<EMI ID=1.1> <EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
Ces éléments sont présents sous forme de silice et de composés
<EMI ID=5.1>
vanadium et de potassium, sulfate de soude, etc... Ces catalyseurs '
se présentent généralement sous .la' forme de bâtonnets cylindriques
mais aussi de sphères, de tablettes cylindriques ou même d'anneaux , cylindriques.
Deux types de procossus de fabrication de ce catalyseur sont généralement utilisés :
Dans le premier type qui est aussi le plus courant,' la plupart des constituants essentiels du catalyseur sont mélangés avant l'opération
de formage des éléments de catalyseurs.
Le deuxième type de fabrication est moins souvent utilisé parce que
son coût est généralement plus élevé ;cependant il peut présenter des avantages
<EMI ID=6.1>
préalablement un support inerte qui est, après traitement thermique, trempé
dans une solution contenant les éléments actifs du catalyseur.
Dans les dernières années une attention spéciale a été^apportée aux
dimensions et aux formes des catalyseurs; dimensions et formes
influencent en effet considérablement la perte de charge dans les
réacteurs catalytiques, l'activité du catalyseur, sa résistance
mécanique et la rapidité d'encrassement des lits catalytiques lorsque des particules solides sont entraînées par les gaz dans les réacteurs.
Les caractéristiques suivantes sont principalement requises du
<EMI ID=7.1>
1..Une activité élevée à basse température; cette propriété permet de
<EMI ID=8.1>
ditions d'équilibre chimique et en conséquence les rendements de conversion du S02 en S03. Cette propriété est fonction de la composition chimique,du mode de fabrication et de la structure microscopique du catalyseur, ainsi que de divers paramètres physiques (porosité, surface spécifique, etc...
<EMI ID=9.1>
surface de contact antre les gaz en réaction d'une part et te catalyseur d'autre part.
<EMI ID=10.1>
d'utiliser des éléments de catalyseur plus petits mais 'ce-,
<EMI ID=11.1>
tiques.
3. Perte de charge dans les lits catalytiques : .
<EMI ID=12.1>
offrant de faibles pertes de charge dans les lits catalytiques dans un réacteur de dimensions données, une moindre perte de charge
<EMI ID=13.1>
l'énergie nécessaires ta compression des gaz; ou encore pour une perte de charge donnée du lit catalytique, des éléments de catalyseur
<EMI ID=14.1>
des réacteurs de diamètre moindre et donc moins coûteux. Seules la forme et les dimensions des éléments de catalyseurs permettent d'agir en ce domaine.
Une augmentation des dimensions des éléments de catalyseur permet d'obtenir une réduction des pertes de charge, mais aux dépens de la surface de contact gaz/catalyseur et donc l'activité du lit catalytique <EMI ID=15.1>
4. Rapidité d'encrassement des lits catalytiques
les gaz à traiter par les lits catalytiques contiennent généralement des poussières, présentes en quantités variant selon l'origine du gaz
<EMI ID=16.1>
!'encrassement progressif des lits de catalyseurs et surtout du lit qui se trouve le premier en contact avec le gaz; ce phénomène entraîne des augmentations de perte de charge et des pertes d'activité
<EMI ID=17.1>
des arrêts périodiques de l'unité de production; durant ces arrêts
le catalyseur doit être déchargé et tanisé; de plus les pertes dues au tamisage doivent être compensées par un apport de catalyseur neuf. Ces arrêts représentent des pertes importantes de production et augmentent donc les coûts d'exploitation.
On explique généralement la présence des dépôts dans la partie supérieure du premier lit catalytique par un phénomène de collage des poussières sur la surface du catalyseur qui renferme des composés chimiques ayant une certaine viscosité aux températures de travail élevées régnant dans le premier lit catalytique.
Pour un catalyseur ayant une composition chimique et une micro structure donnée, la forme et les dimensions des éléments de catalyseur ont une influence importante sur la vitesse d'encrassement.
5. Résistance mécanique :
Une bonne résistance mécanique dc� éléments de catalyseur, et en particulier une bonne résistance à l'attrition permettent d'accroître la durée de fonctionnement du lit catalytique et donc de réduire les arrêts pour tamisage et les pertes de catalyseur durant le tamisage.
