用于實(shí)施自熱氣相脫氫的反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在設(shè)計(jì)為整料(4)的非均相催化劑上借助含氧氣流(3)實(shí)施含烴氣流(2)的自熱氣相脫氫以獲得反應(yīng)氣體混合物的呈圓柱體或棱柱體形式的反應(yīng)器(1)，其中反應(yīng)器(1)的內(nèi)部借助在反應(yīng)器(1)縱向上設(shè)置的圓柱狀或棱柱狀氣密性套殼(G)分成下述部分：具有一個(gè)或多個(gè)催化活性區(qū)(5)的內(nèi)部區(qū)域(A)，在每個(gè)催化活性區(qū)(5)中提供上下、左右及前后相互堆疊的整料(4)的各填充物且在每個(gè)催化活性區(qū)(5)之前提供具有固定內(nèi)件的混合區(qū)(6)；以及與內(nèi)部區(qū)域(A)同軸設(shè)置的外部區(qū)域(B)，所述反應(yīng)器的特征在于：內(nèi)部區(qū)域(A)借助在高達(dá)700℃的溫度下具有小于0.05W/m·K熱導(dǎo)率(λ)的高性能微孔絕熱材料與所述反應(yīng)器的外部區(qū)域(B)絕熱。
【專利說明】用于實(shí)施自熱氣相脫氫的反應(yīng)器
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使用構(gòu)造為整料的非均相催化劑實(shí)施自熱氣相脫氫的反應(yīng)器以及使用所述反應(yīng)器的方法。
[0002]陶瓷或金屬整料已經(jīng)被確定為用于移動(dòng)和固定廢氣凈化中貴金屬催化劑的催化劑載體。通道提供對(duì)流動(dòng)的低阻力且同時(shí)為氣相反應(yīng)介質(zhì)提供對(duì)催化劑外表面的均勻可及性。與其中顆粒周圍流動(dòng)中的許多偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致大的壓降且催化劑表面不可均勻利用的無(wú)序床相比，這是有利的。對(duì)于在高溫下在絕熱反應(yīng)條件下的具有高體積流動(dòng)的催化方法，整料的使用通常是有利的。在化學(xué)工藝技術(shù)中，這些特征尤其適用于在400-700°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的脫氫反應(yīng)。
[0003]催化劑技術(shù)的進(jìn)步使得脫氫氫氣可在烴存在下選擇性燃燒，例如如US7，034，195所述。該運(yùn)行模式被稱作自熱脫氫且允許直接加熱脫氫反應(yīng)器，從而使得用于間接預(yù)熱和中間加熱反應(yīng)混合物的復(fù)雜裝置變得不再是必需的。一種該方法例如描述于US2008/0119673中。然而，該方法具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即脫氫在呈丸粒形式的非均相催化劑上進(jìn)行:丸粒床的高流動(dòng)阻力需要大的反應(yīng)器橫截面和相應(yīng)的低流速，以限制催化活性層中的壓降。該缺點(diǎn)由用于引入并分配氧氣的非常復(fù)雜的裝置彌補(bǔ)，這損害了自熱脫氫的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]非在先公開文獻(xiàn)的歐洲專利申請(qǐng)EP09177649.2公開了使用構(gòu)造為整料的非均相催化劑自熱氣相脫氫烴的反應(yīng)器以及方法，這確保了在高的反應(yīng)溫度下，常常在約400-700°C的范圍內(nèi)對(duì)可燃性反應(yīng)介質(zhì)的安全控制，以及尤其是在裝備反應(yīng)器時(shí)以及在更換催化劑時(shí)，整料的簡(jiǎn)單易及性和處理性。
[0005]EP09177649.2提供了一種用于在構(gòu)造為整料的非均相催化劑上借助含氧氣流實(shí)施含烴氣流的自熱氣相脫氫以獲得反應(yīng)氣體混合物的呈基本臥式圓柱體形式的反應(yīng)器，其中:
[0006]-所述反應(yīng)器的內(nèi)部借助在反應(yīng)器縱向上設(shè)置且在周向上為氣密性的并且在套殼G兩個(gè)端面處開口的可拆卸圓柱狀或棱柱狀套殼G分成下述部分:
[0007]-具有一個(gè)或多個(gè)催化活性區(qū)的內(nèi)部區(qū)域A，其中提供由上下、左右及前后相互堆疊的整料組成的填充物和在每個(gè)催化活性區(qū)之前的在每種情況下具有固體內(nèi)件的混合區(qū)，和
[0008]-與內(nèi)部區(qū)域A同軸設(shè)置的外部區(qū)域B，
[0009]-具有一個(gè)或多個(gè)用于使待脫氫的含烴氣流進(jìn)入外部區(qū)域B中的進(jìn)料管道，待脫氫的烴氣流在反應(yīng)器一端偏轉(zhuǎn)并經(jīng)由均流器引入內(nèi)部區(qū)域A中，
