СПОСОБ КАТАЛИЗА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ Российский патент 1995 года по МПК B01J19/12 

Предлагаемый способ катализа химических веществ в газовой фазе относится к технологическим химическим процессам и может быть использован для синтеза различных веществ, находящихся в газовой фазе, в частности, для получения метанола из загрязняющего атмосферу во всем мире попутного газа при добыче нефти, который может быть использован на буровых сооружениях в качестве моторного топлива или повсюду в качестве заменителя тетраэтилсвинца, что снизит токсичность выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, в качестве примера можно привести использование указанного способа при получении окиси азота, необходимого для производства азотной кислоты, которая является самым важным соединением благодаря разнообразному применению (азотные удобрения, органические красители, синтетические материалы, взрывчатые вещества и т.д.), которое она находит в народном хозяйстве. При этом характерной особенностью получения окиси азота является то, что при обыкновенных условиях азот и кислород не вступают в реакцию друг с другом.

Известны способы катализа химических реакций в газовой фазе, например получение окиси азота для производства азотной кислоты, заключающийся в том, что смесь аммиака с воздухом пропускают в контактном аппарате сквозь накаленную сетку из платиновой проволоки, служащей катализатором, при температуре 750^оС и определенном составе смеси. При этом происходит превращение аммиака в окислы азота [1]
Недостатком указанного способа является использование дорогостоящего катализатора и высокая энергоемкость процесса.

Наиболее близким техническим решением является способ получения азотной кислоты из воздуха, заключающийся в том, что в качестве катализатора используют пламя электрической дуги, которую помещают между двумя полосами сильного электромагнита. При этом пламя принимает форму плоского диска, который образуется в специальной печи, температура в которой достигает 3000-3500^оС, а в воздухе, который вдувается в печь и контактирует с огненным диском, образуются окислы азота [2]
Недостатком указанного способа является его высокая энергоемкость. Кроме того, общим недостатком известных способов катализа химических реакций в газовой фазе является подбор катализаторов методом проб, что вносит большую долю случайности и не всегда дает основания считать, что катализатор выбран правильно.

Целью изобретения является исключение эмпиризма в подборе катализатора для химических реакций, протекающих в газовой фазе, а следовательно, и оптимизация процесса их протекания, что в каждом конкретном случае дает положительный эффект в экономии энергии, улучшении экологии, уменьшении габаритов и удешевлении химических реакторов и т.д.

Это достигается за счет того, что в известном способе катализа химических реакций в газовой фазе в качестве источника энергии активации, обеспечивающей катализ, используют резонансное электромагнитное излучение, получаемое от веществ, участвующих в реакции, каждым из которых в отдельности наполняют газоразрядные лампы, при этом их помещают в зону реакции и возбуждают генератором тока сверхвысокой частоты, возбуждаемые частоты согласуют с собственными частотами веществ в газоразрядных лампах, причем реакция протекает вне зависимости от начальных значений окружающей температуры и давления.

На чертеже представлена блок-схема установки для получения окиси азота.

Установка включает газоразрядную лампу 1, заполненную азотом; газоразрядную лампу 2, заполненную кислородом; замкнутую емкость (объем) 3; генератор 4 сверхвысокой частоты, частота которого согласована с собственной частотой молекул азота; генератор 5 сверхвысокой частоты, частота которого согласована с собственной частотой молекул кислорода; детектор 6 окислов азота; насос 7.

Предлагаемый способ катализа химических реакций в газовой фазе реализован в способе получения окислов азота при комнатной температуре без участия каких-либо веществ, которые могли бы играть роль катализатора.

В качестве источника энергии активации, обеспечивающей катализ химических реакций в газовой фазе, является резонансное электромагнитное излучение, получаемое от веществ, участвующих в реакции. В реакции образования окиси азота участвуют азот и кислород. Поэтому одну газоразрядную лампу 1 заполняют азотом, а другую лампу 2 заполняют кислородом. Указанные лампы 1 и 2 устанавливают в замкнутую емкость 3, заполненную воздухом. Затем, с помощью генераторов токов сверхвысокой частоты (генератор 4 для азота и генератор 5 для кислорода) частотами, согласованными с собственными частотами молекул веществ, находящихся в газоразрядных лампах 1 и 2, возбуждают резонансное электромагнитное излучение. Циркуляцию воздуха в замкнутом объеме 3 осуществляют через детектор 6 окислов азота посредством насоса 7, где и происходит сбор последнего.

Применение предложенного способа катализа химических реакций в газовой фазе позволит оптимизировать процесс катализа химических реакций в газовой фазе, что снизит их энергоемкость позволит отказаться от дорогостоящих и не всегда эффективных катализаторов.

Экономический эффект от применения этого способа будет получен в целой области химических технологических процессов. Например, подсчитано, что при синтезе метанола предложенным способом из попутного газа, получаемого при добыче нефти, и использовании его в качестве моторного топлива, экономический эффект составит 1 млрд. долларов, а экономический эффект в целом от возможностей применения заявленного способа катализа химических реакций в газовой фазе вообще трудно оценить.

Использование: синтез различных веществ, находящихся в газовой фазе. Сущность изобретения: вещества, соединения которых синтезируют, помещают в газоразрядные лампы, а лампы размещают в зоне реакции, воздействуют токами СВЧ, создаваемыми генераторами СВЧ, причем частота тока каждого генератора согласуется с частотой колебания молекул вещества в соответствующей газоразрядной лампе. 1 ил.

СПОСОБ КАТАЛИЗА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ, включающий использование источника энергии активации, отличающийся тем, что в качестве источника энергии активации используют резонансное электромагнитное излучение, получаемое от веществ, являющихся исходными веществами для синтеза, при этом указанными веществами наполняют газоразрядные лампы, которые затем помещают в зону реакции и осуществляют воздействие токами сверхвысокой частоты с помощью СВЧ-генераторов, причем частоту тока, создаваемого каждым генератором, согласуют с собственной частотой колебаний молекул вещества в соответствующей газоразрядной лампе.