NL1006477C2 - Reactor and method for carrying out a chemical reaction. - Google Patents

Reactor and method for carrying out a chemical reaction. Download PDF

Info

Publication number
NL1006477C2
NL1006477C2 NL1006477A NL1006477A NL1006477C2 NL 1006477 C2 NL1006477 C2 NL 1006477C2 NL 1006477 A NL1006477 A NL 1006477A NL 1006477 A NL1006477 A NL 1006477A NL 1006477 C2 NL1006477 C2 NL 1006477C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
reactor
catalyst
bodies
bed
reactions
Prior art date
Application number
NL1006477A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Marco Robin Van Hessem
Original Assignee
Gastec Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gastec Nv filed Critical Gastec Nv
Priority to NL1006477A priority Critical patent/NL1006477C2/en
Priority to PCT/NL1998/000381 priority patent/WO1999001210A1/en
Priority to AU82456/98A priority patent/AU8245698A/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1006477C2 publication Critical patent/NL1006477C2/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J12/00Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/30Loose or shaped packing elements, e.g. Raschig rings or Berl saddles, for pouring into the apparatus for mass or heat transfer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/54Bars or plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/55Cylinders or rings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285Heating or cooling the reactor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302Basic shape of the elements
    • B01J2219/30215Toroid or ring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302Basic shape of the elements
    • B01J2219/30223Cylinder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302Basic shape of the elements
    • B01J2219/30226Cone or truncated cone
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302Basic shape of the elements
    • B01J2219/30242Star
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302Basic shape of the elements
    • B01J2219/30257Wire
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302Basic shape of the elements
    • B01J2219/30257Wire
    • B01J2219/30265Spiral
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/304Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/30408Metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30Details relating to random packing elements
    • B01J2219/304Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/30475Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/18Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes sintered

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

Titel: Reactor en werkwijze voor het uitvoeren van een chemische reactie.Title: Reactor and method for carrying out a chemical reaction.

De uitvinding heeft betrekking op een reactor voor het uitvoeren van chemische reacties, meer in het bijzonder reacties met een groot warmte-effect, en op een werkwijze voor het uitvoeren van chemische reacties in een dergelijke 5 reactor.The invention relates to a reactor for carrying out chemical reactions, more in particular reactions with a high heat effect, and to a method for carrying out chemical reactions in such a reactor.

Zeer veel chemische reacties worden gekenmerkt door een positief warmte-effect (exotherme reactie) of een negatief warmte-effect (endotherme reactie). Voor het op de gewenste wijze laten verlopen van chemische reacties is een 10 efficiënte toevoer of afvoer van de reactiewarmte veelal onontbeerlijk. Bij sommige exotherme reacties verschuift het thermodynamisch evenwicht in een ongewenste richting als de temperatuur stijgt. Voorbeelden daarvan zijn de synthese van ammoniak en methanol, de oxidatie van 15 zwaveldioxide naar zwaveltrioxide bij de produktie van zwavelzuur, de reactie van zwaveldioxide met zwavelwaterstof in het Clausproces, de selectieve oxidatie van H2S tot elementaire zwavel en de reactie van koolmonoxide met waterstof tot methaan. Aangezien bij het 2 0 verloop van deze reacties thermische energie vrijkomt, zal de temperatuur van het reactiemengsel toenemen en het thermodynamische evenwicht in ongunstige zin verschuiven, tenzij men de vrijkomende reactiewarmte snel en efficiënt uit de reactor afvoert.Many chemical reactions are characterized by a positive heat effect (exothermic reaction) or a negative heat effect (endothermic reaction). An efficient supply or removal of the heat of reaction is often indispensable for the chemical reactions to proceed in the desired manner. In some exothermic reactions, the thermodynamic balance shifts in an undesired direction as the temperature rises. Examples thereof are the synthesis of ammonia and methanol, the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the production of sulfuric acid, the reaction of sulfur dioxide with hydrogen sulfide in the Claus process, the selective oxidation of H2S to elemental sulfur and the reaction of carbon monoxide with hydrogen to methane . Since thermal energy is released during the course of these reactions, the temperature of the reaction mixture will increase and the thermodynamic equilibrium will adversely shift unless the released heat of reaction is removed from the reactor quickly and efficiently.

25 Ook bij endotherme reacties kan een verschuiving in ongewenste richting van het thermodynamisch evenwicht optreden, nu door het consumeren van thermische energie. Voorbeelden zijn de methaan-stoom "reforming" en de dehydrogenering van ethylbenzeen tot styreen. Ook kan zich 30 het probleem voordoen, dat ten gevolge van de consumptie van energie door de reactie de temperatuur van het reactiemengsel te sterk daalt, waardoor de gewenste reactie niet meer verloopt.Also in endothermic reactions a shift in undesired direction of the thermodynamic equilibrium can occur, now due to the consumption of thermal energy. Examples are the methane steam reforming and the dehydrogenation of ethylbenzene to styrene. The problem may also arise that, as a result of the consumption of energy by the reaction, the temperature of the reaction mixture drops too much, as a result of which the desired reaction no longer proceeds.

1006477 21006477 2

Behalve een verschuiving van het thermodynamisch evenwicht in ongunstige richting kan een temperatuurverandering ook de selectiviteit van katalytische reacties in ongunstige zin beïnvloeden.In addition to shifting the thermodynamic equilibrium in an unfavorable direction, a temperature change can also adversely affect the selectivity of catalytic reactions.

5 Voorbeelden van reacties waar de temperatuur de selectiviteit beïnvloedt, zijn de productie van etheenoxide uit etheen (de ongewenste reactie is de vorming van water en kooldioxide), de selectieve oxidatie van zwavelwaterstof tot elementaire zwavel (de ongewenste reactie is de vorming 10 van SO2) en de Fischer Tropsch synthese. In al deze gevallen treedt er door het vrijkomen van de reactiewarmte een temperatuurverhoging op. Als men door een snelle afvoer van de reactiewarmte deze temperatuurverhoging niet voorkomt, neemt de selectiviteit sterk af.5 Examples of reactions where temperature affects selectivity are the production of ethylene oxide from ethylene (the undesired reaction is the formation of water and carbon dioxide), the selective oxidation of hydrogen sulfide to elemental sulfur (the undesired reaction is the formation of SO2) and the Fischer Tropsch synthesis. In all these cases, a temperature increase occurs due to the release of the reaction heat. If this temperature increase is not prevented by a rapid dissipation of the reaction heat, the selectivity decreases sharply.

15 Bij de meeste gangbare katalytische reactoren maakt men gebruik van een vast bed van katalysatordeeltjes. In een dergelijk katalysatorbed zijn poreuze lichamen van katalysatordeeltjes gestort of gestapeld.Most conventional catalytic reactors use a fixed bed of catalyst particles. Porous bodies of catalyst particles are poured or stacked in such a catalyst bed.

