EA047404B1

EA047404B1 - COMPACTING ELEMENTS FOR REDUCING FLUIDIZATION IN A CATALYST-CARRYING DEVICE FOR TUBULAR REACTORS AND RELATED METHODS

Info

Publication number: EA047404B1
Application number: EA202390609
Authority: EA
Inventors: Джей Саймон Кларксон; Генри Артур Клэкстон; Бенджамин Джоффри Маллам
Original assignee: Джонсон Матти Дэйви Текнолоджиз Лимитед
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2024-07-17

Description

Изобретение относится к усовершенствованиям в несущих катализатор устройствах для трубчатых реакторов или усовершенствованиям, относящимся к несущим катализатор устройствам для трубчатых реакторов, и связанным с ними способам. В частности, настоящее изобретение относится к несущему катализатор устройству для вставки в трубу реактора трубчатого реактора и к способу заполнения несущего катализатор устройства.The invention relates to improvements in catalyst-carrying devices for tubular reactors or improvements relating to catalyst-carrying devices for tubular reactors and related methods. In particular, the present invention relates to a catalyst-carrying device for insertion into a reactor tube of a tubular reactor and to a method for filling the catalyst-carrying device.

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of an invention

Традиционные реакторы, так называемые трубчатые реакторы с фиксированным слоем, содержат кожух реактора, содержащий множество труб, которые обычно имеют цилиндрическую форму и которые обычно непосредственно заполнены частицами катализатора. Во время эксплуатации теплоноситель протекает через кожух реактора с наружной стороны этих труб и тем самым регулирует температуру катализатора в трубах посредством теплообмена через стенку трубы. Таким образом, если реакция является экзотермической реакцией, теплоноситель позволит отводить тепло от катализатора, а если реакция является эндотермической реакцией, теплоноситель будет отдавать тепло катализатору.Traditional reactors, so-called fixed-bed tubular reactors, comprise a reactor shell containing a plurality of tubes, which are usually cylindrical in shape and which are usually directly filled with catalyst particles. During operation, a coolant flows through the reactor shell on the outside of these tubes and thereby regulates the temperature of the catalyst in the tubes by heat exchange through the tube wall. Thus, if the reaction is exothermic, the coolant will remove heat from the catalyst, and if the reaction is endothermic, the coolant will transfer heat to the catalyst.

Для некоторых реакций тепловые эффекты реакции являются умеренными, поэтому они либо не создают проблем, либо ими можно легко управлять. В некоторых случаях тепловые эффекты настолько малы, что можно использовать трубы большого диаметра. Преимущество этого заключается в том, что внутри трубы может содержаться большой объем катализатора.For some reactions, the heat effects of the reaction are moderate, so they either do not cause problems or can be easily controlled. In some cases, the heat effects are so small that large diameter pipes can be used. The advantage of this is that a large volume of catalyst can be contained within the pipe.

Однако для более выраженных экзотермических или эндотермических реакций необходимо обеспечить эффективную теплопередачу через стенку трубы к теплоносителю, чтобы обеспечить возможность управления условиями внутри реактора для поддержания стабильной рабочей температуры таким образом, чтобы предотвратить возникновение неблагоприятных эффектов. Такие эффекты для экзотермических реакций могут включать в себя побочные реакции, повреждение катализатора, например спекание каталитически активных центров, и в худшем случае термический разгон. Неблагоприятные эффекты эндотермических реакций могут включать в себя гашение реакции.However, for more pronounced exothermic or endothermic reactions, it is necessary to ensure efficient heat transfer through the tube wall to the coolant to enable the conditions inside the reactor to be controlled to maintain a stable operating temperature in a manner that prevents adverse effects from occurring. Such effects for exothermic reactions may include side reactions, catalyst damage such as sintering of catalytically active sites, and in the worst case, thermal runaway. Adverse effects for endothermic reactions may include reaction quenching.

Для достижения требуемой эффективности необходимо обеспечить максимальную площадь поверхности стенки трубы на единицу длины. В прошлом это достигалось посредством установки большего количества труб меньшего диаметра. Для некоторых реакций ограничение размера означает, что внутренний диаметр труб составляет только величину порядка примерно от 15 до 40 мм. Однако использование такого множества трубок увеличивает стоимость и сложность реактора.To achieve the required efficiency, it is necessary to ensure the maximum surface area of the tube wall per unit length. In the past, this was achieved by installing a large number of tubes of smaller diameter. For some reactions, the size limitation means that the internal diameter of the tubes is only on the order of about 15 to 40 mm. However, using so many tubes increases the cost and complexity of the reactor.

Таким образом, в попытке смягчить эти проблемы был разработан альтернативный подход; в частности, приемлемый для реакций с более выраженным экзотермическим или эндотермическим эффектом, при котором катализатор не набивается непосредственно в трубы реактора, а вместо этого содержится на множестве несущих катализатор устройств, которые выполнены с возможностью размещения внутри трубы реактора.Thus, in an attempt to alleviate these problems, an alternative approach has been developed; particularly suitable for reactions with more pronounced exothermic or endothermic effects, in which the catalyst is not packed directly into the reactor tubes but is instead contained on a plurality of catalyst-carrying devices that are designed to be positioned within the reactor tube.

Первый тип такого несущего катализатор устройства описан в WO2011/048361. Такая система направлена на оптимизацию теплопередачи через стенку трубы таким образом, что позволяет использовать более большие трубы и более большие объемы мелких частиц катализатора даже для реакций с более выраженным экзотермическим или эндотермическим эффектом. Несущее катализатор устройство, описанное в WO2011/048361, содержит круговой контейнер для удержания катализатора во время эксплуатации. Контейнер имеет перфорированную внутреннюю стенку, образующую трубу, перфорированную наружную стенку, верхнюю поверхность, закрывающую круговой контейнер, и нижнюю поверхность, закрывающую круговой контейнер. Поверхность, закрывающая нижнюю часть трубы, образована внутренней стенкой кругового контейнера. От перфорированной наружной стенки кругового контейнера из положения на нижней поверхности контейнера или вблизи нее и в положение ниже местоположения уплотнения вверх проходит юбка. Уплотнение расположено на верхней поверхности или вблизи нее и проходит от контейнера на такое расстояние, что оно выходит за пределы наружной поверхности юбки.A first type of such a catalyst carrier device is described in WO2011/048361. Such a system is aimed at optimising the heat transfer through the pipe wall in such a way that it allows the use of larger pipes and larger volumes of fine catalyst particles even for reactions with a more pronounced exothermic or endothermic effect. The catalyst carrier device described in WO2011/048361 comprises a circular container for holding the catalyst during operation. The container has a perforated inner wall forming a pipe, a perforated outer wall, an upper surface closing the circular container, and a lower surface closing the circular container. The surface closing the lower part of the pipe is formed by the inner wall of the circular container. From the perforated outer wall of the circular container from a position on the lower surface of the container or near it and to a position below the location of the seal, a skirt extends upwards. The seal is located on or near the top surface and extends from the container to such a distance that it extends beyond the outer surface of the skirt.

