DE102010009053A1 - Holding down catalyst particles in reactor for carrying out chemical reactions, involves feeding reactive gas into reactor, which has catalyst bed loaded with solid catalyst particles or solid substrate particles - Google Patents

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Abstract

Catalyst particles holding down involves feeding reactive gas into a reactor, which has a catalyst bed (2) loaded with solid catalyst particles or solid substrate particles. The solid substrate particle has a catalyst or is coated with a catalytically active material. The catalyst particles are held back in the reactor by using a holding device. The holding device is made of layer element (1) material from a solid body of open-porous porous material with coincidental pores. The holding device is impermeable to catalyst particles and permeable for reaction gas. An independent claim is also included for an apparatus for holding down catalyst particles, which comprises gas-permeable layer elements.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die zur Niederhaltung von angeströmten festen Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von katalytischen Gasphasenreaktionen dienen, wie sie in der Anmeldung DE 10 2009 011 375 beschrieben ist.The present invention relates to further advantageous embodiments, which serve to hold down flowed solid catalyst particles in a reactor for carrying out catalytic gas phase reactions, as described in the application DE 10 2009 011 375 is described.

Ein organischer Schaum wie z. B. Polyurethan kann mit Metallpulver, Wasser und Binder Suspension beschichtet, und anschließend mittels Wärmebehandlung zum Metallschaum verarbeitet werden. Unter den bekannten Verfahren wird das SRSS-Verfahren (Schlickerreaktionsschaumsinter) häufig angewandt. Zum Herstellen des Metallschaums kann nach dem Ermessen des Fachmanns die jeweils angemessene Methode benutzt werden.An organic foam such. B. Polyurethane can be coated with metal powder, water and binder suspension, and then processed by heat treatment to metal foam. Among the known methods, the SRSS method (slurry reaction foam sinter) is widely used. To produce the metal foam, the appropriate method may be used at the discretion of the skilled person.

Ein offenporiger poröser Metallschaum mit zufälligen Poren wird als Schichtelement für die Katalysatorhaltevorrichtung verwendet.An open-pore porous metal foam with random pores is used as a layer member for the catalyst holding device.

Die Porengröße des Metallschaums kann herstellungsbedingt variiert werden, so dass der Metallschaum unterschiedliche Porengrößen auf beiden Seiten haben kann. Je nach der Größe der Katalysatorpartikel kann der Metallschaum beim Herstellen so gestaltet werden, dass der Metallschaum auf der der Katalysatorschüttung zugewandten Seite kleinere Poren hat als der kleinste Querschnitt der vorgesehenen Katalysatorpartikel. Dadurch werden die Katalysatorpartikeln in dem durch den Metallschaum eingegrenzten Katalysatorbett festgehalten. Mit hoher Geschwindigkeit strömt das Reaktionsgas durch die Haltevorrichtung aus Metallschaum in das Katalysatorbett. Größere Poren auf der Katalysatorschüttung abgewandten bzw. der gaszuströmenden Seite des Metallschaums bewirken einen verringerten Druckverlust und begünstigen die Durchströmung des Gases.The pore size of the metal foam can be varied as a result of the production, so that the metal foam can have different pore sizes on both sides. Depending on the size of the catalyst particles, the metal foam may be designed during manufacture in such a way that the metal foam on the side facing the catalyst bed has smaller pores than the smallest cross section of the catalyst particles provided. As a result, the catalyst particles are held in the catalyst bed bounded by the metal foam. At high speed, the reaction gas flows through the metal foam holding device into the catalyst bed. Larger pores on the side facing away from the catalyst bed or the gas-flowing side of the metal foam cause a reduced pressure loss and favor the flow through the gas.

Wie die keramischen Elemente lassen sich die Metallschaum-Segmente auch so anordnen, dass sich eine geschlossene gasdurchlässige Schicht bildet. Im Vergleich zum starren und spröden keramischen Element besitzt der Metallschaum aber hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit, und ist ein wenig biegsam. Bei der lokal unterschiedlichen Legung der Katalysatorschüttung führen die Segmente der Metallschäume die Katalysatoroberfläche nach, jeweils unabhängig von den anderen Segmenten, darum entsteht auch kein Freiraum zwischen dem Katalysatorbett und den abdeckenden Metallschäumen, trotz der Unebenheit der Katalysatorschüttung. Einzelne Segmente der Metallschäume können über weitere Fügeverfahren zusammengesetzt werden. In einer vorteilhaften Gestaltung enthält der Metallschaum Führungsnuten, die als Verbindung zueinander dienen, über die Führungsnuten können die Metallschäume leicht ein- und ausgebaut werden. Der Metallschaum lässt sich bei der Herstellung mit Haken oder Ösen gestalten, um die einzelne Segmente miteinander zu einer bündigen Schicht verbinden zu können, ebenso kann der Metallschaum auch mit Schrauben verbindbar vorgesehen werden, darüber hinaus kann der Metallschaum auch durch Schweißen oder Kleben verbindbar gestaltet werden.Like the ceramic elements, the metal foam segments can also be arranged so that a closed gas-permeable layer is formed. However, compared to the rigid and brittle ceramic element, the metal foam has high specific rigidity and strength, and is slightly flexible. In the case of locally different laying of the catalyst bed, the segments of the metal foams follow the catalyst surface, in each case independently of the other segments, therefore there is no free space between the catalyst bed and the covering metal foams, despite the unevenness of the catalyst bed. Individual segments of the metal foams can be assembled by further joining methods. In an advantageous embodiment of the metal foam contains guide grooves that serve as a connection to each other, on the guide grooves, the metal foams can be easily installed and removed. The metal foam can be designed in the production with hooks or eyes in order to connect the individual segments together to form a flush layer, as well as the metal foam can be provided connectable with screws, moreover, the metal foam can also be made connectable by welding or gluing ,