Teneinde een ongewenst hoge drukval over een 20 dergelijk katalysatorbed te vermijden, past men het liefst lichamen of deeltjes toe met afmetingen van ten minste 0,3 mm. Deze minimale afmetingen van de katalysatorlichamen zijn noodzakelijk om de drukval, die bij het door het katalysatorbed leiden van een stroom reactanten optreedt, 25 binnen technisch aanvaardbare grenzen te houden. Naast de door de toelaatbare drukval aan de onderzijde begrensde afmetingen legt de noodzakelijke activiteit van de katalysator een bovengrens op aan de afmetingen der katalytisch actieve deeltjes. De voor een aantal typen 30 technische katalysatoren vereiste, hoge activiteit kan men meestal slechts bereiken met een oppervlak van de actieve fase van 25 tot 500 m2 per ml katalysatorvolume. Oppervlakken van een dergelijke orde van grootte zijn slechts met zeer kleine deeltjes mogelijk, bijvoorbeeld met 35 deeltjes van 0,05 μπι. Aangezien deeltjes met dergelijke afmetingen niet meer door een vloeistof- of gasmengsel zijn 1006477 3 te doorstromen, moet men de primaire uiterst kleine deeltjes vormen tot hoog poreuze lichamen met afmetingen van minstens ongeveer 0,3 mm, welke een groot katalytisch oppervlak kunnen bezitten. Een belangrijke opgave bij de 5 produktie van technische katalysatoren is de vereiste hoge porositeit te combineren met een voldoende hoge mechanische sterkte. De katalysatorlichamen mogen bij het vullen van de reactor en bij het blootstellen aan plotselinge temperatuurverschillen ("thermal shock") niet 10 desintegreren.In order to avoid an undesirably high pressure drop over such a catalyst bed, it is preferred to use bodies or particles with dimensions of at least 0.3 mm. These minimal dimensions of the catalyst bodies are necessary to maintain the pressure drop that occurs when a stream of reactants is passed through the catalyst bed within technically acceptable limits. In addition to the dimensions limited by the permissible pressure drop at the bottom, the necessary activity of the catalyst imposes an upper limit on the dimensions of the catalytically active particles. The high activity required for a number of types of technical catalysts can usually only be achieved with an active phase surface area of 25 to 500 m2 per ml of catalyst volume. Surfaces of such an order of magnitude are possible only with very small particles, for example with 35 particles of 0.05 µm. Since particles of such dimensions are no longer able to flow through a liquid or gas mixture, the primary extremely small particles must be formed into highly porous bodies with dimensions of at least about 0.3 mm, which may have a large catalytic surface. An important task in the production of technical catalysts is to combine the required high porosity with a sufficiently high mechanical strength. The catalyst bodies must not disintegrate when the reactor is filled and when it is exposed to sudden temperature differences ("thermal shock").

Zoals uit de boven gegeven voorbeelden blijkt, is er zeer veel behoefte aan een snelle toevoer of afvoer van thermische energie bij katalytische reactoren in combinatie met een lage drukval. Het is volgens de huidige stand van 15 de techniek vrijwel niet mogelijk op efficiënte wijze aan een conventioneel vast katalysatorbed thermische energie toe te voeren of af te voeren. Dit blijkt dan ook uit de wijze waarop men chemische reacties, zoals methaan-stoom reforming en de selectieve oxidatie van etheen tot 20 etheenoxide, in vaste katalysatorbedden uitvoert.As can be seen from the examples given above, there is a great need for a rapid supply or removal of thermal energy in catalytic reactors in combination with a low pressure drop. According to the current state of the art, it is virtually impossible to efficiently supply or remove thermal energy to a conventional solid catalyst bed. This is evident from the manner in which chemical reactions, such as methane steam reforming and the selective oxidation of ethylene to ethylene oxide, are carried out in solid catalyst beds.

Bij een selectieve oxidatie van etheen werkt men met een zeer groot warmtewisselend oppervlak door een reactor toe te passen met niet minder dan 20.000 lange pijpen. Bij de methaan-stoom reforming tracht men de 25 warmtetoevoer te optimaliseren en de drukval te beperken door de afmetingen en vorm der katalysatorlichamen aan te passen. Ook bij deze laatste reactie moet men een groot aantal kostbare pijpen in de reactor gebruiken.Selective oxidation of ethylene uses a very large heat-exchanging surface by using a reactor with no less than 20,000 long pipes. In the methane-steam reforming, attempts are made to optimize the heat supply and limit the pressure drop by adjusting the size and shape of the catalyst bodies. In the latter reaction too, a large number of expensive pipes have to be used in the reactor.

In een aantal technisch belangrijke gevallen wil 30 men bij katalytische reacties met een grote tot zeer grote ruimtelijke doorvoersnelheid werken, waarbij men een grote drukval over de reactor als een minder groot bezwaar ziet. Bij de gebruikelijke vast bed reactoren is een hoge drukval met de bijbehorende grote ruimtelijke doorvoersnelheid niet 35 goed mogelijk. Als men de druk aan de reactoringang verhoogt, kan de katalysator uit de reactor worden geblazen 1006477 4 (gasvormige reactanten) of gespoeld (vloeibare reactanten). Ook is het mogelijk dat bij een bepaalde kritische waarde van de druk aan de reactoringang "channeling" optreedt. In dat geval gaan de katalysatordeeltjes in een bepaald deel 5 van de reactor bewegen. De reactanten blijken in dat geval vrijwel uitsluitend door dat deel van het katalysatorbed te stromen dat in beweging is.In a number of technically important cases, it is desired to work with a large to very large spatial throughput speed in catalytic reactions, whereby a large pressure drop over the reactor is regarded as a minor drawback. In the conventional fixed bed reactors, a high pressure drop with the associated large spatial throughput speed is not quite possible. If the pressure at the reactor inlet is increased, the catalyst can be blown out of the reactor (gaseous reactants) or purged (liquid reactants). It is also possible that "channeling" occurs at a certain critical value of the pressure at the reactor inlet. In that case, the catalyst particles start to move in a certain part of the reactor. In that case, the reactants appear to flow almost exclusively through that part of the catalyst bed that is in motion.

Bij de thans gangbare vast bed reactoren verstopt het katalysatorbed. Men moet daarom regelmatig de reactor 10 openen en de opgebouwde stoflaag verwijderen. Het zou gunstig zijn als men in een richting tegengesteld aan die van de stroom reactanten een puls gas van hoge druk door de reactor zou kunnen sturen. Deze drukpuls zou de stof van het katalysatorbed blazen; hierdoor zou men verstopping 15 kunnen voorkomen zonder de reactor te openen, hetgeen technisch zeer aantrekkelijk is. Met de vast bed katalysatoren volgens de huidige stand der techniek is dit echter niet mogelijk; men blaast dan met de stof de katalysatorlichamen uit het katalysatorbed.The fixed bed reactors currently clog the catalyst bed. It is therefore necessary to regularly open the reactor 10 and remove the accumulated dust layer. It would be beneficial if one could pass a pulse of high pressure gas through the reactor in a direction opposite to that of the flow of reactants. This pressure pulse would blow the dust from the catalyst bed; this could prevent clogging without opening the reactor, which is technically very attractive. However, this is not possible with the prior art fixed bed catalysts; the catalyst bodies are then blown out of the catalyst bed with the substance.

20 Men heeft voorgesteld de katalysator uitsluitend op de wand van de reactor aan te brengen. Een voorbeeld van een dergelijk systeem is beschreven in het uittreksel van JP-A 6/111838. Volgens deze publicatie heeft men een reform-katalysator aangebracht in groeven van een plaat, 25 terwijl in groeven van een tweede plaat een verbrandingskatalysator aangebracht is. Deze platen zijn tegen elkaar aangebracht, zodat de warmte opgewekt met de verbranding de reforming plaats kan vinden.It has been proposed to apply the catalyst exclusively to the wall of the reactor. An example of such a system is described in the extract of JP-A 6/111838. According to this publication, a reforming catalyst has been placed in grooves of a plate, while a combustion catalyst has been placed in grooves of a second plate. These plates are arranged against each other, so that the heat generated with the combustion can be reformed.