Второй тип такого несущего катализатор устройства описан в WO2016/050520. В этой системе несущее катализатор устройство содержит контейнер для удерживания катализатора во время эксплуатации. Контейнер имеет нижнюю поверхность, закрывающую контейнер, и верхнюю поверхность. Наружная стенка несущего устройства проходит от нижней поверхности к верхней поверхности, а уплотнение проходит от контейнера на такое расстояние, что оно выходит за пределы наружной стенки несущего устройства. Наружная стенка несущего устройства имеет отверстия, расположенные ниже уплотнения.A second type of such a catalyst carrier device is described in WO2016/050520. In this system, the catalyst carrier device comprises a container for holding the catalyst during operation. The container has a lower surface that covers the container and an upper surface. The outer wall of the carrier device extends from the lower surface to the upper surface, and a seal extends from the container at such a distance that it extends beyond the outer wall of the carrier device. The outer wall of the carrier device has openings located below the seal.

В несущих катализатор устройствах, заполненных катализатором в виде частиц, может происходить осаждение, например во время транспортировки. Осаждение может приводить к образованию пустоты или зазора, в котором частицы катализатора во время эксплуатации могут приводиться в псевдоожиженное состояние газами, проходящими через катализатор. В некоторых случаях псевдоожижение может приводить к истиранию катализатора, что может привести к утечке катализатора из контейнера и, соответственно, к возможности усиления псевдоожижения.In catalyst carriers filled with catalyst in particulate form, sedimentation may occur, for example during transport. Sedimentation may result in the formation of a void or gap in which the catalyst particles may be fluidized during operation by gases passing through the catalyst. In some cases, fluidization may result in abrasion of the catalyst, which may result in catalyst leakage from the container and, accordingly, the possibility of increased fluidization.

Целью изобретения является решение проблемы псевдоожижения катализатора в несущих катализатор устройствах.The aim of the invention is to solve the problem of catalyst fluidization in catalyst-carrying devices.

- 1 047404- 1 047404

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

В первом аспекте настоящего изобретения предложен несущее катализатор устройство для вставки в трубу реактора трубчатого реактора, причем несущее катализатор устройство содержит контейнер, в котором содержатся частицы катализатора;In a first aspect of the present invention, a catalyst supporting device is provided for insertion into a reactor tube of a tubular reactor, wherein the catalyst supporting device comprises a container containing catalyst particles;

при этом контейнер дополнительно содержит компактирующий элемент для уменьшения псевдоожижения частиц катализатора.wherein the container additionally contains a compacting element for reducing the fluidization of the catalyst particles.

Преимущественно компактирующий элемент уменьшает псевдоожижение частиц катализатора посредством приложения усилия сжатия к частицам катализатора. Таким образом, компактирующий элемент может снижать перемещение частиц катализатора внутри контейнера во время работы. Это, в свою очередь, уменьшает истирание и эрозию частиц катализатора. Это может обеспечивать преимущество, состоящее в увеличении срока службы катализатора и/или увеличении эффективности каталитической реакции, в которой используется катализатор.Advantageously, the compacting element reduces the fluidization of the catalyst particles by applying a compression force to the catalyst particles. In this way, the compacting element can reduce the movement of the catalyst particles within the container during operation. This, in turn, reduces the abrasion and erosion of the catalyst particles. This can provide the advantage of increasing the service life of the catalyst and/or increasing the efficiency of the catalytic reaction in which the catalyst is used.

В некоторых вариантах осуществления компактирующий элемент может представлять собой сжимаемый элемент.In some embodiments, the compacting element may be a compressible element.

Сжимаемый элемент может быть расположен между частицами катализатора и верхней частью контейнера. В некоторых вариантах осуществления сжимаемый элемент может быть расположен между частицами катализатора и крышкой или закрывающим концом контейнера. Сжимаемый элемент может быть расположен непосредственно смежно с крышкой или закрывающим концом контейнера. После закрытия контейнера сжимаемый элемент прижимается к катализатору.The compressible element may be located between the catalyst particles and the top of the container. In some embodiments, the compressible element may be located between the catalyst particles and the lid or closing end of the container. The compressible element may be located immediately adjacent to the lid or closing end of the container. After the container is closed, the compressible element is pressed against the catalyst.

Сжимаемый элемент может быть прикреплен к крышке или закрывающему концу контейнера, например к нижней стороне крышки или закрывающего конца. Прикрепление может быть выполнено с помощью приемлемого фиксатора, например адгезива, зажимов, заклепок и т.п. В альтернативном варианте осуществления сжимаемый элемент может быть отделен от крышки или закрывающего конца.The compressible element may be attached to the lid or the closing end of the container, for example to the underside of the lid or the closing end. The attachment may be made using a suitable fastener, such as adhesive, clips, rivets, etc. In an alternative embodiment, the compressible element may be separated from the lid or the closing end.

Сжимаемый элемент может содержать подкладку из сжимаемого материала. Сжимаемый элемент может иметь толщину одной подкладки или может иметь толщину, образованную из множества подкладок, собранных вместе. Множество подкладок могут быть соединены вместе с помощью приемлемого фиксатора, например адгезива, соединения нитками, соединения скобами и т.п.The compressible member may comprise a liner of compressible material. The compressible member may have the thickness of a single liner or may have a thickness formed from a plurality of liner assemblies. The plurality of liner assemblies may be joined together by a suitable fastener, such as an adhesive, a threaded connection, a stapled connection, etc.

