CN104981287A - 用于进行自热气相脱氢的反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有垂直纵轴的圆柱体形式的反应器(1)，其用于在配置成单块(4)的非均相催化剂上借助含氧气流(3)进行的含烃气流(2)的自热气相脱氢以得到反应气体混合物，其中一个或多个催化活性区(5)排列在反应器(1)的内部空间中，各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块(4)组成的填料的且具有固定内构件的混合区(6)提供于各催化活性区(5)的上游。反应器具有-在反应器(1)的下端的用于待脱氢含烃气流(2)的一个或多个进料管线(7)，-一个或多个可独立调节进料管线(9)，其中各个进料管线(9)向一个或多个分配器(10)供料，用于使含氧气流(3)进入各个混合区(6)中，以及-在反应器(1)上端的用于自热气相脱氢的反应气体混合物的一个或多个排料管线(11)，其中反应器(1)的内壁在其整个面积上具有隔离层(13、14、15)，且其中从反应器外部到达多个催化活性区(5)中的一个或每一个的可达性在每种情况下借助一个或多个人孔(12)确保，或者其中各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料的多个催化活性区(5)中的一个或每一个，包括：-提供在各个催化活性区(5)上游且具有固定内构件的混合区(6)，-一个或多个可独立调节进料管线(9)，和-每种情况下由一个进料管线(9)供料的一个或多个分配器(10)，被各自配置成一个可单独安装和移除的模块(24)。

Description

用于进行自热气相脱氢的反应器
本发明涉及用于使用配置成单块的非均相催化剂进行自热气相脱氢的反应器以及使用该反应器的方法。
陶瓷或金属单块确认为移动和固定废气提纯中的贵金属催化剂的催化剂载体。该通道提供低流动阻力与气体反应介质到催化剂外表面的均匀可达性组合。这与无序床相比是有利的，在无序床中大压降由于围绕颗粒的流的大量偏移而产生且不能均匀地利用催化剂表面。单块的使用通常对在高温下具有高体积流量和绝热反应条件的催化方法而言是重要的。在化学方法技术中，这些特征特别适用于在400-700℃的温度范围内进行的脱氢反应。
催化剂技术的进展使得脱氢氢气可在烃的存在下选择性燃烧，如例如US 7,034,195所述。合适的操作模式称为自热脱氢并容许直接加热脱氢反应器，使得省去用于间接预热和中间加热反应混合物的复杂设备。这种方法例如描述于US 2008/0119673中。然而，该方法具有严重的缺点：脱氢在团粒形式的非均相催化剂上进行：团粒床的高流动阻力需要大的反应器横截面和相应低的流动速度以限制催化活性床中的压降。该缺点通过用于计量添加并分布氧气的非常复杂的设备补偿，其削弱了自热脱氢的优点。
EP-A 2 506 963提供了基本水平圆柱形式的反应器，其用于借助含氧气流在配置成单块的非均相催化剂上进行含烃气流的自热气相脱氢以得到反应混合物，其中
-反应器的内部空间被可拆卸的圆柱形或棱柱形外壳G分成如下区域，所述外壳G在反应器的纵向上排列并且在圆周方向上为气密的且在两个端面上为开放的
-具有一个或多个催化活性区的内部区域A，其中提供每种情况下由上下、前后、左右彼此堆叠的单块构成的填料和每种情况下在各个催化活性区上游的具有固体内构件的混合区，和
-与内部区域A共轴排列的外部区域B，
-具有一个或多个用于将待脱氢含烃气流供入外部区域B中的进料管线，其中待脱氢烃料流在反应器的一端偏移并经由流量平衡器引入内部区域A中，
-具有一个或多个可独立调整的进料管线，其中各个进料管线供给一个或多个分配室，其用于将含氧气流供入各个混合区中，和
-在与待脱氢烃流的进料管线相同的反应器末端具有用于自热气相脱氢的反应混合物的排料管线。
在配置了用于自热气相脱氢的反应气体混合物的排料管线的反应器末端，有利地提供壳管式换热器，其具有用于自热气相脱氢的反应气体混合物通过的一束管，并且具有在待脱氢含烃气流与自热气相脱氢的反应混合物逆流通过的管之间的中间空间。
由EP-A 2 506 963出发，WO 2012/084609提出从安全性观点看改进的反应器，根据该反应器，向外部区域B中供入在自热气相脱氢的反应条件下为惰性的气体，并将待脱氢含烃气流经由进料管线引入换热器，借助所述换热器通过间接热交换而将反应气体混合物逆流加热并进一步输送至与换热器相对的反应器末端，在那里偏移，借助流量平衡器(flowequalizer)引入内部区域A中，并在混合区中与含氧气流混合，由此在反应器的内部区域A中进行自热气相脱氢。
