[发明专利]颗粒过滤器用于限制催化剂失活的用途

说明书

本发明涉及多相催化，特别是涉及整块体(monolithes)作为颗粒过滤器来限制固定床反应器中催化剂失活的用途。本发明还涉及包含该整块体作为颗粒过滤器的固定床反应器。

众多工业过程使用多相催化反应。在这些过程中出现的主要问题之一是催化剂失活问题。多相催化剂存在不同失活的方式，如有机或无机化合物的沉积，活性位点的毒化，和金属的损失。

在这些失活方式中，在催化剂表面上形成沉积物限制了试剂到达活性位点并因此逐渐降低反应器的性能。这种活性损失通常与催化剂的化学性质相关，其在其表面促进副反应或聚合反应。在其它情况中，这些沉积物的前体在催化床的上游形成或者是试剂中存在的杂质，并且沉积在催化床的顶部。

通用术语“焦炭”用于定义沉积物(其性质并非完全是有机的)的形成：其可以是得自试剂的降解或者试剂中存在的杂质的含碳沉积物，但也可以是无机化合物，如催化剂粉尘，包括得自所涉及的催化床上游的过程的粉尘。所述焦炭沉积物也可以含有来自反应器磨损或腐蚀和/或位于催化床上游的单元的金属颗粒。在大多数情况下，其是并合了催化剂失活的各种方式的有机/无机混合物。

焦炭的形成导致催化剂性能的劣化并因此限制了反应产物的产率。

催化剂活性的丧失意味着装置的周期性停车以再生催化剂，例如用热的方法再生，这导致工业装置缺乏生产率。

当焦炭在催化床上游具有其前体时，限制催化剂失活的一种工业解决方案是在催化床上游使用牺牲床(lit sacrificiel)。这种牺牲床可以由催化剂或者由化学惰性固体的珠构成。这种牺牲床在焦炭沉积物到达催化床之前固定所述焦炭沉积物。然后周期性地更换所述牺牲床以保持催化剂性能。在某些情况下，可以层叠数个连续的层以优化反应器操作。这是例如在石油馏分加氢处理中的情况；惰性固体的层被用于固定最大的颗粒，尤其是反应器腐蚀所产生的金属颗粒或不饱和分子的聚合产生的胶。活性固体的层用于捕获金属例如钒、镍、砷或钠，它们是已知的加氢处理催化剂毒物。这些不同的层被置于加氢处理中涉及的催化剂之上，并因此限制其失活。

已经提出的其它方案以避免由于焦炭的形成而导致的催化剂失活。专利申请EP 1714955披露了一种用于在固定床多管反应器中消除固体有机物质沉积的方法，该方法在于在催化剂填充的管的顶部，或者在催化剂的层之间，或者作为与催化剂的混合物，引入Hammett酸度为-5.6至1.5的固体；该方法适于气相催化氧化反应，更特别地适于在分子氧的存在下丙烯氧化成丙烯醛，接着是丙烯醛氧化成丙烯酸的反应。

在专利申请EP 1734028中，使用过滤的空气作为氧气源，实施了在催化剂存在下使用氧化反应从丙烯或丙烷制备丙烯醛和丙烯酸的方法。过滤器，例如金属网型的过滤器，被用在所述方法的上游以除去所述方法所需的空气中悬浮存在的颗粒。

其它解决方案，如专利US 6545178中披露的方案，在于通过使用不含杂质的原材料，限制是催化剂上沉积物的根源的副产物的形成。然而，这种方法确实需要预先纯化原材料，如用于制备丙烯醛/丙烯酸的丙烯，而这导致该工艺的高成本。

通常，常规工业方法在催化床上游使用由陶瓷材料(其不必是化学惰性的)制成的小尺寸珠床(lit de billes)，作为由于焦炭的沉积导致的催化剂失活问题的解决方案。所述珠被简单地放置在多管反应器每个管中的催化床之上。它们通过例如吸出该珠床而进行置换，并且为了不破坏位于惰性珠床之下的催化床必须采取大量的预防工作。这种操作不仅就时间而言是昂贵的，而且使工作人员暴露。此外，使用抽吸来卸载通常由于焦炭而彼此牢固结合的珠，导致破坏了每次操作必须被置换的珠。

出人意料地，发现可以通过使用整块体结构的颗粒过滤器(它们已知用于柴油机颗粒过滤器)来在多管反应器中的催化反应期间限制催化剂的失活。

因此，本发明的一个主题是整块体(monolithes)作为在多管反应器中在催化反应期间限制催化剂失活的颗粒过滤器的用途，所述整块体包括其壁由多孔陶瓷材料制成的且其入口截面大于或等于出口截面的平行通道。

所述整块体，优选由单块构成，被简单地放置在催化床上。因此它们可以容易地被取出和置换。与例如必须极端小心(以不损坏位于惰性珠床下面的催化床)吸取该珠床相比，置换由单块构成的整块体要容易得多。

与珠床相比，所述整块体还导致更低的压降。事实是所述压降仅由所述整块体的壁的厚度产生，其壁厚与等于所述单块长度的珠床相比要小得多。

阅读后面的描述并参考附图，本发明的其它特征和优点将变得更加显而易见，在所述附图中：