В некоторых вариантах осуществления сжимаемый элемент может содержать керамический материал. Керамический материал может состоять из жаростойких керамических волокон, включая волокна из жаростойкого оксида. В некоторых примерах керамический материал может содержать волокна из оксида алюминия, волокна из кремнезема, алюмосиликатные волокна, волокна из оксида титана, волокна из оксида циркония или смесь двух или более из них. Керамический материал может содержать нетканый материал.In some embodiments, the compressible member may comprise a ceramic material. The ceramic material may consist of heat-resistant ceramic fibers, including heat-resistant oxide fibers. In some examples, the ceramic material may comprise aluminum oxide fibers, silica fibers, aluminosilicate fibers, titanium oxide fibers, zirconium oxide fibers, or a mixture of two or more of them. The ceramic material may comprise a nonwoven material.

Частицы катализатора могут образовывать слой катализатора, а компактирующий элемент может быть расположен у верхнего конца слоя катализатора.The catalyst particles may form a catalyst bed and the compacting element may be located at the upper end of the catalyst bed.

Сжимаемый материал может иметь насыпную плотность менее примерно 400 кг/м³, предпочтительно менее примерно 200 кг/м³, необязательно от 100 до 200 кг/м³, необязательно от 150 до 200 кг/м³. Было обнаружено преимущество, состоящее в том, что эти более низкие насыпные плотности могут быть особенно эффективными при уменьшении степени псевдоожижения частиц катализатора. В частности, сжимаемый элемент с такой насыпной плотностью может иметь меньшую склонность к проседанию вглубь слоя частиц катализатора во время работы. Удерживая сжимаемый элемент поверх слоя катализатора, можно добиться улучшенного режима потока внутри контейнера.The compressible material may have a bulk density of less than about 400 kg/ ^m3 , preferably less than about 200 kg/ ^m3 , optionally from 100 to 200 kg/ ^m3 , optionally from 150 to 200 kg/ ^m3 . It has been found to be an advantage that these lower bulk densities may be particularly effective in reducing the degree of fluidization of the catalyst particles. In particular, a compressible element with such a bulk density may have less tendency to sag deep into the bed of catalyst particles during operation. By maintaining the compressible element on top of the bed of catalyst, an improved flow regime within the container may be achieved.

Слой катализатора может содержать слой катализатора с радиальным направлением потока или слой катализатора с осевым направлением потока.The catalyst layer may comprise a catalyst layer with a radial flow direction or a catalyst layer with an axial flow direction.

В некоторых вариантах осуществления контейнер может содержать круговую камеру, содержащую частицы катализатора, причем круговая камера имеет перфорированную внутреннюю стенку камеры, образующую внутренний канал, перфорированную наружную стенку камеры, верхнюю поверхность, закрывающую круговую камеру, и нижнюю поверхность, закрывающую круговую камеру. Приемлемые контейнеры описаны, например, в WO2011/048361 и WO2016/050520.In some embodiments, the container may comprise a circular chamber containing catalyst particles, wherein the circular chamber has a perforated inner wall of the chamber forming an internal channel, a perforated outer wall of the chamber, an upper surface closing the circular chamber, and a lower surface closing the circular chamber. Suitable containers are described, for example, in WO2011/048361 and WO2016/050520.

Компактирующий элемент может находиться внутри круговой камеры поверх частиц катализатора. Компактирующий элемент может содержать круговой элемент. Компактирующий элемент может быть выполнен с возможностью посадки с натягом внутри круговой камеры.The compacting element may be located inside the circular chamber above the catalyst particles. The compacting element may comprise a circular element. The compacting element may be designed to fit with tension inside the circular chamber.

В некоторых вариантах осуществления компактирующий элемент может содержать трамбовочный элемент, выполненный с возможностью трамбования частиц катализатора. Трамбовочный элемент может содержать часть крышки или закрывающего конца контейнера. Например, трамбовочный элемент может содержать часть крышки или закрывающего конца, который имеет такую форму, которая при закрытии выступает внутрь контейнера для контактирования с частицами катализатора и их утрамбовывания. В альтернативном варианте осуществления трамбовочный элемент может быть расположен между крышкой или закрывающим концом контейнера и частицами катализатора. Трамбовочный элемент может содержать жесткую, упругую и/или сжимающую часть. Например, трамбовочный элемент может содержать подвижную металлическую пластину или сетку, образованную из металла, такого как сталь.In some embodiments, the compacting element may comprise a tamping element configured to tamper with the catalyst particles. The tamping element may comprise a portion of the lid or the closing end of the container. For example, the tamping element may comprise a portion of the lid or the closing end that has a shape that, when closed, projects into the container to contact the catalyst particles and tamper with them. In an alternative embodiment, the tamping element may be located between the lid or the closing end of the container and the catalyst particles. The tamping element may comprise a rigid, elastic and/or compressive portion. For example, the tamping element may comprise a movable metal plate or a mesh formed from a metal such as steel.

В некоторых вариантах осуществления компактирующий элемент может содержать вспучивающийся материал. Вспучивающийся материал может быть расположен между крышкой или закрывающимIn some embodiments, the compacting element may comprise an intumescent material. The intumescent material may be located between the lid or cover

- 2 047404 концом контейнера и частицами катализатора и при нагревании расширяться для заполнения любой пустоты или зазора между частицами катализатора и крышкой или закрывающим концом. Вспучивающийся материал может быть выполнен с возможностью расширения в достаточной степени для заполнения любой пустоты или зазора или для обеспечения усилия сжатия между крышкой или закрывающим концом и частицами катализатора. Можно включать один или более вспучивающихся материалов- 2 047404 end of the container and the catalyst particles and, when heated, expand to fill any void or gap between the catalyst particles and the lid or closing end. The intumescent material may be designed to expand sufficiently to fill any void or gap or to provide a compressive force between the lid or closing end and the catalyst particles. One or more intumescent materials may be included

Желательно, чтобы сжимаемый элемент или вспучивающийся материал не содержал катализаторных ядов. Катализаторные яды, как правило, включают в себя соединения серы, галогенсодержащие соединения, соединения щелочных металлов и тяжелые металлы, такие как ртуть, которые могут оказывать негативное влияние на функционирование катализатора во время эксплуатации.It is desirable that the compressible element or intumescent material does not contain catalyst poisons. Catalyst poisons typically include sulfur compounds, halogenated compounds, alkali metal compounds, and heavy metals such as mercury, which can have a negative effect on the functioning of the catalyst during operation.