[0010]-具有一個(gè)或多個(gè)可彼此獨(dú)立調(diào)節(jié)的進(jìn)料管道，其中各進(jìn)料管道提供有一個(gè)或多個(gè)用于使含氧氣流進(jìn)入各混合區(qū)的分配腔，和
[0011]-在反應(yīng)器的相同端具有用于自熱氣相脫氫的反應(yīng)混合物的出料管道，其作為用于待脫氫的烴氣流的進(jìn)料管道。
[0012]在設(shè)置有用于自熱氣相脫氫的反應(yīng)氣體混合物的出料管道的反應(yīng)器一端處，有利地提供殼管式換熱器，所述換熱器具有使自熱氣相脫氫的反應(yīng)氣體混合物從中通過的管束，以及使待脫氫的含烴氣流與自熱氣相脫氫的反應(yīng)混合物逆流地從中通過的管之間的中間空間。
[0013]EP10196216.5描述了就安全角度而言的改良反應(yīng)器，即用于在構(gòu)造為整料的非均相催化劑上借助含氧氣流實(shí)施含烴氣流的自熱氣相脫氫以獲得反應(yīng)氣體混合物的呈基本上臥式的圓柱體或棱柱體形式的反應(yīng)器，其中:
[0014]-所述反應(yīng)器的內(nèi)部借助在反應(yīng)器縱向上設(shè)置的圓柱狀或棱柱狀可拆卸氣密性套殼G分成下述部分:
[0015]-具有一個(gè)或多個(gè)催化活性區(qū)的內(nèi)部區(qū)域A，其中提供由上下、左右及前后相互堆疊的整料組成的填充物和在每個(gè)催化活性區(qū)之前的在每種情況下具有固體內(nèi)件的混合區(qū)，和
[0016]-與內(nèi)部區(qū)域A同軸設(shè)置的外部區(qū)域B，和
[0017]-在與套殼G相連的反應(yīng)器一端處提供換熱器，
[0018]-具有一個(gè)或多個(gè)用于待脫氫的含烴氣流的進(jìn)料管道，
[0019]-具有一個(gè)或多個(gè)用于使含氧氣流進(jìn)入每個(gè)混合區(qū)的可彼此獨(dú)立調(diào)節(jié)的進(jìn)料管道，其中每個(gè)進(jìn)料管道提供有一個(gè)或多個(gè)分配腔，和
[0020]-具有用于自熱氣相脫氫的反應(yīng)氣體混合物的出料管道，其中:
[0021]且其中為外部區(qū)域B提供在自熱氣相脫氫反應(yīng)條件下呈惰性的氣體，并將待脫氫的含烴氣流經(jīng)由進(jìn)料管道引入換熱器中，借助逆流的反應(yīng)氣體混合物通過間接熱交換而加熱，并進(jìn)一步將其輸送至相對(duì)于所述換熱器的反應(yīng)器一端，在此偏轉(zhuǎn)，經(jīng)由均流器引入內(nèi)部區(qū)域A中并在混合區(qū)與含氧氣流混合，此時(shí)在所述反應(yīng)器的內(nèi)部區(qū)域A中發(fā)生自熱氣相脫氫。
[0022]因此，提供了一種具有反應(yīng)器外壁(即不與介質(zhì)接觸、既不與含烴料流接觸也不與含氧料流接觸的承壓殼)的反應(yīng)器。
[0023]鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是進(jìn)一步改善上述反應(yīng)器，尤其是就能量消耗而言。
[0024]所述目的通過一種用于在構(gòu)造為整料的非均相催化劑上借助含氧氣流實(shí)施含烴氣流的自熱氣相脫氫以獲得反應(yīng)氣體混合物的呈基本上臥式的圓柱體或棱柱體形式的反應(yīng)器，其中:
[0025]-所述反應(yīng)器的內(nèi)部借助在反應(yīng)器縱向上設(shè)置的圓柱狀或棱柱狀氣密性套殼G分成下述部分:
[0026]-具有一個(gè)或多個(gè)催化活性區(qū)的內(nèi)部區(qū)域A，其中提供由上下、左右及前后相互堆疊的整料組成的填充物和在每個(gè)催化活性區(qū)之前的在每種情況下具有固體內(nèi)件的混合區(qū)，和
[0027]-與內(nèi)部區(qū)域A同軸設(shè)置的外部區(qū)域B，和
[0028]-在與套殼G連接的反應(yīng)器一端處提供換熱器，
[0029]-具有一個(gè)或多個(gè)用于待脫氫的含烴氣流的進(jìn)料管道，
[0030]-具有一個(gè)或多個(gè)可彼此獨(dú)立調(diào)節(jié)的用于使含氧氣流進(jìn)入每個(gè)混合區(qū)的進(jìn)料管道，其中每個(gè)進(jìn)料管道提供有一個(gè)或多個(gè)分配腔，和
[0031]-具有用于自熱氣相脫氫的反應(yīng)氣體混合物的出料管道，其中:
[0032]-為外部區(qū)域B提供在自熱氣相脫氫反應(yīng)條件下呈惰性的氣體，和
[0033]-將待脫氫的含烴氣流經(jīng)由進(jìn)料管道引入換熱器中，在所述換熱器中借助逆流的反應(yīng)氣體混合物通過間接熱交換而加熱，并進(jìn)一步將其輸送至相對(duì)于所述換熱器的反應(yīng)器一端，在此偏轉(zhuǎn)，經(jīng)由均流器引入內(nèi)部區(qū)域A中并在混合區(qū)中與含氧氣流混合，此時(shí)在所述反應(yīng)器的內(nèi)部區(qū)域A中發(fā)生自熱氣相脫氫；