然而，以上反应器的设计是复杂的，特别是因为通过提供在反应器的纵向上排列的外壳而将反应器的内部分成内部区域和外部区域。
因此，本发明的目的是提供使用配置成单块的非均相催化剂进行自热气相脱氢的反应器，所述反应器具有明显比以上所述更简单的设计并确保单块根据需要的简单置换。
该目的通过具有垂直纵轴的圆柱体形式的反应器实现，所述反应器用于进行在配置成单块的非均相催化剂上借助含氧气流将含烃气流自热气相脱氢以得到反应气体混合物，其中
-各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料的一个或多个催化活性区排列在反应器的内部空间中且具有固定内构件的混合区提供于各催化活性区的上游，
-在反应器的下端具有用于待脱氢含烃气流的一个或多个进料管线，
-具有一个或多个可独立调节进料管线，其中各个进料管线向一个或多个分配器供料，用于使含氧气流进入各个混合区中，和
-在反应器上端具有用于自热气相脱氢的反应气体混合物的一个或多个排料管线。
其中反应器的内壁在其整个面积上具有隔离(insulation)层，且其中从反应器外部到达多个催化活性区中的一个或每一个的可达性
-每种情况下借助一个或多个人孔确保，或者
-其中各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料的多个催化活性区中的一个或每一个，其包括
-提供在各个催化活性区上游且具有固定内构件的混合区，
-一个或多个可独立调节进料管线，和
每种情况下由一个进料管线供料的一个或多个分配器，被各自配置成一个可单独安装和移除的模块。
各模块可例如连接在一起并借助焊缝相互分开。
各模块可例如连接在一起并借助法兰相互分开。
在一个实施方案中，该目的通过具有垂直纵轴的圆柱体形式的反应器实现，所述反应器用于进行在配置成单块的非均相催化剂上借助含氧气流将含烃气流自热气相脱氢以得到反应气体混合物，其中：
-各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料的一个或多个催化活性区排列在反应器的内部空间中，且具有固定内构件的混合区提供于各催化活性区的上游，
-在反应器的下端具有用于待脱氢含烃气流的一个或多个进料管线，
-具有一个或多个可独立调节进料管线，其中各个进料管线向一个或多个分配器供料，用于使含氧气流进入各个混合区中，和
-在反应器上端具有用于自热气相脱氢的反应气体混合物的一个或多个排料管线，
其中多个催化活性区中的一个或每一个每种情况下经由一个或多个人孔从反应器外部可达到，且反应器的内壁在其整个面积上具有隔离层。
因此，根据本发明提出了为具有垂直纵轴的圆柱体形式的反应器，即竖直设备。
单块以一定方式安装在催化活性区中，使得通过单块的通道的流在垂直方向上进行。
自热气相脱氢在以单块形式存在的非均相催化剂上进行。
为此目的，单块为具有多个平行通道的单个的平行六面体块，所述通道具有0.36-9mm2的窄横截面并且行进通过该块。通道优选具有正方形横截面，特别是具有0.6-3mm，特别优选1.0-1.5mm的正方形边长。
单块优选由优选通过洗涂(washcoating)方法将催化活性层应用于其上的陶瓷材料作为载体材料制成。
单块结构的最常用材料为堇青石(包含比为2:5:2的氧化镁、二氧化硅和氧化铝的陶瓷材料)。其单块结构为市售的其它材料为金属、莫来石(二氧化硅和氧化铝的混合氧化物，比2:3)和碳化硅。这些材料如同堇青石一样具有低BET比表面积(BET＝Brunauer，Emmet和Teller)(例如在堇青石的情况下，通常0.7m2/g)。
可得到空泡(cell)密度为25-1600cpsi(空泡每平方英寸，相当于5-0.6mm的空泡大小)的单块陶瓷元件。几何表面积通过使用较高的空泡密度而提高，使得催化剂可更有效地使用。较高空泡密度的缺点是更困难一些的生产、更困难的洗涂和反应器上较高的压降。此外，网在空泡密度大的情况下通常更薄，这降低单块的机械稳定性。在圆柱形反应器中，必须借助合适的切割使单块适应外围区域。然而，与填充有无规填料元件的反应器相比，对于具有高空泡密度的单块而言，压降保持非常低(通常低10倍)，这可归因于直单块通道。