Во втором аспекте настоящего изобретения предложен способ заполнения несущего катализатор устройства, включающий стадии:In a second aspect of the present invention, a method for filling a catalyst-bearing device is provided, comprising the steps of:

i) заполнения открытого контейнера для несущего катализатор устройства частицами катализатора;i) filling an open container for the catalyst-carrying device with catalyst particles;

ii) обеспечения компактирующего элемента на контейнере или в контейнере; и iii) закрытие открытого контейнера для сжатия частиц катализатора с использованием компактирующего элемента и образования закрытого контейнера несущего катализатор устройства.ii) providing a compacting member on or in the container; and iii) closing the open container to compress the catalyst particles using the compacting member and forming a closed container catalyst-bearing device.

На стадии i) частицы катализатора могут образовывать слой катализатора.In step i), the catalyst particles may form a catalyst layer.

Сначала открытый контейнер могут заполнять частицами катализатора, а затем в открытый контейнер могут устанавливать компактирующий элемент таким образом, чтобы компактирующий элемент располагался на верхнем конце слоя катализатора.First, the open container may be filled with catalyst particles, and then a compacting element may be installed in the open container such that the compacting element is located at the upper end of the catalyst layer.

Компактирующий элемент может содержать сжимаемый элемент или трамбовочный элемент, и закрытие открытого контейнера может приводить к прижатию сжимаемого элемента или трамбовочного элемента к частицам катализатора.The compacting element may comprise a compressible element or a tamping element, and closing the open container may result in pressing the compressible element or tamping element against the catalyst particles.

На стадии iii) открытый контейнер может быть закрыт посредством примыкания крышки или закрывающего конца к несущему катализатор устройству, а закрытие крышки или закрывающего конца может прижимать сжимаемый элемент к частицам катализатора. В альтернативном варианте осуществления компактирующий элемент может содержать трамбовочный элемент и закрытие открытого контейнера может привести к тому, что трамбовочный элемент утрамбует частицы катализатора для уплотнения слоя катализатора.In step iii) the open container may be closed by adjoining the lid or closing end to the catalyst carrier device, and closing the lid or closing end may press the compressible element against the catalyst particles. In an alternative embodiment, the compacting element may comprise a tamping element, and closing the open container may cause the tamping element to tamp the catalyst particles to compact the catalyst bed.

В альтернативном варианте осуществления компактирующий элемент может содержать вспучивающийся материал.In an alternative embodiment, the compacting element may comprise an intumescent material.

Настоящие способы и несущие катализатор устройства можно эффективно использовать для широкого диапазона процессов. Примеры приемлемых применений включают в себя процессы и реакторы для экзотермических реакций, таких как реакции получения метанола, реакции получения аммиака, реакции метанирования, реакции паровой конверсии, реакции окисления, такие как реакции получения малеинового ангидрида и этиленоксида, и т.п. Особенно предпочтительным является применение в процессах и реакторах для проведения реакции Фишера-Тропша.The present methods and catalyst-bearing devices can be effectively used for a wide range of processes. Examples of suitable applications include processes and reactors for exothermic reactions such as methanol production reactions, ammonia production reactions, methanation reactions, steam reforming reactions, oxidation reactions such as maleic anhydride and ethylene oxide production reactions, etc. Particularly preferred is the use in processes and reactors for carrying out the Fischer-Tropsch reaction.

Эндотермические реакции, такие как реакции предриформинга, дегидрирования и т.п., также можно проводить в сочетании с существующими способами и несущими катализатор устройствами.Endothermic reactions such as pre-reforming reactions, dehydrogenation reactions, etc. can also be carried out in combination with existing processes and catalyst-bearing devices.

Несущие катализатор устройства настоящего изобретения могут быть заполнены или частично заполнены любым катализатором, приемлемым для предполагаемой реакции. Например, катализатор Фишера-Тропша можно использовать для реакции Фишера-Тропша. Предпочтительными являются кобальтсодержащие катализаторы Фишера-Тропша. Катализатор может быть обеспечен в виде частиц катализатора. Катализатор может быть обеспечен в виде одного слоя катализатора или множества слоев катализатора. Несущее катализатор устройство может быть выполнено с возможностью промотирования потока через катализатор в осевом и/или радиальном направлениях. В некоторых вариантах осуществления несущее катализатор устройство может быть выполнено с возможностью преимущественного промотирования потока через катализатор в радиальном направлении.The catalyst-supporting devices of the present invention can be filled or partially filled with any catalyst suitable for the intended reaction. For example, a Fischer-Tropsch catalyst can be used for the Fischer-Tropsch reaction. Preferred are cobalt-containing Fischer-Tropsch catalysts. The catalyst can be provided in the form of catalyst particles. The catalyst can be provided in the form of a single catalyst bed or a plurality of catalyst beds. The catalyst-supporting device can be configured to promote flow through the catalyst in axial and/or radial directions. In some embodiments, the catalyst-supporting device can be configured to preferentially promote flow through the catalyst in the radial direction.

Несущее катализатор устройство настоящего изобретения может быть образовано из любого приемлемого материала. Такой материал обычно выбирают таким образом, чтобы он выдерживал рабочие условия трубчатого реактора. Несущее катализатор устройство может быть изготовлено из углеродистой стали, алюминия, нержавеющей стали, других сплавов или любого материала, способного выдерживать условия реакции.The catalyst support device of the present invention may be formed from any suitable material. Such material is generally selected so that it can withstand the operating conditions of the tubular reactor. The catalyst support device may be made of carbon steel, aluminum, stainless steel, other alloys, or any material capable of withstanding the reaction conditions.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Embodiments of the present invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 представлен вид в перспективе несущего катализатор устройства;Fig. 1 shows a perspective view of the catalyst-carrying device;

на фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении несущего катализатор устройства, показанного на фиг. 1;Fig. 2 shows a cross-sectional view of the catalyst carrier device shown in Fig. 1;

на фиг. 3 представлен вид в перспективе с пространственным разделением компонентов несущего катализатор устройства, показанного на фиг. 1;Fig. 3 is a perspective view with spatial separation of the components of the catalyst carrier device shown in Fig. 1;

на фиг. 4 представлен вид в перспективе компактирующего элемента несущего катализатор устройства, показанного на фиг. 1;Fig. 4 is a perspective view of the compacting element of the catalyst-carrying device shown in Fig. 1;

- 3 047404 на фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении другого несущего катализатор устройства с альтернативным компактирующим элементом.- 3 047404 Fig. 5 shows a cross-sectional view of another catalyst carrier device with an alternative compacting element.

