ITVR20080069A1 - CATALYST DEVICE - Google Patents

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ITVR20080069A1
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IT
Italy
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catalyst
reactants
catalyst material
active surface
reaction
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IT000069A
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Inventor
Lucio Bendinelli
Zoppo Antonio Del
Gabriele Malaspina
Stefano Petitti
Giovanni Pisani
Original Assignee
I C I Caldaie S P A
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Description

DISPOSITIVO CATALIZZATORE CATALYST DEVICE

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Il presente trovato riguarda un dispositivo catalizzatore. The present invention relates to a catalyst device.

Sono noti dispositivi catalizzatori che vengono inseriti all'interno di condotti entro i quali vengono fatti transitare dei composti reagenti che, in presenza dei dispositivi catalizzatori e di determinati parametri termodinamici, reagiscono in modo da fornire i prodotti di reazione desiderati . Catalyst devices are known which are inserted inside ducts through which reactive compounds are made to pass which, in the presence of the catalyst devices and certain thermodynamic parameters, react so as to provide the desired reaction products.

In particolare, nelle apparecchiature di steam reforming, sono attualmente utilizzati dei dispositivi catalizzatori che sono realizzati da un supporto in materiale inerte alla reazione, sul quale è applicato il materiale catalizzatore vero e proprio della reazione. In particular, in steam reforming equipment, catalyst devices are currently used which are made from a support in material inert to the reaction, on which the actual catalyst material of the reaction is applied.

In una tipologia di dispositivi catalizzatori di questo tipo, il supporto è costituito da un elemento lastriforme di forma allungata che risulta ripiegato a elica lungo il suo asse di sviluppo longitudinale. Sulle facce tra loro opposte dell'elemento lastriforme è applicato il materiale catalizzatore. In one type of catalyst devices of this type, the support consists of an elongated sheet-like element which is folded in a helix along its longitudinal development axis. The catalyst material is applied to the opposite faces of the sheet-like element.

Benché questa soluzione abbia il duplice vantaggio, rispetto ad altri dispositivi catalizzatori, di presentare una elevata superficie di contatto con i reagenti e di limitare notevolmente le cadute di pressione dei reagenti nel condotto, essa denota però l'inconveniente che, durante l'introduzione assiale del dispositivo catalizzatore nel condotto, il supporto tende facilmente a deformarsi e a rilasciare, di conseguenza, una parte del materiale catalizzatore su di esso applicato, il quale viene, quindi, disperso e reso inutilizzabile. Although this solution has the double advantage, compared to other catalyst devices, of presenting a high surface in contact with the reactants and considerably limiting the pressure drops of the reactants in the duct, it does however have the drawback that, during axial introduction of the catalyst device in the duct, the support tends to easily deform and consequently release a part of the catalyst material applied to it, which is therefore dispersed and rendered unusable.

Tale inconveniente risulta particolarmente evidente soprattutto qualora il dispositivo catalizzatore venga inserito in condotti presentanti uno sviluppo curvilineo o a spirale cilindrica. This drawback is particularly evident especially when the catalyst device is inserted in ducts having a curvilinear or cylindrical spiral development.

Compito precipuo del presente trovato è quello di risolvere gli inconvenienti riscontrati nella tecnica nota, mettendo a disposizione un dispositivo catalizzatore che possa essere agevolmente inserito in condotti di qualsiasi forma, senza perdite di materiale catalizzatore, e che, al contempo, definisca una elevata superficie di contatto tra materiale catalizzatore e i reagenti transitanti nel condotto senza determinare elevate perdite di carico nel condotto. The aim of the present invention is to solve the drawbacks encountered in the known art, by providing a catalyst device which can be easily inserted into ducts of any shape, without loss of catalyst material, and which, at the same time, defines a large surface of contact between the catalyst material and the reactants passing through the duct without causing high pressure drops in the duct.