为生产单块陶瓷元件，可制备滑石、粘土和氧化铝供给组分和二氧化硅的混合物，将混合物混合以形成模制组合物，将混合物成型，将粗产物干燥并将它在1200-1500℃的温度下加热，得到主要包含堇青石且具有低热膨胀系数的陶瓷。一般而言，可将具有合适流变性能和合适流变组成的糊挤出以形成单块载体。糊通常包含具有合适大小的陶瓷粉末、无机和/或有机添加剂、溶剂(水)、用于设置pH的胶溶剂(酸)和永久粘合剂(胶体溶液或溶胶)的混合物。添加剂可以为用于设置糊的粘度的表面活性剂或增塑剂或可稍后烧除的临时粘合剂。有时加入玻璃或碳纤维以提高单块的机械强度。永久粘合剂倾向于改进单块的内部强度。
堇青石单块可由包含滑石、高岭土、锻制高岭土和氧化铝的批料生产，其一起得到具有45-55重量％SiO2、32-40重量％Al2O3和12-15重量％MgO的化合物。滑石为主要由硅酸镁水合物Mg3Si4O10(OH)2组成的材料。取决于来源和纯度，滑石也可与其它矿物如透闪石(tremolite)(CaMg3(SiO3)4)、蛇纹石(serpentine)(3MgO.2SiO2.2H2O)、直闪石(anthophyllite)(Mg7(OH)2(Si4O11)2)、菱镁矿(magnesite)(MgCO3)、云母和绿泥石(chlorite)结合。
单块也可通过挤出而由其它材料如SiC、B4C、Si3N4、BN、AIN、Al2O3、ZrO2、莫来石、钛酸Al、ZrB2、赛隆(Sialon)、钙钛矿、碳和TiO2生产。
确定通过挤出生产的单块产物的性能的重要因素为口模的质量、生产用于生产可成型混合物的材料的类型和性能，以及加入的添加剂、pH、水含量和挤出中所用的力。挤出中所用添加剂例如为纤维素、CaCl2、乙二醇、二甘醇、醇、蜡、链烷烃、酸和耐热无机纤维。除水外，也可使用其它溶剂如酮、醇和醚。添加剂的加入可导致改进的单块性能，例如微裂纹的形成，这改进温度变化抗性，较好的孔隙度和较好的吸附能力以及提高的机械强度或低热膨胀。
将裸单块结构用包含一种或多种陶瓷氧化物的催化剂载体层或包含催化活性金属和已施涂于陶瓷氧化物载体材料上的任选其它(促进剂)元素的催化剂层涂覆，其中涂层通过洗涂方法制备。
下面更详细地描述将单块安装在反应器中的优选变化方案：
变化方案1：
单块彼此紧接地以及在彼此之上地、单块靠着单块无间距地堆叠在反应器中，其中必须确保在垂直方向上流过所有单块。
由于生产方法，单块具有不均匀性和变形，使得在堆叠期间在直接相邻的单块之间形成具有不同宽度的间隙。这导致反应气体混合物的旁路(bypass)。因此，单块必须在其外壁上也具有催化涂层。
必须通过切割至反应器的曲率而使单块与反应器的圆柱形内壁匹配。切割至尺寸优选在提供单块以安装在反应器中以前进行，因为这样得到的粉尘和废的部件可直接进入贵金属再循环。
单块在彼此之上或者彼此偏移地毫无间隔地以一个或多个层安装。优选在彼此之上地安装5-30个层，特别是15-20个层。
在一个优选变化方案中，各个层各自相对于彼此旋转45°，使得在填料中不形成连续的间隙。层优选以一定方式叠加使得下一层的单块的角停留在下面一层中4个单块结合的点上。
对于水平层的安装，优选使用下文所述程序：
首先将切割至尺寸的外围部件沿着反应器的内壁铺设，随后从外向内安装各个单块。将填充层的中部的最后四个单块一起插入并将层的其余单块牢固地压入接着反应器内壁的外围区域中引入的可膨胀垫密封中。
在以上变化方案中，温度监控元件的安装是困难的，因为其厚度由于生产方法而大于单块的通道宽度，因此阻止流过它们。然而，可将温度监控元件安装在单块之间的间隙中，将这些向外拉入可膨胀垫密封中并从那里将它们经由孔引到反应器的外部。温度监控元件的另一安装变化方案为钻通单块，并插入热电偶套管，然后将多热电偶安装在其中。
变化方案1a：
在以下变化方案中，可以以简单的方式安装用于温度监控的热电偶，其中它们不必须占据单块通道。为此，单块如变化方案1下所述安装，但通过引入例如以格栅的形式或作为单独元件安装的薄金属片间隔物而确保每种情况下直接叠加层之间的间距。这确保每种情况下直接叠加单块之间的间距为10-50mm，优选10-20mm。
变化方案2：
变化方案2对应于变化方案1a，即提供安装在彼此之上，借助间隔物间隔的多个水平单块层。变化方案2与变化方案1a不同的是，各个层的单块每种情况下嵌入反应气体混合物不在可膨胀垫或矿物纤维无纺布垫中流过的侧面上并因此相互密封。
变化方案3：
在变化方案3中，使用由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的两个或更多个单块组成的模块，其中设定单块模块的尺寸，使得它们仍可借助人孔(进入孔)安装在反应器中。将各模块围绕其外围包封在特别是包含陶瓷纤维，优选多晶莫来石纤维的可膨胀垫或矿物纤维无纺布中，留下用于使反应气体混合物通过单块通道的开口，并插入具有夹持装置的金属外壳中。各模块彼此邻接地排列在彼此之上的层中，并且如变化方案1a下所述安装金属片间隔物。
