[发明专利]整体式反应器

说明书

本发明涉及用于管式反应器的催化剂载体。更具体地，其涉及在 进行放热反应或吸热反应的管式反应器中使用的催化剂载体。还更具 体地，其涉及在进行放热反应或吸热反应的、包括多个催化剂载体的 反应器中使用的催化剂载体。

管式反应器包括管，其通常为圆柱形，并且通常任意地填充有催 化剂颗粒。热传递装置将位于这些管的外部。在操作期间，气体、液 体、或气体和液体二者经催化剂颗粒流经管，以便发生期望的反应。

对于许多反应，反应的热效应是中度的。在这种情况中，可以使 用大直径管以便存在穿过该管的大体积催化剂。然而，对于更加放热 或更加吸热的反应，必须存在通过管壁的有效热传递以控制反应器内 的条件。这意味着必须减少穿过管的催化剂颗粒的数量以及该管的横 截面。

发生中度至高度的放热反应的管式反应器在许多情况中热传递是 受限的。一个缺点在于难以实现更高活性的催化剂的益处，因为增加 的产率产生了增加的热量，必须以保持稳定的操作温度的速率来除去 该热量，由此避免热散逸。当反应为中度至高度的吸热反应时，随着 增加的热而产生问题，并在一些系统中，能发生对管壁的损坏。

已知的反应器具有许多缺陷，这使它们低于理想值。对这些反应 器应注意的一个问题是为了有效地提取反应的热，管在直径上必须相 对小以确保管的中线保持足够的凉爽以避免放热反应中的热散逸或吸 热反应中的猝灭。因为管必须相对小，所以通常具有约15mm至40mm 的内径，这显著增加了在反应器中需要包含特定催化剂体积的管的数 量并由此增加了管重量，因此限制了具有合理的运输尺寸和重量的单 一反应器的产能。

第二个问题在于催化剂颗粒必须为一定尺寸、形状和强度以便对 于适当管长度而言不导致过度压力下降，并且通常这导致使用较大的 催化剂颗粒。当反应为传质受限的或热传递受限的或上述两种情况时， 这本身可能成为问题。尽管这些问题中的一些可以通过保证活性位点 仅存在于催化剂颗粒的表面附近而缓解，但这限制能够实现的产率， 因为可用的活性位点必须更过度的运行以实现合理的总产能，这可能 降低催化剂寿命。

因此期望提供使用较大横截面积的管的装置，所述管具有粉末状 的或高表面积整体的或泡沫状的催化剂，其以高生产率操作，由此具 有高热量输出，同时保持长管，达到约20m的程度，并且保持可接受 的压力下降。

在第0918426.0号GB申请中通过催化剂载体装置提供了该问题 的解决方案，所述催化剂载体装置被配置为位于反应器管内并且在使 用中优化管壁处的热传递，因此能够使用更大的管和更大体积的较小 催化剂颗粒，并且即使在放热反应或吸热反应中也能以高生产率来操 作反应器，并具有可接受的压力下降。

所描述的布置提供了用于插入管式反应器的管内的催化剂载体， 其包括：

用于在使用中容纳催化剂的环形容器，所述容器具有界定管的穿 孔内壁、穿孔外壁、闭合所述环形容器的顶表面，以及闭合所述环形 容器的底表面；

闭合所述管底部的表面，所述管由环形容器的内壁形成；

裙部(skirt)，其从所述环形容器的穿孔外壁由位于或邻近于所述容 器的底表面的位置向上延伸至低于密封件位置的位置；以及

密封件(seal)，其位于或邻近于所述顶表面并从所述容器延伸一定 距离，其延伸超过所述裙部的外表面。

尽管与现有技术布置相比，该解决方案提供了诸多益处，但其应 用通常涉及使用颗粒状催化剂的方法。然而，在一些反应中，例如 Fischer-Tropsch蒸汽转化和氢化，可能使用整体式催化剂。尽管这些 整体式催化剂可能在一些情况下具有比颗粒状催化剂更好的益处，但 是这些整料仍具有与将热传递至整料体中心或从整料体中心传递热相 关的问题。尽管与陶瓷整料相比，金属整料具有改善的热传递，但是 对于能传导至整料中心内的反应处或从整料中心内的反应传导出的热 量仍受到限制。尽管整体式催化剂能用于第0918426.0号GB申请中 的催化剂载体，但是已经发现当使用整体式催化剂时，可以省略穿孔 内壁和穿孔外壁。

因此，根据本发明，提供了用于插入管式反应器的管内的整体式 催化剂载体，其包括：

用于在使用中容纳整体式催化剂的容器，所述容器具有闭合所述 容器的底表面、和从所述容器底表面向上延伸至低于密封件位置的位 置并与其隔开的裙部，定位所述裙部使得在整体式催化剂的外表面和 裙部之间存在空间；以及