Ook bij de uitvoering van de Fischer Tropsch 30 reactie, waarbij men uit een mengsel van waterstof en koolmonoxide hogere koolwaterstoffen produceert, heeft men een systeem toegepast, waarbij een katalysator op de wand van de reactor is aangebracht. Deze op de wand aangebrachte katalysator waarborgt een goede warmteoverdracht van de 35 katalysator naar buiten de reactor. Voor het aanbrengen van de katalysator op de wand heeft men onder meer de volgende 1006477 5 werkwijze voorgesteld. Men brengt de katalysator als een Raneymetaal, een legering van het actieve metaal en aluminium op de wand aan. Na het aanbrengen wordt de katalysator geactiveerd door het aluminium met loog op te 5 lossen. Het grootste deel van het reactorvolume is leeg, waardoor het contact van de reactanten met het katalytisch actieve oppervlak gering is en de conversie per doorgang door de reactor sterk beperkt wordt. De reactanten moeten daarom veelvuldig door de reactor gerecirculeerd worden.Also in carrying out the Fischer Tropsch reaction, in which higher hydrocarbons are produced from a mixture of hydrogen and carbon monoxide, a system has been used in which a catalyst is applied to the wall of the reactor. This wall-mounted catalyst ensures good heat transfer from the catalyst to the outside of the reactor. The following method has been proposed for applying the catalyst to the wall, inter alia. The catalyst is applied to the wall as a Raney metal, an alloy of the active metal and aluminum. After application, the catalyst is activated by dissolving the aluminum with caustic. The major part of the reactor volume is empty, so that the contact of the reactants with the catalytically active surface is low and the conversion per passage through the reactor is strongly limited. The reactants therefore have to be recycled frequently through the reactor.

10 In een aantal technisch belangrijke gevallen moet de drukval bij doorgang der reactanten door het katalysatorbed zeer gering blijven. Dit geldt bijvoorbeeld voor reactoren waarin rookgas van grote installaties moet worden gezuiverd, zoals bij de katalytische verwijdering 15 van stikstofoxiden uit rookgas. Omdat een rookgasstroom in het algemeen zeer groot is, vergt een behoorlijke drukval zeer veel mechanische energie. Hetzelfde geldt voor de zuivering van uitlaatgassen van automobielen. Ook in dit geval is een hoge drukval ontoelaatbaar.In a number of technically important cases, the pressure drop as the reactants pass through the catalyst bed must remain very small. This applies, for example, to reactors in which flue gas must be purified from large installations, such as in the catalytic removal of nitrogen oxides from flue gas. Because a flue gas flow is generally very large, a considerable pressure drop requires a great deal of mechanical energy. The same applies to the purification of automotive exhaust gases. In this case too, a high pressure drop is not permitted.

20 Op het ogenblik is het toepassen van op een honingraat aangebrachte katalysatoren één van de weinige mogelijkheden voor het bereiken van een acceptabele drukval, zonder het contact met de katalysator ontoelaatbaar te verminderen. Men past men hiervoor veelal 25 keramische honingraten ("honeycombs", "monolieten") toe, waarin het katalytisch actieve materiaal is aangebracht.Currently, the use of honeycombed catalysts is one of the few options for achieving an acceptable pressure drop without inadmissibly reducing contact with the catalyst. 25 ceramic honeycombs ("honeycombs", "monoliths") are often used for this, in which the catalytically active material is applied.

Een variant op de werkwijze waarbij de katalysator alleen op de wand is aangebracht, wordt gevormd door het gebruik van uit dunne metaalplaten opgebouwde 30 monolieten. Men vervaardigt een dergelijke reactor bijvoorbeeld door een combinatie van gegolfde en vlakke dunne metaalplaten op te rollen en vervolgens vast te lassen. Ook kan men de vlakke platen opstapelen op een wijze die leidt tot een systeem met een groot aantal 35 kanalen. Op de wand van de aldus verkregen kanalen brengt men dan de katalysator aan.A variant of the method in which the catalyst is only applied to the wall is formed by the use of monoliths built up from thin metal plates. Such a reactor is manufactured, for example, by rolling up a combination of corrugated and flat thin metal plates and then welding it on. The flat plates can also be stacked in a way that leads to a system with a large number of 35 channels. The catalyst is then applied to the wall of the channels thus obtained.

1006477 61006477 6

Zoals opgemerkt werd, is de thermische geleiding in een vast katalysatorbed slecht. Men heeft dit toegeschreven aan het lage thermische geleidingsvermogen van de hoog-poreuze dragers waarop het katalytisch actieve 5 materiaal is aangebracht. Daarom hebben Kovalanko, O.N. et al., Chemical Abstracts ïLZ (18) 151409u voorgesteld de thermische geleiding te verbeteren door het geleidingsvermogen der katalysatorlichamen op te voeren.As noted, thermal conductivity in a fixed catalyst bed is poor. This has been attributed to the low thermal conductivity of the highly porous supports to which the catalytically active material is applied. Therefore, Kovalanko, O.N. et al., Chemical Abstracts IL (18) 151409u proposed to improve thermal conductivity by increasing the conductivity of the catalyst bodies.

Zij deden dit door als katalysatordrager poreuze metalen 10 lichamen toe te passen. Nu is door Satterfield reeds beschreven dat het thermische geleidingsvermogen van een stapeling poreuze lichamen niet zozeer wordt bepaald door het geleidingsvermogen van het materiaal van de lichamen, maar door de contacten tussen de lichamen onderling(C.N.They did this by using porous metal bodies as a catalyst support. It has already been described by Satterfield that the thermal conductivity of a stack of porous bodies is not so much determined by the conductivity of the material of the bodies, but by the contacts between the bodies themselves (C.N.

15 Satterfield, "Mass Transfer in Heterogeneous Catalysis", MIT Press, Cambridge, MA., USA (1970), pagina 173). Eigen metingen van de uitvinders hebben laten zien dat het thermisch geleidingsvermogen van katalysatorlichamen inderdaad het warmtetransport in een katalysatorbed niet 20 sterk beïnvloedt.Satterfield, "Mass Transfer in Heterogeneous Catalysis", MIT Press, Cambridge, MA., USA (1970), page 173). The inventors' own measurements have shown that the thermal conductivity of catalyst bodies does indeed not strongly influence the heat transport in a catalyst bed.

In WO-A 86/02016 is een reactor beschreven omvattende een van een katalysator voorzien reactiebed dat bestaat uit gesinterde metaaldeeltjes die in een goede warmtegeleidende verbinding staan met de reactorwand, welke 25 wand aan de buitenzijde voorzien is van gesinterde metaaldeeltjes voor het afvoeren van reactiewarmte. Voorts vindt aan de buitenzijde van de reactor een fase-overgang plaats.In WO-A 86/02016, a reactor is disclosed comprising a catalysed reaction bed consisting of sintered metal particles which are in good heat-conducting connection with the reactor wall, which wall is provided on the outside with sintered metal particles for the removal of reaction heat . A phase transition also takes place on the outside of the reactor.

