DE2038165C3 - Cylindrical catalyst pellets produced by compression for use in a gas phase process - Google Patents
Cylindrical catalyst pellets produced by compression for use in a gas phase processInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf zylindrische, durch Kompression hergestellte Kat.tJysatorpelleis zum Einsatz in einem Gasphasenverfahren.The invention relates to cylindrical, through Kat.tJysatorpelleis manufactured in compression for use in a gas phase process.
Bei einigen Gasphasenverfahren, bei denen feste Katalysatoren in Form von Kataiysatorpeiiets eingesetzt werden, ist die Geschwindigkeit der Gasphasenrcaktion durch die Geschwindigkeiten begrenzt, mit denen die Reaktionsteilnehmcr in die Kalalysatorpelleis hinein- und mit denen die Reaktionsprodukte aus den Katalysatorpellets herausdiffundieren. Solche Gasphasenreaktionen laufen daher vorzugsweise bzw. hauptsächlich in der Nähe der Außenflächen der Katalysatorpellets ab, weshalb es vorteilhaft ist, Kataiysatorpeiiets herzustellen, bei denen das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen hoch ist. Dies kann erreicht werden, indem man kleine Katalysatorpellets herstellt. Im Hinblick auf die praktische Verwendung gibt es jedoch eine Untergrenze für die Größe von Katalysatorpellets, da der zum Hindurchpumpen eines Gases durch das Katalysatorbett erforderliche Druck bzw. der Druckabfall längs des Katalysatorbettes in dem Maße ansteigt, in dem die Größe der Katalysatorpellets verringert wird. Außerdem ist die Herstellung von sehr kleinen Katalysatorpellets mit einem höheren Kostenaufwand verbunden. Durch die Verwendung ringförmiger Katalysatorpellets können ein Anstieg des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen und eine Verringerung des Druckabfalls erzielt werden, jedoch sind die Herstellungskosten von ringförmigen Kaialysatorpcllcis höher als bei einfachen, zylindrischen Kiitalysatorpellcis, und die praktische Verwendbarkeil ringförmiger Katalysalorpellcts ist aufgrund mechanischer Bedingungen iiiif relativ große Ringe beschränkt.In some gas phase processes in which solid catalysts in the form of Kataiysatorpeiiets are used, the speed of the gas phase reaction is limited by the speeds which the reactants in the Kalalysatorpelleis in and with which the reaction products diffuse out of the catalyst pellets. Such gas phase reactions therefore preferably or mainly take place in the vicinity of the outer surfaces of the catalyst pellets, which is why it is advantageous to use Kataiysatorpeiiets in which the surface-to-volume ratio is high. This can be achieved by to make small catalyst pellets. However, in view of practical use, there is one Lower limit for the size of catalyst pellets, there the pressure required for pumping a gas through the catalyst bed or the pressure drop along the catalyst bed increases to the extent that in which reduces the size of the catalyst pellets. In addition, the production of very small Catalyst pellets are associated with higher costs. Using annular catalyst pellets can increase the ratio of Surface to volume and a reduction in the pressure drop can be achieved, but the manufacturing costs of annular Kaialysatorpcllcis are higher than with simple, cylindrical Kiitalysatorpellcis, and the practical usability of annular catalyst pellets is due to mechanical conditions iiiif limited to relatively large rings.
Aus der DE-PS 5 52 5)3 sind ellipsoidförmige Füllkörper für Adsorptions- und KcaktionstürmcFrom DE-PS 5 52 5) 3 are ellipsoidal packing for adsorption and Kcaktionstürmc
bekannt, die zur Erhöhung der wirksamen Oberfläche und zur Erzielung eines ausreichenden Durchgangsquerschnitts mit Aussparungen versehen sind und Rillen oder Rippen aufweisen können. Diese Füllkörper haben jedoch den Nachteil, daß ihre Herstellung wegen der komplizierten Form schwierig und kostspilelig und die Übetragung dieser Form auf Katalysatorpellets mit der bevorzugten, geringen Größe von einigen Millimetern kaum möglich istknown, which are provided with recesses and grooves to increase the effective surface and to achieve a sufficient passage cross-section or can have ribs. However, these packing bodies have the disadvantage that their production because of the complicated shape difficult and expensive and the transfer of this shape to catalyst pellets with the preferred, small size of a few millimeters is hardly possible
Aus den US-PS 36 74 680 und 24 08 164 sind Katalysatorpellets mit vergrößerter, geometrischer Oberfläche bekannt, die sehr verschiedene Formen aufweisen und durch Strangpressen hergestellt werden können, wenn es überhaupt ein einfaches Verfahren für ihre Herstellung gibt Das Strangpreßverfahren hat jedoch den Nachteil, daß zuerst Preßlinge gebildet werden, die nicht starr sind und daher ihre Form verändern können. Außerdem müssen diese Preßlinge geschnitten werden, wobei es nicht einfach ist, die Länge der dadurch erhaltenen, kurzen Stücke konstant zu halten.From US-PS 36 74 680 and 24 08 164 are catalyst pellets with enlarged, geometric Known surface that have very different shapes and are produced by extrusion can, if there is any simple method of making them, that extrusion process has however, the disadvantage that compacts are first formed which are not rigid and therefore their shape can change. In addition, these compacts must be cut, and it is not easy to get the length to keep the short pieces thus obtained constant.