反应器在500-690℃，优选550-620℃的温度下操作，且自下向上流过反应器。在反应器的操作期间，反应器的金属外壁膨胀至比陶瓷单块更大的程度，因此后者可能变得疏松。
根据本发明，因此将反应器的内壁在单块的区域中用压力稳定的隔离加衬，并借助可膨胀垫将单块对此密封。
内壁隔离的优点是反应器壁温度的降低，以及因此反应器壁的较低热膨胀。此外，由于较低的反应器壁温度，可选择便宜的材料用于反应器外壁，且在外围区域中可膨胀垫不得不提供较少的密封效果。
必须将根据变化方案1和1a的单块在其整个表面上，即在通道中以及在其外表面上涂覆。
陶瓷单块的大孔结构帮助锚定洗涂层。用洗涂的方法可分成两种方法：可将大孔载体用具有大表面积的洗涂层材料(部分)填充，或可使洗涂层作为层沉积于陶瓷载体的孔中。孔的填充导致单块与洗涂层之间非常强的相互作用，因为大部分洗涂层实际上固定在载体的孔中，且不仅仅结合在单块通道的外表面上。这类涂覆使用待沉积材料的溶液(或溶胶)或使用包含非常小的胶体颗粒的溶液进行。通过填充孔而进行涂覆的缺点是可沉积的涂层的量受限，因为孔在一些时候变得完全被填充且洗涂层变得不可达到。
单块提供进行烃的自热脱氢的有利条件：特别是与无序填充固定床相比，可实现更窄的反应器横截面和更高的流动速度，使得可将氧气有效地逐渐变化地引入含烃主料流中。由于与无序填充固定床相比较小的反应器横截面，分配器和混合区的固定内构件经受较小的机械应力，即它们由于较短的锚定长度而降至较小的程度。另外，通过反应器的主要流动方向不限于如无序填充固定床的情况下的向下流。
在长期操作以后，本文中推荐的催化剂通常可以以简单的方式，例如通过在第一再生步骤中首先使(优选)用氮气和/或水蒸气稀释的空气在300-600℃(在极端情况下也高至750℃)，常常500-600℃的入口温度下通过固定催化剂床而再生。再生气体通过催化剂的空速可(基于再生催化剂的总量)例如为50-10000h-1，且再生气体的氧含量可以为0.5-20体积％。
在此之后，通常推荐使用纯分子氢或用惰性气体(优选水蒸气和/或氮气)稀释的分子氢(氢含量应为≥1体积％)在除此之外相同条件下进行进一步再生。
优选将彼此紧接地以及在彼此之上毫无间距地堆叠以形成填料的单块包封在可膨胀垫或矿物纤维无纺布中并插入具有夹持装置的外壳中。作为矿物纤维无纺布，优选使用已知用于废气催化剂的无纺布，例如来自的垫。
可膨胀垫由催化废气提纯中已知并例如描述于DE-A 40 26 566中：它们基本由具有嵌入云母的陶瓷纤维，特别是蛭石组成。由于嵌入的云母，可膨胀垫在提高的温度下设法膨胀，因此甚至在较高温度下也特别安全地保持其中包封的体。
选择矿物无纺布或可膨胀垫使得它们在热的作用下膨胀并由外壳密封通常陶瓷单块，特别是防止单块摩擦外壳以及反应气体混合物在外壳的内壁上旁路流动。
单块包封于其中的外围区域中的可膨胀垫确保单块的稳定位置，因为它们在热膨胀时产生夹持力。然而，夹持力在错误操作期间可能降低。因此，可有利地提供夹持装置。
由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料可有利地由四个或更多个子填料形成，所述子填料各自独立地具有金属边框(bezel)并且可组装，使得它们完全占据反应器的横截面并且可相对于彼此密封以防止旁路。
替代性地或者除此之外，可在其高度上组装由两个或更多个子填料组成的填料。
上述所有子填料可有利地在外壳中结合，使得它们更容易处理。
由每种情况下彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料可放置在载体格栅上。
有利地配置载体格栅，使得它们不阻塞反应气体混合物流动的通道。为可靠地防止这一点，有利的是在直接邻接载体格栅的区域中提供具有与位于远离载体格栅处的其它单块相比明显更大的通道横截面的一个或多个单块层。通道之间的网厚度必须足够薄以使网不阻塞位于它们上面的通道。
替代性地，可在载体格栅上提供一个或多个金属丝网层，其中直接位于载体格栅上的层的网格开孔较大一些，且在在单块的方向上变得越来越小。优选5-15mm的网格开孔和0.2-2mm的金属丝直径。
另外或者替代性地，一个开孔泡沫陶瓷层，优选具有70-90％的可通过其流动的间隙体积的层，可提供于直接邻接载体格栅的区域中。