In US-A 4.101.287 wordt een 'combined heat 30 exchanger reactor' beschreven bestaande uit een monoliet, waarvan een deel van de kanalen doorstroomd wordt door de reactanten en een deel door een koelmiddel. Hier doet zich hetzelfde nadeel voor als bij het systeem van WO-A 8602016.US-A 4,101,287 describes a 'combined heat 30 exchanger reactor' consisting of a monolith, part of which channels are flowed through the reactants and part of it through a coolant. The same drawback occurs here as with the system of WO-A 8602016.

In EP-A 416710 is een werkwijze beschreven, 35 gebaseerd op de toepassing van een katalytische reactor waarin het reactorbed bestaat uit aan elkaar en aan één 100 6477 7 zijde van de reactorwand gesinterde elementaire deeltjes metaal, waarbij aan de andere zijde van de reactorwand geen gesinterde metaaldeeltjes aanwezig zijn. Wanneer in een dergelijke reactor de diameter van het reactorbed gekozen 5 wordt in relatie tot de, van reactie tot reactie verschillende, maar bekende en, afhankelijk van de reactieomstandigheden, te berekenen warmte-effecten, kunnen reacties van het bedoelde type optimaal uitgevoerd worden.EP-A 416710 discloses a method based on the use of a catalytic reactor in which the reactor bed consists of elementary metal particles sintered together on one side of the reactor wall and on the other side of the reactor wall. sintered metal particles are present. When the diameter of the reactor bed is chosen in such a reactor in relation to the heat effects which are different from reaction to reaction, but known and, depending on the reaction conditions, to be calculated, reactions of the intended type can be optimally carried out.

In WO-A 9632118 wordt een systeem beschreven, 10 waarbij onder toepassing van ten minste twee reactorbedden die in goed warmte-uitwisselend contact met elkaar staan, twee verschillende reacties uitgevoerd worden. Bij voorkeur zijn deze reactorbedden opgebouwd uit aan elkaar gesinterd metaalbolletjes.WO-A 9632118 discloses a system in which two different reactions are carried out using at least two reactor beds which are in good heat-exchanging contact with each other. These reactor beds are preferably built up of sintered metal spheres.

15 Hoewel de toepassing van gesinterd metaal een duidelijke verbetering van de warmtehuishouding in reactoren voor chemische reacties levert, blijven toch nog een aantal nadelen bestaan. Het meest in het oog springt het probleem, dat een bed van gesinterde metaaldeeltjes een 20 vrij grote drukval oplevert. In een aantal gevallen kan dit de toepassing ernstig belemmeren.Although the use of sintered metal provides a clear improvement of the heat balance in reactors for chemical reactions, a number of drawbacks still remain. Most notable is the problem that a bed of sintered metal particles produces a fairly large pressure drop. In some cases this can seriously hinder the application.

Het is derhalve een doel van de uitvinding te voorzien in een reactor voor het uitvoeren van chemische reacties, meer in het bijzonder reacties met een groot 25 warmte-effeet, waarbij zich deze problemen niet, of slechts in mindere mate voordoen.It is therefore an object of the invention to provide a reactor for carrying out chemical reactions, in particular reactions with a large heat effect, wherein these problems do not occur, or only to a lesser extent.

De uitvinding omvat derhalve een reactor voor het uitvoeren van een chemische reactie, welke reactor voorzien is van ten minste één bed van katalytisch actief materiaal, 30 welk bed bestaat uit aan elkaar gesinterde elementaire metaallichamen en dat in warmte-uitwisselend contact staat met de wand van de reactor, waarbij de verbetering daaruit bestaat dat de elementaire metaallichamen een lege fractie bezitten die ligt tussen 0,25 en 0,95.The invention therefore comprises a reactor for carrying out a chemical reaction, which reactor is provided with at least one bed of catalytically active material, which bed consists of sintered elemental metal bodies and which is in heat-exchanging contact with the wall of the reactor, the improvement of which is that the elemental metal bodies have an empty fraction between 0.25 and 0.95.

35 De uitvinding is gebaseerd op het verrassende inzicht, dat door de toepassing van gevormde metaaldeeltjes 1006477 8 met een lege fractie van 0,25 tot 0,95 een gesinterd bed verkregen kan worden, dat voldoet aan eisen van een geoptimaliseerde procesvoering.The invention is based on the surprising insight that through the use of formed metal particles 1006477 8 with an empty fraction of 0.25 to 0.95, a sintered bed can be obtained which meets the requirements of an optimized process operation.

De uitvinding maakt het mogelijk dat het 5 reactorbed enerzijds een groot vrij volume heeft, hetgeen zich uit in een geringe drukval, terwijl anderzijds toch een groot oppervlak beschikbaar is voor de katalysator. Tevens is een voordeel van de uitvinding, dat ook het gewicht van de reactor per volume-eenheid lager is.The invention makes it possible for the reactor bed to have a large free volume on the one hand, which manifests itself in a small pressure drop, while on the other hand a large surface area is available for the catalyst. An advantage of the invention is also that the weight of the reactor per unit volume is also lower.

10 De metaaldeeltjes die in de reactor volgens de uitvinding toegepast worden gekenmerkt, doordat deze een lege fractie hebben. Hieronder wordt verstaan, dat het deeltje een zodanige vorm heeft, dat binnen de kleinste omsluiting van het deeltje altijd ten minste 25 % vrije 15 ruimte is. Het begrip kleinste omsluiting kan men visueel voorstellen als een vlies met een zo klein mogelijk oppervlak, dat spanningsloos om het deeltje aangebracht is Een alternatieve formulering is de kleinste volume om het deeltje dat niet twee maal door dezelfde rechte doorsneden 20 kan worden. Het begrip lege fractie wordt dan gevormd door het open volume binnen de kleinste omsluiting, gedeeld door het volume van de kleinste omsluiting.The metal particles used in the reactor according to the invention are characterized in that they have an empty fraction. This is understood to mean that the particle has a shape such that within the smallest enclosure of the particle there is always at least 25% free space. The term smallest enclosure can be visualized as a fleece with as small an area as possible, which is applied stress-free around the particle. An alternative formulation is the smallest volume around the particle that cannot be crossed twice by the same straight sections. The concept of empty fraction is then formed by the open volume within the smallest enclosure, divided by the volume of the smallest enclosure.

De volgens de uitvinding toe te passen metaallichamen kunnen bestaan uit geëxtrudeerd metaal, uit 25 plaatvormig metaal dat in een geschikte vorm geperst, gestanst of gevouwen is, of uit metaaldraad gevormde lichamen. Het gaat hierbij derhalve om andere lichamen dan massieve bolletjes of vezels.The metal bodies to be used according to the invention can consist of extruded metal, of sheet metal which has been pressed, punched or folded into a suitable shape, or of bodies formed of metal wire. This therefore involves bodies other than solid spheres or fibers.

De grootste afmeting van de volgens de uitvinding 30 toe te passen metaallichamen is bij voorkeur niet minder dan 2,5 mm. Het gaat daarbij om de minimale waarde voor de grootste afmeting van de kleinste omsluiting (zoals hierboven gedefinieerd) van het lichaam.The largest dimension of the metal bodies to be used according to the invention is preferably not less than 2.5 mm. This is the minimum value for the largest dimension of the smallest enclosure (as defined above) of the body.