[0034]其中內(nèi)部區(qū)域A借助在高達(dá)700°C的溫度下具有小于0.05W/m*K熱導(dǎo)率λ的高性能微孔絕熱材料與反應(yīng)器的外部區(qū)域B絕熱。
[0035]已發(fā)現(xiàn)ΕΡ10196216.5所述反應(yīng)器的熱損失可通過使所述反應(yīng)器的內(nèi)部區(qū)域A絕熱而顯著降低，其中向內(nèi)部區(qū)域A中供入進(jìn)料流，即待脫氫的含烴氣流和含氧氣流，彼此混合并反應(yīng)以獲得反應(yīng)氣體混合物，其通過與含烴進(jìn)料氣流間接熱交換而預(yù)熱，隨后從使用高性能微孔絕熱材料的反應(yīng)器外部區(qū)域B離開該反應(yīng)器。由于自熱氣相脫氫在反應(yīng)器的內(nèi)部區(qū)域A中在約400-700°C的高溫下發(fā)生，該熱絕緣比外部區(qū)域B中的更為重要。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，將在高達(dá)700°C的溫度下具有〈0.05ff/m.K熱導(dǎo)率λ的高性能微孔材料用于該目的。該類材料作為具有連續(xù)結(jié)構(gòu)的超級(jí)絕熱體描述于VDl- Warmeatlas,2002年第9版，Kf8節(jié)中。因此，超級(jí)絕熱體為總傳熱率顯著低于靜態(tài)空氣的絕熱體。
[0037]在相同的傳熱系數(shù)下，由高性能微孔絕熱材料構(gòu)成的本發(fā)明絕熱體具有與常規(guī)纖維絕熱體相比顯著更低的熱容和顯著更小的體積。然而，低熱容對(duì)控制催化劑再生中的燃燒工藝期間的溫度而言是不可或缺的；低體積尤其也有利于將所有熱應(yīng)力組件集成至單獨(dú)的共用外殼中。
[0038]作為高性能微孔絕熱材料，尤其可使用由含硅物質(zhì)構(gòu)成的材料。這些尤其由作為主組分的細(xì)碎二氧化硅和作為其他組分的用于使紅外輻射最小化的遮蔽劑制成。還可使用混合物作為遮蔽劑。所述高性能微孔絕熱材料尤其呈具有約20nm平均孔尺寸的微孔顆粒形式。
[0039]該類材料例如由Porextherm的WDS? Ultra已知:WDS? Ultra包含約80%
的二氧化硅作為主組分以及約15%的碳化硅，且尤其確保通過熱傳導(dǎo)、通過對(duì)流和通過熱輻射的低傳熱率。
[0040]由于所用微孔材料的孔結(jié)構(gòu)以及所述材料顆粒為球狀這一事實(shí)，顆粒之間的接觸點(diǎn)無(wú)限小，從而導(dǎo)致極低的固態(tài)傳導(dǎo)率。
[0041]由氣體熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的傳熱同樣非常低。由于具有比氣體分子的平均自由程更小的為20nm平均孔尺寸的微孔材料的孔結(jié)構(gòu)，這主要導(dǎo)致氣體分子與孔壁發(fā)生碰撞，其結(jié)果是各分子之間的能量交換降至最低。
[0042]熱輻射傳熱借助電磁波進(jìn)行，且隨著溫度的升高而變得逐漸重要，尤其是高于400°C。向所述微孔材料混合物中添加紅外吸收材料(遮蔽劑)也顯著限制了該類熱傳遞。
[0043]出于上述原因，與常規(guī)絕熱材料如礦物纖維、輕質(zhì)耐火磚或無(wú)機(jī)絕熱板相比，借助本發(fā)明所用的微孔絕熱材料可獲得高得多的絕熱效果。因此，對(duì)相同的絕熱效果而言，層厚度可例如降低6倍，且重量可降低2-15倍。
[0044]通過使用真空技術(shù)可獲得另一改進(jìn)，包括使用真空板或由板制成的成型部件。
[0045]特別地，借助所述高性能微孔絕熱材料使罩殼G、換熱器、用于待脫氫的含烴氣流的進(jìn)料管道和用于含氧氣流的進(jìn)料管道與所述反應(yīng)器的外部區(qū)域B絕熱。
[0046]所述高性能微孔絕熱材料有利地以板或由板制成的成型部件形式使用。[0047]所述板或由板制成的成型部件優(yōu)選包封在提高其機(jī)械穩(wěn)定性的材料層中。
[0048]可有利地將金屬，尤其優(yōu)選不銹鋼或鋁用作用于該目的的材料。
[0049]可有利地對(duì)由所述高性能微孔絕熱材料的板制成的成型部件進(jìn)行設(shè)置以使得其能彼此互鎖，從而總是確保在機(jī)械和熱應(yīng)力下連續(xù)絕熱。
[0050]在所述反應(yīng)器的縱向上提供圓柱狀或冷柱狀罩殼G并將所述反應(yīng)器的內(nèi)部分成內(nèi)部區(qū)域A與內(nèi)部區(qū)域A同心設(shè)置的外部區(qū)域B。
[0051]外部區(qū)域B提供有在自熱氣相脫氫反應(yīng)條件下呈惰性的氣體，即不直接參與自熱氣相脫氫反應(yīng)的氣體或氣體混合物，尤其是選自水、二氧化碳、氮?dú)夂拖∮袣怏w或其混合物的氣體。優(yōu)選將蒸汽用作在自熱氣相脫氫反應(yīng)條件下呈惰性的氣體，因?yàn)槠淇赏ㄟ^冷凝再次以簡(jiǎn)單方式從所述反應(yīng)氣體混合物中分離除去。