Comme il est énoncé dans ce qui précède, la forme et les dimensions des éléments d'un catalyseur de composition chimique, de structure et de caractéristiques physiques données ont une influence importante sur l'activité, la perte de charge et la vitesse d'encrassement du catalyseur.
La présente invention concerne une nouvelle forme de catalyseur qui présente une activité élevée aux températures normales de fonctionnement, qui provoque des chutes de pression faibles, et qui permet de réduire considérablement les conséquences de l'encrassement des lits catalytiques tout en conservant une bonne résistance mécanique.
<EMI ID=18.1>
<EMI ID=19.1>
présente sous la forme de bâtonnets cylindriques ou prismatiques cannelés sur ieur surface extérieure, ces cannelures ayant une iargeur, une profondeur, un espacement, une orientation et une forme déterminés
de manière à optim:ser les caractéristiques d'activité, de perte de de charge et de vitesse d'encrassement du lit catalytique tout en conservant à ['élément de catalyseur une résistance mécanique satisfaisante.
La figure 1 représente à titre exemplatif divers éléments de catalyseur selon la présente invention : Fig. 1 (a) : Cylindre cannelé comportant cinq cannelures à parois latérales planes et parallèles à l'axe du cylindre. Fig. 1 (b) : Prisme carré présentant 4 cannelures à parois semi-cylindriques et parallèles à l'axe du prisme.
Les cannelures peuvent également ne pas être parallèles à l'axe du cylindre ou du prisme-
De préférence, et pour des considérations de facilité de fabrication et
de résistance mécanique du catalyseur, on utilisera des cylindres à cannelurss parallèles à l'axe du cylindre et on évitera que les
cannelures ne présentent des arètes vives.
Ces considérations ont conduit à définir préférentiellement les dimensions et ta forme de l'élément de catalyseur de la manière suivante (voir figure 2) 1[deg.] Forme : cylindre cannelé à cannelures parallèles à l'axe du cylindre
2[deg.] Diamètre extérieur du cylindre D : le diamètre extérieur dy cylindre
<EMI ID=20.1>
3[deg.] Nombre de cannelures N :
<EMI ID=21.1>
égal à 5,6 ou 7.
<EMI ID=22.1>
La rapport hauteur/diamètre de l'élément de catalyseur peut varier dans de larges proportions, de 0.3 à 3 et généralement de 0.5 à 2.0.
La vaieur de ce rapport peut varier d'un élément de catalyseur à
<EMI ID=23.1>
.r..
5[deg.] Pour des raisons de facilité de fabrication les parois latérales
des dents seront de préférence parallèles. Les arêtes des cannelures et des dents seront soit vives soit arrondies.
6[deg.] Profondeur des cannelures (1) P :
La profondeur doit être limitée pour conserver à l'élément de catalyseur une résistance mécanique suffisante. En général le
rapport profondeur des dents P / diamètre extérieur D sera compris entre 0.10 et 0.30 et de préférence entre 0.13 et 0.20.
7[deg.] Largeur des dents (2) Ld :
Celle-ci est également conditionnée par des considérations dé résistance mécanique.
<EMI ID=24.1>
de préférence entre 0.21 et 0.30.
8[deg.] Distance entre deux dents consécutives (2) Lc :
Cette distance est fixée pour empêcher l'interpénétration des éléments de catalyseur ou réduire les possibilités d'interpénétration Normalement le rapport Lc / Ld sera donc compris entre 0.3 et 1 .05 et de préférence entre 0.8 et 1.05.
Les avantages des catalyseurs faisant l'objet de la présente invention sont mis en évidence par les exemptes suivants :
Exemple 1. :
<EMI ID=25.1>
- 10 Kg de Kieselguhr
- 7 litres d'une solution aqueuse à température de 95 [deg.]C et <EMI ID=26.1>
- 3 Kg d' H2S04 à 98 %
- 1.5 Kg d'un constituant organique
<EMI ID=27.1>
20 à 24 heures avant d'être mis en forme d'une part sous forme
<EMI ID=28.1>
forme de bâtonnets cylindriques cannelés selon l'invention mais "^représentant les mêmes dimensions extérieures-
Les dimensions moyennes des éléments de catalyseur selon l'exemple 1 sont données dans la figure 3 A.
