CN104994942A - 在用于执行多相催化气相反应的反应器中安装整料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安装整料(2)的方法，所述整料均由具有多个平行通道的陶瓷块形成，多相催化气相反应的反应气体混合物能经所述通道流入用于执行多相催化气相反应的反应器(1)中，所述整料(2)并排地和上下地堆叠在所述反应器内部。该方法的特征在于，所述整料借助于垫(3)彼此密封并相对于所述反应器(1)的内壁密封，每个所述垫都包括在安装于所述反应器(1)中之前被塑料膜完全包封的膨胀垫，在由塑料膜包封且容纳所述垫(3)的内部形成真空条件。一旦将整料安装在所述反应器(1)中之后，则解除由塑料膜包封且容纳所述垫(3)的内部的真空条件。

Description

在用于执行多相催化气相反应的反应器中安装整料的方法
技术领域
本发明涉及一种在用于执行多相催化气相反应的反应器中安装整料(单块料，Monolithen)的方法。
背景技术
用于执行多相催化气相反应的反应器通常包含多个由陶瓷材料组成的整料。在其侧面边缘处，在穿过整料的通道的方向上，这些整料通常由金属壳体包围以保护脆性的陶瓷材料。由于整料并非始终都是非常平坦的，所以单个的整料直接组装而不在其间使用密封元件是有问题的。另外，该陶瓷整料具有明显比金属壳体低的热膨胀系数，因此在高温反应器(即，尤其在高于400℃或者高于500℃的反应温度下)中将发生陶瓷整料与金属壳体之间的距离变化。
现有技术的方法需要巨大的支撑力以由整料和密封元件(膨胀垫)获得无旁通的整料系统。
发明内容
本发明的一个目的是，提供一种不存在上述缺点的、在用于执行多相催化气相反应的反应器中安装多个整料的方法。
已发现，此目的通过一种安装整料的方法实现，所述整料均由具有多个相互平行的通道的陶瓷块形成，多相催化气相反应的反应气体混合物能够经所述通道流入用于执行多相催化气相反应的反应器中，其中，所述整料并排地和上下地堆叠在反应器的内部空间中，其特征在于，所述整料通过垫相对彼此密封并相对于所述反应器的内壁密封，每个垫都包括在安装于所述反应器中之前被完全包封在合成材料膜中的膨胀垫，其中，将由合成材料膜包封且容纳所述垫的内部空间抽真空，并且其中，在安装于所述反应器中之后将由合成材料膜包封且容纳所述垫的内部空间去除真空。特别地，可通过刺穿和/或烧除合成材料膜而对容纳所述垫的内部空间去除真空。
用在执行多相催化气相反应的反应器中的整料例如在WO-A2012/084609中已知和描述。整料由包覆有催化活性材料的陶瓷材料形成。
在第一优选方案中，所述整料以具有竖直布置的通道的一个或并排的多个水平层的形式安装在所述反应器中，使得每个层充分填充反应器的横截面，其中，在连续的层之间设置有间隔件以空出尤其用于温度测量的测量元件可被引入其中的腔室。多相催化气相反应的反应混合物竖直地流经整料的竖直布置的通道。所设置的间隔件的示例是尤其具有10至30mm宽度并且安装在整料的任意两个连续水平层之间的金属带，因此这些整料根据金属带的宽度而间隔开。金属带优选可以是成角度的；这增加了它们的刚度，并且它们可以支承更高的重量。
在又一种优选方案中，整料在反应器中安装成使得其中的互相平行的通道在反应器中是水平的。为此，两个或更多整料并排地和上下地布置，具有以相互平行布置方式对齐的通道，并由金属封壳沿通道的纵向在其外周包封以形成整料模块。所述整料模块以具有水平布置的通道的方式安装在所述反应器中。
为了扩大面对流体的区域，有利的是，两个或更多整料模块被彼此上下堆叠以形成整料模块堆垛。
在另一可行的实施例中，两个或更多整料模块堆垛以前后方式安装在所述反应器中，以增加容量或实现期望的转化。