高孔隙率泡沫陶瓷的第一层，特别是具有约70％的自由间隙体积和10-100mm，优选40-60mm的高度的层，可特别优选提供于直接邻接载体格栅的区域中，所述区域与由具有50mm的厚度和与位于远离载体格栅的其它单块相比更大横截面的通道的单块形成的第二层重叠。
反应器的内壁连续地，即在其整个长度上，且完全地具有隔离层。
在催化活性区的区域中，内壁的隔离层必须的耐压且非常气密的。催化活性区区域中的隔离层优选配置成双层，其具有靠着反应器的内壁放置的第一耐压层和面对反应器内部且由可膨胀垫形成的第二层。
在反应器的内壁上提供的耐压层之间，优选存在比较而言明显更薄且由可膨胀垫形成的其它层，以确保耐压层与反应器的内壁非常好地接触。
在反应器的内壁的其它区域中，即在混合区和分配器的区域中，隔离层配置成由高温稳定纤维垫，特别是多晶莫来石纤维组成的单一层，其具有在面对反应器内部的一侧上的金属片覆层，以防止反应混合物渗透到隔离层中。
待脱氢含烃气流在反应器下端引入反应器中并自下至上流过反应器。
有利地将待脱氢含烃气流有利地在置于反应器中的最上部催化活性区以上或在反应器外部的换热器中预热，其中待脱氢含烃气流经由进料管线引入换热器中，通过在换热器中间接热交换而由逆流的反应气体混合物加热并进一步输送至与换热器相对的反应器下端，在那里偏移，经由孔引入反应器中并在混合区中与含氧气流混合，由此在反应器中的催化活性区中进行自热气相脱氢。
结合到反应器中的换热器特别可配置成逆流操作的壳管式或板式换热器。
壳管式换热器有利地由高耐热不锈钢，特别是具有材料号1.4541或1.4910的不锈钢构成。壳管式换热器的管通过背板焊接安装在管板中的管两端，优选不具有间隙，且壳管式换热器的管板在管板的热气体侧用耐热不锈钢，特别是具有材料号1.4841的不锈钢覆层。具有浮头设计的换热器是特别有利的。
待脱氢含烃气流可有利地在两个或更多个点处引入换热器中，优选作为具有较高质量流量的主料流，和/或一种或多种具有比主料流更低的质量流量的次料流。
对于反应器的起动，有利的是能够旁路换热器：
下面描述反应器系统的起动，即系统加热至自热气相脱氢的反应温度。
反应器系统，即反应器、换热器和连接管线起初在环境温度下，并且必须使其达到自热气相脱氢的操作温度，在丁烷脱氢的情况下约550℃。
步骤1：将反应器加热至约200℃
反应器系统借助加热气体加热，所述加热气体可例如为再循环气体或氮气，并在约230℃下经由进料管线引入。在该程序期间，换热器在壳侧短路(被旁路)，即加热气体直接流入反应器中，将后者加热至约200℃，随后仅流过换热器的管，其也加热，随后离开反应器系统。加热气体不流过壳内围绕换热器的管的空间。
步骤2：冲洗壳内的空间以使这很大程度上不含氧气
温度测量装置提供于换热器的管侧出口处。当这指示约200℃的温度时，停止换热器上的旁路，并使加热气体在壳侧上逆流输送通过换热器。这样，冲洗壳内的空间。
步骤3：借助在反应器中燃烧的燃料气体进一步加热反应系统
在反应器的进料管线中提供一个或多个具有合适下游混合装置的燃料气体进料导管。合适的燃料气体特别是氢气、天然气或待脱氢的烃。特别优选氢气，其在含贵金属催化剂涂层上在约200℃下点火并将反应器加热至特别是约550℃的所需操作温度。为此，含氧料流、贫空气或者特别优选空气可作为进料气体供入。从燃料气体注入至含贵金属催化剂的距离应尽可能短。特别地，所用燃料气体的浓度应被这样地限制，即使得反应器系统中的气体组成在通常的操作条件下在爆炸范围(explosive range)外，特别是在爆轰范围(detonation range)外。最小的燃料气体浓度优选还以一定方式规定，使得反应器入口处由燃烧实现的温度提高足以提高同流换热器(recuperative heat exchanger)中冷进料气体的温度。当氢气用作燃料气体时，约1.4体积％氢气的浓度是特别优选的。
除换热器外，优选提供用于待脱氢含烃气体的一个或多个补充加热设备。
在待脱氢含烃气流离开换热器以后，特别是以可拆解方式，作为插入式系统或者作为马弗炉燃烧器安装在待脱氢含烃气流中的电加热元件特别优选作为补充加热设备提供。
在含烃气流从底部通过孔流入反应器中并在各个催化活性区以前每种情况下混合区中借助固定内构件均化，使得混合区下游气流的流速与反应器横截面上的平均值偏离不多于+/-2％。
含氧气流经由一个或多个独立调节进料管线引入各个混合区中，其中各个进料管线向一个或多个分配器供料。
分配器可特别配置成环形分配器或平行杆式分配器。
