СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ГИПОХЛОРИТА Российский патент 1997 года по МПК C01B11/06 C02F1/70 

Изобретение относится к каталитическому способу разложения гипохлорит-ионов.

Известно, например, из US-3965239, что гипохлорит-ионы, содержащиеся в водном потоке, могут быть подвергнуты каталитическому разложению во время прохождения этого потока через разделенный перегородками резервуар с использованием катализатора без подложки, также переносимого водным потоком. В этом процессе в качестве одного из продуктов разложения выделяется газообразный кислород при сопутствующем образовании хлорид-ионов. Как показано, при прохождении через разделенный перегородками резервуар водный поток совершает попеременно восходящее и нисходящее движение, т.е. прямоточное и противоточное движение относительно выделяющегося кислорода.

В японской публикации 62-176592 описывается процесс каталитического разложения гипохлорит-ионов, при котором поток жидкости, содержащий такие ионы, при своем восходящем движении контактирует с единственным слоем измельченного катализатора.

Установлено, что каталитическое разложение гипохлорит-ионов с использованием измельченного катализатора (катализатора в виде частиц) можно осуществлять с большей эффективностью, если поток, содержащий гипохлорит-ионы, совершает нисходящее движение, т.е. противоточно выделяющемуся кислороду.

Таким образом, предлагается способ каталитического разложения гипохлорита, включающий контактирование потока жидкости, содержащей гипохлорит-ионы, со слоем катализатора в виде частиц, способным разлагать гипохлорит-ионы с выделением газообразного кислорода, при этом процесс ведут, по крайней мере, в двух последовательно соединенных слоях катализатора, которые расположены в каскаде со стояками, свободными от катализатора, между последовательными слоями, и поток жидкости, содержащий гипохлорит-ионы, под действием силы тяжести течет вниз через, по крайней мере, первые два из последовательно соединенных слоев в противотоке к газообразному кислороду, выделившемуся при разложении гипохлорит-ионов, и вверх через стояки между последовательными слоями катализатора.

Изобретение особенно эффективно, когда концентрация гипохлорит-ионов в потоке жидкости, выраженная в показателях г•л ^-1 гипохлорита натрия, равна, по меньшей мере, 20, например, 20-250, в частности, 20-150. Тем не менее, изобретение может быть использовано при концентрации гипохлорит-ионов менее 20, например, при 10-20 или даже при такой низкой, как 1 г•л^-1.

Условия реакции, такие, как скорость потока жидкости, проходящего через данный объем контактного пространства, температура и давление, обычно выбирают с целью достижения максимального разложения гипохлорит-ионов. Типичные величины этих параметров: скорость потока жидкости, проходящего через данный объем контактного пространства 0,1-10, например, 0,1-5 ч^-1, температура 10-90^oC и давление атмосферное или несколько выше.

Конкретная физическая форма измельченного (в виде частиц) катализатора не имеет решающего значения для осуществления изобретения. Следовательно, измельченный катализатор может быть в форме шариков, таблеток или гранул. Особенно полезным может быть использование катализатора в форме, которая описана в EP 0397342 A, опубликованном 14 ноября 1990 г.

Катализатор в виде частиц размещают в ряде последовательно соединенных реакционных пространств так, что поток движется противотоком к выделившемуся газообразному кислороду. Стояк, свободный от катализатора, где не происходит разложения гипохлорита, находится между каждым реакционным пространством так, что поток, содержащий гипохлорит-ионы, перемещается через реакционные пространства и лежащими между ними стояками в каскаде под давлением силы тяжести.

Дальнейшее пояснение изобретения дается со ссылкой на прилагаемый чертеж.

На чертеже дан схематический вид реактора, в котором может быть осуществлено изобретение.

На чертеже показан реактор 1, содержащий входное отверстие 2, через которое поток, содержащий гипохлорит-ионы, поступает в реактор 1, выпускное отверстие 3, через которое выпускается вытекающий поток, освобожденный от гипохлорит-ионов, и газовыпускное отверстие 4, через которое удаляется выделившийся кислород. В реакторе 1 содержится ряд реакционных пространств 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, в каждом из которых находится слой измельченного катализатора, с которым поток, содержащий гипохлорит-ионы, контактирует при его прохождении через реактор 1. Между последовательно расположенными реакционными пространствами этот поток направляется с помощью стояков 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, где не помещен никакой катализатор.

Может оказаться полезным предварительный нагрев потока, содержащего гипохлорит-ионы, до его контакта с измельченным катализатором. Таким образом, в этом варианте вышеописанного реактора первое реакционное пространство не содержит измельченного катализатора, а имеет подогреватель для поддержания оптимальной температуры при последующей каталитической реакции.