Подробное описаниеDetailed description

В дальнейшем аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны только в качестве примера со ссылкой на примеры конфигураций несущего катализатор устройства. Однако следует понимать, что в соответствии с настоящим изобретением несущие катализатор устройства могут принимать различные формы. Например, как и примеры, описанные в настоящем документе, несущие катализатор устройства 10 могут принимать другие формы, включая без ограничений формы, описанные в документах WO2011/048361 и WO2016/050520, содержание которых полностью включено в настоящий документ путем ссылки.In the following, aspects and embodiments of the present invention will be described by way of example only with reference to example configurations of a catalyst-supporting device. However, it should be understood that, in accordance with the present invention, the catalyst-supporting devices may take various forms. For example, as with the examples described herein, the catalyst-supporting devices 10 may take other forms, including, but not limited to, the forms described in documents WO2011/048361 and WO2016/050520, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

Кроме того, в данном описании любое упоминание положения; например, такие термины, как верхний, нижний, верхняя часть, нижняя часть, поверх, под и т.п., используются применительно к положению частей, как это показано на соответствующих чертежах, но их не следует рассматривать как имеющие ограничительный характер в отношении возможного положения таких частей во время фактической эксплуатации. Например, часть, описанная как ориентированная вертикально, также может быть ориентирована горизонтальноIn addition, in this description, any reference to position; for example, terms such as upper, lower, top, bottom, over, under, etc., are used with reference to the position of parts as shown in the relevant drawings, but should not be construed as being limiting with respect to the possible position of such parts during actual use. For example, a part described as being oriented vertically may also be oriented horizontally.

Пример несущего катализатор устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением показан в качестве примера на фиг. 1-3.An example of a catalyst carrier device 10 according to the present invention is shown as an example in Figs. 1-3.

Несущее катализатор устройство 10 может по существу содержать контейнер, имеющий размеры, которые меньше, чем внутренний размер трубы реактора, в которой он должен быть размещен во время эксплуатации. Как правило, обеспечено уплотнение, которое имеет такой размер, чтобы оно взаимодействовало с внутренней стенкой трубы реактора, когда несущее катализатор устройство 10 находится в положении внутри трубы реактора. Такие параметры, как длина и диаметр несущего устройства, могут быть выбраны с учетом особенностей различных реакций и конфигураций трубы реактора.The catalyst carrier device 10 can essentially comprise a container having dimensions that are smaller than the internal dimension of the reactor tube in which it is to be placed during operation. Typically, a seal is provided that is sized to interact with the internal wall of the reactor tube when the catalyst carrier device 10 is in position inside the reactor tube. Parameters such as the length and diameter of the carrier device can be selected taking into account the characteristics of various reactions and reactor tube configurations.

Как показано на фиг. 1-3, несущее катализатор устройство 10 может содержать контейнер 100 для удержания частиц катализатора во время эксплуатации. Контейнер 100 может по существу иметь нижнюю поверхность 101, закрывающую нижний конец контейнера 100, и верхнюю поверхность 102 на верхнем конце контейнера 100. Наружная стенка 103 несущего устройства может проходить от нижней поверхности 101 к верхней поверхности 102. Уплотнение 104 может проходить от контейнера 100 на расстояние, которое выходит за пределы наружной стенки 103 несущего устройства. Наружная стенка 103 несущего устройства может иметь отверстия 105, расположенные под уплотнением 104.As shown in Fig. 1-3, the catalyst carrier device 10 may comprise a container 100 for holding catalyst particles during operation. The container 100 may essentially have a lower surface 101 covering the lower end of the container 100 and an upper surface 102 at the upper end of the container 100. An outer wall 103 of the carrier may extend from the lower surface 101 to the upper surface 102. A seal 104 may extend from the container 100 at a distance that extends beyond the outer wall 103 of the carrier. The outer wall 103 of the carrier may have openings 105 located under the seal 104.

Как показано на фиг. 2, по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления несущее катализатор устройство 10 может, в частности, содержать круговой контейнер 110 для удержания катализатора во время эксплуатации. Круговой контейнер 110 может содержать перфорированную внутреннюю стенку 111 контейнера, которая образует внутренний канал 112, и перфорированную наружную стенку 113 контейнера, которая может быть концентрически расположена вокруг перфорированной внутренней стенки 111 контейнера. Круговая верхняя поверхность 114 может закрывать верхний конец кругового контейнера 110, а круговая нижняя поверхность 115 может закрывать нижний конец кругового контейнера 110. Нижний конец внутреннего канала 112 может быть закрыт торцевой поверхностью 116 канала, за исключением одного или более дренажных отверстий (не показаны), которые могут быть обеспечены в нижнем конце внутреннего канала 112. Торцевая поверхность 116 канала может быть выполнена за одно целое с внутренней стенкой 111 контейнера или отдельно от нее.As shown in Fig. 2, at least in some embodiments, the catalyst carrier device 10 may, in particular, comprise a circular container 110 for holding the catalyst during operation. The circular container 110 may comprise a perforated inner wall 111 of the container, which forms an inner channel 112, and a perforated outer wall 113 of the container, which may be concentrically located around the perforated inner wall 111 of the container. The circular upper surface 114 may close the upper end of the circular container 110, and the circular lower surface 115 may close the lower end of the circular container 110. The lower end of the internal channel 112 may be closed by the end surface 116 of the channel, except for one or more drainage holes (not shown), which may be provided in the lower end of the internal channel 112. The end surface 116 of the channel may be made integral with the internal wall 111 of the container or separately from it.

