CN1227510A - 催化剂支承件以及使用这种支承的工艺 - Google Patents

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Abstract

催化剂支承件包括支架和多孔单体构件，前者具有流体进入开口、流体流出开口和适于接合多孔单体构件的接合面，后者具有第一上游端部、第二下游端部和接合面，该接合面利用作用于单体构件上游端部的密封力形成基本上不渗漏流体的密封接合，因而产生超过上、下游端部之间压差的并基本上正比于该压差的压力。该密封力最好包括反应成分或反应物流体流动的力，还提出一种工艺和其催化转化产品，该工艺在高空间速度、高温和高压下通过接触催化剂催化转化流体反应物，该催化剂载带于已确定的催化剂支承件上。

Description

催化剂支承件以及使用这种支承的工艺
本发明涉及催化剂支承件以及使用这种支承件的工艺，本发明具体涉及一种包括多孔单块构件的催化剂支承件和一种使用这种催化剂支承件使流体反应物发生催化反应的工艺，该支承件适合于装在支架上，该流体反应物具有很高的空间速度、温度和压力，更具体涉及催化碳氢化合物原料部氧化的工艺。
应用单块催化剂或催化剂支承件使轴向流的气态或液态流体进行转化的催化转化工艺需要一种将催化剂或催化剂支承件装在反应物流体流中的装置。这种安装方式通常不应当妨碍这种工艺或不应当对这种工艺产生有害的作用。
对于在高空间速度、高温和高压下，特别是在催化剂或催化剂支承件承受压差的情况下操作的工艺，这些要求变得很复杂。很明显，必须设计一种安装方式，这种方式可以承受压差、不依靠温度传感部件而且不会使反应物流体等发生不需要的偏转。
欧洲专利申请文件No.0 656 317(EP-A-0 656 317)的说明书说明一种催化碳氢化合物部分氧化的工艺，在这种工艺中碳氢化合物和含氧气体混合，并与催化剂接触。催化剂保持在一个具有很高曲折度(曲折度定义为气体流过构件的路径长度和穿过构件的最短直线的长度之比)的固定装置上，该固定装置的曲折度至少为1.1，并具有至少750孔/cm2。催化剂最好包括支承在一个载体上的催化活性金属。适当的支承材料被说明为包括难熔氧化物例如氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆及它们的混合物。该文中特别例示了一种催化剂，该催化剂包括用作载体的氧化锆难熔泡沫。
在工业规模应用的有吸引力的催化的部分氧化工艺将会操作在很高压力下，通常超过10巴例如约30巴，以及很高的气体小时空间速度(公升气体每千克催化剂每小时)下，通常在20000至100 000 000L/kg/h。由于部分氧化反应的热力学性质，为了在高压下得到较高的一氧化碳和氢的产额，需要在高温下进行反应。为了达到要求的工业工艺的产额，需要1000℃或更高的温度。
另外，国际专利申请文件WO 96/04200的说明书说明难熔单体支承件在这种工艺的高温条件所能够承受的热冲击，当催化剂温度急速变化引起支承件两端之间很大的温度梯度时该支承件可以承受这种冲击，并说明单块支承件的应用。该单块支承件包括抗热冲击性很高的锆基材料。为了基本上防止由于氧化不充分或过分氧化使转化到要求产品的转化率降低，这些工艺的操作在操作条件的控制方面、催化剂方面和原料接触方面要求不是特别高的。
因此需要一种装置，用于安装供这种工艺使用的催化剂支承件，使其可以充分承受高的空间速度、高温和热冲击，并且还基本上不影响和破坏反应过程。
我们已意外地发现，带有支架的催化剂支承件可以利用流体的空间速度来形成单体构件的密封啮合，而且基本上不干扰工艺，该支架具有适合于啮合多孔单体构件的特定形状并可以在反应物流体的流动流中以特定的方式取向。
因此在广泛的方面，本发明涉及一种催化剂支承件，该支承件包括：(1)支架，具有流体进入开口、流体流出开口和适合于与多孔单体构件接合的接合面；(2)多孔单体构件，具有第一上游端部、第二上游端部和接合支架的接合面，并通过施回在单体构件上游端部的密封力形成基本上不渗漏流体的密封结合，由此产生超过其上、下游端部之间压差的和基本上正比于该压差的压力。密封力最好包括反应组分或底物流的流体流动压力。此处说的“流体”是气态的或液态的流体，最好是气态流体或其混合物。此处所说的“轴向流方向的力”是指气流力在轴向方向的力或等值的分量。本文所说的“不渗透流体的密封结合”是指这样的结合，即流体除通过其进入开口或流出开口流过之外基本上完全没有流体可以流过支架，例如以不渗透流体的薄层的方式形成该密封接合，该薄层包括支架或单体构件的接合表面，或与其相结合的或在其间的部件的接合表面。