Les deux types d'éléments de catalyseur sont ensuite séchés puis
<EMI ID=29.1>
processus de production ils présentent les mêmes caractéristiques internes (composition chimique pondérale,surface spécifique,, porosité et structure internes) ; quant aux caractéristiques géométriques
ces deux formes de catalyseurs elles sont comparées dans le tableau suivant :
<EMI ID=30.1>
Les deux formes de catalyseurs sont ensuite comparées tant du point de vue perte de charge que du point de vue activité du catalyseur.
1[deg.] Perte de charge :
Ces tests sont conduits de la manière suivante :
Dans un tube en verre ayant un diamètre intérieur de 8.95 cm on
installe un volume d'environ 5 litres de catalyseur ; on fait circuler de haut.en bas sous pression proche de la pression atmosphérique un courant d'air et on mesure la perte de charge
du lit de catalyseur pour différents débits d'air. Après déduction des pertes de charge mesurées dans le tube en absence de catalyseur, on détermine un coefficient de perte de charge selon la formule suivante :
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
<EMI ID=33.1>
entre les mesures avec et sans catalyseur dans le tube. )
<EMI ID=34.1>
P pression d'entrée absolue, bars
<EMI ID=35.1>
L : hauteur du lit en m
<EMI ID=36.1>
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
donnés par le calcul.
<EMI ID=39.1>
L'avantage de la forme cannelée selon Itinvention est considérable puisqu'il se traduit par une réduction de perte de charge de l'ordre de 58 %.
2[deg.] Activité du catalyseur :
Les tests sont conduits dans un réacteur isothermique constitué d'un
<EMI ID=40.1>
ratures sont mesurées dans t'axe centra! du lit de catalyseur, respectivement à 1 cm de la surface supérieure du lit de catalyseur et 1 en de la surface inférieure.
<EMI ID=41.1>
de gaz sous un* pression proche de la pression atmosphérique et avec un débit de 950 titres normaux par heure.
La composition du gaz à l'entrée du tracteur est la suivants :
<EMI ID=42.1>
<EMI ID=43.1>
<EMI ID=44.1>
calculé . par la formule :
Rendement de conversion
<EMI ID=45.1>
<EMI ID=46.1>
<-
Les essais sont conduits à différentes tampératures comprises entre 400[deg.]C et 450[deg.]C.
..'
Les résultats obtenus pour les 2 formes de catalyseurs sont donnés
dans le graphique de la figure 4; on voit que dans la zone de température considérée l'élément de catalyseur cannelé selon Fig. 3 A (2)
offre un rendement de conversion de l'ordre de 3 supérieur par rapport à l'élément de catalyseur classique selon la figure 3 A (1) ; ceci est
<EMI ID=47.1>
catalyseur cannelé.
Exemple 2 :
Dans un mélangeur on introduit successivement :
- 10 kg de kieselguhr <EMI ID=48.1> <EMI ID=49.1> organique "quitte.
<EMI ID=50.1>
<EMI ID=51.1>
<EMI ID=52.1>
<EMI ID=53.1>
<EMI ID=54.1>
<EMI ID=55.1>
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
Comme dans l'exemple 1 les deux types d'élément de catalyseur présentent les mêmes caractéristiques de structure Interne et de composition chimique ; seules leurs caractéristiques géométriques sont différentes, se!on
<EMI ID=58.1>
<EMI ID=59.1>
Comme dans l'exemple 1, les deux forme de catalyseurs sont comparées au point de vue perte de charge et au point de vue activité.