Es sind auch einfache, zylindrische Kataiysatorpeiiets bekannt, diese Katalysatorpellets haben jedoch kein optimales Verhältnis von Oberfläche zu Volumen.Simple, cylindrical Kataiysatorpeiiets are also known, but these catalyst pellets have none optimal surface-to-volume ratio.
Aufgabe der Erfindung sind demnach zylindrische, durch Kompression hergestellte Katalysatorpellets zum Einsatz in einem Gasphasenverfahren, bei denen das Verhältnis von Oberflache zu Volumen im Vergleich mit den einfachen zylindrischen Katalysatorpellets verbessert ist, die eine Form haben, durch die für einen gegebenen Fall ein optimales Gleichgewicht zwischen Oberflächenerhöhung, Druckabfall im Katalysatorbett und Abriebverluste erzielt werden kann und die bei einer langen Nutzungsdauer einen relativ geringen Druckabfall verursachen.The object of the invention are therefore cylindrical, compression-produced catalyst pellets for Use in a gas phase process in which the ratio of surface area to volume is compared with the simple cylindrical catalyst pellets, which have a shape through which for one given case an optimal balance between surface increase and pressure drop in the catalyst bed and abrasion losses can be achieved and relatively low over a long period of use Cause pressure drop.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch I gekennzeichneten Katalysalorpellets gelöst.This object is achieved by the catalyst pellets characterized in claim I.
Die erfindungsgemäßen Katalysatorpellets (nachstehend einfach als »Pellets« bezeichnet) weisen eine bessere Kombination von Eigenschaften auf als übliche Katalysatorpellets.The catalyst pellets of the invention (hereinafter referred to simply as "pellets") have a better combination of properties than usual Catalyst pellets.
Die erfindungsgemäßen Pellets können fast so leicht und billig hergestellt werden wie einfache zylindrische Pellets. Dazu werden Pelletiervorrichtungen eingesetzt, deren zwei Stempel komplementär zu der gewünschten Form der Endflächen der Pellets profilierte bzw. flache Stirnflächen aufweisen.The pellets of the invention can be made almost as easily and cheaply as simple cylindrical ones Pellets. For this purpose, pelletizing devices are used, the two punches of which are complementary to the desired one Have the shape of the end faces of the pellets profiled or flat end faces.
Das Volumen eines mit einer Einkerbung versehenen Pellets ist kleiner und seine Außenoberfläche ist größer als bei einem zylindrischen Pellet mit flachen Endflächen sowie gleicher Gesamtlänge und gleichem Durchmesser. Wenn erfindungsgemäße, mit Einkerbunger versehene Pellets in einen Reaktionsbehälter für ein Gasphasenverfahren eingefüllt werden, ist das Gewicht der zum Füllen des Reaktionsbehälters benötigten Pellets geringer als bei einfachen, Zylindrischen Pellets mit gleicher Packungsdichte, weshalb die Kosten geringer sind. Da die Oberfläche der erfindungsgemäßen Pellets in dem Reaktionsbehälter erhöht ist, wird auch der Wirkungsgrad des Reaktionsbehälters für diffusionsbegrenzte Gasphasenreaktionen gesteigert. Das Katalysatorbett hai bei Verwendung der erfindungsgemäßen Pellets auch eine größere Durchlässigkeit und weist daher einen geringeren Druckabfall auf ills ein Katalysatorbett, das durch zylindrische Pellets mil flachen Endflächen gebildet wird.The volume of an indented pellet is smaller and its outer surface area is larger than a cylindrical pellet with flat end faces and the same overall length and the same Diameter. When notched pellets according to the invention are placed in a reaction container for a Gas phase processes are charged is the weight required to fill the reaction vessel Pellets less than simple, cylindrical pellets with the same packing density, which is why the costs are lower. Since the surface area of the pellets according to the invention is increased in the reaction container, the efficiency of the reaction vessel for diffusion-limited gas phase reactions is also increased. When using the pellets according to the invention, the catalyst bed also has a greater permeability and therefore has a lower pressure drop ills a catalyst bed formed by cylindrical pellets with flat end faces.
Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bei einem mit einem Vorsprung versehenen Pellet weicht nichtThe ratio of surface area to volume in a protruding pellet does not give way
wesentlich von dem Verhältnis bei einem zylindrischen Pellet mit flachen Endflächen ab. Wenn erfindungsgemäße Pellets, die mit einem Vorsprung versehen sind, in einen Reaktionsbehälter eingefüllt werden, ergibt sich jedoch eine Erhöhung der Durchlässigkeit, da die Pellets i durch die Vorsprünge weiter voneinander entfernt gehalten werden, wodurch das Gewicht und damit die Kosten des Katalysators, der eine Volumeneinheit des Reaktionsbehälters einnimmt, vermindert werden.depends significantly on the ratio for a cylindrical pellet with flat end faces. When inventive Pellets provided with a protrusion are filled into a reaction container, as a result however, an increase in permeability as the pellets i further apart due to the protrusions are kept, thereby reducing the weight and thus the cost of the catalyst, which is a unit volume of the Reaction container occupies are reduced.