支架的进入开口和流出开口分别适当地与单体构件的上游端部和下游端部对齐。
本发明的催化剂支承件以极好的方式形成一种安装单体构件的装置，只要密封压力大于其上、下游之间的压差，该单体构件便形成密封接合。
这还具有附加的优点，即流到单体构件上游端部的流体反应物的压力可以用来将构件固定在支架内。
在本发明的优选方面，单体构件包括截头实心锥体，而支架包括截头的两端开口的空心圆锥，特征在于，支架和构件均具有基本相同的半锥角和大体相同的圆锥形状，因而支架适合于与单体构件相接合，使得两个锥形表面形成密封接合，单体构件和支架最好包括任何弧形的或多角形的锥形形状或其混合形状。
因此单体构件和支架的密封接合的完善性不会因施加密封力而受到单体构件沿顺流方向位移的影响，而是相反，可以增强这种接合的完善性。
催化剂支承件可以以要求的取向应用在例如垂直的或水平的反应物气流中。催化剂支承件还可以具有任何如前所述的尺寸，具体可以为任何数值，密封机构基本上是独立的标度，更准确地说是所用的操作窗口和在单体构件的上、下游端部之间所生成压差的函数。
很明显，例如包含截头平面的单体构件的下游端部，甚至上游端部均可使其具有一定形状，从而提供要求的特性例如提供反应物气流的控制性、单体构件的体积强度、催化剂/反应物的界面角等。下游端部最好是直的、角形的或弯曲的，与上游端部共平面。单体构件在其下游可选择地以常规方式在截头平面上延伸，因此截头平面可用来形成其接合表面的下游端部。例如单体构件可以包括曲线的或角状的圆柱形延伸部。任何这种延伸部可适当地使密封力减小沿如上所述的顺流方向的位移。这种延伸部可以以适当的方式与相应的支架延伸部相接合。
单体构件和支架包括分立的或连续的转动对称的截头圆锥，该圆锥通过绕中心纵轴转动一条与该纵轴成一个角度的直线而形成，其中，支架和构件通过绕中心纵轴转动至少部分相同的直线而形成，而最好由围绕中心纵轴的至少六个转动对称部分形成分立的转动。在优选的情况，即单体构件通过使一条直线和连接该直线到中心纵轴的两条直线绕中心纵轴的分立和连续转动而形成的情况下，该两条直线可以是直线、成角度的线、弯曲线或其混合线。可以明显看出，分立转动对称的催化剂支承件即包括多角构件和支架的锥面的支承件在反应工艺于圆筒形的流体反应物气流中进行时很接近于连续转动对称的锥面。例如，六角形、七角形、八角形构件等适合于此用途。
如前所述可以看到，本发明的单体构件以这样的方式固定在支架中，即施加流体反应物压力便足以保证相应表面例如上述锥面的接合。本发明的特别优点是，锥面的密封接合例如是单体构件两端的压差的函数，该单体构件具有任何给定的锥形半角、高与直径比、构件的多孔性等。因此适当选择这些参数便可以保证，在任何给定的所应用的空间速度下可以达到要求的锥面的密封耦合。
单体构件和支架可恰当地由与轴形成的圆锥半角确定，该半角的范围在3°～20°之间，比较好的是在4°～18°之间，更好的是在5°～15°之间，例如在6°～10°之间。
如上所述，对于其它参数的选定值，将与轴线形成的圆锥半角限定在3°～20°范围内，对于这种范围的圆锥半角可以保证密封压力不会大到使单体构件受损、破裂或变形的程度，而且圆锥半角可以充分保证构件固定在支架内，并且在其下游不会轴向脱开。
本文所说圆锥半角是圆锥中心纵轴和任何一条“母线”所形成的角，母线即包含在锥面上的线。
支架和单体构件可恰当地由相同的或不同的平均轴线长度对平均宽度之比确定，该比值可在1∶10～1∶1.1的范围内，比较好的是在1∶8～1∶1.5的范围，更好的是在1∶5～1∶1.2之间。相对的和具体的尺寸例如取决于反应的特性和单体构件和/或支架的机械强度。
催化剂支承件可以包括另外的啮合装置，该装置可适当地包括一个或多个装在支架和/或单体构件上的安全(降压)部件。这种部件可适当地形成辅助的密封力，这种力可以防止穿过单体支承件的压差万一反向或密封力万一中断时所造成的脱开。
