CN113926391A - 一种催化剂易热失活的放热催化反应改进工艺 - Google Patents

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Abstract

一种催化剂易热失活的放热催化反应改进工艺，其特征在于多段催化反应在同一恒温反应器中进行，恒温反应器设置至少3组催化剂反应列管，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为热媒体。第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料中反应物5~30%称为第一转化物；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为2~10的催化剂，该组催化剂继续转化第一转化物中反应物的5~30%称为第二转化物；第三组列管内装载的催化剂的反应活性为2~10的催化剂，该组催化剂继续转化第二转化物中反应物的5~30%称为第三转化物；反应产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；若反应物浓度较低，其自发反应热不足以维持甲烷化反应持续发生，则依靠从热媒体获取的热量来维持反应恒温进；依此类推，设置最多8组；最终反应物总浓度达到设计要求。

Description

一种催化剂易热失活的放热催化反应改进工艺
技术领域
本发明涉及化工、节能、环保领域，是一种有效减少催化剂消耗、提高催化剂利用效率的方法。
背景技术
据统计约有90%以上的工业过程中使用催化剂。催化剂失活一般分为中毒、烧结和热失活、结焦和堵塞三大类。催化剂的烧结和热失活是指由高温引起的催化剂结构和性能的变化。高温除了引起催化剂的烧结外，还会引起其它变化，主要包括：化学组成和相组成的变化、半熔、晶粒长大、活性组分被载体包埋，活性组分由于生成挥发性物质或可升华的物质而流失等。事实上，在高温下所有的催化剂都将逐渐发生不可逆的结构变化，只是这种变化的快慢程度随着催化剂不同而异。烧结和热失活与多种因素有关，如与催化剂的预处理、还原和再生过程以及所加的促进剂和载体等有关。当然催化剂失活的原因是错综复杂的，每一种催化剂失活并不仅仅按上述分类的某一种进行，而往往是由两种或两种以上的原因引起的。
例如，针对一氧化碳变换流程来说，变换反应器中一氧化碳随着反应的进行在反应器中具有一定的浓度梯度分布，该现象容易造成反应过程的局部过热或反应温度过低，局部的热聚集易导致催化剂失活。高浓一氧化碳变换过程，通常是把反应温度控制在250~280℃，恒温反应。当一氧化碳与水蒸气浓度高时变换反应过程释放热量巨大，而当一氧化碳与蒸汽浓度低时转化无法维持自热平衡，需要电加热、蒸汽加热，能耗浪费巨大。
把高浓原料气反应速度降低，由此减少产生的热量，把低浓原料气反应速度加快是本发明的思路，但是各级反应的温度区间要接近才行。
发明内容
一种催化剂易热失活的放热催化反应改进工艺，其特征在于多段催化反应在同一恒温反应器中进行，恒温反应器设置至少3组催化剂反应列管，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为热媒体。第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料中反应物5~30%称为第一转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为2~10的催化剂，该组催化剂继续转化第一转化物中反应物的5~30%称为第二转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第三组列管内装载的催化剂的反应活性为2~10的催化剂，该组催化剂继续转化第二转化物中反应物的5~30%称为第三转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；若反应物浓度较低，其自发反应热不足以维持甲烷化反应持续发生，则依靠从热媒体获取的热量来维持反应恒温进；依此类推，设置最多8组；最终反应物总浓度达到设计要求。
热媒体可以是水、导热油、乙二醇等。强放热催化反应可以是羰基化、醇化、费托、加氢、脱羧、氧化还原、硝化、硫化、酯化、氨合成、变换等。分别选择反应活性1~10的催化剂进行装填，以保证各组反应器放热温和稳定。
与其他方法相比，本发明具有以下优势：
(1) 本发明只用一台反应器，内含多组反应列管使用一热媒体作为热量传递介质，热媒体回收利用简单；
(2) 反应器本身采用热媒体作为传热介质，有效的对先期各组反应列管的快速放热反应进行降温恒温，提高了催化剂使用寿命；移走的热量同时用于后期各组反应列管的热量维持，保证了催化反应的持续高效进行，避免了额外加热的能量消耗；
(3) 反应器各段使用催化活性不同，先期各组反应列管使用活性较低的催化剂，避免了高浓度原料下反应剧烈、移热困难导致的反应器热损坏；后期各组反应列管使用较高活性的催化剂，提高了反应效率，同时有效提高了反应的自发放热功率，降低了低浓度原料反应过慢、原料无法完全利用以及无法自行维持需要额外提供加热的问题。
具体实施方式