Die Formen uer einander gegenüberliegenden, mit in einer Einkerbung oder einem Vorsprung versehenen Endflächen der erfindungsgemäßen Pellets müssen nicht identisch sein. Je nach der Anzahl der Einkerbungen oder Vorsprünge an einer oder an beiden Endflächen ergeben sich viele mögliche Konfigurationen der π erfindungsgemäßen Pellets. Die Einkerbungen oder Vorsprünge können beispielsweise in Form von Kugelsegmenten, Nuten (oder Wülsten im Falle von Vorsprüngen), ringförmigen Nuten und Rechteckprismen vorliegen oder kegelförmig oder kegelstumpfförmig sein. Ein solcher Wulst oder eine solche Nut kann linear oder verzweigt sein und beispielsweise in einem dreizackigen Muster vorliegen.The shapes are opposite to each other, with in a notch or a projection provided end faces of the pellets according to the invention need not be identical. Depending on the number of notches or projections on one or both end faces there are many possible configurations of the π pellets according to the invention. The notches or Projections can, for example, in the form of spherical segments, grooves (or beads in the case of Projections), annular grooves and rectangular prisms are present or conical or frustoconical be. Such a bead or such a groove can be linear or branched and, for example, in one three-pronged pattern.
Zur Vereinfachung der Herstellung und zur Erhöhung des Abnutzungswiderstandes können die Einkerbungen oder Vorsprünge auch abgerundete Kanten oder Ecken aufweisen.To simplify the production and to increase the wear resistance, the notches or projections also have rounded edges or corners.
Ein sehr geeignetes Pellet hat eine flache Endfläche und eine mit einer flachen, kegelförmigen Einkerbung versehenen Endfläche, wobei die Tiefe der Einkerbung m zwischen 0,2 und 0,5 ihres Durchmessers liegt.A very suitable pellet has a flat end face and an end face provided with a flat, conical notch, the depth of the notch m being between 0.2 and 0.5 of its diameter.
Le liegt vorzugsweise zwischen 0,5 D und 1,5 D. Zur Erzielung einer besonders vorteilhaften Verbesserung der Wirksamkeit des Katalysators liegt bei den erfindungsgemäßen Pellets L/zwischen 0,05 Dund 0,4 D, ti wobei jedoch Li, soweit möglich, bis zu 0,6 D beträgt. Bei den erfindungsgemäßen Pellets liegt Dzwischen 13 und IO mm und vorzugsweise zwischen 13 und 7 mm, da die Herstellung von ringförmigen Pellets bei diesen Abmessungen im allgemeinen nicht praktikabel ist. Auch bei einem größeren Durchmesser der erfindungsgemäßen Pellets ergeben sich Vorteile, da die Herstellung zylindrischer Pellets durch Kompression mechanisch einfacher ist als die Herstellung von ringförmigen Pellets. ίί Le is preferably between 0.5 D and 1.5 D. To achieve a particularly advantageous improvement in the effectiveness of the catalyst, L / in the pellets according to the invention is between 0.05 D and 0.4 D, ti, however , where Li, as far as possible, is up to to 0.6 D. In the case of the pellets according to the invention, D is between 13 and 10 mm and preferably between 13 and 7 mm, since the production of annular pellets with these dimensions is generally not practical. Even with a larger diameter of the pellets according to the invention there are advantages, since the production of cylindrical pellets by compression is mechanically simpler than the production of annular pellets. ίί
Bei der Auswahl der Formen der Einkerbungen und Vorsprünge für die erfindungsgemäßen Pellets ist die Leichtigkeit der Herstellung von Stempeln für Pelletiervorrichtungen zu bachten. Die hauptsächlichen Überlegungen, die in bezug auf die Herstellung der "><> erfindungsgemäßen Pellets anzustellen sind, bestehen darin,When selecting the shapes of the notches and projections for the pellets according to the invention, the Ease of manufacture of punches for pelletizers. The main considerations which are to be employed in relation to the production of the "> <> pellets according to the invention exist in this,
(1) daß die Stempel so profiliert sein sollen, daß sie sich bei ihrem Einsatz nicht festsetzen, ~>->(1) that the stamps should be profiled so that they are do not fix when they are used, ~> ->
(2) daß die Vorsprünge an den Stempeln die Pellets nicht beschädigen sollen, wenn die Pellets von dem unteren Stempel entfernt werden, und(2) that the protrusions on the punches should not damage the pellets when the pellets are removed from the lower stamp to be removed, and
(3) daß kein Teil des als Pulver in die Form der Pelletiervorrichtung eingefüllten Katalysators zu wi wenig zusammengedrückt werden soll.(3) that no part of the catalyst filled as a powder in the mold of the pelletizer is wi should be squeezed a little.
Diese Anforderungen in bezug auf die Herstellung werden durch eine Vielzahl von Formen der erfindungsgemäßen Pellets erfüllt, die eine Möglichkeil zur <r> Optimierung des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen bieten. Hei Pellets mit Nuten oder Wulsten kann die relative Ausrichtung des oberen und des unteren Stempels der Pelletiervorrichtung festgelegt werden, damit Nuten oder Wulste in jeder gewünschten relativen Orientierung erhalten werden, oder die Stempel können drehbar sein oder gedreht werden, um eine gegenseitige Ausrichtung zu ergeben, die sich zwischen den Pellets einer Katalysatorcharge ändert.These manufacturing requirements are met by a variety of forms of the invention Pellets met, which is a possibility for <r> Offer optimization of the surface area to volume ratio. Hei pellets with grooves or beads can determine the relative orientation of the upper and lower punch of the pelletizing device so that grooves or beads are obtained in any desired relative orientation, or the Punches can be rotatable or rotated to give mutual alignment that is changes between the pellets of a catalyst charge.
Innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen leicht konische Pellets, bei denen sich der Durchmesser D von einer Endfläche zur anderen in einem gringen Ausmaß ändert.Within the scope of the invention are slightly conical pellets in which the diameter D changes to a slight extent from one end face to the other.
Zur Vereinfachung der Herstellung ist es vorteilhaft, wenn die Pellets eine flache und eine profilierte Endfläche besitzen. Diese Pellets werden gebildet, indem man eine Pelletiervorrichtung mit einem oberen, profilierten Stempel und einem unteren, flachen Stempel einsetzt. Pellets mit rechteckförmigen Einkerbungen oder Vorsprüngen ergeben bei der Herstellung technische Probleme, da rechteckförmige Stempel an ihren Ecken bald abgenutzt werden.To simplify production, it is advantageous if the pellets are flat and profiled Own end face. These pellets are formed by using a pelletizer with an upper, profiled stamp and a lower, flat stamp inserts. Pellets with rectangular notches or projections result in technical problems during manufacture, since rectangular stamps are involved their corners will soon be worn out.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Pellets können alle Materialien eingesetzt we.->2n, die üblicherweise für di"; Herstellung von Katalysatoren für Gasphasenreaktionen verwendbar sind. Beispiele für diese Materialien sind Trägermaterialien wie schwer reduzierten; Oxide der Gruppen II bis IV des Periodensystems einschließlich hydraulischer Zemente, katalytisch aktive Oxide wie Siliciumdioxid, Aluminiumdioxid und Oxide der Grupppen V bis VIII des Periodensystems und Metalle der Gruppe IB und VIII des Periodensystems. Besonders vorteilhafte Katalysatoren, die in Form von erfindungsgemäßen Pellets eingesetzt werden können, sind Katalysatoren, die Kobalt- und Molybdänoxide enthalten, sowie Kupfer- und Zinkoxide. Die Bestandteile können alle zum Zeitpunkt der Herstellung der erfindungsgemäßen Pellets durch Kompression vorliegen, oder sie können zum Teil nachher, beispielsweise durch Imprägnierung, hinzugefügt werden.All materials can be used for the production of the pellets according to the invention. - > 2n, which are usually used for the production of catalysts for gas phase reactions. Examples of these materials are support materials such as heavily reduced oxides of groups II to IV of the periodic table including hydraulic cements, catalytically active oxides such as silicon dioxide, aluminum dioxide and oxides of the Groups V to VIII of the periodic table and metals of group IB and VIII of the periodic table. Particularly advantageous catalysts which can be used in the form of pellets according to the invention are catalysts which contain cobalt and molybdenum oxides, as well as copper and zinc oxides. The constituents can all at the time of production of the pellets according to the invention by compression, or some of them can be added afterwards, for example by impregnation.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von fünf vorteilhaften Formen erfindungsgemäßer Pellets unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below with reference to five advantageous forms of pellets according to the invention Explained in more detail with reference to the schematic drawings.
Fig. I zeigt eine Schnittansicht und eine Draufsicht eines erfindungsgemäJ3en Pellets, das an beiden Endflächen mit einer kegelförmigen Einkerbung versehen ist.Fig. I shows a sectional view and a plan view of a pellet according to the invention which is provided with a conical notch on both end faces is.
Fig.2 zeigt eine Schnittansicht und eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Pellets, das an beiden Endflächen mit Nuten versehen ist, die einen flachen Boden aufweisen.Fig. 2 shows a sectional view and a plan view a pellet according to the invention, which is provided on both end faces with grooves that have a flat Have soil.
Fig.3 zeigt eine Schnittansicht und eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Pellets, das an beiden Endflächen mit V-förmigep,Nuten versehen ist.3 shows a sectional view and a plan view of a pellet according to the invention which is provided with V-shaped grooves on both end faces.
Fig 4 seiigt eine Schnittansicht und eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Pellets, das an der oberen Endfläche mit einer Einkerbung versehen ist, während die untere Endfläche flach ist.Fig. 4 is a sectional view and a plan view a pellet according to the invention, which is provided with a notch on the upper end surface, while the lower end face is flat.
F i g. 5 zeigt drei Ansichten eines erfindungsgemäßen Pellets, das an seiner oberen Endfläche mit einem trapezförmigen Wulst versehen ist, während seine untere Endfläche eine trapezförmige Einkerbung aufweist, wobei (i) eine Vorderansicht, (ii) eine Seitenansicht und (iii) eine Draufsicht dieses i'cllets ist.F i g. 5 shows three views of an inventive Pellets, which is provided with a trapezoidal bead on its upper end face, while its lower end face has a trapezoidal notch, (i) a front view, (ii) a Side view and (iii) a top view of this i'cllet.
In den Figuren bedeutet X die Weite bzw. Breite der Einkerbung oder des Vorsprungs.In the figures, X means the width of the notch or projection.