[0052]優(yōu)選使在自熱氣相脫氫反應(yīng)條件下呈惰性的氣體作為吹掃氣流以與含烴氣流的質(zhì)量流量相比為低的質(zhì)量流量通過內(nèi)部區(qū)域A，即基于含烴氣流的質(zhì)量流量為1/5-1/100的質(zhì)量流量，優(yōu)選1/10-1/50質(zhì)量流量(在基于內(nèi)部區(qū)域A中的壓力為2-50毫巴，優(yōu)選25-30毫巴的低表壓下)。
[0053]可有利地將吹掃氣流輸送通過外部區(qū)域B，這包括經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)位于反應(yīng)器一端處的進(jìn)料管道將其引入反應(yīng)器的外部區(qū)域B中，并優(yōu)選經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)連接管道進(jìn)一步輸送至位于反應(yīng)器的相對(duì)一端處的反應(yīng)器內(nèi)部區(qū)域A中，所述連接管道有利地設(shè)置成與用于待脫氫的含烴氣流的進(jìn)料管道呈不為90°的角。
[0054]優(yōu)選對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)將吹掃氣流從外部區(qū)域B輸送至內(nèi)部區(qū)域A中的連接管道進(jìn)行設(shè)置以避免其反向流動(dòng)，例如通過具有螺旋形狀。用于使吹掃氣流從外部區(qū)域B進(jìn)入連接管道的入口應(yīng)優(yōu)選設(shè)置在所述反應(yīng)器外部區(qū)域B中盡可能高的位置。
[0055]所述吹掃氣流連續(xù)吹掃反應(yīng)器的外部區(qū)域B，且使其不含反應(yīng)氣體混合物的組分。
[0056]使換熱器(尤其可為殼管式換熱器或板式換熱器)連接在套殼G的一端。在殼管式換熱器的情況下，對(duì)其與套殼G之間的連接加以設(shè)置以使得內(nèi)部區(qū)域A與所述殼管式換熱器的管內(nèi)部連通。在板式換熱器的情況下，所述反應(yīng)器的內(nèi)部區(qū)域A與所述板式換熱器的板之間的間隙連通。
[0057]殼管式換熱器的管之間的中間空間或者在每種情況下焊接在一起以形成板式換熱器的換熱板的兩塊板之間的中間空間經(jīng)由管道連接，所述管道導(dǎo)向與所述換熱器相對(duì)的反應(yīng)器一端，并在此偏轉(zhuǎn)至與所述換熱器相對(duì)的套殼G—端，因此至所述反應(yīng)器的內(nèi)部區(qū)域從而以氣密方式與外部區(qū)域B形成密封。
[0058]使含烴料流輸送通過殼管式換熱器的管之間的中間空間，或者在板式換熱器的情況下通過在每種情況下形成換熱板的金屬板之間的中間空間，借助逆流循環(huán)通過所述管或通過所述板式換熱器的板之間的間隙的產(chǎn)物氣流加熱，輸送至所述反應(yīng)器的相對(duì)一端，在此偏轉(zhuǎn)并引入套殼的內(nèi)部區(qū)域A中。
[0059]所述自熱氣相脫氫在以整料形式存在的非均相催化劑上進(jìn)行。
[0060]就本發(fā)明而言，整料為具有多個(gè)彼此平行設(shè)置且具有0.5-4mm窄橫截面的連續(xù)通道的單塊平行六面體塊。
[0061]所述整料優(yōu)選由作為載體材料的陶瓷材料形成，其上施加(優(yōu)選通過載體涂覆方法施加)有催化活性層。[0062]左右、上下及前后相互堆疊以形成填充物的整料優(yōu)選包封在可膨脹墊中或礦物纖維無(wú)紡布中并塞入具有夾緊裝置的罩中。作為礦物纖維無(wú)紡布，優(yōu)選使用已知用于廢氣催
化劑的無(wú)紡布，例如獲自3M?的丨nteram?趟。
[0063]可膨脹墊由廢氣催化凈化已知且描述于例如DE-A4026566中:其基本上由具有包埋的云母的陶瓷纖維構(gòu)成。由于包埋的云母，所述可膨脹墊在升高的溫度下膨脹，因此其中的包封體即使在升高的溫度下也特別穩(wěn)固地保持。
[0064]對(duì)礦物無(wú)紡布或可膨脹墊加以選擇，以使得其在加熱時(shí)膨脹并使通常的陶瓷整料對(duì)罩殼密封，尤其是防止整料與罩殼的摩擦和反應(yīng)氣體混合物沿罩殼內(nèi)壁的旁流。
[0065]所述整料包封于其中的可膨脹墊確保了該整料的穩(wěn)定位置，這是因?yàn)槠湓诮?jīng)歷熱膨脹時(shí)產(chǎn)生夾持力。然而，在不正確的條件下該加持力可降低。因此，可有利地提供夾持裝置:為此，將所述可膨脹墊的對(duì)應(yīng)于反應(yīng)氣體混合物出口的其一端塞入由耐高溫紡織篩網(wǎng)形成的U-型材中，所述篩網(wǎng)可例如為金屬的。將具有對(duì)應(yīng)于所述可膨脹墊的橫截面的橫截面且與該墊連接并提高在反應(yīng)氣體混合物流動(dòng)方向上的寬度的金屬型材置于所述可膨脹墊的范圍內(nèi)。因此，所述金屬型材起載體作用以防止所述可膨脹墊在反應(yīng)氣體混合物流動(dòng)方向上的偏移。