由于在将含氧气体引入含烃气流中以后的停留时间应当使非常短的，特别是小于60ms，附加装置如混合板、具有细长或环形形状的金属条是有利的，以提高混合的强度。
含氧气流的进料管线有利地被热补偿并借助保持支架固定在反应器壁上。
各个混合区优选每种情况下包含由多个平行插入式管形成的管式分配器，所述插入式管排列在垂直于反应器的纵向方向的平面中排列并与一个或多个分配室连接且具有使含氧气流从插入式管中离开的多个均匀间隔出口以及多个均匀间隔混合元件。
混合元件特别优选配置成混合板。
根据本发明，提供人孔，即设定尺寸使得工作人员可通过它们进入反应器的内部空间中的进入孔以提供从在反应器外部到达一个催化活性区或者多个催化活性区中的每一个的手段。因此，连同反应器的竖直排列一起，各个催化活性区可单独地从设备外部到达而不必为此取出设备的部件。简单的经由人孔到达使得可单独地移除或安装各个催化活性填料和相应的载体格栅。
特别省时且简单的催化剂置换通过用于进行在配置成单块的非均相催化剂上借助含氧气流将含烃气流自热气相脱氢以得到反应气体混合物的反应器的一个实施方案确保，其中反应器为具有垂直纵轴的圆柱体形式且其中：
-各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料的一个或多个催化活性区排列在反应器的内部空间中，且具有固定内构件的混合区提供于各催化活性区的上游
-在反应器的下端具有用于待脱氢含烃气流的一个或多个进料管线，
-具有一个或多个可独立调节进料管线，其中各个进料管线向一个或多个分配器供料，使含氧气流进入各个混合区中，和
-在反应器上端具有用于自热气相脱氢的反应气体混合物的一个或多个排料管线，
其中反应器的内壁在其整个面积上具有隔离层，
且其中多个催化活性区中一个或每一个的可达性不是通过提供为此的人孔，而是通过提供各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料的多个催化活性区中的一个或每一个，包括在各个催化活性区上游提供且具有固定内构件的混合区，一个或多个可独立调节进料管线以及包括一个或多个分配器，每种情况下形成可单独安装和拆卸的一个模块而确保。
在该实施方案中，各模块可各自很大程度上以完全形式单独地拆卸，特别是通过拆卸相应的法兰，例如当催化剂的减活使这是必需的时，其中仅所需连接管线以及测量和控制装置也需要拆卸。在置换形成或构成催化剂的单块以后，各模块的整修也相应地是简单的。
在该构型中，与相同类型，但装配有人孔的反应器相比，安装时间可降至多达1/10。
省略人孔进一步使得可明显降低顺序单块填料之间的无催化剂空间，使得可构成具有相同容量但降低的高度的反应器，此外，无催化剂空间中反应混合物的停留时间由于其降低的体积而降低，这是特别有利的，因为不可控的副反应(如果有的话)以明显降低程度地发生。
本发明还提供使用以上反应器进行自热气相脱氢的方法。
优选使用两个或更多反应器，其中至少一个反应器用于自热气相脱氢，同时至少一个其它反应器再生。
自热气相脱氢优选为丙烷、丁烷、异丁烷、丁烯至丁二烯、乙苯至苯乙烯或者乙烷至乙烯的脱氢。
本发明反应器可以以技术上简单的方式生产；因为反应器壁为圆柱形，在反应器两端可使用简单且便宜的半球形板。这样，反应器可以以经济方式对压力脉冲具有抗性。
由于具有安装在内部的连续隔离层的反应器外壁，可使得它的材料要求较低、因此较便宜。
下面借助图阐述本发明。
在图中，详细地：
图1示意性地显示本发明反应器的一个优选实施方案，
图2显示具有详细描述显示于图2A中的联合换热器的本发明反应器的另一优选实施方案，
图3显示具有换热器的壳侧旁路的加热用设备的本发明反应器的另一优选实施方案，
图4显示在反应器外部具有垂直排列的换热器的发明反应器的另一优选实施方案，
图5显示在反应器外部具有水平排列的换热器的本发明反应器的另一优选实施方案，
图6显示本发明反应器的一个优选实施方案的一部分，
图7示意性地显示具有单独地借助法兰连接的模块的本发明反应器的一个实施方案，其中反应混合物自下至上流过所述反应器，详细描述显示于图7A和图7B中，
图8示意性地显示类似于图7，但其中反应混合物自上至下流过反应器的本发明反应器的一个实施方案，和
图9示意性地显示类似于图7，垂直排列换热器置于反应器外部的本发明反应器的一个实施方案。
在图中，相同的附图标记每种情况下表示相同或相应的特征。