Nähere Angaben zu den in den F i g. I bis 5 schematisch dargestellten, erfindungsgemäßen Pellets werden in Tabelle I eezeiet.More detailed information on the in the F i g. I to 5 schematically illustrated pellets according to the invention are shown in Table I.
a he Ik· Ia he Ik · I
(2) Vcrglcichsdiilcii(2) Comparison
Relatives Volumen pro IVIIeI X()"Relative volume per IVIIeI X ( ) "
Relative Außenlliiche 105'Relative outer space 105 '
pm IVIIeIpm IVIIeI
Relatives Gewicht des IVIIeIs 'MRelative weight of the IVIIeIs' M
pro \Olumeneinheitper oleum unit
des Keaklionsbehiilletsof the Keaklionsbehiillets
Relative Außenfläche 107"Relative outer surface 107 "
pro Vnliimcncinheitper unit
des Reaktionsbehiillersof the reaction container
Relativer Druckabfall X1»'Relative pressure drop X 1 »'
IVIIcK mn
2 Nuten nut
II.allem
linden
Il ιμ. 21IVIIcK mn
2 grooves groove
II. All
linden
Il ιμ. 21
115' 0.4'IX
0.44.1115 '0.4'IX
0.44.1
0.I4X0.I4X
IV-llcls mil
2 V-Iörmi-UCiI Nulcii
(I II!. }) IV-llcls mil
2 V-Iörmi- UCiI Nulcii (I II !. })
0.41
0.(i70.41
0. (i7
84"..84 "..
125"125 "
Xl"Xl "
IV-IIeIs mil einerIV-IIeIs mil one
Il ιμ. 4|Il ιμ. 4 |
0.10.1
0.17
0.720.17
0.72
IVIicls mnIVIicls mn
I inkcrlninij und Wulst (I 11; si I inkcrlninij and bulge (I 11; si
KM"..
i) I"„ KM "..
i) I ""
0.47 0.1M 0.470:47 0. 1 M 0:47
0.2'M (Null 0.571 (Wulsli0.2'M (zero 0.571 (Wulsli
0.075 (Null II.I7«) (Wulst)0.075 (zero II.I7 «) (bead)
7')% 88°.,7 ')% 88 °.,
KM",,KM ",,
116%116%
<)5"„<) 5 ""
Die in Tabelle I angegebenen Vergleichsdiiten beziehen sich auf die entsprechenden Eigenschaften von zylindrischen Pellets mit flachen Endflächen, gleicher Gesamtlänge L/ und gleichem Durchmesser D. The comparative diets given in Table I relate to the corresponding properties of cylindrical pellets with flat end faces, the same overall length L / and the same diameter D.
Aus Tabelle I geht hervor, daß bei den Pellets der F i g. I bis 4 zum Füllen eines gegebenen Volumens des Reaktionsbehälters eine geringere Gewichtsmenge der Pellets erforderlich ist. was mit einer Verringerung der Kosten verbunden ist. Bei den Feiieis eier F i g. ι bis D lsi die Außenfläche der Pellets pro Volumeneinheit des Reaktionsbehälters erhöht, wodurch die Aktivität des in Form der Pellets eingesetzten Katalysators für eine diffusionsbegrenzte Gasphasenreaktion erhöht wird. Außerdem ist der bei gleicher Geschwindigkeit zum Hindurchpumpen der gasförmigen Reaktionsteilnehmer durch das Katalysatorbett zu überwindende Druckabfall herabgesetzt.From Table I it can be seen that in the case of the pellets of FIG. I to 4 to fill a given volume of the Reaction container a lower weight of the pellets is required. what with a reduction in Costs associated with it. At the Feiieis eier F i g. ι to D lsi increases the external surface area of the pellets per unit volume of the reaction container, thereby increasing the activity of the in Form of the pellets used catalyst for a diffusion-limited gas phase reaction is increased. In addition, at the same speed for pumping through, it is the gaseous reactant reduced pressure drop to be overcome by the catalyst bed.
Aus Tabelle I geht weiterhin hervor, daß durch Pellets mit kegelförmigen Einkerbungen und mit V-förmigen Nuten eine maximale Herabsetzung des Volumens pro Pellet erzielt wird. Die maximale Erhöhung der relativen Außenfläche pro Pellet wird durch eines der Pellets mit kegelförmigen Einkerbungen erzielt. Die Erhöhung der relativen Außenfläche ist bei diesem Pellet mit kegelförmigen Einkerbungen größer als bei Pellets mit V-förmigen Nuten, was auf dem Fiächenveriust an den Enden der Nuten beruht. Die maximale Erhöhung der relativen Außenfläche pro Volumeneinheit des Reaktionsbehälters (25%) wird jedoch durch die Pellets mit V-förmigen Nuten erzielt.From Table I it can also be seen that by pellets with conical notches and with V-shaped grooves a maximum reduction in volume per Pellet is achieved. The maximum increase in the relative external area per pellet is given by one of the Pellets obtained with conical notches. The increase in the relative outer area is with this one Pellet with conical notches larger than pellets with V-shaped grooves, which is lost on the surface based on the ends of the grooves. The maximum increase in relative external area per unit volume of the reaction vessel (25%) is achieved by the pellets with V-shaped grooves.