Door de keus van de vorm van de deeltjes kan men 35 de gewenste porositeit van het bed instellen. Ook is het daarmee mogelijk het voor de katalysator beschikbare 1006477 9 oppervlak in te stellen, nagenoeg onafhankelijk van de porositeit.The desired porosity of the bed can be adjusted by choosing the shape of the particles. It is also thereby possible to set the surface available for the catalyst 1006477 9, almost independently of the porosity.

De specifieke vorm van de deeltjes kan gekozen worden binnen de definitie van de uitvinding. Daarbij kan 5 men, niet limitatief opgesomd, diverse groepen deeltjes onderscheiden, welke vooral gekenmerkt worden door de aard van de vervaardigingsmethode.The specific shape of the particles can be selected within the definition of the invention. Various groups of particles, which are not exhaustively enumerated, can be distinguished here, which are mainly characterized by the nature of the manufacturing method.

Een eerste groep deeltjes wordt gevormd door de geëxtrudeerde metaaldeeltjes, zoals open cilinders en 10 profielen. Een tweede groep wordt gevormd door de uit metaaldraad gevormde lichamen, i.e. draadfiguren zoals draadveer vormige lichamen en ringen. Een derde groep wordt gevormd door complexe structuren zoals kraaiepoten. De vierde groep zijn uit plaat gestanste en/of gebogen 15 lichamen. Daarbij kan men aan profielen denken maar ook aan andere vormen zoals schotels en Vhalve dopjes'.A first group of particles is formed by the extruded metal particles, such as open cylinders and profiles. A second group is formed by the bodies formed from metal wire, i.e. wire figures such as wire spring shaped bodies and rings. A third group consists of complex structures such as crow's feet. The fourth group are 15 die-cut and / or bent bodies. One can think of profiles but also of other shapes such as saucers and V½ caps.

Onder geëxtrudeerd metaal of geëxtrudeerde metaaldeeltjes verstaat men in dit verband metaal dat door extrusie vormgegeven is en dat de vorm heeft van buizen of 20 andere door extrusie te verkrijgen vormen. Door deze extrusies op geschikte lengte te brengen, verkrijgt men deeltjes met de gewenste maat.In this context, extruded metal or extruded metal particles are metal which is formed by extrusion and which is in the form of tubes or other forms obtainable by extrusion. By bringing these extrusions to a suitable length, particles of the desired size are obtained.

De chemische reacties die uitgevoerd worden volgens de uitvinding, vinden plaats bij de voor de gekozen 25 reacties meest geschikte condities. In verband met de goede warmteuitwisseling is er een betere wamte-overdracht, hetgeen zich uit in een vlakker temperatuurprofiel in de reactor. Tevens biedt dit systeem de mogelijkheid meer warmteproductie per volume eenheid te verwerken.The chemical reactions carried out according to the invention take place under the most suitable conditions for the selected reactions. Due to the good heat exchange, there is a better heat transfer, which is reflected in a flatter temperature profile in the reactor. This system also offers the possibility to process more heat production per volume unit.

30 De temperatuur die in de reactor aangehouden wordt hangt af van de aard van de reactie. In het algemeen wordt een verhoogde temperatuur aangehouden, omdat daarbij de voordelen van het systeem het meest uitgesproken zijn.The temperature maintained in the reactor depends on the nature of the reaction. Generally, an elevated temperature is maintained because the advantages of the system are the most pronounced.

In het algemeen zal de temperatuur liggen boven 100°C, 35 waarbij een bovengrens gevormd wordt door de maximale temperatuur waarbij het materiaal nog stabiel is, danwel de 1006477 10 temperatuur die met een. chemische reactie bereikt kan worden. Temperaturen hoger dan 1250°C hebben in het algemeen echter niet de voorkeur vanwege de moeilijkheden om deze te bereiken en de eisen die dergelijke temperaturen 5 stellen aan de materialen van de reactoren en de toe- en afvoer systemen.Generally, the temperature will be above 100 ° C, with an upper limit being the maximum temperature at which the material is still stable, or the temperature at 1006477. chemical reaction can be achieved. However, temperatures above 1250 ° C are generally not preferred because of the difficulties in reaching them and the demands such temperatures place on the materials of the reactors and the supply and discharge systems.

De druk waarbij de reactie uitgevoerd worden, zijn binnen ruime grenzen te variëren, waarbij opgemerkt kan worden.The pressures at which the reaction is carried out can be varied within wide limits, it may be noted.

10 De aaneengesloten poreuze structuur, die volgens de uitvinding toegepast wordt in de reactor, kan op diverse manieren geconstrueerd zijn, zoals ook zal blijken uit de nadere toelichting en de voorbeelden van geschikte structuren. In het algemeen dient de aaneengesloten poreuze 15 structuur te voldoen aan de eis, dat er een warmte uitwisselend contact is tussen de scheidingswand en de structuur, terwijl tevens de poreuze structuur zich uitstrekt door het gehele reactorbed.The contiguous porous structure used in the reactor according to the invention can be constructed in various ways, as will also become apparent from the further explanation and examples of suitable structures. In general, the contiguous porous structure must meet the requirement that there is a heat exchanging contact between the dividing wall and the structure, while the porous structure also extends through the entire reactor bed.

Dit betekent dat de poreuze structuur bij 20 voorkeur vast verbonden is aan ten minste één reactorwand, terwijl het reactorbed bestaat uit een structuur, die de gehele reactor vult, althans zich uitstrekt door het gehele reactor, in de vorm van vast aan elkaar verbonden elementaire deeltjes, zoals de aan elkaar gesinterde 25 deeltjes. Het is daarbij vooral van belang dat de warmte uitwisseling vooral in de richting dwars op de wand goed is. In die richting vindt de belangrijkste warmtestroom plaats. In de lengte van de reactor is dat minder belangrijk.This means that the porous structure is preferably rigidly connected to at least one reactor wall, while the reactor bed consists of a structure that fills the entire reactor, or at least extends through the entire reactor, in the form of solidly connected elementary particles such as the sintered particles. It is especially important that the heat exchange is especially good in the direction transverse to the wall. The main heat flow takes place in that direction. This is less important in the length of the reactor.

30 Opgemerkt wordt, dat het de voorkeur heeft de metaallichamen vast te sinteren aan de wand. Vanuit het oogpunt van efficiëntie en economie van de constructie van de reactor, kan het evenwel soms de voorkeur hebben dat het bed niet vast aan de wand gesinterd is, maar daar wel een 35 goed warmteuitwisselend contact mee heeft. Het nadeel van iets mindere effectiviteit wordt dan meer dan gecompenseerd 1006477 11 door de eenvoud van het construeren van de reactor en het gemak van het vervangen van het reactorbed.It is noted that it is preferable to sinter the metal bodies to the wall. However, from the viewpoint of efficiency and economy of the construction of the reactor, it may sometimes be preferable that the bed is not sintered firmly to the wall, but does have good heat exchange contact therewith. The disadvantage of slightly less effectiveness is then more than offset by the simplicity of reactor construction and ease of reactor bed replacement.

De mate van porositeit van het reactorbed kan bij de uitvinding binnen ruime grenzen gevarieerd worden. Deze 5 porositeit, dat wil zeggen het gedeelte van het bed dat doorstroomd kan worden door gas of vloeistof, ligt in het algemeen tussen de 20 en 95 vol.%. De meest geschikte waarde hangt af van de aard van de reactor, het gewenste oppervlak, de gewenste drukval, het soort reactie (dat wil 10 zeggen de mate van warmteproductie) en de gewenste mate van warmtetransport in het bed.The degree of porosity of the reactor bed in the invention can be varied within wide limits. This porosity, ie the part of the bed that can be flowed through by gas or liquid, is generally between 20 and 95% by volume. The most suitable value depends on the nature of the reactor, the desired surface area, the desired pressure drop, the type of reaction (ie the degree of heat production) and the desired degree of heat transport in the bed.