Как показано на виде с пространственным разделением компонентов, представленным на фиг. 3, несущее катализатор устройство 10 может быть образовано из ряда отдельных компонентов, которые могут быть собраны вместе любыми подходящими средствами, включая, например, сварку. В некоторых вариантах осуществления такие компоненты могут включать перфорированную внутреннюю трубу 120, перфорированную промежуточную трубу 121, наружную трубу 122, нижний колпачок 123, круговое кольцо 124, верхний колпачок 125 и круговое уплотнительное кольцо 126.As shown in the exploded view of Fig. 3, the catalyst carrier device 10 may be formed from a number of individual components that may be assembled together by any suitable means, including, for example, welding. In some embodiments, such components may include a perforated inner tube 120, a perforated intermediate tube 121, an outer tube 122, a lower cap 123, an annular ring 124, an upper cap 125, and an annular sealing ring 126.

Несущее катализатор устройство 10 может быть изготовлено из любого приемлемого материала. Такой материал обычно выбирают таким образом, чтобы он выдерживал рабочие условия реактора. Как правило, несущее катализатор устройство изготавливается из углеродистой стали, алюминия, нержавеющей стали, других сплавов или любого материала, способного выдерживать условия реакции.The catalyst support device 10 may be made of any suitable material. Such material is usually selected so that it can withstand the operating conditions of the reactor. Typically, the catalyst support device is made of carbon steel, aluminum, stainless steel, other alloys, or any material capable of withstanding the reaction conditions.

Приемлемые толщины компонентов составляют порядка от примерно 0,1 мм до примерно 1,0 мм, предпочтительно примерно от 0,3 мм до примерно 1,0 мм.Suitable component thicknesses are in the range of from about 0.1 mm to about 1.0 mm, preferably from about 0.3 mm to about 1.0 mm.

Перфорированная внутренняя труба 120 может содержать перфорированную внутреннюю стенку 111 контейнера. Перфорированная промежуточная труба 121 может содержать перфорированную наружную стенку 113 контейнера. Наружная труба 122 может содержать наружную стенку 103 несущего устройства и определять отверстия 105. Нижний колпачок 123 может содержать нижнюю поверхность 101 и/или круговую нижнюю поверхность 115. Нижний колпачок 123 может также проходить через перфорированную внутреннюю трубу 120 для включения круговой поверхности 116 канала. Круговое верхнее кольцо 124 и верхний колпачок 125 могут содержать круговую верхнюю поверхность 114 и могут содержать по меньшей мере часть верхней поверхности 102. Круговое уплотнительное кольцо 126 может содержать уплотнение 104.The perforated inner tube 120 may comprise a perforated inner wall 111 of the container. The perforated intermediate tube 121 may comprise a perforated outer wall 113 of the container. The outer tube 122 may comprise an outer wall 103 of the carrier and define openings 105. The lower cap 123 may comprise a lower surface 101 and/or a circular lower surface 115. The lower cap 123 may also pass through the perforated inner tube 120 to include a circular surface 116 of the channel. The circular upper ring 124 and the upper cap 125 may comprise a circular upper surface 114 and may comprise at least a portion of the upper surface 102. The circular sealing ring 126 may comprise a seal 104.

- 4 047404- 4 047404

Размер перфорационных отверстий в перфорированной внутренней трубе 120 и перфорированной промежуточной трубе 121 выбирают таким образом, чтобы обеспечить равномерный поток реагентов и продуктов через катализатор, при этом сохраняя катализатор внутри кругового контейнера 110. Таким образом, следует понимать, что их размер будет зависеть от размера используемых частиц катализатора. В альтернативной системе размер перфорационных отверстий может быть более большим, но при этом может иметься фильтровальная сетка, покрывающая перфорационные отверстия для обеспечения сохранения катализатора внутри кругового контейнера 110.The size of the perforations in the perforated inner tube 120 and the perforated intermediate tube 121 is selected in such a way as to ensure a uniform flow of reactants and products through the catalyst, while maintaining the catalyst inside the circular container 110. Thus, it should be understood that their size will depend on the size of the catalyst particles used. In an alternative system, the size of the perforations can be larger, but there can be a filter mesh covering the perforations to ensure that the catalyst is retained inside the circular container 110.

Следует понимать, что перфорационные отверстия могут иметь любую приемлемую конфигурацию. Действительно, если стенка или труба описана как перфорированная, все, что требуется, - это наличие средств, позволяющих реагенту(ам) и продукту(ам) проходить через стенки или трубы.It should be understood that the perforations may be of any suitable configuration. Indeed, if a wall or pipe is described as perforated, all that is required is that there be means to allow the reactant(s) and product(s) to pass through the walls or pipes.

Нижняя поверхность 101, например нижний колпачок 123, может иметь такую форму, чтобы зацепляться с верхним концом другого несущего катализатор устройства 10. Например, нижняя поверхность 101 может содержать круговое углубление 130 вокруг перфорированной внутренней трубы 120. Верхний колпачок 125 может иметь такую форму, чтобы зацепляться в круговом углублении 130 другого несущего катализатор устройства 10. Например, верхний колпачок 125 может содержать круговое кольцо 131, которое выступает из корпуса 132 кругового вкладыша. Круговое кольцо 131 может иметь такие форму и размеры, чтобы оно могло размещаться в круговом углублении 130.The lower surface 101, for example the lower cap 123, can have such a shape as to engage with the upper end of the other catalyst-carrying device 10. For example, the lower surface 101 can comprise a circular recess 130 around the perforated inner tube 120. The upper cap 125 can have such a shape as to engage in the circular recess 130 of the other catalyst-carrying device 10. For example, the upper cap 125 can comprise a circular ring 131, which protrudes from the body 132 of the circular insert. The circular ring 131 can have such a shape and dimensions that it can be placed in the circular recess 130.

Нижняя поверхность 101, например нижний колпачок 123 и/или торцевая поверхность 116 канала, может включать одно или более дренажных отверстий. При наличии одного или более дренажных отверстий они могут быть покрыты фильтровальной сеткой.The lower surface 101, for example the lower cap 123 and/or the end surface 116 of the channel, may include one or more drainage holes. If there are one or more drainage holes, they may be covered with a filter mesh.