All'interno di questo compito, un altro scopo del trovato è quello di realizzare un dispositivo catalizzatore che sia facilmente realizzabile con costi estremamente contenuti. Within this aim, another object of the invention is to provide a catalyst device which can be easily manufactured with extremely low costs.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi ancora che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un dispositivo catalizzatore, secondo il trovato, come definito nella rivendicazione 1. This aim, as well as these and other objects which will become clearer hereinafter, are achieved by a catalyst device, according to the invention, as defined in claim 1.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva del dispositivo catalizzatore, secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the description of a preferred but not exclusive embodiment of the catalyst device according to the invention, illustrated by way of non-limiting example in the accompanying drawings in which:

la figura 1 è una vista prospettica del dispositivo secondo il trovato in fase di inserimento in un condotto di convogliamento di reagenti; Figure 1 is a perspective view of the device according to the invention in the step of insertion into a conduit for conveying reagents;

la figura 2 illustra una sezione longitudinale di un condotto di convogliamento di reagenti con inserito un dispositivo secondo il trovato; la figura 3 mostra in alzato frontale il dispositivo secondo il trovato parzialmente sezionato; Figure 2 shows a longitudinal section of a reagent conveyance duct with a device according to the invention inserted; Figure 3 is a partially sectioned front elevation view of the device according to the invention;

le figure dalla 4 alla 6 rappresentano schematicamente in sequenza una serie di fasi possibili per l'ottenimento del dispositivo secondo il trovato . Figures 4 to 6 schematically represent in sequence a series of possible steps for obtaining the device according to the invention.

Con riferimento alle sopracitate figure, il dispositivo catalizzatore, secondo il trovato, globalmente indicato con il numero di riferimento 1, il quale comprendente un corpo 2 del dispositivo che è inseribile assialmente in un condotto 3, nel quale viene fatto transitare un flusso di reagenti. With reference to the aforementioned figures, the catalyst device, according to the invention, globally indicated with the reference number 1, which comprises a body 2 of the device which can be axially inserted into a duct 3, through which a flow of reactants is made to pass.

Sul corpo 2 del dispositivo è definita almeno una superficie attiva che è destinata ad essere lambita dal flusso dei reagenti e che risulta interessata da un materiale catalizzatore deputato ad intervenire nella reazione chimica tra i reagenti. On the body 2 of the device there is defined at least one active surface which is intended to be lapped by the flow of reactants and which is affected by a catalyst material designed to intervene in the chemical reaction between the reactants.

Secondo il trovato, il corpo 2 del dispositivo presenta, almeno parzialmente, una conformazione sostanzialmente tubolare. Inoltre, sempre secondo il trovato, la superficie attiva del corpo 2 presenta una pluralità di corrugazioni 4. According to the invention, the body 2 of the device has, at least partially, a substantially tubular conformation. Furthermore, again according to the invention, the active surface of the body 2 has a plurality of corrugations 4.

In particolare, la superficie attiva del corpo 2 del dispositivo comprende, opportunamente, sia la sua superficie laterale esterna 2a, che è destinata ad essere rivolta verso la parete interna del condotto , sia la sua superficie laterale interna 2b, che è rivolta verso l'asse del corpo 2 del dispositivo. In particular, the active surface of the body 2 of the device conveniently comprises both its external lateral surface 2a, which is intended to face the internal wall of the duct, and its internal lateral surface 2b, which faces the body axis 2 of the device.

Preferibilmente, le corrugazioni 4 della superficie attiva sono costituite da una pluralità di rilievi 4a ed avvallamenti 4b che si estendono longitudinalmente al corpo 2 del dispositivo e che sono disposti alternativamente tra loro attorno all'asse del corpo 2 del dispositivo. Preferably, the corrugations 4 of the active surface consist of a plurality of reliefs 4a and depressions 4b which extend longitudinally to the body 2 of the device and which are arranged alternately between them around the axis of the body 2 of the device.

Nell'esempio illustrato, i rilievi 4a sulla superficie laterale esterna 2a del corpo 2 del dispositivo corrispondono ad avvallamenti 4b sulla superficie laterale interna 2b e viceversa, in modo tale che il corpo 2 del dispositivo presenti in sezione trasversale una conformazione sostanzialmente a stella. In the illustrated example, the projections 4a on the external lateral surface 2a of the body 2 of the device correspond to depressions 4b on the internal lateral surface 2b and vice versa, so that the body 2 of the device has a substantially star-shaped conformation in cross section.

Questa strutturazione del corpo 2 del dispositivo consente di realizzare una elevata estensione della sua superficie attiva a contatto con i reagenti, senza produrre una eccessiva turbolenza nel flusso dei reagenti, con conseguenti perdite dì carico indesiderate lungo il condotto 3. This structuring of the body 2 of the device makes it possible to achieve a large extension of its active surface in contact with the reactants, without producing excessive turbulence in the flow of the reactants, with consequent unwanted pressure losses along the duct 3.