<EMI ID=60.1>
Les résultats expérimentaux sont obtenus dans les mêmes conditions d'essai que celles de l'exemple 1. lis se comparent comme suit aux résultats de calcul théorique
<EMI ID=61.1>
<EMI ID=62.1>
<EMI ID=63.1>
<EMI ID=64.1> des réacteurs plus petits et présentant un rapport hauteur/diamètre
plus élevé. possibilité d'espacer les durées de fonctionnement entre deux opérations'
<EMI ID=65.1>
<EMI ID=66.1>
<EMI ID=67.1>
pourra être captée avant que ne soient atteintes des pertes. de charge prohibitives. De- plus la surface de contact gaz/catalyseur étant supérieure dans !e cas de la forme cannelée, les poussières seront captées
<EMI ID=68.1>
une moindre mesure la performance globale des lits de catalyseur." <EMI ID=69.1>
1. Procédé catalytique de transformation du S02 en S03 ,caractérisé en ce que
<EMI ID=70.1>
cannelés.
<EMI ID=71.1>
par le fait qu'il est constitué d'éléments cylindriques ou prismatiques pleins ou creux dotés sur leurs parois cylindrique ou prismatique latérales de cannelures dont l'espacement, ia profondeur et la largeur sont telles que par rapport à un cylindre ou à un prisme non cannelés de hauteur et de dimension extérieure identiques, la surface de-contact gaz-solide est accrue tout en maintenant une résistance mécanique suffisante.
<EMI ID = 1.1> <EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1>
These elements are present in the form of silica and compounds
<EMI ID = 5.1>
vanadium and potassium, sodium sulfate, etc ... These catalysts'
generally take the form of cylindrical rods
but also spheres, cylindrical tablets or even cylindrical rings.
Two types of manufacturing process for this catalyst are generally used:
In the first type which is also the most common, most of the essential constituents of the catalyst are mixed before the operation.
for forming catalyst elements.
The second type of manufacturing is used less often because
its cost is generally higher; however, it can have advantages
<EMI ID = 6.1>
beforehand an inert support which is, after heat treatment, quenched
in a solution containing the active elements of the catalyst.
In recent years special attention has been paid to
dimensions and shapes of the catalysts; dimensions and shapes
indeed considerably influence the pressure drop in the
catalytic reactors, the activity of the catalyst, its resistance
mechanics and the speed of fouling of the catalytic beds when solid particles are entrained by the gases in the reactors.
The following features are mainly required from
<EMI ID = 7.1>
1..A high activity at low temperature; this property allows
<EMI ID = 8.1>
ditions of chemical equilibrium and consequently the conversion yields of S02 to S03. This property is a function of the chemical composition, the method of manufacture and the microscopic structure of the catalyst, as well as various physical parameters (porosity, specific surface, etc.
<EMI ID = 9.1>
contact surface between the reacting gases on the one hand and the catalyst on the other.
<EMI ID = 10.1>
to use smaller catalyst elements but 'ce-,
<EMI ID = 11.1>
ticks.
3. Pressure drop in the catalytic beds:.
<EMI ID = 12.1>
offering low pressure drops in the catalytic beds in a reactor of given dimensions, less pressure drop
<EMI ID = 13.1>
the energy necessary for your gas compression; or for a given pressure drop of the catalytic bed, catalyst elements
<EMI ID = 14.1>
reactors of smaller diameter and therefore less expensive. Only the shape and dimensions of the catalyst elements make it possible to act in this area.
An increase in the dimensions of the catalyst elements makes it possible to obtain a reduction in pressure losses, but at the expense of the gas / catalyst contact surface and therefore the activity of the catalytic bed <EMI ID = 15.1>
4. Rapid fouling of the catalytic beds
the gases to be treated by the catalytic beds generally contain dust, present in quantities varying according to the origin of the gas
<EMI ID = 16.1>
progressive fouling of the catalyst beds and especially of the bed which comes first into contact with the gas; this phenomenon leads to increases in pressure drop and loss of activity
<EMI ID = 17.1>
periodic shutdowns of the production unit; during these stops
the catalyst must be discharged and tanned; moreover losses due to sieving must be compensated by a supply of new catalyst. These shutdowns represent significant production losses and therefore increase operating costs.
The presence of deposits in the upper part of the first catalytic bed is generally explained by a phenomenon of sticking of dust on the surface of the catalyst which contains chemical compounds having a certain viscosity at the high working temperatures prevailing in the first catalytic bed.