Круговое верхнее кольцо 124 может иметь такие форму и размеры, чтобы зацепляться в верхнем конце наружной трубы 122. Корпус 132 кругового вкладыша верхнего колпачка 125 может иметь наружный диаметр, обеспечивающий возможность зацепления с центральным отверстием кругового верхнего кольца 124. Зацепление верхнего колпачка 125 с круговым верхним кольцом 124 может обеспечивать зажатие и удержание кругового уплотнительного кольца 126 в соответствующем положении.The circular top ring 124 may have such a shape and dimensions as to engage in the upper end of the outer pipe 122. The body 132 of the circular insert of the upper cap 125 may have an outer diameter that provides the possibility of engagement with the central hole of the circular top ring 124. The engagement of the upper cap 125 with the circular top ring 124 may provide clamping and retention of the circular sealing ring 126 in the corresponding position.

Верхний колпачок 125 может содержать центральное впускное отверстие 134 в корпусе 132 кругового вкладыша для обеспечения ввода жидкостей и газов в верхний конец внутреннего канала 112. Круговое кольцо 131 может содержать боковые отверстия 133, которые позволяют жидкостям и газам достигать центрального впускного отверстия 134.The upper cap 125 may comprise a central inlet opening 134 in the body 132 of the circular insert to provide for the introduction of liquids and gases into the upper end of the internal channel 112. The circular ring 131 may comprise side openings 133 that allow liquids and gases to reach the central inlet opening 134.

Верхний колпачок 125 и круговое верхнее кольцо 124 могут вместе содержать крышку несущего катализатор устройства 10, которую можно использовать для закрытия верхнего конца кругового контейнера 110. В альтернативном варианте осуществления можно использовать крышку или закрывающий конец, образованный из одного компонента.The upper cap 125 and the circular upper ring 124 may together comprise a lid of the catalyst-carrying device 10, which may be used to close the upper end of the circular container 110. In an alternative embodiment, a lid or closing end formed from a single component may be used.

Наружная стенка 103 несущего устройства может быть гладкой или иметь некоторую форму. Приемлемые формы включают в себя складки, гофры и т.п.The outer wall 103 of the carrier may be smooth or have some shape. Acceptable shapes include folds, corrugations, etc.

Отверстия 105 в наружной стенке 103 несущего устройства могут иметь любую конфигурацию. В некоторых вариантах осуществления отверстия 105 могут представлять собой отверстия или пазы.The openings 105 in the outer wall 103 of the carrier device may have any configuration. In some embodiments, the openings 105 may be holes or grooves.

Уплотнение 104 может быть образовано любым приемлемым образом. Однако обычно оно бывает достаточно сжимаемым, чтобы вмещать трубу реактора наименьшего диаметра. Уплотнение 104 обычно представляет собой гибкое скользящее уплотнение. В некоторых вариантах осуществления уплотнение 104 может содержать деформируемый фланец 140, проходящий от наружной стенки 103 несущего устройства или верхней поверхности 102 несущего катализатор устройства 10. Фланец 140 может иметь такие размеры, чтобы они превышали внутренний диаметр трубы реактора таким образом, что, когда несущее катализатор устройство 10 вставляется в трубу реактора, он деформируется для размещения внутри трубы реактора и взаимодействия с ней.The seal 104 can be formed in any suitable manner. However, it is usually sufficiently compressible to accommodate the smallest diameter of the reactor tube. The seal 104 is usually a flexible sliding seal. In some embodiments, the seal 104 can include a deformable flange 140 extending from the outer wall 103 of the carrier or the upper surface 102 of the catalyst carrier device 10. The flange 140 can be sized so that they exceed the inner diameter of the reactor tube so that when the catalyst carrier device 10 is inserted into the reactor tube, it deforms to fit inside the reactor tube and interact with it.

В проиллюстрированном примере, представленном на фиг. 2, деформируемый фланец 140 содержит наружную часть кругового уплотнительного кольца 126. Внутренняя часть 141 кругового уплотнительного кольца 126 может образовывать зажимную поверхность, которая размещена и удерживается между верхним колпачком 125 и круговым верхним кольцом 124. Деформируемый фланец 140 может быть наклонен относительно внутренней части 141. Деформируемый фланец 140 может быть наклонен к верхнему концу несущего катализатор устройства 10.In the illustrated example shown in Fig. 2, the deformable flange 140 comprises an outer portion of the circular sealing ring 126. The inner portion 141 of the circular sealing ring 126 can form a clamping surface that is placed and held between the upper cap 125 and the circular upper ring 124. The deformable flange 140 can be inclined relative to the inner portion 141. The deformable flange 140 can be inclined toward the upper end of the catalyst carrier device 10.

Наружная стенка 103 несущего устройства может продолжаться над уплотнением 104. Таким образом, уплотнение 104 может быть расположено в верхней части несущего катализатор устройства 10, необязательно в виде части верхней поверхности 102, или оно может быть расположено в приемлемой точке на наружной стенке 103 несущего устройства при условии, что она расположена над отверстиями 105 в наружной стенке 103 несущего устройства.The outer wall 103 of the carrier device may extend above the seal 104. Thus, the seal 104 may be located in the upper part of the catalyst carrier device 10, optionally as part of the upper surface 102, or it may be located at a suitable point on the outer wall 103 of the carrier device, provided that it is located above the openings 105 in the outer wall 103 of the carrier device.

Как показано на фиг. 2 в качестве примера, компактирующий элемент 170 может быть обеспечен в контейнере 100 для уменьшения псевдоожижения частиц катализатора 171.As shown in Fig. 2 as an example, a compacting element 170 may be provided in the container 100 to reduce fluidization of the catalyst particles 171.

В проиллюстрированном примере на фиг. 2 и 4 компактирующий элемент 170 содержит сжимаемый элемент 180, выполненный с возможностью приложения усилия сжатия к частицам катализатора 171 в круговом канале 110. Сжимаемый элемент 180 расположен между частицами катализатора 171 и верхней частью контейнера; в частности, между частицами катализатора 171 и верхним колпачком 125 иIn the illustrated example in Fig. 2 and 4, the compacting element 170 comprises a compressible element 180 configured to apply a compressive force to the catalyst particles 171 in the circular channel 110. The compressible element 180 is located between the catalyst particles 171 and the upper portion of the container; in particular, between the catalyst particles 171 and the upper cap 125 and

--

Claims

an annular upper ring 124. In this way, the compressible element 180 can be located between the catalyst particles 171 and the lid or closing end of the container 100.