Nulla vieta, tuttavia, che le corrugazioni 4 possano avere anche altre conformazioni. Così, ad esempio, le corrugazioni 4 potranno, eventualmente, essere costituite da rilievi ed avvallamenti che si sviluppano circonferenzialmente attorno all'asse del corpo 2 del dispositivo e che si alternano tra loro lungo l'asse del corpo 2 del dispositivo. However, nothing prevents the corrugations 4 from having other conformations as well. Thus, for example, the corrugations 4 could possibly be constituted by projections and depressions which develop circumferentially around the axis of the body 2 of the device and which alternate with each other along the axis of the body 2 of the device.

Preferibilmente, le dimensioni delle corrugazioni 4 possono essere comprese sostanzialmente tra 2 mm e 100 mm di lunghezza e tra 2mm e 100 miti di larghezza, a seconda delle dimensioni del condotto 3. In particolare, con riferimento all'esempio di realizzazione mostrato nelle figure, la distanza circonferenziale D tra i picchi dei rilievi 4a può essere compresa sostanzialmente tra 1 min e 100 mm, mentre la distanza radiale d tra il fondo degli avvallamenti 4b e i picchi dei rilievi 4a ovvero l'altezza dei rilievi 4a rispetto al fondo degli avvallamenti 4b, può essere compresa sostanzialmente tra 0,1 mm e 100 rnm, a seconda delle esigenze e delle dimensioni del condotto 3 e del corpo 2 del dispositivo. Preferably, the dimensions of the corrugations 4 can be substantially comprised between 2 mm and 100 mm in length and between 2 mm and 100 mm in width, depending on the dimensions of the duct 3. In particular, with reference to the embodiment shown in the figures, the circumferential distance D between the peaks of the reliefs 4a can be substantially comprised between 1 min and 100 mm, while the radial distance d between the bottom of the depressions 4b and the peaks of the reliefs 4a or the height of the reliefs 4a with respect to the bottom of the depressions 4b , can be substantially comprised between 0.1 mm and 100 mm, depending on the requirements and dimensions of the duct 3 and of the body 2 of the device.

Vantaggiosamente, nel corpo 2 del dispositivo è definita una pluralità di aperture 6 che attraversano la sua parete laterale e che permettono il passaggio del flusso dei reagenti da una parte all'altra della parete laterale del corpo 2 del dispositivo. Le aperture 6 consentono, quindi, di aumentare la superficie attiva a contatto con i reagenti che transitano nel condotto 3 e di limitare le perdite di carico subite dal flusso dei reagenti nel superare il corpo 2 del dispositivo, nel loro percorso all'interno del condotto 3. Advantageously, a plurality of openings 6 are defined in the body 2 of the device which pass through its side wall and which allow the flow of reactants to pass from one part of the side wall of the body 2 of the device to the other. The openings 6 therefore allow to increase the active surface in contact with the reactants passing through the duct 3 and to limit the pressure losses suffered by the flow of the reactants in passing the body 2 of the device, in their path inside the duct. 3.

Preferibilmente, le aperture 6 presentano una dimensione sostanzialmente compresa tra 0,001 mm e 10 mm. Preferably, the openings 6 have a size substantially comprised between 0.001 mm and 10 mm.

E' da notare che il corpo 2 del dispositivo potrà essere integralmente o solo parzialmente realizzato nel materiale catalizzatore, il quale potrà variare in funzione del tipo di reazione che deve influenzare. It should be noted that the body 2 of the device can be integrally or only partially made of the catalyst material, which can vary according to the type of reaction it has to influence.

A titolo puramente esemplificativo, qualora il dispositivo secondo il trovato venga impiegato in una reazione di ''steam reforming", possono essere utilizzati, come materiale catalizzatore, metalli preziosi, quali platino, rodio, nichel. Diversamente, in una reazione di "water gas shift", possono essere, vantaggiosamente, utilizzati materiali catalizzatori costituiti da ossidi metallici, come, ad esempio, ossido di ferro, ossido di cromo, ossido di rame e/o ossido di zinco e loro combinazioni. Purely by way of example, if the device according to the invention is used in a "steam reforming" reaction, precious metals, such as platinum, rhodium, nickel, can be used as catalyst material. Otherwise, in a "water gas reaction" shift ", catalyst materials consisting of metal oxides, such as, for example, iron oxide, chromium oxide, copper oxide and / or zinc oxide and their combinations can be advantageously used.