优选地，包围整料的金属封壳在其两端稍微突出到整料之外，尤其是突出约5至10mm。结果，金属封壳用作彼此上下堆叠的整料层之间的间隔件。因此空出的腔室可有利地用于通过金属封壳的突出边缘中的孔和/或钻孔简单地引入用于温度测量的多个热电偶。
优选地，金属封壳的位于整料的前方和后方的彼此相对的两侧利用金属支柱被焊接在一起，因此确保了金属封壳中的整料模块的机械稳定性。金属封壳因此可以制造得更薄。
结构的模块化形式确保了用于将整料安装在反应器中和从中移除的更简单的操纵。由于可以在反应器外部准备针对催化剂改变的替代系统，因此能够延长运转时间。
由于该金属封壳，将整料模块经由导轨推入反应器和从反应器拔出是很简单的。
在此使用的垫是平面成型物，该平面成型物具有两个彼此相对的主表面以及与所述主平面垂直布置的两个前端面。
所述垫包括膨胀垫，即在高温下膨胀(鼓胀)的纤维垫。膨胀垫通常由硅酸盐例如硅酸铝、可膨胀云母例如蛭石和有机粘结剂组成。例如，可从3M购得膨胀垫。
然而，有机粘结剂具有全系列的不利特性，更具体地，它们由于挥发物的气体挥发和催化剂毒害而导致恶臭公害。因此，越来越需要以下的膨胀垫：即，基于膨胀垫的总重量，膨胀垫具有从以前的约12至14wt％到当前的约2至5wt％、尤其是3至4wt％的有机粘结剂的降低的有机粘结剂水平。然而，降低的有机粘结剂水平使得膨胀垫更脆，更不容易塑性变形，并且更难以操纵。
但是，这些缺点通过以本发明的方式将膨胀垫完全封装在合成材料膜中而得以克服，使得具有所需的降低的粘结剂含量的垫也可以简单地操纵并引入腔室中以填充腔室。
在一个实施例中，所述垫仅由膨胀垫组成。
在又一实施例中，所述膨胀垫是除了膨胀垫以外还包括氧化纤维(尤其是氧化铝)构成的纤维垫的复合垫，所述纤维垫比膨胀垫更轻，具有更高的压缩强度和更低的导热性，并且热稳定温度高达约1200℃。
组合形成复合垫的膨胀垫和氧化纤维构成的纤维垫均为平面成型物，这些平面成型物的相邻的主表面连接在一起。
更有利的是，使用包括多个连续的层的复合垫，每个层都由一个膨胀垫和一个氧化纤维构成的纤维垫组成。
另一优选实施例采用在其端面具有强化材料的垫。
有利地，聚酰胺或者聚酰胺与聚乙烯和/或聚丙烯的混合物被用作用于包围膨胀垫的合成材料膜的塑料。
在安装之后，将合成材料膜刺穿和/或烧除。这确保了整料彼此密封并且还与反应器的内壁密封。
所述垫优选覆盖具有一个纹理化的(即，不是完全光滑的)表面的合成材料膜；所述垫覆盖该合成材料膜以使得其纹理化的侧面与所述垫对向。这有利于抽真空，因为合成材料膜的彼此相对的纹理化的内表面上的互相靠接的精细表面结构组合形成可以经其抽离空气的腔室。相反，完全平坦的表面将彼此附着而使得难以对内部空间抽真空。
本发明还提供了一种根据上述方法组装的反应器。
该反应器对于执行脱氢作用尤其是丁烷或丙烷的脱氢作用或部分氧化是很有用的。
附图标记列表：
1 反应器
2 整料
3 垫
4 整料模块
5 金属封壳
6 整料模块堆垛
附图说明
现在将参考附图更具体地描述本发明，在附图中具体地：
图1示出第一方案中的根据本发明的方法组装的反应器的截面图，
图2示出根据本发明使用的膨胀垫的示意图，
图3示出用于安装在根据第二方案的反应器中的整料模块的细节，以及
图4示出整料模块堆垛的示意图，其作为示例具有上下堆叠的四个整料模块。
具体实施方式
图1中的示意图示出了穿过圆柱形反应器1的截面，该圆柱形反应器1具有多个整料2，这些整料布置在反应器内部并通过垫3彼此密封且与反应器的内壁密封，每个垫3都包括膨胀垫并且完全被包封在未示出的合成材料膜中。整料2的通道在反应器内部形成竖向平行布置，并且气相反应的反应混合物相应地向下或向上流经这些通道。
图2示出一种优选的几何形状，其中，根据本发明使用的垫3的端部具有直角的下行台阶，并且垫3均被完全密封在未示出的合成材料膜中。