For a catalyst having a given chemical composition and microstructure, the shape and dimensions of the catalyst elements have an important influence on the fouling rate.
5. Mechanical resistance:
Good mechanical resistance dc � catalyst elements, and in particular good attrition resistance, make it possible to increase the operating time of the catalytic bed and therefore to reduce the stops for sieving and the losses of catalyst during sieving.
As stated above, the shape and dimensions of the elements of a catalyst of given chemical composition, structure and physical characteristics have a significant influence on the activity, the pressure drop and the fouling rate. of the catalyst.
The present invention relates to a new form of catalyst which exhibits a high activity at normal operating temperatures, which causes low pressure drops, and which makes it possible to considerably reduce the consequences of fouling of the catalytic beds while retaining good mechanical strength. .
<EMI ID = 18.1>
<EMI ID = 19.1>
present in the form of cylindrical or prismatic rods fluted on their external surface, these flutes having a width, a depth, a spacing, an orientation and a determined shape
so as to optim: ser the activity characteristics, pressure drop and fouling speed of the catalytic bed while retaining the catalyst element satisfactory mechanical strength.
FIG. 1 shows by way of example various elements of catalyst according to the present invention: FIG. 1 (a): Grooved cylinder comprising five grooves with flat side walls and parallel to the axis of the cylinder. Fig. 1 (b): Square prism with 4 grooves with semi-cylindrical walls and parallel to the axis of the prism.
The grooves may also not be parallel to the axis of the cylinder or the prism-
Preferably, and for considerations of ease of manufacture and
of mechanical strength of the catalyst, cylinders with grooves parallel to the axis of the cylinder will be used and the
grooves do not have sharp edges.
These considerations have led to preferentially define the dimensions and the shape of the catalyst element in the following manner (see FIG. 2) 1 [deg.] Shape: grooved cylinder with grooves parallel to the axis of the cylinder
2 [deg.] Outside diameter of cylinder D: outside diameter of cylinder
<EMI ID = 20.1>
3 [deg.] Number of splines N:
<EMI ID = 21.1>
equal to 5.6 or 7.
<EMI ID = 22.1>
The height / diameter ratio of the catalyst element can vary within wide proportions, from 0.3 to 3 and generally from 0.5 to 2.0.
The value of this ratio can vary from one element of catalyst to
<EMI ID = 23.1>
.r ..
5 [deg.] For reasons of ease of manufacture the side walls
teeth will preferably be parallel. The edges of the grooves and teeth will be either sharp or rounded.
6 [deg.] Depth of grooves (1) P:
The depth must be limited to maintain sufficient mechanical strength for the catalyst element. In general the
tooth depth P / outside diameter D ratio will be between 0.10 and 0.30 and preferably between 0.13 and 0.20.
7 [deg.] Width of the teeth (2) Ld:
This is also conditioned by considerations of mechanical resistance.
<EMI ID = 24.1>
preferably between 0.21 and 0.30.
8 [deg.] Distance between two consecutive teeth (2) Lc:
This distance is fixed to prevent the interpenetration of the catalyst elements or to reduce the possibilities of interpenetration Normally the Lc / Ld ratio will therefore be between 0.3 and 1.05 and preferably between 0.8 and 1.05.
The advantages of the catalysts which are the subject of the present invention are demonstrated by the following examples:
Example 1.:
<EMI ID = 25.1>
- 10 Kg of Kieselguhr
- 7 liters of an aqueous solution at a temperature of 95 [deg.] C and <EMI ID = 26.1>
- 3 Kg of H2S04 98%
- 1.5 Kg of an organic constituent
<EMI ID = 27.1>
20 to 24 hours before being shaped on the one hand in the form
<EMI ID = 28.1>
form of fluted cylindrical rods according to the invention but "^ representing the same external dimensions-
The average dimensions of the catalyst elements according to Example 1 are given in FIG. 3 A.