Più preferibilmente, il corpo 2 del dispositivo presenta un'anima interna 7, che ha la funzione di supporto meccanico per il materiale catalizzatore. In particolare, l'anima interna 7 viene, opportunamente, realizzata in un materiale inerte, in relazione alla reazione tra i reagenti, ed è, almeno parzialmente, rivestita da uno strato 8 costituito dal materiale catalizzatore. In questo modo si ottiene un notevole risparmio nella quantità di materiale catalizzatore necessario alla realizzazione del corpo 2 del dispositivo. More preferably, the body 2 of the device has an internal core 7, which has the function of mechanical support for the catalyst material. In particular, the inner core 7 is suitably made of an inert material, in relation to the reaction between the reactants, and is, at least partially, coated with a layer 8 consisting of the catalyst material. In this way a considerable saving is obtained in the quantity of catalyst material necessary for the realization of the body 2 of the device.

Ad esempio, l'anima interna 7 può essere realizzata in un materiale metallico, quale un acciaio ad elevata resistenza meccanica alle temperature di reazione, ed il materiale catalizzatore su di essa applicato può essere costituito da un qualsiasi materiale idoneo a favorire la reazione chimica che si desidera ottenere tra i reagenti e, più in particolare, può essere, ad esempio, scelto dal gruppo che comprende argento, platino, rodio, nichel, molibdati ferrosi, ossidi metallici, quali ossidi di ferro, cromo, rame e zinco, e loro miscele e/o combinazioni. For example, the internal core 7 can be made of a metallic material, such as a steel with high mechanical resistance at the reaction temperatures, and the catalyst material applied to it can be made of any material suitable for promoting the chemical reaction that it is desired to obtain among the reactants and, more particularly, it can be, for example, selected from the group which includes silver, platinum, rhodium, nickel, ferrous molybdates, metal oxides, such as oxides of iron, chromium, copper and zinc, and mixtures and / or combinations.

Secondo una forma realizzativa preferita, il corpo 2 del dispositivo viene realizzato a partire da un elemento lastriforme 10 che viene sagomato a soffietto e ripiegato a cilindro mediante la riunione di due suoi bordi opposti, i quali possono poi essere, opportunamente, giuntati stabilmente mediante saldatura a punti, crimpatura o altro. According to a preferred embodiment, the body 2 of the device is made starting from a sheet-like element 10 which is shaped like a bellows and folded into a cylinder by joining its two opposite edges, which can then be suitably joined stably by welding. in dots, crimping or other.

Come illustrato nelle figure, l'elemento lastriforme 10 presenta, vantaggiosamente, una struttura reticolare e può essere costituito da un retino, la cui maglia definisce le aperture 6. As illustrated in the figures, the sheet-like element 10 advantageously has a reticular structure and can be constituted by a screen, the mesh of which defines the openings 6.

Più in dettaglio, tale retino, conformemente a quanto spiegato in precedenza, può presentare un'anima interna 7 costituita da una rete metallica che viene rivestita di materiale catalizzatore, ad esempio mediante procedimenti di "coating", "washcoating", "screen printing" o altri procedimenti di rivestimento o deposizione idonei. More in detail, this screen, in accordance with what has been explained above, can have an internal core 7 consisting of a metal mesh which is coated with catalyst material, for example by means of "coating", "washcoating", "screen printing" procedures. or other suitable coating or deposition processes.

In alternativa, l'elemento lastriforme 10 può anche essere costituito da un lamierino, realizzato, preferibilmente, tramite uno strato interno in materiale metallico, che costituisce l'anima interna 7, e da strati esterni di rivestimento in materiale catalizzatore, applicati sullo strato interno mediante uno qualsiasi dei procedimenti di rivestimento o deposizione sopra citati . Alternatively, the sheet-like element 10 can also be constituted by a lamination, preferably made by means of an internal layer of metal material, which constitutes the internal core 7, and by external coating layers in catalyst material, applied to the internal layer by any of the aforementioned coating or deposition processes.

Secondo una diversa forma realizzativa, il corpo 2 del dispositivo può anche essere costituito da un estruso tubolare rivestito o integralmente realizzato in materiale catalizzatore. According to a different embodiment, the body 2 of the device can also be constituted by a tubular extrusion coated or integrally made of catalyst material.