图3示出由多个整料2形成的整料模块4的细节，所述整料2并排地和上下地布置并由金属封壳5覆盖，其中，整料2通过垫3彼此密封并且还与所述金属封壳5密封。整料2的互相平行的通道是水平的。
图4示出作为示例由四个整料模块4形成的整料模块堆垛6，所述整料模块4上下布置，并且均由整料2、外部金属封壳5以及垫3形成，所述垫3将整料2彼此密封并且还与金属封壳5密封。

Claims (12)

1.一种安装整料(2)的方法，所述整料均由具有多个互相平行的通道的陶瓷块形成，多相催化气相反应的反应气体混合物能够经所述通道流入用于执行多相催化气相反应的反应器(1)中，其中，将所述整料(2)并排地和上下地堆叠在所述反应器的内部空间中，其特征在于，通过垫(3)将所述整料相对彼此密封并相对于所述反应器(1)的内壁密封，每个所述垫都包括膨胀垫，所述膨胀垫在安装于所述反应器(1)中之前被完全包封在合成材料膜中，其中，将由合成材料膜包围且容纳所述垫(3)的内部空间抽真空，以及其中，在安装于所述反应器(1)中之后将由所述合成材料膜包围且容纳所述垫(3)的内部空间去除真空。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述整料(2)以具有竖直布置的通道的一个或并排的多个水平层的形式安装在所述反应器(1)中，使得每个层完全填充所述反应器的横截面，并且其中，在连续的层之间设置有间隔件以空出能够在其中引入测量元件的腔室，所述测量元件尤其用于温度测量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，两个或更多整料(2)并排地和/或上下地以具有相互平行取向的通道的方式布置，并由金属封壳(5)沿所述通道的纵向在所述整料的外周包封以形成整料模块(4)，其中，通过垫(3)将所述整料(2)相对彼此密封且相对于所述金属封壳(5)密封，并且其中，所述整料模块(4)以具有水平布置的通道的方式安装在所述反应器(1)中。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，两个或更多整料模块(4)上下堆叠以形成整料模块堆垛(6)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，两个或更多整料模块堆垛(6)以前后方式安装在所述反应器(1)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述垫(3)由膨胀垫组成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述垫(3)是复合垫，所述复合垫除了膨胀垫以外还包括由氧化纤维构成的纤维垫，其中，所述膨胀垫和所述纤维垫均为平面成型物，所述平面成型物在其主表面上相互连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述复合垫包括多个连续的层，每个层均由一个膨胀垫和一个纤维垫组成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，作为用于所述合成材料膜的塑料，使用一种或多种聚酰胺，或者一种或多种聚酰胺与聚乙烯和/或聚丙烯的混合物。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，通过刺穿和/或烧除所述合成材料膜而对容纳所述垫(3)的内部空间去除真空。
11.一种根据权利要求1至6中任一项所述的方法获得的、用于执行多相催化气相反应的反应器(1)。
12.根据权利要求11所述的反应器(1)用于执行脱氢作用尤其是丁烷或丙烷的脱氢作用或者用于执行部分氧化的用途。
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