NL1006477C2 - Reactor en werkwijze voor het uitvoeren van een chemische reactie. - Google Patents

Description

Titel: Reactor en werkwijze voor het uitvoeren van een chemische reactie.

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.

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.

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.

1006477 2

Behalve een verschuiving van het thermodynamisch evenwicht in ongunstige richting kan een temperatuurverandering ook de selectiviteit van katalytische reacties in ongunstige zin beïnvloeden.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

1006477 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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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'.

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.

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.

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.

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.

De druk waarbij de reactie uitgevoerd worden, zijn binnen ruime grenzen te variëren, waarbij opgemerkt kan worden.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Zoals reeds aangegeven is, kan het reactorsysteem 20 dat volgens de uitvinding toegepast wordt, op een aantal manieren opgebouwd zijn.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

1006477

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.

2. Reactor volgens conclusie 1, waarbij de 10 metaallichamen een lege fractie bezitten die ligt tussen 0,25 en 0,75.

3. Reactor volgens conclusie 1 of 2, waarbij de lichamen gekozen zijn uit ge-extrudeerde metaallichamen, draadvormige lichamen en gevormde plaatvormige lichamen.

4. Reactor volgens conclusie 1-3, waarbij de lichamen geëxtrudeerd metaal buisvormig zijn.

5. Reactor volgens conclusie 1-4, waarbij de metaallichamen aan de wand vast gesinterd zijn.

6. Werkwijze voor het uitvoeren van een chemische 20 reactie, welke gekenmerkt wordt doordat een reactor volgens conclusie 1-5 toegepast wordt.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij de reactie gekozen is uit endotherme en exotherme reacties.

8. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij de werkwijze 25 gekozen is uit reform-reacties, shift-reacties, oxidatie- reacties, en reductie-reacties. 1006477