实施例1：一种甲醇、一氧化碳、氧气摩尔比为10：1：0.5反应改进工艺，其特征在于4段催化反应在同一恒温反应器中进行，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为热媒体。第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料中一氧化碳8%称为第一转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为2的催化剂，该组催化剂继续转化第一转化物中反应物的8%称为第二转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第三组列管内装载的催化剂的反应活性为4的催化剂，该组催化剂继续转化第二转化物中反应物的8%称为第三转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第四组列管内装载的催化剂的反应活性为8的催化剂，该组催化剂继续转化第三转化物中反应物的8%称为最终转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；最终反应物总转化率达到32%左右。热媒体是水与水蒸汽。
实施例2：一氧化碳、氢气摩尔比为1：3的反应改进工艺，其特征在于4段催化反应在同一恒温反应器中进行，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为热媒体。第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料中一氧化碳4%称为第一转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为2的催化剂，该组催化剂继续转化第一转化物中反应物的4%称为第二转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第三组列管内装载的催化剂的反应活性为4的催化剂，该组催化剂继续转化第二转化物中反应物的4%称为第三转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第四组列管内装载的催化剂的反应活性为8的催化剂，该组催化剂继续转化第三转化物中反应物的4%称为最终转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；最终反应物总转化率达到24%左右。热媒体是水与水蒸汽。
实施例3：四氯化碳、氢气摩尔比为1：10的反应改进工艺，其特征在于6段催化反应在同一恒温反应器中进行，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为热媒体。第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料中一氧化碳15%称为第一转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为2的催化剂，该组催化剂继续转化第一转化物中反应物的15%称为第二转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第三组列管内装载的催化剂的反应活性为3的催化剂，该组催化剂继续转化第二转化物中反应物的15%称为第三转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第四组列管内装载的催化剂的反应活性为4的催化剂，该组催化剂继续转化第三转化物中反应物的15%称为第四转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第五组列管内装载的催化剂的反应活性为5的催化剂，该组催化剂继续转化第四转化物中反应物的15%称为第五转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第六组列管内装载的催化剂的反应活性为8的催化剂，该组催化剂继续转化第四转化物中反应物的16%称为最终转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；最终反应物总转化率达到97%左右热媒体是水与水蒸汽。

Claims (3)

1.一种催化剂易热失活的放热催化反应改进工艺，其特征在于多段催化反应在同一恒温反应器中进行，恒温反应器设置至少3组催化剂反应列管，多组列管之间交叉均匀排布，列管外为热媒体；第一组列管内装载的催化剂的反应活性为1的较慢速催化剂，该组催化剂反应转化原料中反应物5~30%称为第一转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第二组列管内装载的催化剂的反应活性为2~10的催化剂，该组催化剂继续转化第一转化物中反应物的5~30%称为第二转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；第三组列管内装载的催化剂的反应活性为2~10的催化剂，该组催化剂继续转化第二转化物中反应物的5~30%称为第三转化物，产生的热量加热管外的热媒体，同时移走反应器内的过剩反应热；若反应物浓度较低，其自发反应热不足以维持甲烷化反应持续发生，则依靠从热媒体获取的热量来维持反应恒温进；依此类推，设置最多8组；最终反应物总浓度达到设计要求。
2.权利要求1所述的热媒体可以是水、导热油、乙二醇等。
3.权利要求1所述的强放热催化反应可以是羰基化、醇化、费托、加氢、脱羧、氧化还原、硝化、硫化、酯化、氨合成等。
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