De mate van warmtetransport is een relatief belangrijke factor bij de reactorsystemen volgens de uitvinding. Uiteraard wordt de warmte-geleidbaarheid van 15 het totale systeem, dat wil zeggen van de scheidingswand tot in de bedden mede bepaald door de warmte-geleidbaarheid van het toegepaste materiaal van de katalysator drager en van het constructiemateriaal van de reactor.The degree of heat transfer is a relatively important factor in the reactor systems of the invention. Naturally, the heat conductivity of the entire system, ie from the partition wall to the beds, is partly determined by the heat conductivity of the material used of the catalyst support and of the construction material of the reactor.

Bij voorkeur is de warmte-geleidbaarheid niet 20 minder dan 10% van de warmte-geleidbaarheid van het toegepaste materiaal in massieve toestand; bij voorkeur ligt deze waarde tussen 10 en 75%. In absolute termen ligt de warmte-geleidbaarheid bij voorkeur tussen 0,2 en 300 W/m.K.Preferably, the heat conductivity is not less than 10% of the heat conductivity of the material used in the solid state; preferably this value is between 10 and 75%. In absolute terms, the heat conductivity is preferably between 0.2 and 300 W / m.K.

25 De warmtegeleidbaarheid is sterk afhankelijk van de warmtegeleidbaarheid van de toegepaste elementaire materialen. Een gesinterd lichaam van 31SL heeft een waarde van 3-12 W/m.K. Poeder van 316L heeft daarentegen een waarde van 0,55, terwijl massief materiaal 20 W/m.K bezit. 30 Massief koper heeft een warmtegeleidbaarheid van 398 W/m.K. Al deze waarden hebben betrekking op de toestand bij kamertemperatuur. Bij andere temperaturen verandert de absolute waarde van de getallen wel, maar de onderlinge verhouding blijft ongeveer gelijk.The thermal conductivity is strongly dependent on the thermal conductivity of the elementary materials used. A sintered body of 31SL has a value of 3-12 W / m.K. 316L powder, on the other hand, has a value of 0.55, while solid material has 20 W / m.K. 30 Solid copper has a heat conductivity of 398 W / m.K. All these values refer to the condition at room temperature. At other temperatures the absolute value of the numbers changes, but the mutual relationship remains approximately the same.

35 De warmtegeleidbaarheid van het systeem als geheel is ook belangrijk voor de werking ervan. Zoals 1006477 12 aangegeven is, dient er een warmte-uitwisselend contact te zijn tussen het reactorbed en de wand. Meer in het bijzonder is het van belang dat er een goed contact, onder reactiecondities, bestaat tussen de reactorwand en het 5 reactorbed. Dit wordt bij voorkeur verkregen door de elementaire metaaldeeltjes vast te sinteren aan de wand.35 The thermal conductivity of the system as a whole is also important for its operation. As indicated in 1006477 12, there must be a heat exchanging contact between the reactor bed and the wall. More particularly, it is important that there is good contact, under reaction conditions, between the reactor wall and the reactor bed. This is preferably achieved by sintering the elemental metal particles to the wall.

Het reactorsysteem volgens de uitvinding is toepasbaar voor elke heterogeen gekatalyseerde gasfase reactie, maar is meer in het bijzonder geschikt voor die 10 reacties die een sterk thermisch effect kennen, dat wil zeggen sterk endo- of exotherme reacties, dan wel reacties waarvan de selectiviteit sterk temperatuurs-afhankelijk is.The reactor system according to the invention is applicable to any heterogeneously catalyzed gas phase reaction, but is more particularly suitable for those reactions which have a strong thermal effect, ie strong endo or exothermic reactions, or reactions whose selectivity is strongly temperature -dependent.

Het is mogelijk met een grote tot zeer grote ruimtelijke doorvoersnelheid te werken, zonder dat de 15 katalysator uit de reactor wordt geblazen (gasvormige reactanten) of gespoeld (vloeibare reactanten). Ook treedt "channeling" niet op. Omdat in de reactor volgens de uitvinding de katalysatordeeltjes veel beter zijn gefixeerd, kan men met een dergelijke reactor met een veel 20 hogere snelheid der reactanten (en dientengevolge een veel hogere drukval over de reactor) werken. Een ander belangrijk voordeel van het fixeren der katalysatorlichamen in de reactor volgens deze uitvoeringsvorm, blijkt bij de afzetting van stof op het katalysatorbed. Bij reactoren 25 volgens de huidige uitvinding kan men in een richting tegengesteld aan die van de stroom reactanten een puls gas van hoge druk door de reactor sturen. Deze drukpuls blaast de stof van het katalysatorbed; hierdoor kan men verstopping voorkomen zonder de reactor te openen, wat 30 technisch zeer aantrekkelijk is.It is possible to operate with a large to very large spatial throughput speed, without the catalyst being blown out of the reactor (gaseous reactants) or purged (liquid reactants). Nor does "channeling" occur. Since the catalyst particles are much better fixed in the reactor according to the invention, it is possible to work with such a reactor at a much higher speed of the reactants (and consequently a much higher pressure drop across the reactor). Another important advantage of fixing the catalyst bodies in the reactor according to this embodiment is evident in the deposition of dust on the catalyst bed. In reactors 25 of the present invention, a pulse of high pressure gas may be passed through the reactor in a direction opposite to that of the flow of reactants. This pressure pulse blows the dust off the catalyst bed; this can prevent clogging without opening the reactor, which is technically very attractive.

De uitvinding is bijzonder geschikt voor het uitvoeren van sterk exotherme of endotherme katalytische reacties. In het algemeen kan een dergelijke reactie gekozen zijn uit de groep reform-reacties, shift-reacties, 35 oxidatie-reacties, en reductie-reacties. Voorbeelden 1006477 13 daarvan zijn onder meer hydrogenerings- en dehydrogeneringsreacties.The invention is particularly suitable for carrying out strongly exothermic or endothermic catalytic reactions. In general, such a reaction can be selected from the group of reform reactions, shift reactions, oxidation reactions, and reduction reactions. Examples 1006477 13 thereof include hydrogenation and dehydrogenation reactions.

Als voorbeeld van een dergelijke reactie wordt de oxidatie van methaan beschreven. Als voorbeeld van een 5 reactie waarvan de selectiviteit sterk door de temperatuur wordt bepaald, wordt de selectieve oxidatie van zwavel waterstof genomen. In dit geval is de afvoer van thermische energie van grote betekenis aangezien boven een temperatuur van ongeveer 300°C de oxidatie van zwaveldamp tot het 10 ongewenste zwaveldioxide gaat verlopen. Gebruik van een reactorsysteem volgens de uitvinding maakt het mogelijk gasstromen met een zwavelwaterstofgehalte van bijvoorbeeld 10 vol.% zeer efficiënt te zuiveren. De zwavelwaterstof wordt selectief geoxideerd tot elementaire zwavel die door 15 condensatie uiterst eenvoudig is af te scheiden. Omdat dergelijke gasmengsels niet goed in een Clausproces zijn te verwerken, is de uitvinding hiervoor van bijzonder groot belang.As an example of such a reaction, the oxidation of methane is described. As an example of a reaction, the selectivity of which is strongly determined by the temperature, the selective oxidation of sulfur hydrogen is taken. In this case, the removal of thermal energy is of great significance since above a temperature of about 300 ° C the oxidation of sulfur vapor to the undesired sulfur dioxide proceeds. The use of a reactor system according to the invention makes it possible to purify gas flows with a hydrogen sulphide content of, for example, 10% by volume, very efficiently. The hydrogen sulfur is selectively oxidized to elemental sulfur which is extremely easy to separate by condensation. Since such gas mixtures cannot be properly processed in a Claus process, the invention is of particular importance for this.