一个或多个安全部件最好沿单体构件和支架的圆周设置，例如包括环形凸出带，该带与单体构件或支架形成整体，或与其分开，并适合于与在单体构件和支架的接合表面中的一个或两个表面上形成的对应的环形凹槽部分相结合。
如前所述的安全部件例如可以包括一种绳，该绳对单体构件或支架是固定的，适合于与一个或两个接合表面上的环形槽相结合。例如，具有环形凸缘、凹槽或凸部的接合表面适合于装入或紧压该绳子。利用柔性的或可弹性形变的绳材料例如编织绳的优点是，如上所述，可以自动调节密封接合和压力。
绳子等最好用适当的装置例如同相同材料作的纱线固定就位，或用任何合适的耐热材料例如合金等作的夹子、销钉、卡钉等使其固定就位。
可以适当地设置密封装置或垫片装置，该装置包括柔性的或可弹性形变的材料，该材料适合于衬接在相应接合面之间。这种装置最好是一个或多个连续的片或片段等，这些片或片段最好为无机纤维的编织件，分布在整个接合面上或其部分接合面上。应用这种密封装置或垫片装置可以有利地增强有效密封接合的区域，还可以消除表面不规则性的影响，保证这些表面的确可以准确地接合，而不管在制造锥形部件时所形成的圆锥半角的任何差别，或确保单体构件相对于支架的位移可以充分自动调节，单体构件和支架分别具有小的锥形半角等。密封或垫片装置适于与一个或两个接合表面形成整体或与其相分离，使得可以进行这种表面的自动调节而不损害密封件或垫片装置。
催化剂支承件适合于与将支架固定在催化反应器内的装置相结合。应当认识到，支架在远离接合处可以为任何形状，因此它可以以适合的方式固定在催化反应器中。因为支架基本上是不渗漏流体的，所以其外部形状不会显著影响反应物在反应器内的流动，并可以这样设计形状，使其不影响在单体构件或反应器内的任何位置的局部温度。
催化剂支承件的构成部件，具体为单体构件、支架、附加的啮合装置和密封或垫片装置可适当地包括耐高温的无机材料，该材料选自元素周期表的Ⅱa、Ⅲa、Ⅳa、Ⅲb、Ⅳb族元素及镧系元素的化合物或其化合物的混合物，最好选自氧化物、碳化物、氮化物，如氧化锆、氧化镧、氧化铝和其与上述任何化合物的混合物。
单体构件可以包括如上所述的在两端之间产生压差的任何构件。如上所述，单体构件包括穿过构件的沟道，该沟道具有很高的曲折度，大于1.1的曲折度比较好，在1.1至约10.0的范围更好，单体构件最好为泡沫形状。
如上所述，穿过单体构件的在其上、下游端部之间的压差可适当地小于在构件和支架的接合表面之间形成的密封压力，压差与密封压力之比最好小于1，在1∶1.2～1∶10的范围比较好，在1∶1.5～1∶8之间更好，例如在1∶1.3～1∶6之间。
单体构件可适当地包括一个或多个单体部分，例如按照本发明可以在如上所述的单一支架内设置许多接合的部分，例如形成锥形盘的部分，这些盘组成上述切头圆锥。这样作的优点是，由于在任何给定的单体部分减小了温度梯度的长度，所以增强了抗热冲击性。
支架最好包括形成要求机械强度、抗热冲击性等的其它材料，包括纤维增强件比较好，最好包括连续无机纤维增强的无机基体。
催化剂支承件可以包括任何适于在上述操作条件下转化上述流体反应物的催化剂。可采用已知的方法例如用已知的方式以例如均匀的或梯度分布等方式进行浸渍而适当地引入催化剂。
从上述说明可以明显看出，本发明的催化剂支承件可以极好地适用于如上所述的工艺中，达到本发明的目的。具体可以看出，催化剂支承件能够用在这些工艺中而基本上不影响或破坏这些工艺。
因此在本发明的另一方面提供一种催化转化流体反应物转化的工艺，该工艺包括使在高气体小时空间速度和高温下的反应物与催化剂接触，该催化剂包含载带于上述多孔单体构件上的催化活性材料，其中单体构件适合于通过密封力与上述支架密封地接合，该密封力作用在单体构件的上述上游端部，密封力包括流体流动的压力。
采用本发明的工艺时，催化剂支承件正是利用该工艺的特点进行固定，这些特点在用标准的催化剂支架的操作中将是成问题的，具体是利用高空间速度、高温和高压的特点。这就保证了催化剂支承件在应用于本发明的工艺中时具有极好的适用性。
特别是已经发现，根据所用的工艺操作条件通过选择催化剂支承件的尺寸和特性可以获得单体构件的极好密封性，因而如上所述，可使单体构件两端的压差和密封压力之比保持在一定范围内。应当认识到，工艺条件的严格性以及要求较好的密封度决定了对单体构件和压力比的选择。在某些工艺中，重要的是要基本上达到100％转化，即没有任何流体反应物或中间产品能够绕过催化剂支承件或其一部分，在其它情况下这是不太重要的。另外，密封度好可以保证使反应物的流动方向保证沿反应器轴直线流动，而在这种情况下，如果沿催化剂支承件发生渗漏则会使流向发生偏离，影响反应过程。