Bei den Pellets mit kegelförmigen Einkerbungen ist das relative Gewicht der Pellets pro Volumeneinheit kleiner als bei den Pellets rr.it V-förmigen Nuten, da die Pellets mit Nuten dazu neigen, ineinander einzugreifen.For pellets with conical notches, the relative weight of the pellets per unit volume is smaller than with the pellets rr.it V-shaped grooves because the Pellets with grooves tend to interlock.
während die kegelförmigen (jnkcrbiingcn nicht in besonderem Maße miteinander zusammenwirken. Durch das Ineinandergreifen von Nuten wird die Anzahl der Pellets pro Volumencinhcit und damit die relative Oberfläche pro Volunicncinheit erhöht. Die maximale Verringerung des Druckabfalls (23%) wird mit einem der kegelförmige Einkerbungen aufweisenden Pellets erzielt.while the conical (jnkcrbiingcn not in cooperate with each other to a particular degree. The interlocking of grooves increases the number of the pellets per volume unit and thus the relative surface area per volume unit is increased. The maximal Reduction in pressure drop (23%) is achieved with one of the conical notches having pellets achieved.
bei der vvahi zwischen i'ciicis. die mil Einkerbungen versehen sind, und Pellets, die mit Vorsprüngen versehen sind, muß entschieden werden, welche Eigenschaft die größte Bedeutung hai. wenn ein Katalysator für ein spezifisches Verfahren gewählt wird, was daran liegt, daß keine dieser beiden Arten von erfindungsgemäßen Pellets alle Eigcnschafien. nämlich eine erhöhte Oberfläche, einen verringerten Druckabfall und eine Gewichtsabnahme der Pellet' pro Volumeneinheit des Reaktionsbehälters, in wünschenswertem Ausmaß zeigt. Die üblicherweise erzielten Werte für die mittlere horizontale oder vertikale Druckfestigkeit sind aufgrund der unterschiedlichen Packungsart bei zylindrischen Pellets mit flachen Endflächen nicht in der gleichen Weise mit dem mechanischen Verhalten beim Betrieb der Anlage korreliert wie bei den erfindungsgemäßen Pellets.at the vvahi between i'ciicis. the mil notches are provided, and pellets provided with protrusions, it must be decided which Property of greatest importance hai. when choosing a catalyst for a specific process, which is because neither of these two types of pellets according to the invention have all properties. namely an increased surface area, a decreased pressure drop and a decrease in the weight of the pellet 'pro Unit volume of the reaction vessel, shows to a desirable extent. The commonly achieved Values for the mean horizontal or vertical compressive strength are due to the different Packing style for cylindrical pellets with flat end faces is different from the mechanical behavior during the operation of the system correlates as with the pellets according to the invention.
Auf dieser Grundlage wurden für einen Katalysator, der teure Rohmaterialien enthält und für Reaktionsbehälter eingesetzt wird, die durch den Druckabfall begrenzt sind. Pellets mit kegelförmigen Einkerbungen gewählt werden, die die größte Verringerung des Pelletgewichtes und des Druckabfalls ergeben. Die mit Nuten versehenen Pellets, die den größten Anstieg der Oberfläche ergeben und durch diese Flächenvergrößerung zu einer in größtem Ausmaß erhöhten AktivitätOn this basis, for a catalyst which contains expensive raw materials and is used for reaction vessels that are affected by the pressure drop are limited. Pellets with conical notches can be chosen, which have the greatest reduction in the Pellet weight and the pressure drop result. The grooved pellets that have the largest increase in Surface result and through this increase in area to a great extent increased activity
des Katalysators führen, würden für Katalysatoren gewählt werden, deren Aktivität in hohem Maße diffusionsbegrenzt ist.of the catalyst would be chosen for catalysts whose activity is high is diffusion-limited.
Beispiel I
Entschwefelung von NaphthaExample I.
Desulfurization of naphtha
Ein (2.8±0,3)% CaO, (12±0,1)% MoO, und (4,5 + 0,5)% MgO und Aluminiumoxid als Träger enthaltender F.ntschwefeliingskatalysatrr wurde in einer Pelletiervorrichtung komprimiert, umOne (2.8 ± 0.3)% CaO, (12 ± 0.1)% MoO, and Desulfurization catalyst containing (4.5 + 0.5)% MgO and aluminum oxide as a carrier was used in a pelletizer compressed to
(a) Pellets mit flachen Endflächen und(a) Pellets with flat end faces and
(b) mit einer Einkerbung versehene Pellets des in Γ i g. 4 dargestellten Typs herzustellen.(b) notched pellets of the in Γ i g. 4 to produce the type shown.