В еще одном варианте реактора он может содержать другие реакционные пространства после тех, где поток, содержащий гипохлорит-ионы, движется противоточно выделившемуся кислороду. Так как этот поток имеет пониженную концентрацию гипохлорит-ионов, то при его контактировании с измельченным катализатором в этих других реакционных пространствах он может совершать либо противоточное, либо прямоточное движение относительно выделившегося кислорода.

Дальнейшее пояснение изобретения дается со ссылкой на следующие примеры. Реактор с 5 последовательно расположенными реакционными пространствами использовался для определения сравнительного влияния восходящего и нисходящего потоков жидкости на скорость, при которой возможно разложение гипохлорит-ионов. Реакционные пространства имели такую конфигурацию, чтобы происходило поочередно восходящее и нисходящее движение потока через последовательно расположенные реакционные пространства с восходящим движением потока в первом реакционном пространстве.

Каждое реакционное пространство содержало количество катализатора, достаточное для достижения желаемой часовой скорости потока жидкости, проходящего через данный объем контактного пространства. Использовали измельченный катализатор, (Экструдат А в опубликованном EP 0397342 A) имел диаметр частиц около 3 мм.

На входе и выходе каждого реакционного пространства брали пробы из потока, содержащего гипохлорит-ионы, и таким образом определяли концентрации гипохлорита натрия на входе и выходе.

Эффективность каждого реакционного пространства измеряли путем вычисления константы скорости первого порядка, выводимой из объемной часовой скорости потока жидкости, проходящего через данный объем контактного пространства, и концентрации гипохлорита натрия на входе и выходе каждого реакционного пространства.

Результаты показаны в табл. 1.

Таким образом, можно видеть, что те реакционные пространства, в которых движется нисходящий поток, содержащий гипохлорит-ионы, показывают значительно более высокую константу скорости реакции первого порядка, чем реакционные пространства с восходящим потоком.

В дальнейшей группе примеров каждое из нескольких реакционных пространств было заполнено заданным объемом "Экструдата А" с диаметром частиц 2 мм. Поток, содержащий гипохлорит-ионы, пропускался через каждое реакционное пространство противоточно или прямоточно выделившемуся кислороду или при температуре около 40^oC. Эффективность каждого реакционного пространства затем определяли путем вычисления константы скорости первого порядка, выведенной из часовой скорости потока жидкости, проходящего через данный объем контактного пространства, и концентраций гипохлорита натрия на входе и выходе.

Результаты показаны в табл. 2.

Таким образом, можно видеть, что противоток постоянно дает более высокую скорость реакции и меньшую концентрацию гипохлорита натрия на выходе.

Использование: изобретение может быть использовано для каталитического разложения гипохлорит-ионов, содержащихся в потоке жидкости. Сущность изобретения: поток жидкости, содержащий гипохлорит-ионы, контактирует со слоем катализатора в виде частиц, который разлагает гипохлорит-ионы с выделением кислорода, причем катализатор расположен, по меньшей мере, в двух последовательно соединенных слоях, которые расположены в каскаде со стояками, поток жидкости направляют против потока выделившегося кислорода. Часовая объемная скорость потока жидкости, содержащей гипохлорит-ионы, который течет через слой катализатора, составляет 0,1-10 ч^-1, температура процесса 10-90^oC. 3 з. п. ф-лы, 1 ил, 2 табл.

1. Способ каталитического разложения гипохлорита, включающий контактирование потока жидкости, содержащей гипохлорит-ионы, со слоем катализатора в виде частиц, который разлагает гипохлорит-ионы с выделением газообразного кислорода, отличающийся тем, что процесс ведут по крайней мере в двух последовательно соединенных слоях катализатора, которые расположены в каскаде со стояками, свободными от катализатора, между последовательными слоями, и поток жидкости, содержащей гипохлорит-ионы, под действием силы тяжести течет вниз через по крайней мере первые два из последовательно соединенных слоев в противотоке к газообразному кислороду, выделившемуся при разложении гипохлорит-ионов, и вверх через стояки между последовательными слоями катализатора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрации гипохлорит-ионов в потоке жидкости, выраженная в показателях г•л^- 1 гипохлорита натрия, равна по крайней мере 20. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что поток жидкости течет через слои катализатора в виде частиц при часовой объемной скорости потока жидкости от 0,1 до 10 ч^- 1. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток жидкости течет через слои катализатора в виде частиц при 10 90^oС.