Zoals reeds aangegeven is, kan het reactorsysteem 20 dat volgens de uitvinding toegepast wordt, op een aantal manieren opgebouwd zijn.As already indicated, the reactor system 20 used according to the invention can be built up in a number of ways.

Een mogelijke uitvoeringsvorm is beschreven in Europese octrooiaanvrage EP-A 416.710. Een andere uitvoeringsvorm is beschreven in WO-A 9632118. De inhoud 25 van deze twee publicaties is hierin opgenomen bij wijze van referentie.A possible embodiment is described in European patent application EP-A 416.710. Another embodiment is described in WO-A 9632118. The contents of these two publications are incorporated herein by reference.

Het metaal of de metaallegering kan dan zelf katalytisch actief zijn of door behandeling katalytisch actief te maken zijn, maar het is ook mogelijk hierop een 30 katalytisch actief materiaal aan te brengen. Een van de voordelen van een katalysator op dergelijke metaaldeeltjes ligt in de betere warmteverdeling door toepassing van het metaal. Op microschaal neemt men waar, dat de warmtehuishouding in de katalysator beter is, zodat een 35 efficiënter gebruik gemaakt wordt van de katalysator. Dit heeft onder meer invloed op de activiteit, maar kan ook van 100 6477 14 belang zijn voor de selectiviteit, bij voorbeeld in het geval de selectiviteit sterk afhankelijk is van de temperatuur. Volgens de uitvinding verkrijgt men namelijk in de katalysator een veel homogenere temperatuurverdeling.The metal or metal alloy can then be catalytically active itself or be catalytically active by treatment, but it is also possible to apply a catalytically active material thereon. One of the advantages of a catalyst on such metal particles lies in the better heat distribution by using the metal. On a micro scale it is observed that the heat management in the catalyst is better, so that the catalyst is used more efficiently. This influences, inter alia, the activity, but may also be of importance for the selectivity, for instance in case the selectivity is strongly dependent on the temperature. This is because according to the invention a much more homogeneous temperature distribution is obtained in the catalyst.

5 Het voordeel hiervan is onder meer, dat men geen warme of koude plekken in het bed krijgt. Te warme plekken geven aanleiding tot veroudering of degradatie van katalysator, terwijl op te koude plekken geen reactie optreedt. Als gevolg van de homogenere temperatuur verdeling verkrijgt 10 men derhalve een stabielere en meer effectieve reactie.The advantage of this is, among other things, that one does not get hot or cold spots in the bed. Hot spots lead to aging or degradation of the catalyst, while hot spots do not react. As a result of the more homogeneous temperature distribution, a more stable and more effective reaction is therefore obtained.

Geschikte metalen voor toepassing in elementaire deeltjes zijn onder meer nikkel, ijzer, chroom, mangaan, vanadium, kobalt, koper, titaan, zircoon, hafnium, tin, antimoon, zilver, goud, platina, palladium, wolfraam, 15 tantaal evenals de lanthaniden en actiniden. De elementaire deeltjes kunnen bestaan uit in hoofdzaak zuiver metaal of uit een legering van twee of meer metalen, welke legering ook nog niet-metallische componenten kan bevatten, zoals koolstof, stikstof, zuurstof zwavel, silicium, en 20 dergelijke.Suitable metals for use in elementary particles include nickel, iron, chromium, manganese, vanadium, cobalt, copper, titanium, zircon, hafnium, tin, antimony, silver, gold, platinum, palladium, tungsten, tantalum as well as the lanthanides and actinides. The elementary particles may consist of substantially pure metal or an alloy of two or more metals, which alloy may also contain non-metallic components, such as carbon, nitrogen, oxygen sulfur, silicon, and the like.

Het reactorsysteem volgens de uitvinding kan, zoals reeds aangegeven is, uit zichzelf reeds katalytisch actief zijn of door behandeling geactiveerd worden. Het is echter ook heel goed mogelijk een katalytisch actief 25 materiaal op de vast verbonden elementaire lichamen aan te brengen. Meer in het bijzonder is het mogelijk eerst een (hoog-)poreuze drager op het metaal- of legeringsoppervlak aan te brengen en vervolgens de katalytisch actieve component op de drager aan te brengen. Dit laatste kan van 30 betekenis zijn als de katalytisch actieve component niet in direct contact met het materiaal van de samengesinterde lichamen mag komen om ongewenste interacties tussen het materiaal van de lichamen en de katalytisch actieve component te voorkomen.The reactor system according to the invention can, as already indicated, already be catalytically active by itself or be activated by treatment. However, it is also quite possible to apply a catalytically active material to the fixedly connected elementary bodies. More specifically, it is possible to first apply a (highly) porous support to the metal or alloy surface and then to apply the catalytically active component to the support. The latter may be significant if the catalytically active component is not allowed to come into direct contact with the material of the sintered bodies to avoid undesired interactions between the material of the bodies and the catalytically active component.

35 Bij het aanbrengen van een katalysator bereidt men eerst een dispersie van een drager en/of het 1006477 15 katalytisch actieve materiaal (danwel een precursor daarvoor) in een vloeistof en brengt men vervolgens deze vloeistof op geschikte wijze aan op de vast verbonden elementaire lichamen. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door 5 het bed waarop de drager en/of het katalytisch actieve materiaal aangebracht moet worden onder vacuüm te brengen en de dispersie vervolgens in het bed te zuigen, waardoor het bed geïmpregneerd wordt. Als eerst een drager aangebracht wordt, kan men de bewerking herhalen met de 10 katalytisch actieve component of precursor daarvoor.When applying a catalyst, a dispersion of a carrier and / or the catalytically active material (or a precursor therefor) is first prepared in a liquid and then this liquid is suitably applied to the tightly bonded elementary bodies. This can be done, for example, by vacuuming the bed on which the carrier and / or the catalytically active material is to be applied and then drawing the dispersion into the bed, so that the bed is impregnated. When a carrier is first applied, the operation can be repeated with the catalytically active component or precursor therefor.

In de tekening wordt de uitvinding nader toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden, welke niet als beperking van de uitvinding bedoeld zijn. Daarin toont de figuur een viertal typen deeltjes, met verschillende 15 open fracties.The invention is further elucidated in the drawing by means of a few examples, which are not intended as a limitation of the invention. The figure shows four types of particles, with different open fractions.