Die Pellets hatten alle eine Dichte von (0,8 ±0,05) g/ml. Die Höhe /., der Pellets betrug 3,6 mm. und der Durchmesser O bptru° ^,A rnrn. Die ΑΙί*Ιν'1^1 dieser Pellets wurde unter identischen Betriebsbedingungen verglichen, und zwar bei einem Manometerdruck von 31,0 bar, bei einer Temperatur von 370 C. bei einem Wasserstoff/Naphtha-Molverhältiiis von 0.25 und bei einer Flüssigkeits-Raumgeschwindigkeit von lh1. Das Einsatzmaterial war entschwefeltes Naphtha (.Siedebereich 30 bis 170'C). das mit Thiophen bis /u einer Konzentration von 100 Gew.-Teilen Schwefel pro ΙΟ*1 Volumenteile Naphtha versehen war. Bei diesem Test betrug die Austritts-Schwefelkonzentration 0.4 Teile pro Million (erfindungsgemäße Pellets) bzw. 1.15 Teil pro Million (Pellets mit flachen Endflächen).The pellets all had a density of (0.8 ± 0.05) g / ml. The height /. Of the pellets was 3.6 mm. and the diameter O b p tru ° ^, A rnrn. The ΑΙ ί * Ι ν ' 1 ^ 1 of these pellets was compared under identical operating conditions, namely at a manometer pressure of 31.0 bar, at a temperature of 370 C. with a hydrogen / naphtha molar ratio of 0.25 and with a liquid Space velocity of lh 1 . The feed material was desulphurized naphtha (boiling range 30 to 170 ° C). which was provided with thiophene up to a concentration of 100 parts by weight of sulfur per ΙΟ * 1 part by volume of naphtha. In this test, the exit sulfur concentration was 0.4 parts per million (pellets of the invention) and 1.15 parts per million (pellets with flat end faces).
Aus diesen Bedingungen geht hervor, daß die Entschwefelungsreaktion bezüglich der Porendiffusion begrenzt ist und daß das Ausmaß der Entfernung des Schwefels mit einer Vergrößerung der geometrischen Oberfläche der Pellets anwächst.From these conditions, it can be seen that the desulfurization reaction is related to pore diffusion is limited and that the extent of removal of the sulfur with an increase in the geometric The surface of the pellets increases.
B L- i s ρ i e I 2
Umwandlung von CO bei niedriger TemperaturB L- is ρ ie I 2
Conversion of CO at low temperature
Ein im unreduzierten Zustand aus 32% CuO, 54% ZnO und 14% AbO, bestehender Katalysator wurde zur Umwandlung von Kohlenmonoxid und Wasserdampf in Wasserstoff und Kohlendioxid bei Temperaturen von 200 bis 250°C eingesetzt.A catalyst consisting of 32% CuO, 54% ZnO and 14% AbO in the unreduced state was used for the Conversion of carbon monoxide and water vapor into hydrogen and carbon dioxide at temperatures of 200 to 250 ° C used.
Aus dem Katalysator wurden zylindrische Pellets mit flachen Endflächen und drei Arten von erfindungsgemäßen Pellets hergestellt. Bei den erfindungsgemäßen Pellets handelte es sich um Pellets des in den F i g. 1 und 3 dargestellten Typs und um Pellets, die an einer Endfläche eine kegelförmige Einkerbung und an der anderen Endfläche eine V-förmige Nut aufwiesen. Alle Pellets hatten einen Durchmesser D von 5.4 mm und eine Gesamtlänge Li von 3,6 mm sowie eine konstante Dichte von (1.4 ±0.02) g/ml. Es wurden zwei Teste rliirrhopfiihrt iinH /war Cylindrical pellets with flat end faces and three kinds of pellets of the present invention were prepared from the catalyst. The pellets according to the invention were pellets of the type shown in FIGS. 1 and 3 and pellets having a conical notch on one end face and a V-shaped groove on the other end face. All pellets had a diameter D of 5.4 mm and an overall length Li of 3.6 mm and a constant density of (1.4 ± 0.02) g / ml. Two tests were carried out in H / was
(a) jeweils unter Verwendung einer Probe von 20 g und(a) each using a sample of 20 g and
(b) unter Verwendung jeweils einer Probe von 25 ml.(b) using one 25 ml sample each.
|ede Pelletprobe wurde in N? mit 2% H2 bei 230" C reduziert und danach bezüglich ihrer Aktivität bei Atmosphärendruck. einer Temperatur von 230'C. einem Dampf/T rockengas-Verhältnis von 0.5 und unter isothermen Bedingungen im Reaktionsbehälter getestet. Das einströmende, trockene Gas mit einem Gehalt von 15% CO2. 5% CO und 80% II.. wurde mit einer Geschwindigkeit von 300 l/h über clic Pellets geleitet. Unter diesen Bedingungen wiesen die verschiedenen Typen von Pellets folgende Aktivitäten auf. die in beliebigen F-inhciten der Umwandlung des Gases pro Gewichtseinheit oder Volumencinheit des Katalysator bettes ausgedrückt werden:| Every pellet sample was taken in N? with 2% H 2 at 230 ° C. and then tested for their activity at atmospheric pressure, a temperature of 230 ° C., a steam / dry gas ratio of 0.5 and under isothermal conditions in the reaction vessel of 15% CO 2, 5% CO and 80% II .. was passed over clic pellets at a rate of 300 l / h. Under these conditions, the various types of pellets exhibited the following activities: those in any degree of conversion of the gas per unit weight or unit volume of the catalyst bed can be expressed:
IVIIcttypIVIIcttyp
I i. it licI i. it lic
t -.in :-ut -.in: -u
Aktivität pro Gewichtseinheit des Katalysatorbett 1UActivity per unit weight of the catalyst bed 1 U
Aktivität pro Volumeneinheit des Katalysatorbettes 12.3Activity per unit volume of the catalyst bed 12.3
Schüttdichte O.X; Bulk density OX ;
12.')12. ')
0.740.74
11.4
12.811.4
12.8
(1.75(1.75
Kegelförmige V-förniiec NutConical V-shaped groove
11.4
13.0
0.7311.4
13.0
0.73
Offensichtlich ist die Aktivität selbst bei Verwendung eines konstanten Katalysatorvolumens in vorteilhafter Weise erhöht, weshalb die Katalysatorkosten sehr gering sind.Obviously, even using a constant volume of catalyst, the activity is more advantageous Way, which is why the catalyst cost is very low.