[0066]將所述包封在可膨脹墊中的整料置于罩殼中。
[0067]所述罩殼有利地由在高溫下，常常在約400-70(TC下機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定且還對(duì)自熱氣相脫氫不具有催化活性的材料制成。
[0068]所述罩殼優(yōu)選由耐熱材料，尤其是具有材料編號(hào)1.4541、1.4910或1.4841的不銹鋼制成。
[0069]所述罩殼應(yīng)非常薄以獲得非常低的熱容且因此限制外部區(qū)域B與內(nèi)部區(qū)域A之間的熱損失。
[0070]所述罩殼可優(yōu)選為絕熱的。
[0071 ] 所述罩殼可優(yōu)選可拆卸地安裝在反應(yīng)器中。
[0072]所述罩殼優(yōu)選構(gòu)造成立方體。
[0073]所述構(gòu)造為立方體的套殼的側(cè)壁優(yōu)選構(gòu)造為可單獨(dú)卸下，從而可更換催化活性區(qū)中的全部填充物或填充物的單獨(dú)整料。
[0074]所述單獨(dú)整料以所需數(shù)量左右、上下及前后相互堆疊以填充催化活性區(qū)并形成填充物。
[0075]在每個(gè)填充物之前提供至少一個(gè)具有非催化活性的固定內(nèi)件的混合區(qū)。含烴氣流與含氧料流的混合在混合區(qū)中進(jìn)行，其中含氧氣流與含烴進(jìn)料流的混合在流動(dòng)方向上的第一混合區(qū)中進(jìn)行，且含氧氣流至仍待脫氫的含烴反應(yīng)氣體混合物中的中間引入在各個(gè)隨后的混合區(qū)(在流動(dòng)方向上)中進(jìn)行。
[0076]可優(yōu)選將待脫氫的含烴氣流在兩個(gè)或更多個(gè)位置引入換熱器中，尤其是作為具有較高質(zhì)量流量的主料流和一股或多股具有比主料流更低的質(zhì)量流量的次料流。
[0077]為了加熱待脫氫的含烴氣流，除換熱器之外，可提供一個(gè)或多個(gè)輔助加熱裝置。作為輔助加熱裝置，可離置于各催化活性區(qū)上游的混合區(qū)入口盡可能近地通過用于待脫氫的含烴氣流的進(jìn)料管道弓I入氫氣。
[0078]作為替代或者額外地，可在用于含烴氣流的進(jìn)料管中在后者從換熱器排出后，以電加熱形式提供所述輔助加熱，其優(yōu)選可拆卸地作為插入系統(tǒng)安裝在所述反應(yīng)器的外部區(qū)域B中。作為替代或者額外地，可提供馬弗爐作為輔助加熱裝置。
[0079]由于所述反應(yīng)器優(yōu)選設(shè)計(jì)成基本臥式的圓柱體，將包含整料填充物的內(nèi)部空間A負(fù)載在大面積上，由此經(jīng)受降低的機(jī)械應(yīng)力。此外，該反應(yīng)器設(shè)計(jì)使得更易接近各整料填充物。
[0080]所述反應(yīng)器的外壁優(yōu)選由許可用于壓力容器的合金鋼，尤其是黑鋼(blacksteel)，優(yōu)選Kesselblech HII，或者材料編號(hào)為1.4541或1.4910的合金鋼制成。所述反應(yīng)器的外壁也可用熟耐火土襯覆蓋。
[0081]各混合區(qū)優(yōu)選包括由多個(gè)平行插入的管形成的管分配器，所述管位于與反應(yīng)器縱向垂直的平面中、與一個(gè)或多個(gè)分配腔連接且具有多個(gè)均勻間隔的出口以用于從該插入管中排出含氧氣流以及多個(gè)均勻間隔的混合元件。
[0082]所述混合元件可有利地構(gòu)造為混合板。
[0083]所述換熱器優(yōu)選為殼管式換熱器。
[0084]所述殼管式換熱器有利地由高耐熱不銹鋼，尤其是材料編號(hào)為1.4541或1.4910的不銹鋼制成。所述殼管式換熱器的管有利地通過背板焊接安裝在管板的兩端而不留下間隙，并將所述殼管式換熱器的管板包覆在具有耐熱不銹鋼，尤其是材料編號(hào)為1.4841的不銹鋼的板的熱氣體側(cè)。
[0085]優(yōu)選在罩殼G的將含烴氣流引入內(nèi)部區(qū)域A中的端面處設(shè)置整流器。
[0086]本發(fā)明還提供了 一種使用上述反應(yīng)器實(shí)施自熱氣相脫氫的方法。
[0087]在優(yōu)選的完全連續(xù)的運(yùn)行模式中，可使用兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)器，其中至少一個(gè)反應(yīng)器用于自熱氣相脫氫且同時(shí)至少一個(gè)其他反應(yīng)器再生。
[0088]自熱氣相脫氫優(yōu)選為丙烷、丁烷、異丁烷或丁烯的自熱脫氫。
[0089]本發(fā)明的反應(yīng)器和本發(fā)明的方法尤其具有如下優(yōu)點(diǎn):通過使用由高性能微孔絕熱材料組成的超級(jí)絕熱體，自熱氣相脫氫的能量平衡與常規(guī)反應(yīng)器相比得以顯著改進(jìn)。