Een eerste groep wordt gevormd door de ge-extrudeerde metaaldeeltjes, zoals open cilinders en profielen. Een tweede groep wordt gevormd door de uit metaaldraad gevormde lichamen, i.e. draadfiguren zoals 20 draadveren en ringen. Een derde groep wordt gevormd door complexe structuren zoals kraaiepoten. De vierde groep zijn uit plaat gestanste en/of gebogen lichamen.A first group is formed by the extruded metal particles, such as open cylinders and profiles. A second group is formed by the bodies formed from metal wire, i.e. wire figures such as wire springs and rings. A third group consists of complex structures such as crow's feet. The fourth group are sheet metal cut and / or curved bodies.

10064771006477

Claims (8)

1. Reactor voor het uitvoeren van een chemische reactie, welke reactor voorzien is van ten minste één bed van katalytisch actief materiaal, welk bed bestaat uit aan elkaar gesinterde elementaire metaallichamen en dat in 5 warmte-uitwisselend contact staat met de wand van de reactor, waarbij de verbetering daaruit bestaat dat de elementaire metaallichamen een lege fractie bezitten die ligt tussen 0,25 en 0,95.1. Reactor for carrying out a chemical reaction, which reactor is provided with at least one bed of catalytically active material, which bed consists of sintered elemental metal bodies and which is in heat-exchanging contact with the wall of the reactor, the improvement consisting of the elemental metal bodies having an empty fraction between 0.25 and 0.95. 2. Reactor volgens conclusie 1, waarbij de 10 metaallichamen een lege fractie bezitten die ligt tussen 0,25 en 0,75.Reactor according to claim 1, wherein the metal bodies have an empty fraction between 0.25 and 0.75. 3. Reactor volgens conclusie 1 of 2, waarbij de lichamen gekozen zijn uit ge-extrudeerde metaallichamen, draadvormige lichamen en gevormde plaatvormige lichamen.Reactor according to claim 1 or 2, wherein the bodies are selected from extruded metal bodies, filamentary bodies and shaped plate bodies. 4. Reactor volgens conclusie 1-3, waarbij de lichamen geëxtrudeerd metaal buisvormig zijn.The reactor of claims 1-3, wherein the extruded metal bodies are tubular. 5. Reactor volgens conclusie 1-4, waarbij de metaallichamen aan de wand vast gesinterd zijn.Reactor according to claims 1-4, wherein the metal bodies are sintered to the wall. 6. Werkwijze voor het uitvoeren van een chemische 20 reactie, welke gekenmerkt wordt doordat een reactor volgens conclusie 1-5 toegepast wordt.6. Method for carrying out a chemical reaction, which is characterized in that a reactor according to claims 1-5 is used. 7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij de reactie gekozen is uit endotherme en exotherme reacties.The method of claim 6, wherein the reaction is selected from endothermic and exothermic reactions. 8. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij de werkwijze 25 gekozen is uit reform-reacties, shift-reacties, oxidatie- reacties, en reductie-reacties. 1006477The method of claim 6, wherein the method is selected from reform reactions, shift reactions, oxidation reactions, and reduction reactions. 1006477
NL1006477A 1997-07-04 1997-07-04 Reactor and method for carrying out a chemical reaction. NL1006477C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1006477A NL1006477C2 (en) 1997-07-04 1997-07-04 Reactor and method for carrying out a chemical reaction.
PCT/NL1998/000381 WO1999001210A1 (en) 1997-07-04 1998-07-03 Reactor and method for carrying out a chemical reaction
AU82456/98A AU8245698A (en) 1997-07-04 1998-07-03 Reactor and method for carrying out a chemical reaction

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1006477 1997-07-04
NL1006477A NL1006477C2 (en) 1997-07-04 1997-07-04 Reactor and method for carrying out a chemical reaction.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1006477C2 true NL1006477C2 (en) 1999-01-05

Family

ID=19765276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1006477A NL1006477C2 (en) 1997-07-04 1997-07-04 Reactor and method for carrying out a chemical reaction.

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU8245698A (en)
NL (1) NL1006477C2 (en)
WO (1) WO1999001210A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2416459A1 (en) * 2000-07-25 2002-01-31 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A reactor comprising a packed bed of supported catalyst or supported catalyst precursor, and a use of the reactor
FR2898406A1 (en) * 2006-03-13 2007-09-14 Peugeot Citroen Automobiles Sa Heat exchange element for cooling engine of motor vehicle, has central hub and lateral legs with small base and large base that is connected to central hub by rounded surfaces, where ends of lateral legs arranged in form of polyhedron

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2227048A1 (en) * 1973-04-30 1974-11-22 Universal Oil Prod Co
US4170629A (en) * 1975-09-15 1979-10-09 Betz Erwin C Method of converting hydrocarbon waste gas streams using a non-uniform crimped metal ribbon packed catalyst bed
EP0073150A2 (en) * 1981-08-20 1983-03-02 United Kingdom Atomic Energy Authority Catalyst devices
DE3421658A1 (en) * 1984-06-09 1985-12-12 Friedrich 8000 München Unterreithmeier Bodies made of highly porous sintered material
EP0416710A1 (en) * 1989-09-08 1991-03-13 Gastec N.V. Catalytic reactor for performing a chemical reaction

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1137876A (en) * 1977-06-20 1982-12-21 Michael L. Noakes Catalyst supports

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2227048A1 (en) * 1973-04-30 1974-11-22 Universal Oil Prod Co
US4170629A (en) * 1975-09-15 1979-10-09 Betz Erwin C Method of converting hydrocarbon waste gas streams using a non-uniform crimped metal ribbon packed catalyst bed
EP0073150A2 (en) * 1981-08-20 1983-03-02 United Kingdom Atomic Energy Authority Catalyst devices
DE3421658A1 (en) * 1984-06-09 1985-12-12 Friedrich 8000 München Unterreithmeier Bodies made of highly porous sintered material
EP0416710A1 (en) * 1989-09-08 1991-03-13 Gastec N.V. Catalytic reactor for performing a chemical reaction

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999001210A1 (en) 1999-01-14
AU8245698A (en) 1999-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6482375B1 (en) Method for carrying out a chemical reaction
EP0416710B1 (en) Catalytic reactor for performing a chemical reaction
JP4868741B2 (en) Processes that perform equilibrium-restricted chemical reactions in a single-stage process channel
EP1251949B1 (en) Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
CA2657485C (en) Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
Giroux et al. Monolithic structures as alternatives to particulate catalysts for the reforming of hydrocarbons for hydrogen generation
CA2568702C (en) Catalytic plant and process for performing fischer-tropsch synthesis
JP5103386B2 (en) Improved high selective oxidation catalyst containing platinum, copper and iron
EP3634628B1 (en) A method of activating a metal monolith for reforming a hydrocarbon and a method for reforming using the activated monolith
EP2694433B1 (en) High pressure gas to liquid process
EP1511561A1 (en) Reactors having varying cross-section, methods of making same, and methods of conducting reactions with varying local contact time
JPH0123172B2 (en)
EP1853379A1 (en) Catalytic reactor
US6790431B2 (en) Reactor for temperature moderation
NL1006477C2 (en) Reactor and method for carrying out a chemical reaction.
JP3574469B2 (en) Method for oxidizing CO to CO2 and method for producing hydrogen-containing gas for fuel cell
Castaldi Removal of trace contaminants from fuel processing reformate: preferential oxidation (Prox)
Bartholomew et al. Catalytic reactor design
Moulijn et al. and Andrzej Stankiewicz
Palma et al. Design of structured catalysts for inorganic membrane reactors
CN117980284A (en) Reactor and method for synthesizing methanol

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20100201