The two types of catalyst elements are then dried and
<EMI ID = 29.1>
production process they have the same internal characteristics (chemical composition by weight, specific surface, internal porosity and structure); as for the geometric characteristics
these two forms of catalysts are compared in the following table:
<EMI ID = 30.1>
The two forms of catalyst are then compared both from the pressure drop viewpoint and from the viewpoint of catalyst activity.
1 [deg.] Pressure loss:
These tests are carried out as follows:
In a glass tube with an inner diameter of 8.95 cm,
installs a volume of approximately 5 liters of catalyst; an air current is circulated from top to bottom under pressure close to atmospheric pressure and the pressure drop is measured
of the catalyst bed for different air flows. After deduction of the pressure drops measured in the tube in the absence of catalyst, a pressure drop coefficient is determined according to the following formula:
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
<EMI ID = 33.1>
between measurements with and without catalyst in the tube. )
<EMI ID = 34.1>
P absolute inlet pressure, bars
<EMI ID = 35.1>
L: bed height in m
<EMI ID = 36.1>
<EMI ID = 37.1>
<EMI ID = 38.1>
given by calculation.
<EMI ID = 39.1>
The advantage of the fluted form according to Itinvention is considerable since it results in a reduction in pressure drop of the order of 58%.
2 [deg.] Activity of the catalyst:
The tests are carried out in an isothermal reactor consisting of a
<EMI ID = 40.1>
erasures are measured in the central axis! from the catalyst bed, respectively 1 cm from the upper surface of the catalyst bed and 1 cm from the lower surface.
<EMI ID = 41.1>
of gas at a pressure close to atmospheric pressure and with a flow rate of 950 normal titles per hour.
The composition of the gas at the tractor inlet is as follows:
<EMI ID = 42.1>
<EMI ID = 43.1>
<EMI ID = 44.1>
calculated. by the formula:
Conversion efficiency
<EMI ID = 45.1>
<EMI ID = 46.1>
<-
The tests are carried out at different temperatures between 400 [deg.] C and 450 [deg.] C.
.. '
The results obtained for the 2 forms of catalysts are given
in the graph in Figure 4; it can be seen that in the temperature zone considered the element of fluted catalyst according to FIG. 3 A (2)
offers a conversion efficiency of the order of 3 higher compared to the conventional catalyst element according to FIG. 3 A (1); this is
<EMI ID = 47.1>
fluted catalyst.
Example 2:
In a mixer we successively introduce:
- 10 kg of kieselguhr <EMI ID = 48.1> <EMI ID = 49.1> organic "leaves.
<EMI ID = 50.1>
<EMI ID = 51.1>
<EMI ID = 52.1>
<EMI ID = 53.1>
<EMI ID = 54.1>
<EMI ID = 55.1>
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
As in Example 1, the two types of catalyst element have the same characteristics of internal structure and chemical composition; only their geometrical characteristics are different, if!
<EMI ID = 58.1>
<EMI ID = 59.1>
As in Example 1, the two forms of catalysts are compared from the pressure drop point of view and from the activity point of view.
<EMI ID = 60.1>
The experimental results are obtained under the same test conditions as those of Example 1. They are compared as follows with the results of theoretical calculation
<EMI ID = 61.1>
<EMI ID = 62.1>
<EMI ID = 63.1>
<EMI ID = 64.1> smaller reactors with a height / diameter ratio
higher. possibility of spacing the operating times between two operations'
<EMI ID = 65.1>
<EMI ID = 66.1>
<EMI ID = 67.1>
can be picked up before losses are reached. prohibitive charges. In addition, since the gas / catalyst contact surface is greater in the case of the fluted form, the dust will be captured.
<EMI ID = 68.1>
to a lesser extent the overall performance of the catalyst beds. "<EMI ID = 69.1>
1. Catalytic process for transforming S02 into S03, characterized in that
<EMI ID = 70.1>
grooved.
<EMI ID = 71.1>
by the fact that it is made up of solid or hollow cylindrical or prismatic elements provided on their lateral cylindrical or prismatic walls with grooves whose spacing, depth and width are such as with respect to a cylinder or a non-prism fluted with identical height and external dimension, the gas-solid contact surface is increased while maintaining sufficient mechanical strength.