[0090]下文借助實(shí)施例和附圖闡述本發(fā)明。
[0091]在所述附圖中:
[0092]圖1顯示了在垂直面中通過呈基本上臥式的圓柱體形式的本發(fā)明反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方案的縱剖面；
[0093]圖2顯示了通過呈具有垂直縱軸的立式圓柱體形式的本發(fā)明反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方案的縱剖面；
[0094]圖3顯示了在水平面中通過圖1所示反應(yīng)器的縱剖面；
[0095]圖4顯示了在平面C-C中通過圖1所示反應(yīng)器的橫截面；
[0096]圖5顯示了在平面D-D中通過圖1所示反應(yīng)器的橫截面；
[0097]圖6顯示了在平面E-E中通過圖1所示反應(yīng)器的橫截面；
[0098]圖7顯示了在平面F-F中通過圖1所示反應(yīng)器的橫截面；且
[0099]圖8示意性地顯示了與常規(guī)絕熱材料相比，獲自Porextherm的高性能微孔絕熱材
料WDS?的導(dǎo)熱率值與溫度的函數(shù)。
[0100]在所述附圖中，在每種情況下相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的特征。
[0101]圖1的垂直面中的縱剖面示意性地顯示了本發(fā)明反應(yīng)器I的優(yōu)選實(shí)施方案，經(jīng)由進(jìn)料管道7為其提供待脫氫的含烴氣流2，且經(jīng)由具有分配腔10的進(jìn)料管道9為其提供含氧氣流3。
[0102]圖1顯示罩殼G將反應(yīng)器I的內(nèi)部分成內(nèi)部區(qū)域A和外部區(qū)域B。在內(nèi)部區(qū)域A中，存在例如三個(gè)每個(gè)催化活性區(qū)5，在各催化活性區(qū)5中提供由未詳細(xì)示出且上下、左右及前后相互堆疊的整料4組成的填充物，且在每個(gè)催化活性區(qū)5之前提供具有固體內(nèi)件的混合區(qū)6。使待脫氫的含烴氣流2通過換熱器12，通過與反應(yīng)氣體混合物間接熱交換而加熱，并進(jìn)一步輸送至反應(yīng)器的相對(duì)一側(cè)，在此偏轉(zhuǎn)，經(jīng)由均流器8引入內(nèi)部區(qū)域A中，在混合區(qū)6中與含氧氣流3混合，此時(shí)在具有整料4的催化活性區(qū)5中發(fā)生自熱氣相脫氫。反應(yīng)氣體混合物經(jīng)由位于換熱器12出口處的收集箱13并通過出料管道11從反應(yīng)器中取出。
[0103]附圖標(biāo)記14表示在進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域A入口處由圓錐幾何形狀至立方幾何形狀的過渡，附圖標(biāo)記15表示在換熱器12的產(chǎn)物氣體出口處由立方體至圓錐體的過渡。
[0104]附圖標(biāo)記16表示高性能微孔絕熱材料，其顯示為陰影區(qū)域且使反應(yīng)器I的內(nèi)部區(qū)域A與外部區(qū)域B絕熱。
[0105]圖2顯示了與圖1所示類似的反應(yīng)器，但為具有垂直縱軸的立式反應(yīng)器；
[0106]圖3顯示了與圖1所示相同的反應(yīng)器,但顯示了水平面中的縱剖面；
[0107]圖4顯示了在混合區(qū)6的區(qū)域(剖面C-C)中通過圖1和2所示反應(yīng)器的橫截面；
[0108]圖5顯示了在催化活性區(qū)5的區(qū)域(剖面D-D)中通過相同反應(yīng)器的橫截面；
[0109]圖6顯示了在進(jìn)入換熱器12的反應(yīng)氣體入口區(qū)域中通過相同反應(yīng)器的橫截面；
[0110]圖7顯示了在換熱器12的反應(yīng)氣體出口區(qū)域中通過相同反應(yīng)器的橫截面。
[0111]在所有橫截面視圖(圖4-7)中，可看出使內(nèi)部區(qū)域A與外部區(qū)域B絕熱的由高性能微孔絕熱材料(附圖標(biāo)記16)組成的絕熱體。
[0112]圖8顯示了本發(fā)明所用的高性能微孔絕熱材料(例如獲自Porextherm的WDS?:
)的極低導(dǎo)熱率值(曲線I)，以及與此相對(duì)照的常規(guī)絕熱材料，即硅-硅酸鹽板(曲線2)、硅酸鈣鎂纖維墊(曲線3)、玻璃棉(板和墊)(曲線4)和巖棉(墊)，其中導(dǎo)熱率λ (以W/m.K計(jì))繪于縱坐標(biāo)上，溫度(V )繪于橫坐標(biāo)上。
[0113]下文借助實(shí)施例闡述本發(fā)明。借助實(shí)施例詳細(xì)描述工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器I的優(yōu)選實(shí)施方案:
實(shí)施例
[0114]外殼(具有凸板端的基本臥式圓柱體)的尺寸為:
[0115]長(zhǎng)度:24500mm
[0116]直徑:6000mm
[0117]外殼的材料:HII
[0118]外殼的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):
[0119]壓力: 7巴(絕對(duì))
[0120]溫度:350°C
[0121]所述反應(yīng)器包括如下各組件(材料1.4541):
[0122]-1個(gè)用于使進(jìn)料氣體通過反應(yīng)器外壁進(jìn)入集成換熱器(圖1中的附圖標(biāo)記12)的進(jìn)料管道DN1000 (圖1中的附圖標(biāo)記7)(主料流80-100%，可調(diào))。[0123]-1個(gè)具有殼管式結(jié)構(gòu)的集成換熱器，附圖標(biāo)記12 ；
[0124]進(jìn)料氣體在殼側(cè)交叉逆流流動(dòng)；產(chǎn)物氣體流經(jīng)11000根管，20mmX 2mmX 6000mm ；三角定位26mm ;管分布在兩個(gè)尺寸各自為3370mmX 1000mm的矩形區(qū)域上。
[0125]在管板后面將所述管焊接至管板上。所述換熱器在冷側(cè)具有浮頭補(bǔ)償器。
[0126]-1個(gè)用于使進(jìn)料氣體通過反應(yīng)器外壁進(jìn)入集成換熱器中的進(jìn)料管道DN600(旁流0_20%，可調(diào))。
[0127]-1個(gè)用于將進(jìn)料氣體由集成換熱器12的出口連接至反應(yīng)器入口的連接管道DNIOOOo
[0128]在連接管道中安裝有電輔助加熱。
[0129]-1個(gè)用于使加熱氣體17進(jìn)入位于換熱器12與內(nèi)部區(qū)域A入口之間的連接管道中的進(jìn)料管道DN200和混入設(shè)備；混入設(shè)備構(gòu)造為孔管系統(tǒng)。使用氫氣作為加熱氣體。
[0130]-1個(gè)由DN1000從圓錐形圓滑過渡至立方體(罩殼G的入口)的過渡14，3370mmX 2850mm，具有3個(gè)集成的孔板作為均流器8。
[0131]-3個(gè)混合區(qū)6，其在每個(gè)催化活性區(qū)5之前具有固定內(nèi)件通道，在每種情況下包括20個(gè)分配管DNl25。
[0132]-1個(gè)罩殼G，用于容納整料4
[0133]尺寸:3370mmX 2850mm X 8500mm
[0134]出于更易安裝的目的，預(yù)先安裝整料以形成較大的填充物。一個(gè)填充物包含由膨脹墊隔開的6X4塊整料。所述墊借助粘接的金屬篩網(wǎng)保護(hù)以免解體和在流動(dòng)方向的端面處摩擦。各整料4通過墊片固定以免運(yùn)動(dòng)。
[0135]借助結(jié)實(shí)的盒將各填充模塊夾在外部上。各填充模塊構(gòu)造呈推入模塊形式。借助薄密封墊使所述推入模塊對(duì)實(shí)際的反應(yīng)器罩殼密封。
[0136]-3個(gè)催化活性區(qū)5，其適當(dāng)?shù)匮b備有整料4的填充模塊。
[0137]各催化活性區(qū)5包含15行彼此前后設(shè)置的整料。各整料行包含240塊整料?？傊?，催化活性區(qū)5包含3600塊尺寸為150mmX 150mmX 150mm的整料。
[0138]將各整料行隔開。在這些空間中安裝用于調(diào)節(jié)和控制工藝的合適溫度測(cè)量設(shè)備。
[0139]-1個(gè)由罩殼G至集成換熱器12的過渡
[0140]尺寸:3370mmX2850mmX700mm;矩形[0141 ] 所述過渡區(qū)構(gòu)造為焊接結(jié)構(gòu)。
[0142]-1個(gè)用于使集成換熱器12的反應(yīng)氣體混合物由矩形3370mmX 2850mm過渡至圓DN1500的過渡15 ;圓錐過渡構(gòu)造。
[0143]-1個(gè)用于使反應(yīng)氣體混合物通過反應(yīng)器外壁的出料管道11DN1500。
[0144]-3個(gè)用于使含O2氣體通過反應(yīng)器外壁進(jìn)入各催化活性區(qū)5的分配腔10中的進(jìn)料管道DN6009。
[0145]所有內(nèi)件均具有例如由Porextherm的WDS?組成的高性能微孔絕熱材料(超級(jí)