图1中的示意性描述显示反应器1，其中含烃气流2在反应器下端经由进料管线7引入。含氧气流3经由进料管线9引入各个混合区6中，所述混合区每种情况下与由彼此紧接地以及在彼此之上地堆叠的单块4组成的催化活性区5邻接。反应气体混合物在反应器上端经由孔11离开反应器。
图2中所示实施方案与图1中的实施方案不同的是提供在反应器上端结合到反应器1中的换热器。
图2A中详细阐述了催化活性区5的各个技术元件，包括用于含氧气流3的进料管线9和确保到达催化活性区5中填料的单块的人孔(12)。
图3中所示实施方案包含用于将反应器系统加热至操作温度的其它设备，其具有换热器17的壳侧旁路。
加热气体20首先自下向上流过反应器1，随后通过换热器17的管。当在反应器上端离开反应器的气流达到约200℃的温度时，停止换热器17的壳侧旁路，且加热气体还流过换热器的壳内的空间。在通向反应器1的加热气体用进料管线中提供其它换热器21。为了反应器系统的进一步加热，将燃料气体22在反应器1的下端借助混合器23引入反应器1中。
图4显示具有位于反应器1外部的侧上的垂直排列换热器17的本发明反应器1的另一优选实施方案。
图5显示具有位于反应器1外部的侧上的水平排列换热器17的本发明反应器1的另一优选实施方案。
图6中所示部分阐述在反应器的内壁上以及在催化活性区5中提供的隔离层结构为双层，其具有贴着反应器的内壁且由耐压材料构成的第一层13以及面对反应器的内部空间且由可膨胀垫组成的第二层。
在其它区域中，提供由纤维垫构成且在面对反应器的内部空间的侧上具有金属片覆层的单层隔离层15。
该部分阐述含氧气流3借助由在反应器的纵轴上排列的多个插入式管19形成的分配器10引入。
该图还显示载体格栅16。
图7显示具有例如三个可单独安装和移除的模块24的设计的本发明反应器的一个实施方案，其中中间模块24的详细描述显示于图7A中，且下部模块24的详细描述显示于图7B中。
图8中所述反应器1类似于图7中的反应器1，但反应混合物具有相反的流动方向，以及相应地，还具有用于含氧气流3的进料管线9的不同的排列。
图7和图8中所述两种反应器1由可单独安装和移除的模块24组装。
图9中所述反应器1相当于图3中所示的反应器1，然而，不提供到达单块的人孔，而是各模块24借助法兰25可拆卸地相互连接。
附图标记列表
1  反应器
2  包含烃的气流
3  包含氧气的气流
4  单块
5  催化活性区
6  混合区
7  气流2的进料管线
8  外部隔离
9  气流3的进料管线
10 分配器
11 排料管线
12 人孔
13 尺寸稳定隔离
14 密封
15 保护隔离
16 载体格栅
17 换热器
18 孔
19 插入式管
20 加热气体
21 其它换热器
22 燃料气体
23 混合器
24 模块
25 法兰

Claims (18)

1.具有垂直纵轴的圆柱体形式的反应器(1)，其用于在配置成单块(4)的非均相催化剂上借助含氧气流(3)进行的含烃气流(2)的自热气相脱氢以得到反应气体混合物，其中：
-各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块(4)组成的填料的一个或多个催化活性区(5)排列在反应器(1)的内部空间中且具有固定内构件的混合区(6)提供于各催化活性区(5)的上游，
-在反应器(1)的下端具有用于待脱氢含烃气流(2)的一个或多个进料管线(7)，
-具有一个或多个可独立调节进料管线(9)，其中各个进料管线(9)向一个或多个分配器(10)供料，用于使含氧气流(3)进入各个混合区(6)中，并且
-在反应器(1)上端具有用于自热气相脱氢的反应气体混合物的一个或多个排料管线(11)，
其中反应器(1)的内壁在其整个面积上具有隔离层(13、14、15)，且其中从反应器外部到达多个催化活性区(5)中的一个或每一个的可达性：
-每种情况下借助一个或多个人孔(12)确保，或者
-其中各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块组成的填料的多个催化活性区(5)中的一个或每一个，其包括：
-提供在各个催化活性区(5)上游且具有固定内构件的混合区(6)，
-一个或多个可独立调节进料管线(9)，和
-每种情况下由一个进料管线(9)供料的一个或多个分配器(10)，
被各自配置成一个可单独安装和移除的模块(24)。
2.根据权利要求1的反应器(1)，其中模块(24)借助法兰(25)可单独地安装和移除。
3.根据权利要求1的为具有垂直纵轴的圆柱体形式的反应器(1)，其用于在配置成单块(4)的非均相催化剂上借助含氧气流(3)进行含烃气流(2)的自热气相脱氢以得到反应气体混合物，其中：