Eine Haltevorrichtung aus dem Schichtelement vom Metallschaum kann auch in Radialreaktoren eingesetzt werden. Eine bündige Schicht von Metallschäumen mit dem festzuhaltenden Katalysatorbett wird parallel zur Reaktorwand angeordnet, die Reaktionsgase strömen radial durch die Haltevorrichtung und Katalysatorbett.A holding device made of the layer element of the metal foam can also be used in radial reactors. A flush layer of metal foams with the catalyst bed to be held is placed parallel to the reactor wall, the reaction gases flow radially through the fixture and catalyst bed.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. 1 zeigt eine Ausführungsform des Metallschaums als Haltevorrichtung für das Katalysatorbett.The embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. 1 shows an embodiment of the metal foam as a holding device for the catalyst bed.

Die Haltevorrichtung besteht aus einer Zusammensetzung der einzelnen Segmente von Metallschäumen. In 1 liegen die einzelnen Segmente von Metallschäumen lose nebeneinander auf dem Katalysatorbett, bilden eine bündige Schicht über die Katalysatorschüttung. Jedes Metallschaum-Segment ist mit einer Bohrung in der Mitte versehen, durch die passt ein zylindrischer Stift, wobei der Stift an einem Ende einen flachen Teller und an dem anderen Ende ein Stück Gewinde aufweist, und der Teller einen größeren Durchmesser als die Bohrung besitzt. Mit Hilfe des Tellers kann ein Metallschaum-Segment einfach aus der Haltevorrichtung rausgezogen werden, um zum Beispiel das Katalysatorbett zu füllen oder die Katalysatorschüttung zu wechseln. Der Stift kann hohl oder massiv sein, kann aus dem gleichen Material wie die Haltevorrichtung bestehen. Der Durchmesser der Bohrung ist so groß, dass der Stift durch die Bohrung passt, und der Stift zusätzlich noch Spiel für die axiale und radiale Bewegung hat, darüber hinaus darf das Spiel in der Bohrung um den Stift nicht größer sein als der kleinste Querschnitt der Katalysatorpartikel, damit keine Katalysatorpartikel durch die Bohrung austreten kann. Der Stift soll so lang sein, dass es sowohl zwischen dem Teller und dem Metallschaum als auch zwischen dem Metallschaum und der aufgeschraubten Gewindemutter jeweils Spiel vorhanden ist. Das Spiel ermöglicht, dass sich die Haltevorrichtung aus Metallschäumen auf der Katalysatoroberfläche nachsetzen kann. Jeder Stift verfügt über eine Verbindungsmöglichkeit, die oberhalb oder unterhalb der Gewindemutter aber über die Metallschäume angeordnet ist, mit der alle Stifte miteinander verbunden werden können. Die Verbindungsmöglichkeit kann beispielsweise ein Gitter, ein Draht, Stäbe oder eine Schablone sein. Natürlich auch diejenigen Verbindungsmöglichkeiten werden hier angewandt, die zum Zweck dieser Verbindung sinnvoll sind. Das Verbinden der Stifte soll die Querbewegung der Metallschäume verhindern, damit es keine Spaltbildung zwischen den Metallschäumen entsteht, und die Haltevorrichtung aus den Metallschäumen die Katalysatorschüttung zurückhalten kann.The holding device consists of a composition of the individual segments of metal foams. In 1 If the individual segments of metal foams are lying loosely next to one another on the catalyst bed, they form a flush layer over the catalyst bed. Each metal foam segment is provided with a bore in the center through which fits a cylindrical pin, the pin having a flat plate at one end and a threaded portion at the other end, and the plate has a larger diameter than the bore. With the help of the plate, a metal foam segment can be easily pulled out of the holding device, for example, to fill the catalyst bed or to change the catalyst bed. The pin may be hollow or solid, may be made of the same material as the holder. The diameter of the hole is so large that the pin fits through the hole, and the pin additionally has play for the axial and radial movement, moreover, the play in the hole around the pin must not be larger than the smallest cross-section of the catalyst particles so that no catalyst particles can escape through the hole. The pin should be so long that it is present between the plate and the metal foam as well as between the metal foam and the screwed nut each game. The game allows the holding device to be replenished from metal foams on the catalyst surface. Each pin has a connection option, which is above or below the nut but over the metal foams, with all pins can be connected to each other. The connection possibility can be, for example, a grid, a wire, rods or a template. Of course, even those connection options are applied here for the purpose of this Connection are meaningful. The connection of the pins should prevent the transverse movement of the metal foams, so that there is no gap formation between the metal foams, and the holding device can retain the catalyst bed from the metal foams.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann man sogar auf die Bohrungen verzichten, die Stifte können direkt auf die Metallschäume geschweißt oder geklebt werden, wobei die erfindungsgemäße Verwendung der Haltevorrichtung aus Metallschaum nicht auf solche Ausführungsform beschränkt ist.In this embodiment, one can even dispense with the holes, the pins can be welded or glued directly to the metal foams, wherein the inventive use of the holding device made of metal foam is not limited to such embodiment.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009011375 [0001] DE 102009011375 [0001]