The catalyst particles 171 may form a catalyst layer, and the compressible element 180 may be located at the upper end of the catalyst layer. The catalyst layer may comprise a catalyst layer with a radial flow direction or a catalyst layer with an axial flow direction.

The compressible element 180 may comprise a lining 182 made of compressible material, as shown, for example, in Fig. 4.

The compressible element 180 may comprise a ceramic material, such as heat-resistant ceramic fibers, including heat-resistant oxide fibers. In some examples, the ceramic material comprises aluminum oxide fibers, silica fibers, aluminosilicate fibers, titanium oxide fibers, zirconium oxide fibers, or a mixture of two or more of them.

The ceramic material can be made in the form of non-woven material.

The compressible material may have a bulk density of less than about 400 kg/ ^m3 , preferably less than about 200 kg/ ^m3 , optionally from 100 to 200 kg/ ^m3 , optionally from 150 to 200 kg/ ^m3 .

The compressible element 180 may have such a shape and dimensions as to fit into the container 100, for example, into the circular container 110. As shown in Fig. 2, the compressible element 180 may be seated inside the circular container 110 on top of the catalyst particles 171.

In order to simplify this procedure, the compressible element 180 comprises a circular element having a central opening 183. The circular element may be configured to be placed in a circular container 110 surrounding the inner wall 111 of the container. In some examples, the compressible element 180 may be configured to fit with interference within the circular container 110.

In some embodiments, the compacting element 170 may comprise an intumescent material.

In some embodiments, the compacting element 170 may comprise a tamping element 190 configured to tamper with the catalyst particles 171.

As shown in Fig. 5, the tamping element 190 may comprise a portion of the lid or closing end of the container 100. In the illustrated example, this portion may be a circular projection 191 on the underside of the lid or closing end, which has a shape that projects into the circular container 110 to contact the catalyst particles 171 and tamp them.

According to the above embodiments, when the lid or the closing end of the container 100 is closed, the compacting element 170 (the compressible element 180 and/or the tamping element 190) compresses, squeezes and/or compacts the catalyst particles 171.

CLAUSE OF THE INVENTION

1. A catalyst carrier device for insertion into a reactor tube of a tubular reactor, wherein the catalyst carrier device comprises a container containing catalyst particles;

wherein the container additionally comprises a compacting element for reducing the fluidization of the catalyst particles, wherein the compacting element comprises a compressible element configured to apply a compression force to the catalyst particles.

2. The catalyst carrier device according to claim 1, wherein the compressible element is located between the catalyst particles and the upper part of the container.

3. A catalyst carrier device according to claim 1 or 2, wherein the compressible element is located between the catalyst particles and the lid or closing end of the container.

4. A catalyst supporting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the compressible element comprises one or more pads made of compressible material.

5. A catalyst supporting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the compressible element comprises a ceramic material.

6. The catalyst supporting device according to claim 5, wherein the ceramic material comprises heat-resistant ceramic fibers.

7. The catalyst support device according to claim 5 or 6, wherein the ceramic material comprises aluminum oxide fibers, silica fibers, aluminosilicate fibers, titanium oxide fibers, zirconium oxide fibers, or a mixture of two or more of them.

8. A catalyst supporting device according to any one of claims 5 to 7, wherein the ceramic material comprises a non-woven material.

9. A catalyst supporting device according to any one of claims 5 to 8, wherein the compressible material has a bulk density of less than about 400 kg/ ^m3 , preferably less than about 200 kg/ ^m3 , optionally from 100 to 200 kg/ ^m3 , optionally from 150 to 200 kg/ ^m3 .

10. A catalyst supporting device according to any preceding claim, wherein the catalyst particles form a catalyst bed and the compacting element is located at the upper end of the catalyst bed.

- 6 047404

11. The catalyst support device according to claim 10, wherein the catalyst layer comprises a catalyst layer with a radial flow direction or a catalyst layer with an axial flow direction.

12. A catalyst supporting device according to any preceding claim, wherein the container comprises a circular chamber containing catalyst particles, the circular chamber having a perforated inner wall of the chamber defining an internal channel, a perforated outer wall of the chamber, an upper surface closing the circular chamber, and a lower surface closing the circular chamber; and optionally a compacting element is located within the circular chamber on top of the catalyst particles.

13. The catalyst carrier device according to claim 12, wherein the compacting element comprises a circular element.

14. A catalyst-carrying device according to claim 12 or 13, in which the compacting element is designed to be fitted with tension inside the circular chamber.

15. The catalyst carrier device according to claim 1, wherein the compacting element comprises a tamping element designed to tamper with the catalyst particles.

16. The catalyst carrier device according to claim 15, wherein the compacting element comprises a portion of the lid or closing end of the container or wherein the compacting element is located between the lid or closing end of the container and the catalyst particles.

17. A catalyst-carrying device according to claim 15 or 16, wherein the compacting element comprises a rigid, elastic and/or compressive part.

18. The catalyst carrier device according to claim 1, wherein the compacting element comprises an intumescent material.

19. A method for filling a catalyst-carrying device, comprising the steps of:

i) filling the open container of the catalyst-carrying device with catalyst particles;

ii) installing a compacting element on or in the container and iii) closing the open container to compress the catalyst particles using the compacting element and forming a closed container catalyst-bearing device;

wherein the compacting element contains a compressible element and when the open container is closed, the compressible element is pressed against the catalyst particles.

20. The method according to claim 19, wherein in step i) the catalyst particles form a catalyst layer.

21. The method according to claim 20, wherein the open container is first filled with catalyst particles, and then a compacting element is installed in the open container in such a way that the compacting element is located at the upper end of the catalyst layer.

22. The method according to any one of claims 19 to 21, wherein in step iii) the open container is closed by abutting the lid or closing end to the catalyst carrier device, and when the lid or closing end is closed the compressible element is pressed against the catalyst particles.

23. The method of any one of claims 19 to 21, wherein the compacting element comprises a tamping element, and when the open container is closed, the tamping element compacts the catalyst particles to compact the catalyst layer.

24. The method according to any one of claims 19 to 21, wherein the compacting element comprises an intumescent material, and heating the intumescent material in the closed container causes it to expand between the catalyst particles and the closed container.

-