-各自包含由彼此紧接地和/或在彼此之上地堆叠的单块(4)组成的填料的一个或多个催化活性区(5)排列在反应器(1)的内部空间中且具有固定内构件的混合区(6)提供于各催化活性区(5)的上游，
-在反应器(1)的下端具有用于待脱氢含烃气流(2)的一个或多个进料管线(7)，
-具有一个或多个可独立调节进料管线(9)，其中各个进料管线(9)向一个或多个分配器(10)供料，用于使含氧气流(3)进入各个混合区(6)中，并且
-在反应器(1)上端具有用于自热气相脱氢的反应气体混合物的一个或多个排料管线(11)，
其中多个催化活性区(5)中的一个或每一个在每种情况下经由一个或多个人孔(12)从反应器(1)外部可达到，并且
反应器(1)的内壁在其整个面积上具有隔离层(13、14、15)。
4.根据权利要求1-3中任一项的反应器(1)，其中隔离层(13、14、15)在催化活性区(5)中为具有靠着反应器(1)的内壁放置的第一耐压层(13)和面对反应器的内部的由可膨胀垫形成的第二层(14)的双层，且在其它区域中为在面对反应器内部的侧上具有金属片覆层的由高温稳定纤维垫(15)组成的单层的形式。
5.根据权利要求1-4中任一项的反应器(1)，其中由彼此紧接地以及在彼此之上地堆叠的单块(4)组成的填料放置在载体格栅(16)上，其中为直接邻接载体格栅(16)的区域提供一个或多个单块(4)层，所述单块具有与位于远离载体格栅(16)的其它单块(4)相比具有更大的横截面的通道。
6.根据权利要求1-5中任一项的反应器(1)，其中直接邻接载体格栅(16)的区域具有开口泡沫陶瓷层，其具有70-90％的可通过其流动的间隙体积。
7.根据权利要求5或6的反应器(1)，其中为直接邻接载体格栅(16)的区域通过高孔隙率开口泡沫陶瓷的第一层，特别是在10-100mm，优选40-60mm的区域内，并且由具有与位于远离载体格栅(16)的其它单块(4)相比具有更大横截面的通道的单块(4)形成的第二层位于第一层上。
8.根据权利要求1-7中任一项的反应器(1)，其中换热器(17)置于最上部催化活性区(5)以上或者反应器(1)外部，其中待脱氢的含烃气流(2)经由进料管线(7)引入换热器(17)中，通过在换热器(17)中间接热交换而由逆流的反应气体混合物加热并进一步输送至反应器(1)的下端，经由孔(18)引入反应器(1)中并在混合区(6)中与含氧气流(3)混合，由此在反应器(1)中进行自热气相脱氢。
9.根据权利要求8的反应器(1)，其中换热器(17)借助法兰(25)可安装和移除。
10.根据权利要求1-9中任一项的反应器(1)，其中待脱氢的含烃气流(2)在两个或更多个点处引入换热器(17)中，优选作为具有较高质量流量的主料流，和/或一个或多个具有比主料流更低的质量流量的次料流。
11.根据权利要求8-10中任一项的反应器(1)，其中除用于待脱氢含烃气流(2)的换热器(17)外，提供一个或多个补充加热设备。
12.根据权利要求11的反应器(1)，其中在料流离开换热器(12)以后，优选配置为便于可拆卸的，作为插入式系统或者作为马弗炉燃烧器的电加热元件，作为补充加热设备提供于待脱氢含烃气流(2)中。
13.根据权利要求1-12中任一项的反应器(1)，其中在反应器(1)中提供两个活更多个催化活性区(5)，所述催化活性区各自具有由彼此紧接地以及在彼此之上地堆叠的单块(4)组成的填料。
14.根据权利要求1-13中任一项的反应器(1)，其中相同催化活性区(5)内的单块(4)在每种情况下具有不同的催化活性。
15.根据权利要求13或14的反应器(1)，其中两个或更多个催化活性区(5)在每种情况下具有不同的催化活性。
16.根据权利要求1-15中任一项的反应器(1)，其中彼此紧接地以及在彼此之上地堆叠以形成填料的单块(4)包封在可膨胀垫或矿物纤维无纺布中并插入具有夹持装置的外壳中。
17.根据权利要求1-16中任一项的反应器(1)，其中各个混合区(6)每种情况下包含配置成多个平行插入式管(19)的管式分配器，所述插入式管排列在垂直于反应器(1)的纵向的平面中并与一个或多个分配室连接且具有使含氧气流(3)从插入式管(19)中离开的多个均匀间隔的出口以及多个均匀间隔的混合元件。
18.使用根据权利要求1-17中任一项的反应器进行自热气相脱氢的方法，其中自热气相脱氢优选为丙烷、丁烷、异丁烷、丁烯至丁二烯、乙苯至苯乙烯或者乙烷至乙烯的脱氢。
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