Si è, in pratica, constatato come il trovato sia in grado di raggiungere il compito e gli scopi ad esso preposti ed, in particolare, si sottolinea il fatto che il dispositivo catalizzatore, secondo il trovato, grazie alla sua forma sostanzialmente tubolare e alla presenza delle corrugazioni sulla sua superficie attiva, offre un'ampia superficie di contatto tra i reagenti ed il materiale catalizzatore anche con un suo ridotto sviluppo in lunghezza, risultando agevolmente inseribile nei condotti di convogliamento dei reagenti, senza subire deformazioni e, quindi, perdite di materiale catalizzatore, e senza determinare eccessive cadute di pressione nel condotto. In practice, it has been found that the invention is able to achieve the intended aim and objects and, in particular, it is emphasized that the catalyst device according to the invention, thanks to its substantially tubular shape and the presence of the corrugations on its active surface, offers a large contact surface between the reactants and the catalyst material even with its reduced length development, making it easy to insert into the reagent conveyance ducts, without undergoing deformations and, therefore, loss of material catalyst, and without causing excessive pressure drops in the duct.

Tutte le caratteristiche del trovato, su indicate come vantaggiose, opportune o simili, possono anche mancare o essere sostituite da equivalenti . All the characteristics of the invention, indicated above as advantageous, convenient or the like, can also be missing or be replaced by equivalents.

Le singole caratteristiche esposte in riferimento ad insegnamenti generali o a forme di realizzazione particolari, possono essere tutte presenti in altre forme di realizzazione o sostituire caratteristiche in queste altre forme di realizzazione. The individual characteristics set forth with reference to general teachings or particular embodiments can all be present in other embodiments or substitute characteristics in these other embodiments.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.

In pratica i materiali impiegati nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze. In practice, the materials used, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to requirements.

Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

Claims (8)

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo catalizzatore comprendente un corpo del dispositivo inseribile assialmente in un condotto destinato ad essere attraversato da un flusso di reagenti, detto corpo del dispositivo definendo almeno una superficie attiva, lambibile da detto flusso di reagenti ed interessata da un materiale catalizzatore della reazione tra detti reagenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo del dispositivo presenta, almeno parzialmente, una conformazione sostanzialmente tubolare, detta almeno una superficie attiva presentando una pluralità di corrugazioni. CLAIMS 1. Catalyst device comprising a body of the device that can be axially inserted into a duct intended to be crossed by a flow of reactants, said body of the device defining at least one active surface, which can be touched by said flow of reactants and affected by a catalyst material of the reaction between said reagents, characterized in that said body of the device has, at least partially, a substantially tubular conformation, said at least one active surface having a plurality of corrugations. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta almeno una superficie attiva comprende la superficie laterale esterna di detto corpo del dispositivo e la superficie laterale interna di detto corpo del dispositivo. 2. Device according to claim 1, characterized in that said at least one active surface comprises the external lateral surface of said device body and the internal lateral surface of said device body. 3. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette corrugazioni comprendono una pluralità di rilievi e avvallamenti longitudinali disposti alternativamente tra loro attorno all'asse di detto corpo del dispositivo. 3. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that said corrugations comprise a plurality of longitudinal reliefs and depressions arranged alternately between them around the axis of said body of the device. 4. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo del dispositivo presenta in sezione trasversale una conformazione sostanzialmente a stella. 4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that said body of the device has a substantially star shape in cross section. 5. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo del dispositivo presenta una pluralità di aperture attraversanti la sua parete laterale. 5. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that said body of the device has a plurality of openings crossing its side wall. 6. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo del dispositivo è integralmente realizzato in detto materiale catalizzatore. 6. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that said body of the device is integrally made of said catalyst material. 7. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti,, caratterizzato dal fatto che detto corpo del dispositivo è costituito da un'anima interna realizzata in materiale inerte rispetto alla reazione tra detti reagenti, detta anima interna essendo almeno parzialmente rivestita in detto materiale catalizzatore. 7. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that said body of the device consists of an internal core made of material inert with respect to the reaction between said reactants, said internal core being at least partially coated in said catalyst material. 8. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo del dispositivo è costituito da un elemento lastriforme sagomato a soffietto e ripiegato a cilindro mediante riunione di due suoi bordi di estremità opposti.8. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that said body of the device is constituted by a sheet-like element shaped like a bellows and folded into a cylinder by joining two of its opposite end edges.
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