10.10.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится жесткость конструкции. Вследствие отсутствия колебаний поверхности и неподвижности пограничного слоя вблизи насадки образуются застойные зоны, что ведет к уменьшению скорости массопереноса и каталитической активности используемого катализатора.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является каталитический картридж для осуществления гетерогенных каталитических реакций с катализатором на основе стеклянных, либо металлических, либо углеродных, либо минеральных, либо полимерных микроволокон, либо из различных комбинаций, при этом картридж состоит из одного и более каталитических элементов, в каждом из которых катализатор расположен между двумя параллельными слоями структурирующей металлической сетки со свободным сечением прохода не менее 10%, причем каталитические элементы имеют форму плоских прямоугольников, многоугольников, кругов, овалов, призм, цилиндров, спиралей (Патент на полезную модель РФ №145037, МПК B01J 8/00, приоритет от 2014.04.15, опубл. 2014.09.10).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная каталитическая активность применяемого катализатора из-за жесткости конструкций всех вышеописанных каталитических элементов, не позволяющая им вибрировать в газовом потоке реакционной массы.
Техническим результатом предлагаемой конструкции каталитического картриджа является увеличение каталитической активности катализатора за счет свободных колебаний каталитических элементов под действием реакционного потока газа.
Поставленный технический результат достигается тем, что каталитический картридж для осуществления гетерогенных каталитических реакций с катализатором на основе стекловолокнистого носителя состоит из каталитических элементов, причем содержит центральный металлический стержень, на котором равномерно по высоте закреплены каталитические элементы, выполненные в виде металлических цилиндрических пружин, на поверхность которых сплошным слоем нанесен катализатор.
Каталитические элементы, выполненные в виде металлических цилиндрических пружин, имеют возможность свободно колебаться под действием реакционного потока газа, что способствует интенсификации каталитической активности применяемого катализатора, при этом каждая металлическая цилиндрическая пружина выполняет роль прочной, гибкой и упругой опоры, закрепленной на центральном металлическом стержне, который сам, являясь составной частью картриджа, служит опорой для металлических цилиндрических пружин.
Равномерное закрепление металлических цилиндрических пружин по высоте центрального металлического стержня позволяет взаимодействовать реакционному потоку газа с катализатором, нанесенным на поверхности пружин, что увеличивает общее время контакта и способствует интенсификации каталитического процесса реакции.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого каталитического картриджа для осуществления гетерогенных каталитических реакций. На фиг. 2 представлен фрагмент металлической цилиндрической пружины в разрезе с нанесенным на ее поверхность сплошным слоем катализатора на основе стекловолокнистого носителя.
Каталитический картридж для осуществления гетерогенных каталитических реакций с катализатором 1 на основе стекловолокнистого носителя содержит центральный металлический стержень 2, на котором равномерно по высоте закреплены каталитические элементы, выполненные в виде металлических цилиндрических пружин 3, на поверхность которых сплошным слоем нанесен катализатор 1.
Картридж устанавливают внутри трубок реактора либо внутри корпуса аппаратов. Реакционный поток омывает поверхность металлических, цилиндрических пружин 3, равномерно по высоте закрепленных на металлическом стержне 2. Катализатор 1 на основе стекловолокнистого носителя наносится на поверхность металлических цилиндрических пружин 3, которые непрерывно вибрируют под действием реакционного потока газа, увеличивая каталитическую активность применяемого катализатора.
Таким образом, предлагаемая конструкция каталитического картриджа для осуществления гетерогенных реакций позволяет увеличить каталитическую активность катализатора 1 на стекловолокнистой основе за счет свободного колебания каталитических элементов, выполненных в виде металлических цилиндрических пружин 3, равномерно закрепленных по всей высоте центрального металлического стержня 2.