本发明的工艺最好是一个用于催化碳氢化合物原料部分氧化的工艺，该工艺包括使加工原料与载带于如上所述的催化剂支承件上的催化剂接触，该加工原料包括碳氢化合物原料和含氧气体，与催化剂的接触是在590～1400℃温度下、更好在750～1400℃的温度下，最好在850～1300℃的温度下，具体在1000～1300℃温度下和在20000～100 000 000L/kg/h的气体小时空间速度下，具体在50 000～50 000 000的气体小时空间速度下进行接触。优选工艺适合于用任何碳氢化合物原料制造其中含有需要比例的一氧化碳和氢的混合物。此种工艺是一种利用强烈放热反应制备很有用产品，该产品在这种技术中以合成燃气而众所周知，通过选择原料和操作条件利用这种反应可以控制一氧化碳与氢的摩尔比，从而在产品中达到一氧化碳和氢的要求的摩尔比。
在接触催化剂时碳氢化合物处于气相。此工艺特别适用于部分氧化甲烷、天燃气、有关的气体或其它轻碳氢化合物原料。术语“轻碳氢化合物”是指碳原子从1到5的碳氢化合物。此工艺最好用于转化天然的贮备的甲烷中的气体，该甲烷中包括大量二氧化碳。加工原料包括的甲烷其体积至少达到50％比较好，达到至少70％更好，具体达到至少80％。
碳氢化合物原料作为与含氧气体混合的混合物接触催化剂。空气适于用作含氧气体。然而最好用大体上纯净的氧作含氧气体。这样可以避免在用空气作含氧气体时的处理大量惰性气体例如氮气的。加工原料可选择地包括蒸气。
碳氢化合物原料和含氧气体最好提供在加工原料中，其量是可以得到0.3～0.8范围内的氧碳比，该比最好在0.45～0.75的范围内。此文所说的氧碳比是指分子O2中氧和碳氢化合物原料中的碳原子之比。氧碳比最好在0.45～0.65的范围内，氧碳比特别优选在化学计量比为0.5的区域内，即该比在0.45～0.65的范围内。如果在加工原料中有蒸汽，则蒸气与碳之比在高于0.0至3.0比较好，在0.0～2.0的范围更好。碳氢化合物原料、含氧气体和蒸气(如果有的话)最好在接触催化剂之前便充分混和。
本发明的工艺可以操作在任何合适的压力下。对于工业规模的应用，最适合用高压，即压力显著高于大气压。工艺操作的压力可以在高达150巴的范围内。该工艺最好在2～125巴的压力范围内操作，具体操作在5～100巴的压力范围内。
该工艺可以在任何合适的温度下操作。在工业规模的工艺中，在优选的流行的高压条件下，加工原料最好在高温下与催化剂接触。如果要在优选的高压条件下达到高水平的转化，这是必须的。因此，原料混合物在950℃以上的温度下接触催化剂比较好，温度最好在750～1400℃的范围内，具体在1000～1300℃的温度。在接触催化剂之前最好预热原料混合物。
可以在工艺操作期间以任何合适的空间速度输送加工原料。本发明工艺的一个优点是可以达到很高的气体空间速度。因此工艺的气体空间速度(表示为气体公升数/千克催化剂/小时)可在20000～100 000000L/kg/h的范围内，最好在50 000～50 000 000L/kg/h的范围内。在500 000～30 000 000L/kg/h范围的空间速度特别适用于本工艺。
应用在本发明工艺中的催化剂包括载带于如上所述的单体支承件的催化活性金属，可从元素周期表的Ⅷ族元素选择包含在催化剂中的催化活性金属。本文所说周期表可参考CAS版本，如印在“CRC化学和物理手册”第68版中的周期表。用在本发明工艺中的优选催化剂是从Ru、Rb、Pd、Os、Ir、和Pt金属中选出的金属。特别优选用Ru、Rh或Ir作催化活性金属的催化剂。Ir是最合适的催化活性金属。
催化剂包括载带于如上所述的无机的特别是氧化锆基的单体构件上的催化活性金属。可以应用任何合适的氧化锆基材料。合适的氧化锆材料可以在市场上买到。该材料最少包括70％重量的氧化锆，例如选自已知结构的(部分)稳定氧化锆或大体上纯的氧化锆。包含周期表中一个或多个稀土元素氧化物、ⅢB或ⅡB族元素氧化物的(部分)稳定氧化锆是特别好的氧化锆基材料。最好的氧化锆基材料包括由Mg、Ca、Al、Y、La或Ce中一个或多个元素的氧化物稳定的或部分稳定的氧化锆。稳定的或部分稳定的氧化锆可以是任何市场上可买到的形式，例如为颗粒、纤维或须状物的复合物。
单体构件包括如上所述的无机材料，上面涂有另一种材料，此种材料具有要求的特性，以增加抗热冲击性(例如SiC、SiO2、Al2O3或其混合物)、增强催化剂稳定性或增强热稳定性。
单体构件的最大尺寸可以从约1cm～1m或更大，它可以包括一个或许多单个的单体部分。尽管许多部分形成的抗热冲击性强于同样的单一部分形成的抗热冲击性，但是在本发明应用于高空间速度的情况下，这些部分的支承性便成问题，并且难于获得很好对接。然而构件可以包括按照已知方法切开的如上所述的单体构件。多孔的单体构件可以为任何合适的形状。单体构件的一种形状是挤压的蜂房形状，该蜂房的合适材料是先有技术中已知的，可以在市场上买到。挤压的蜂房材料的特征在于具有许多直的细长平行的伸过构件的沟道。然而最好的单体构件是具有高曲折度的构件。术语“曲折度”是这种技术中的普通术语，如用在本文中一样，曲折度定义为气体流过构件所走路径的长度与通过构件的最短直线的长度之比。因此可得出，挤压蜂房状构件的曲折度为1.0。用在本发明工艺中的单体构件最好具有高的曲折度，即曲折度大于1.1。单体构件的曲折度最好在1.1至约5.0的范围内。单体构件曲折度的最适合范围在1.3～4.0之间。
如上所述，用在本发明工艺中的单体构件是多孔的。单体构件最好是高孔隙度的。这些孔不同于在载带材料上的微孔。单体构件包含至少500孔/cm2比较好，包含750孔/cm2更好。优选的单体构件的孔在1000～15000孔/cm2范围内比较好，最好在1250～10000孔/cm2范围内。
单体构件的空隙比在0.4～0.9之间比较好，为避免过大的压差最好在0.6～0.9的范围内。
对于用作本发明工艺的催化剂载体的最合适和特别优选的单体构件是泡沫。适合用在本发明工艺中的泡沫在市场上可以买到。
用在本发明工艺中的催化剂可以采用先有技术中已知的方法进行制备。最适用的方法是用催化活性金属的化合物浸渍无机材料。
加工原料最好在绝热条件下接触催化剂。为进行说明，术语“绝热”是指反应条件，在这种条件下，可以基本上制止在反应区的所有热量损失及热辐射，但除开留在反应器的气态流出物气流中的热量。
在另一方面，本发明涉及用上述工艺制备的一氧化碳或氢。
用本发明工艺制备的一氧化碳和氢可以用在任何需要使用这些化合物中的一种或两种化合物的任何过程中。用本工艺制备的一氧化碳和氢的混合物特别适合用于合成碳氢化合物，例如用Fisher-Tropsch法合成碳氢化合物，或用于合成用氧饱和的化合物例如甲醇。将一氧化碳和氢转化成这种产品的工艺在先有技术中是周知的。换言之，一氧化碳和氢制品可以通过水煤气转化反应用来制造氢。产品的其它应用包括醛化作用和羰基化作用的工艺。
下面参照图1至5以非限制方式例示说明本发明，这些附图是：
图1～3分别是穿过本发明催化剂支承件的横截面图，该截面位于其中心纵轴的平面上；
图4和5是图1～3中任一个支承件的平面图。
图1示出本发明的催化剂支承件，该支承件包括具有上游端部(11)、下游端部(12)和接合表面(13)的单体构件(1)以及具有进入开口(21)、流出开口(22)和接合面(23)的支架(2)。该支架用抗热冲击性相当好的材料制作，例如用无机纤维增强的基本上不渗透流体的无机基体制作。单体构件(1)包括如上所述的无机泡沫，该泡沫具有如上所述的穿过该构件的弯曲沟道。对于单体构件(1)提供垫片(3)，配置在接合表面(13)和(23)之间。在插图中示出与中心纵轴A形成的圆锥半角，该圆锥半角选自上述的角范围。在图中，单体构件(1)是一个弯曲的共面截头锥体，该锥体可选择地包括多个单体部分(用虚线示出)。支架(2)也适于用合适的附件例如用在支架(2)底部的或截头顶部(未示出)的法兰延伸部分固定在反应器的流体气流中，该法兰适合于固定在适当的孔或开口(未示出)上，例如固定在装于反应器壁上的相对座子之间。反应器壁的支架最好用任一种热稳定材料制作，例如石英、碳、合金等。在法兰(4)和金属反应器壁的支架之间可选择地设置绝热材料。
很希望支架(2)具有最小的壁厚，但又能充分承受所用的条件。这样便可以保证热冲击作用最小，对过程的其它影响最小。单体构件(1)的轴长度稍小于支架(2)的轴长度或与其相同。
催化剂支承件(1)具有另外的啮合装置，该装置包括安全部件(5)，例如非整体的编织绳(商标Nextel)(51)啮合凹槽(52)、环形凸部(53)和/或锥形凸缘(54)。
如上所述，包缝绳子(51)，使其能够束紧或缝合而不影响圆锥面(13)和(23)的密封接合。
在图2和3中示出图1所示催化剂支承件的可替换实施例，该支承件为直的共面截头圆锥，在图3中包括下游延伸部(6)。在图4和5中的催化剂支承件分别包括连续的和分立的转动对称锥形构件(1)，或曲面的和多角形的锥形构件(1)。
下面参照例子以非限制性方式通过工艺实施例说明本发明。
例1
如图1所示，市场上可买到的多孔单体构件包括泡沫，该泡沫具有曲折的通道，并采用常规浸渍法用活性催化剂浸渍，如此制备的构件具有要求的最后催化剂负载。
使浸渍的单体构件与钢反应器内的支架相接合，如图1所示。将天然气和氧以要求的氧碳比完全混和，将得到的混合物用作加工原料，引入到反应器内，并接触催化剂。以预定的气体小时空间速度和温度输送加工原料，由此在单体构件(1)的上游端部(11)产生流体压力。
用光学高温计测量，催化剂支承件的操作温度约为1200。用气相色谱测定流出反应器的气体组分。(根据已转化的甲烷)测定该工艺转换到一氧化碳和氢的转化率和选择性。
单体构件两端之间的压差约为2.5巴。已发现催化剂支架可以很好地密封接合单体构件，根据转化率和选择性判断，没有检测到对工艺的干扰。
因此可以明显看出，本发明的催化剂支承件可以极好地用在如上所述的本发明的工艺中。

Claims (10)

1．一种催化剂支承件，包括具有流体进入开口、流体流出开口和适合于接合多孔单体构件的接合面的支架，以及具有第一上游端部、第二下游端部和接合面的多孔单体构件，该接合面通过作用于单体构件上游端部上的密封力形成基本上不渗漏流体的密封接合，因而产生超过其上、下游端部之间压差的并正比于该压差的压力，密封力最好包括反应成分或反应物流体流动压力。
2．如权利要求1所述的催化剂支承件，其特征在于，单体构件包括截头的实心圆锥，而支架包括截头的两端开口的空心圆锥、其特征在于，构件和支架由基本上相同的圆锥半角和大体相同的圆锥形状确定，因而支架适合于接合单体构件，使得两个圆锥表面可以密封地接合，单体构件和支架最好包括任何曲面的或多角形的圆锥形状，或其混合的形状。
3．如权利要求2所述的催化剂支承件，其特征在于，单体构件最好由直的、成角度的或弯曲的截头面确定，该截头面最好与其上游端部共面。
4．如权利要求2和3任一项所述的催化剂支承件，其特征在于，单体构件和支架由与轴线形成的3°～20°的圆锥半角确定，该半角在4°～18°范围内比较好，在5°～15°的范围更好，例如在6°～10°的范围内。
5．如权利要求1～4中任一项所述的催化剂支承件，还包括另外的接合装置，该装置的形式为装在支架和/或单体构件上的一个或多个降压(relief)部件。
6．如权利要求1-5中任一项所述的催化剂支承件，还包括密封或垫片装置，该装置对接相应的接合表面之间的界面，并包含柔性的或可弹性形变的材料等。
7．如权利要求1～6中任一项所述的催化剂支承件，其特征在于，单体构件、支架、另外的啮合装置和密封或垫片装置中的任何部件均包括耐高温的无机材料，这些材料选自元素周期表中Ⅱa、Ⅲa、Ⅳa、Ⅲb、Ⅳb族元素及镧系元素的化合物和这些化合物的混合物，最好选自氧化物、碳化物、氮化物等，如氧化锆、氧化镧、氧化铝和其混合物，以及上述化合物中的任何化合物；支架包括增强纤维，如上所述，最好包括连续无机纤维增强的无机基体。
8．一种催化转化流体基质的工艺，包括如权利要求1～7中任一项所述的，在高气体小时空间速度下和高温下使基质接触催化剂，该催化剂包括载带于多孔单体构件上的催化活性物质，其特征在于，该单体构件适合于利用密封力以基本上不渗漏流体的方式密封地与支架接合，该密封力施加在单体构件的上游端部，密封力最好包括流体流动的压力。
9．如权利要求8所述的工艺，该工艺是一种催化碳氢化合物原料部分氧化的工艺，该工艺包括在以下条件下使加工原料与催化剂接触，该原料包括碳氢化合物原料和含氧气体，该催化剂如前所述载带于催化剂支承件上，接触的条件是，温度在750～1400℃的范围内，最好在850～1300℃的范围内，气体小时空间速度在20 000～100 000 000L/kg/h范围内，其特征在于，催化剂包括作为催化活性材料的金属，该金属选自元素周期表的Ⅷ族元素，最好选自Rh、Pt、Pd、Os、Ir和Ru。