Claims (9)

Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen gemäß Anspruch 1 der DE 10 2009 011 375 , wobei • das zu reagierende Gas in einen Reaktor geführt wird, der ein Katalysatorbett besitzt, welches mit festen Katalysatorpartikeln oder mit Partikeln aus einem festen Trägermaterial, das einen Katalysator enthält oder das mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist, beschickt ist, und • die Katalysatorpartikel mittels einer Katalysatorhaltevorrichtung im Reaktor zurückgehalten werden, • die Katalysatorpartikel in Gasströmungsrichtung vor dem Katalysatorbett durch eine Haltevorrichtung zurückgehalten werden, die aus mindestens einem Schichtelement besteht, wobei dieses Element oder die Elemente undurchlässig für Katalysatorpartikel und durchlässig für Gase sind, dadurch gekennzeichnet, dass • als Schichtelement ein Festkörper aus offenporigem porösem Metallschaum mit zufälligen Poren verwendet wird.A method for holding down catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to claim 1 of DE 10 2009 011 375 in which the gas to be reacted is passed into a reactor having a catalyst bed which is charged with solid catalyst particles or with particles of a solid support material containing a catalyst or coated with a catalytically active material, and Catalyst particles are retained in the reactor by means of a catalyst holding device, the catalyst particles are retained in the gas flow direction in front of the catalyst bed by a holding device which consists of at least one layer element, this element or elements being impermeable to catalyst particles and permeable to gases, characterized in that As a layer element, a solid body of open-cell porous metal foam is used with random pores. Verwendung des Schichtelements aus Metallschaum zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße des Metallschaums auf der der Katalysatorschüttung zugewandten Seite kleiner ist als der kleinste Querschnitt der Katalysatorpartikel.Use of the layer element made of metal foam for holding catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to claim 1, characterized in that the pore size of the metal foam on the side facing the catalyst bed side is smaller than the smallest cross section of the catalyst particles. Verwendung des Schichtelements aus Metallschaum zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Metallschäume auf der der Katalysatorschüttung zugewandten Seite kleiner ist als die der abgewandten Seite.Use of the layer element made of metal foam for holding catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pore size of the metal foams on the side facing the catalyst bed side is smaller than that of the opposite side. Verwendung des Schichtelements aus Metallschaum zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum Führungsnuten enthält, die als Verbindungen zueinander dienen.Use of the layered metal foam element for holding down catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal foam contains guide grooves serving as connections to one another. Verwendung des Schichtelements aus Metallschaum zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum mit Haken oder Ösen verbindbar gestaltet ist.Use of the layer element made of metal foam for holding down catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal foam is designed to be connectable with hooks or eyes. Verwendung des Schichtelements aus Metallschaum zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum mit Schrauben verbindbar gestaltet ist.Use of the layer element made of metal foam for holding down catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal foam is designed to be connectable with screws. Verwendung des Schichtelements aus Metallschaum zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum durch Schweißen verbindbar gestaltet ist.Use of the layer element of metal foam for holding down catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal foam is designed to be connectable by welding. Verwendung des Schichtelements aus Metallschaum zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum durch Kleben verbindbar gestaltet ist.Use of the layer element made of metal foam for holding down catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal foam is designed to be connectable by gluing. Verwendung des Schichtelements aus Metallschaum zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Radialreaktor.Use of the layer of metal foam for holding down catalyst particles in a reactor for carrying out chemical reactions according to one of claims 1 to 8 in a radial reactor.
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