絕熱體)16，以使內(nèi)部區(qū)域A與外部區(qū)域B絕熱。該超級(jí)絕熱體借助金屬套保護(hù)(包封)以防摩擦和濕氣。所述反應(yīng)器的承壓外壁在外部絕熱。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在構(gòu)造為整料(4)的非均相催化劑上借助含氧氣流(3)實(shí)施含烴氣流(2)的自熱氣相脫氫以獲得反應(yīng)氣體混合物的呈圓柱體或棱柱體形式的反應(yīng)器(1)，其中: -反應(yīng)器(I)的內(nèi)部借助在反應(yīng)器(I)縱向上設(shè)置的圓柱狀或棱柱狀氣密性套殼G分成下述部分: -具有一個(gè)或多個(gè)催化活性區(qū)(5)的內(nèi)部區(qū)域A，其中提供由上下、左右及前后相互堆疊的整料(4)組成的填充物和在每個(gè)催化活性區(qū)(5)之前的在每種情況下具有固體內(nèi)件的混合區(qū)(6)，和 -與內(nèi)部區(qū)域A同軸設(shè)置的外部區(qū)域B，和 -在套殼G之后的反應(yīng)器一端處提供換熱器(12)， -具有一個(gè)或多個(gè)用于待脫氫的含烴氣流(2)的進(jìn)料管道(7)， -具有一個(gè)或多個(gè)可彼此獨(dú)立調(diào)節(jié)的用于使含氧氣流(3)進(jìn)入每個(gè)混合區(qū)(6)的進(jìn)料管道(9)，其中每個(gè)進(jìn)料管道(9)提供有一個(gè)或多個(gè)分配腔(10)，和-具有用于自熱氣相脫氫的反應(yīng)氣體混合物的出料管道(11)，其中: -為外部區(qū)域B提供在自熱氣相脫氫反應(yīng)條件下呈惰性的氣體， -將待脫氫的含烴氣流⑵經(jīng)由進(jìn)料管道(7)引入換熱器(12)中，在換熱器(12)中借助逆流的反應(yīng)氣體混合物通過間接熱交換而加熱，并進(jìn)一步將其輸送至相對(duì)于換熱器(12)的反應(yīng)器一端，在此偏轉(zhuǎn)，經(jīng)由均流器(8)引入內(nèi)部區(qū)域A中并在混合區(qū)(6)中與含氧氣流(3)混合，此時(shí)在反應(yīng)器( I)的內(nèi)部區(qū)域A中發(fā)生自熱氣相脫氫； 其中內(nèi)部區(qū)域A借助在高達(dá)700°C的溫度下具有小于0.05W/m*K熱導(dǎo)率λ的高性能微孔絕熱材料(16)與所述反應(yīng)器的外部區(qū)域B絕熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器(I)，其構(gòu)造成基本上臥式的圓柱體或棱柱體形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的反應(yīng)器(I)，其中罩殼G、換熱器(12)、用于待脫氫的含烴氣流(2)的進(jìn)料管道(7)和用于含氧氣流(3)的進(jìn)料管道(9)借助高性能微孔絕熱材料(16)與所述反應(yīng)器的外部區(qū)域B絕熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的反應(yīng)器(I)，其中將高性能微孔絕熱材料(16)施加至罩殼G、換熱器(12)、用于待脫氫的含烴氣流(2)的進(jìn)料管道(7)和用于含氧氣流(3)的進(jìn)料管道(9)的朝向反應(yīng)器外部區(qū)域B的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的反應(yīng)器(I)，其中將包含作為主組分的細(xì)碎二氧化娃和作為其他組分的用于使紅外輻射最小化的遮蔽劑且呈平均孔尺寸為約20nm的微孔顆粒形式的材料用作高性能微孔絕熱材料(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的反應(yīng)器(I)，其中高性能微孔絕熱材料(16)以板或由板制成的成型部件形式使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的反應(yīng)器(I)，其中所述板或由板制成的成型部件包封在提高其機(jī)械穩(wěn)定性的材料的層(17)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的反應(yīng)器(I)，其中制造層(17)的材料為金屬，優(yōu)選為不銹鋼或鋁。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)的反應(yīng)器(I)，其中對(duì)由板制成的高性能微孔絕熱材料(16)的成型部件加以設(shè)置以使其能彼此互鎖，從而使得其總是確保在機(jī)械和熱應(yīng)力下連續(xù)絕熱。
10.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的反應(yīng)器實(shí)施自熱氣相脫氫的方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述自熱氣相脫氫為丙烷、丁烷、異丁烷、丁烯或乙苯的脫氫。
【文檔編號(hào)】C07C5/48GK103702753SQ201280036097
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月2日
【發(fā)明者】G·奧爾貝特, U·韋格勒, G·科利歐斯, C·特萊切赫蘭斯, R·赫斯特, A·京格爾, R·鮑爾 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司