10．如权利要求9所述的工艺，其特征在于，碳氢化合物原料包括甲烷、天燃气、有关的气体或轻碳氢化合物源，含氧气体基本上为纯氧；碳氢化合物原料和含氧气体的组成是使得氧碳比在0.3～0.8的范围内，最好在0.45～0.75的范围内。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105312013A (zh) * 2015-11-09 2016-02-10 东华工程科技股份有限公司 一种列管式反应器换热管内催化剂的支撑方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6080301A (en) 1998-09-04 2000-06-27 Exxonmobil Research And Engineering Company Premium synthetic lubricant base stock having at least 95% non-cyclic isoparaffins
EP1043271A1 (en) * 1999-03-30 2000-10-11 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Apparatus for the catalytic partial oxidation of hydrocarbons
JP2003517986A (ja) * 1999-12-21 2003-06-03 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ 炭化水素供給物の接触部分酸化方法
JP2010215468A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Ngk Insulators Ltd リアクタ

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3887741A (en) * 1973-08-13 1975-06-03 Corning Glass Works Thin-walled honeycombed substrate with axial discontinuities in the periphery
JPH0634927B2 (ja) * 1989-11-16 1994-05-11 トヨタ自動車株式会社 排気ガス浄化触媒用メタル担体
NZ260621A (en) * 1993-06-18 1996-03-26 Shell Int Research Process for catalytic partial oxidation of hydrocarbon feedstock
EP0640561B1 (en) * 1993-08-24 1998-11-11 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Process for the catalytic partial oxidation of hydrocarbons

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105312013A (zh) * 2015-11-09 2016-02-10 东华工程科技股份有限公司 一种列管式反应器换热管内催化剂的支撑方法
CN105312013B (zh) * 2015-11-09 2020-07-10 东华工程科技股份有限公司 一种列管式反应器换热管内催化剂的支撑方法

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Publication number Publication date
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