Beispiele für andere Gasphasenverfahren, für die die Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatorpellets geeignet ist. sind Kohlenwasserstoff/Dampf-Vergasungsreaktionen, z. B. verschiedene Typen der Dampfreformierung, die Hochtemperatur-Kohlenmonoxid-Umwandlung. die Methanisierung von Kohlenoxidspuren in Wasserstoff, die Ammoniaksynthese, die Methanolsynthese. Hydrierungen und Kohlenwasserstoff-Isomerisierungen. Examples of other gas phase processes for which the Use of the catalyst pellets according to the invention is suitable. are hydrocarbon / steam gasification reactions, z. B. different types of steam reforming, the high temperature carbon monoxide conversion. the methanation of carbon oxide traces into hydrogen, the ammonia synthesis, the methanol synthesis. Hydrogenations and hydrocarbon isomerizations.
Bei der dritten Stufe eines Verfahrens zur Herstellung von Hexamethylendiamin durch Hydrierung von Adip ns-'iiredinitril werden aus einer Gasmischung CO und CO;. die bei der Hydrierung als Katalysatorgifte wirken, durch praktisch vollständige Umwandlung in CH^ entfernt. Diese Reaktion läuft nach folgendem Schema ab:At the third stage of a manufacturing process of hexamethylenediamine by hydrogenation of adip ns-'iiredinitril are from a gas mixture CO and CO ;. which act as catalyst poisons during hydrogenation, by practically complete conversion to CH ^ removed. This reaction takes place according to the following scheme:
CO + 3 H,CO + 3 H,
und CO- + 4 H-and CO- + 4 H-
NiNi
NiNi
CH4 + H2OCH 4 + H 2 O
CH1 + 2 H,O.CH 1 + 2 H, O.
Die vorstehend erwähnte dritte Stufe wurdeThe third stage mentioned above became
(A) mit erfindungsgemäßen, an beiden Endflächen mit Einkerbungen versehenen Kataiysatorpeüets und(A) with Kataiysatorpeüets according to the invention, provided with notches on both end faces and
(B) mit bekannten, zylindrischen Katalysatorpellets mit flachen Endflächen(B) with known, cylindrical catalyst pellets with flat end faces
durchgeführt. Die Pellets waren durch Vermischen von Nickeloxid, Aluminiumoxid und tonerdehaltigem Zement mit Graphit (als Schmiermittel), Pelletieren der trockenen Mischung durch Kompression in Flachzylinderform in einer Abmessung von 5.4 χ 3.6 mm und Dämpfen zur Här"jng des Zements hergestellt worden. Der Stempeldruck beim Pelletieren war im Falle von (B) wesentlich höhei als im Falle von (A), um die in Tabelle III angeführten mechanischen Werte zu erhalten.carried out. The pellets were made by mixing nickel oxide, aluminum oxide and alumina cement with graphite (as a lubricant), pelletizing the dry mixture by compression in a flat cylinder shape with dimensions of 5.4 χ 3.6 mm and steaming to harden the cement. The ram pressure during pelletizing was much higher in the case of (B) than in the case of (A), around that in the table III to obtain mechanical values.
Nach der Einführung der jeweiligen Pellets in den Reaktionsbehälter wurde in beiden Fällen das Nickeloxid zum katalytisch aktiven, metallischen Nickel reduziert.After each pellet was introduced into the reaction vessel, the nickel oxide became in both cases reduced to catalytically active, metallic nickel.
Das Einlaßgas für die Methanisierungsreaktion hatte folgende Zusammensetzung:The inlet gas for the methanation reaction had the following composition:
Die Einlaßtemperatur des Gases betrug 305'C, und der Druck betrug 18.1 bar.The inlet temperature of the gas was 305 ° C. and the pressure was 18.1 bar.
In Tabelle III werden die relevanten mechanischen Eigenschaften der jeweiligen Pellets vor der Einführung in den Reaktionsbehälter und der resultierende Druckabfall nach einer bestimmten Nutzungsgefahr aufgeführt.Table III lists the relevant mechanical properties of the respective pellets prior to introduction into the reaction vessel and the resulting pressure drop after a certain use hazard listed.
IOIO
*\ Vor * \ Before
j-incat7j-incat7
Wie aus Tabelle III hervorgeht, war der Druckabfall im Falle der trfindungsgemäßen Pellets (A) nach einer viel längeren Nutzungsdauer knapp halb so groß wie im Falle der bekannten Pellets (B). und zwar trotz der viel höheren Werte für die Zerstoßfestigkeit und der entsprechend geringeren Abriebverluste bei den bekannten Pellets.As can be seen from Table III, the pressure drop in the case of the inventive pellets (A) was after one much longer service life, almost half as large as in the case of the known pellets (B). in spite of a lot higher values for the crush resistance and the correspondingly lower abrasion losses with the known Pellets.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |