本發(fā)明涉及用于管式反應(yīng)器中的催化劑載體和使用催化劑載體進(jìn)行的方法。更具體地，其涉及用于其中待進(jìn)行放熱或吸熱反應(yīng)的管式反應(yīng)器中的催化劑載體。更具體地，其涉及包含多個(gè)所述催化劑載體的用于進(jìn)行放熱或吸熱反應(yīng)的反應(yīng)器中的催化劑載體。

常規(guī)的所謂固定床管式反應(yīng)器包含含有多個(gè)管的反應(yīng)器外殼，所述管通常為圓柱形，并且通常填充有催化劑顆粒。在使用時(shí)，熱傳遞介質(zhì)流經(jīng)這些管外的反應(yīng)器外殼，并且由此通過跨越管壁的熱交換來調(diào)節(jié)管中催化劑的溫度。因此，在反應(yīng)為放熱反應(yīng)的情況下，熱傳遞介質(zhì)將允許從催化劑中去除熱量，并且在反應(yīng)為吸熱反應(yīng)的情況下，熱傳遞介質(zhì)將向催化劑提供熱量。熱傳遞介質(zhì)的實(shí)例包括冷卻水、鍋爐給水和熱傳遞油，例如由dowchemicalcompany以商標(biāo)dowtherm出售的熱傳遞油。或者，熱傳遞流體為熔融鹽混合物的形式。操作期間，氣體、液體或氣體和液體反應(yīng)物流過所述管，流經(jīng)催化劑顆粒，使得發(fā)生所需反應(yīng)。

對(duì)于一些反應(yīng)，反應(yīng)的熱效應(yīng)為適中的，使得其不成問題或可易于處理。在一些情況下，熱效應(yīng)足夠小而可以使用大直徑管。這具有在管內(nèi)存在大體積催化劑的益處。然而，對(duì)于放熱更多的反應(yīng)而言，需要存在經(jīng)由管壁至熱傳遞介質(zhì)的有效熱傳遞，以能夠控制反應(yīng)器內(nèi)的條件。為實(shí)現(xiàn)所需效率，必須使每單位長度的管壁的表面積最大。這通過安裝較多數(shù)目的較小直徑管來實(shí)現(xiàn)。這種多根管的使用增加了反應(yīng)器的成本和復(fù)雜性。

發(fā)生中度至高度放熱反應(yīng)的管式反應(yīng)器在許多情況下熱傳遞受限。其中一個(gè)缺點(diǎn)為難以實(shí)現(xiàn)更高活性催化劑的益處，因?yàn)榭捎眠@些催化劑實(shí)現(xiàn)的增加的生產(chǎn)率產(chǎn)生增加量的熱量，所述熱量必須以保持穩(wěn)定操作溫度的速率加以移除，以避免出現(xiàn)不利效果，例如發(fā)生副反應(yīng)，損害催化劑如燒結(jié)催化活性位點(diǎn)，以及在最壞的情況下，熱失控。在反應(yīng)為中度至高度放熱反應(yīng)的情況下，由這種增加的加熱可以產(chǎn)生各種問題，并且在一些系統(tǒng)中，熱量可以使得催化劑可以失效并且甚至可以出現(xiàn)對(duì)管壁的損害。

在反應(yīng)為中度至高度放熱反應(yīng)的情況下，由這種增加的加熱可以產(chǎn)生問題，并且在一些系統(tǒng)中可以出現(xiàn)對(duì)管壁的損害，例如不均勻加熱可以在管壁上導(dǎo)致溫度熱點(diǎn)。

常規(guī)反應(yīng)器具有多個(gè)缺點(diǎn)，使得其不太理想。對(duì)于這些反應(yīng)器應(yīng)注意的一個(gè)問題為，為有效提取反應(yīng)的熱量，所述管在直徑上必須相對(duì)較小以確保管的中心區(qū)域保持足夠冷卻，從而避免發(fā)生以上詳述的問題。

在反應(yīng)為吸熱反應(yīng)的情況下，盡管問題相反，但應(yīng)注意類似問題。為了提供熱量以使得催化劑可以繼續(xù)以最佳方式操作，所述管在直徑上必須相對(duì)較小以確保管的中心區(qū)域得到充分加熱。

在一些反應(yīng)中，尺寸限制意指管僅具有約15至40mm的內(nèi)徑的級(jí)別。管的小尺寸意味著，為了在反應(yīng)器中容納所需體積的催化劑，必須使用大量的管。然而，這種增加的管數(shù)增加了反應(yīng)器的重量，并且由于通常存在就尺寸和重量方面可以裝運(yùn)的反應(yīng)器的最大尺寸，所以反應(yīng)器的生產(chǎn)率受到限制。

第二個(gè)問題為催化劑顆粒必須具有一定的尺寸、形狀及強(qiáng)度，以免對(duì)合適的管長造成不當(dāng)?shù)膲航?，并且這通常導(dǎo)致使用較大的催化劑顆粒。然而，在反應(yīng)為質(zhì)量受限、熱量受限或質(zhì)量和熱傳遞均受限的情況下，使用較大的顆?？赡艹蓡栴}。盡管這些問題中的一些可以通過確?；钚晕稽c(diǎn)僅存在于催化劑顆粒的表面附近來緩解，但這可能限制可以實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)率，因?yàn)榭捎玫幕钚晕稽c(diǎn)必須更猛烈地起作用以提供合理的總生產(chǎn)率。盡管這可以在給定時(shí)間產(chǎn)生合理生產(chǎn)率，但其可以降低催化劑的壽命。

另一個(gè)問題為對(duì)管壁的每單位表面積可移除的熱量存在限制，并且這對(duì)管內(nèi)所含每單位體積催化劑可容許產(chǎn)生的熱量造成了限制。

在wo2011/048361中，提出了在管中封裝催化劑的替代方法，其中將催化劑載體裝置配置位于反應(yīng)器管內(nèi)。這種布置使管壁的熱傳遞最佳，使得可以使用較大的管和較大體積的較小催化劑顆粒。這種布置允許反應(yīng)器在高生產(chǎn)率下操作，并且甚至在反應(yīng)高度放熱的情況下，伴隨可接受的壓降。

wo2011/048361所描述的催化劑載體包含：

使用時(shí)用于容納催化劑的環(huán)形容器，所述容器具有限定管的有孔內(nèi)壁、有孔外壁、封閉所述環(huán)形容器的頂部表面和封閉所述環(huán)形容器的底部表面；

封閉由所述環(huán)形容器的所述內(nèi)壁形成的所述管的底部的表面；

裙套，其自所述環(huán)形容器的有孔外壁，從所述容器的底部表面的位置或底部表面附近的位置向上延伸至密封件的方位下方的位置；

以及密封件，其位于所述頂部表面處或頂部表面附近，并且從所述容器以延伸超過所述裙套的外表面的距離進(jìn)行延伸。

盡管這些載體提供優(yōu)于常規(guī)封裝管的大量優(yōu)點(diǎn)，但其針對(duì)一些應(yīng)用可能遭受一些劣勢(shì)及缺陷。特定問題可以歸因于以下事實(shí)：載體的承載組件為有孔內(nèi)壁和有孔外壁。當(dāng)將多個(gè)填充載體封裝在管中時(shí)，各封裝載體的重量由下方的載體的有孔內(nèi)壁和有孔外壁支撐。由于在一些布置中可以在管中存在80個(gè)或甚至更多個(gè)填充催化劑載體，因此由位于朝向管底部的載體所承受的重量可以相當(dāng)大。

這意味著主要功能為截留催化劑顆粒的容器的有孔內(nèi)壁和有孔外壁必須由足夠硬和足夠堅(jiān)固的材料制造，使得其在管中位于其上方的填充催化劑載體的負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生彎曲或扭曲。在將容器插入管中和從管中去除容器期間，這尤其重要。這通常意味著將必須使用較厚的材料。使用較厚材料的需要將增加載體的制造成本。

此外，使用較厚的材料制造有孔內(nèi)壁和有孔外壁將增加流經(jīng)較厚的有孔壁的氣體壓降。這通常將導(dǎo)致增加操作成本，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，必須將氣體進(jìn)行壓縮以克服壓降。必須壓縮氣體將增加該方法的能量需求。

另一缺點(diǎn)為在有孔內(nèi)壁和有孔外壁由較厚的材料制造的情況下，其在載體內(nèi)占據(jù)更多體積。盡管在使用較大載體的情況下，例如具有約3英寸(7.62cm)或更大直徑的那些載體，這可能不具有顯著影響，對(duì)于較小的容器，例如具有約1英寸(2.54cm)至約2英寸(5.08cm)的直徑的載體，若將具有約2mm厚度的材料用于制造有孔壁，則有孔壁將占據(jù)8mm的可用內(nèi)徑。然后這限制可以位于載體內(nèi)的催化劑的量，并且因此將限制可以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)的量。

此外，若在有孔內(nèi)壁、有孔外壁或有孔壁兩者中沿徑向存在任何屈撓，則將對(duì)催化劑顆粒施加額外的壓縮負(fù)荷。因此需要使用具有足夠高的壓碎強(qiáng)度的催化劑，以避免被反應(yīng)器管中位于其上方的填充載體的重量壓碎催化劑。盡管所需壓碎強(qiáng)度將低于常規(guī)填充管所需的壓碎強(qiáng)度，但是依然期望提供配置為使得當(dāng)選擇催化劑時(shí)不必考慮催化劑的壓縮強(qiáng)度的催化劑載體。

wo2012/136971公開了在催化劑為整料催化劑的情況下使用的替代催化劑載體。在該布置中，所述催化劑載體包含：

使用時(shí)用于容納整料催化劑的容器，所述容器具有封閉所述容器的底部表面，以及從所述容器的底部表面向上延伸至密封件的方位下方的位置并且與所述密封件隔開的裙套，所述裙套定位為使得在所述整料催化劑的外表面與所述裙套之間存在間距；以及

密封件，其位于所述整料催化劑的頂部表面處或頂部表面附近并且從所述整料催化劑以延伸超過所述裙套外表面的距離進(jìn)行延伸。

因此，在該布置中，不存在有孔內(nèi)壁或有孔外壁，并且載體和催化劑的堆疊的重量必須由整料催化劑自身承載。這對(duì)可以使用的整料催化劑的組成提出了額外的限制。若必須增加整料(monolith)內(nèi)的壁厚度以提供所需強(qiáng)度，則整料內(nèi)的空隙度將降低。這將減少氣流的自由區(qū)域，并且可以導(dǎo)致壓降增加。

微粒催化劑和整料催化劑的催化劑載體的另一個(gè)問題為，由于從容器的底部表面向上延伸的裙套僅在底部表面處或底部表面附近與載體連接時(shí)，取決于其厚度，其可能沿一個(gè)方向屈撓并且在反應(yīng)器管內(nèi)不再是同心的。若裙套扭曲使得其在頂部成卵形，則反應(yīng)物將優(yōu)選沿較大間隙向下流動(dòng)，這將導(dǎo)致較差的熱傳遞。

盡管裙套可由較厚的材料制造以使扭曲風(fēng)險(xiǎn)最小，但這將增加生產(chǎn)成本和增加載體的重量。此外，載體將更難以制造，因?yàn)楦y將較厚的材料卷繞成完美的圓筒。

因此期望提供其中可以處理和優(yōu)選克服一個(gè)或多個(gè)上述問題的改良催化劑載體。

本發(fā)明通過提供催化劑載體來解決上述問題，在所述催化劑載體中，使現(xiàn)有技術(shù)的向上延伸的裙套進(jìn)行延伸，以使其與封閉所述管的底部的表面和頂部表面接合。因此，現(xiàn)有技術(shù)載體的裙套變成載體的外壁。將提供朝向外壁的頂部的孔以允許流體流動(dòng)。因此在本發(fā)明的催化劑載體中，催化劑載體的主要承載部分為外壁。在一些布置中，負(fù)荷將由頂部表面、底部和外壁承受。通過這種方法，可處理并且優(yōu)選消除現(xiàn)有技術(shù)布置所指出的問題。

因此根據(jù)本發(fā)明，提供了用于插入管式反應(yīng)器的反應(yīng)器管中的催化劑載體，所述催化劑載體包含：

使用時(shí)用于容納催化劑的容器，所述容器具有封閉所述容器的底部表面，和頂部表面；

從所述容器的底部表面延伸至所述頂部表面的載體外壁；

從所述容器以延伸超過所述載體外壁的距離進(jìn)行延伸的密封件；

所述載體外壁具有位于密封件下方的孔。

在催化劑為微?；蚺菽呋瘎┑那闆r下尤其適合的一個(gè)布置中，催化劑載體包含：

使用時(shí)用于容納催化劑的環(huán)形容器，所述容器具有限定內(nèi)通道的有孔內(nèi)容器壁、有孔外容器壁、封閉所述環(huán)形容器的頂部表面和封閉所述環(huán)形容器的底部表面；

封閉由所述環(huán)形容器的內(nèi)容器壁所形成的所述內(nèi)通道的底部的表面。

為避免疑義，任何方向(例如，諸如向上、下方、下部等術(shù)語)的討論為了易于參考已經(jīng)參照如附圖所示例的催化劑載體的方向進(jìn)行討論。然而，本發(fā)明的催化劑載體也可以用于替代方向，例如水平。因此，所述術(shù)語應(yīng)相應(yīng)地進(jìn)行理解。

催化劑載體通常進(jìn)行尺寸設(shè)定，以使得其尺寸小于使用時(shí)放置催化劑載體的反應(yīng)器管的內(nèi)部尺寸。設(shè)定密封件的尺寸以使得當(dāng)本發(fā)明的催化劑載體位于反應(yīng)器管內(nèi)時(shí)，密封件與反應(yīng)器管的內(nèi)壁相互作用。選擇諸如載體長度和直徑的參數(shù)以適應(yīng)不同反應(yīng)和配制。

在使用時(shí)，在向下流的立式反應(yīng)器中，反應(yīng)物向下流過反應(yīng)器管并且由此首先接觸催化劑載體的上表面。由于密封件阻礙反應(yīng)物圍繞載體側(cè)面通過，所以其頂部表面將反應(yīng)物導(dǎo)入由內(nèi)容器壁所限定的內(nèi)通道中。然后，反應(yīng)物經(jīng)過有孔內(nèi)容器壁進(jìn)入環(huán)形容器，并且隨后朝向有孔外容器壁徑向通過催化劑床。在從內(nèi)容器壁通過至外容器壁期間，反應(yīng)物接觸催化劑并且發(fā)生反應(yīng)。未反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物隨后經(jīng)過有孔外容器壁流出容器。然后載體外壁引導(dǎo)反應(yīng)物和產(chǎn)物在載體外壁的內(nèi)表面與環(huán)形容器的有孔外容器壁之間向上，直至其到達(dá)載體外壁中的孔。然后將它們引導(dǎo)通過位于載體外壁中的孔，并且在載體外壁的外表面與反應(yīng)器管的內(nèi)表面之間向下流動(dòng)，其中發(fā)生熱傳遞。

容器的頂部表面可具有任何適合的尺寸和配置。在其中載體包含有孔內(nèi)容器壁和有孔外容器壁的布置中，頂部表面將至少從有孔外容器向外延伸并且與載體外壁連接。在一個(gè)替代布置中，頂部表面可以從有孔內(nèi)容器壁延伸至載體外壁。應(yīng)理解，頂部表面可以是環(huán)形物，所述環(huán)形物從有孔內(nèi)容器壁與有孔外容器壁的位置之間的點(diǎn)延伸至載體外壁。

在一個(gè)布置中，帽蓋可以封閉通過有孔內(nèi)容器壁所形成的內(nèi)通道。該帽蓋將包括一個(gè)或多個(gè)孔以允許流體流入內(nèi)通道中。

選擇內(nèi)容器壁和外容器壁中的穿孔尺寸以便允許反應(yīng)物和產(chǎn)物均勻流經(jīng)催化劑，同時(shí)將催化劑保持在容器內(nèi)。因此，應(yīng)理解，穿孔尺寸將取決于所用催化劑顆粒的尺寸。在一個(gè)替代布置中，可以將穿孔設(shè)定尺寸為使得它們是大的，但具有覆蓋穿孔的濾網(wǎng)以確保將催化劑保持在環(huán)形容器內(nèi)。這使得能夠使用較大的穿孔，其將促進(jìn)反應(yīng)物的自由運(yùn)動(dòng)而無顯著的壓力損失。

應(yīng)理解，穿孔可以具有任何適合的配置。實(shí)際上在將壁描述為有孔的情況下，所需的是存在允許反應(yīng)物和產(chǎn)物通過所述壁的手段。這些可以為任何配置的小孔，它們可以是長孔，它們可以通過金屬絲網(wǎng)篩或通過產(chǎn)生多孔或可滲透表面的任何其他手段來形成。

盡管封閉容器的頂部表面通常位于內(nèi)容器壁和/或外容器壁的上邊緣，但可以期望將頂部表面位于上邊緣下方以使得載體外壁的上邊緣的部分延伸至頂部表面上方。類似地，底部表面可以位于內(nèi)容器壁和/或外容器壁的下邊緣，或可以期望將底部表面位于使得其在外容器壁的底部邊緣上方，以便外容器壁的底部邊緣延伸至底部表面下方。在載體外壁延伸超過頂部表面和/或底部表面時(shí)，這可以有助于在使用時(shí)使容器彼此堆疊。此外或可選地，這種配置可以配置為在使用時(shí)有助于將催化劑載體與鄰近的催化劑載體連接。

環(huán)形容器的底部表面和封閉內(nèi)通道底部的表面可以形成為單一單元形成或其可以是連接在一起的兩個(gè)單獨(dú)零件。環(huán)形容器的底部表面和封閉內(nèi)通道底部的表面可以是共平面的，但是在一個(gè)布置中，它們處于不同平面。在一個(gè)布置中，封閉內(nèi)通道底部的表面在低于環(huán)形容器的底部表面的平面中。當(dāng)使用多個(gè)催化劑載體時(shí)，這可以用于幫助一個(gè)催化劑載體定位于布置在其下方的催化劑載體上。應(yīng)理解，在一個(gè)替代布置中，封閉內(nèi)通道底部的表面可在高于環(huán)形容器的底部表面的平面中。這可以幫助一個(gè)載體定位于布置在其下方的載體上。

盡管底部表面通常是實(shí)心的，但其可以包括一個(gè)或多個(gè)放泄孔。在存在一個(gè)或多個(gè)放泄孔的情況下，其可由濾網(wǎng)覆蓋。類似地，任選地以濾網(wǎng)覆蓋的放泄孔可以存在于封閉內(nèi)通道的表面中。在非垂直方向使用載體的情況下，放泄孔(若存在)將位于替代位置中，即使用時(shí)在催化劑載體中的最低點(diǎn)的位置。

一個(gè)或多個(gè)間隔構(gòu)件可以從催化劑載體的底部表面向下延伸。間隔構(gòu)件或各間隔構(gòu)件可以形成為單獨(dú)組件，或其可通過底部表面中的凹陷形成。在存在這些間隔構(gòu)件的情況下，其有助于在使用時(shí)為反應(yīng)物和產(chǎn)物在第一載體的底部表面與第二較低載體的頂部表面之間流動(dòng)提供順暢路徑。間隔件可以為約4mm或約5mm至約6mm至約25mm深的級(jí)別?？蛇x地或此外，間隔構(gòu)件可存在于頂部表面上。

頂部表面可以在其上表面上包括在使用時(shí)將催化劑載體相對(duì)于堆疊在所述載體上方的催化劑載體進(jìn)行定位的構(gòu)件。用于定位所述載體的構(gòu)件可以具有任何適合的布置。在一個(gè)布置中，其包含其中具有孔或間距以允許反應(yīng)物進(jìn)入的直立套環(huán)。

在尤其適用于整料催化劑的替代布置中，將容器配置為用于在使用時(shí)容納整料催化劑。

在一個(gè)布置中，整料催化劑是實(shí)心的，因?yàn)樵谒稣系闹黧w內(nèi)基本上不存在未經(jīng)催化劑占據(jù)的空間。當(dāng)在向下流動(dòng)的立式反應(yīng)器中使用整料時(shí)，反應(yīng)物向下流經(jīng)反應(yīng)器管，反應(yīng)物首先接觸整料催化劑的上表面，并且沿平行于催化劑載體的軸線的方向流經(jīng)其中。容器的密封件防止反應(yīng)物圍繞所述整料流動(dòng)并且有助于將反應(yīng)物導(dǎo)入催化劑中。然后反應(yīng)將在整料催化劑內(nèi)發(fā)生。隨后產(chǎn)物也沿平行于催化劑載體的軸線的方向向下流經(jīng)所述整料。

在催化劑為整料催化劑的布置中，頂部表面將至少從整料催化劑向外延伸并且將與載體外壁連接。應(yīng)理解，頂部表面可以是環(huán)形物，其在整料催化劑的至少部分的上方延伸至載體外壁。

一旦反應(yīng)物和產(chǎn)物到達(dá)容器的底部表面，將它們導(dǎo)向載體外壁。為了促進(jìn)這種流動(dòng)，可在容器內(nèi)于底部表面的上表面上提供支腳，使得在使用時(shí)，催化劑整料支撐在支腳上，并且在催化劑整料的底部與容器的底部表面之間存在間隙。載體外壁將引導(dǎo)反應(yīng)物和產(chǎn)物在載體外壁的內(nèi)表面與整料催化劑的外表面之間向上，直至它們到達(dá)頂部表面的下側(cè)。然后將它們通過頂部表面的下側(cè)引導(dǎo)經(jīng)過載體外壁中的孔，并且隨后它們?cè)谳d體外壁的外表面與反應(yīng)器管的內(nèi)表面之間向下流動(dòng)，其中發(fā)生熱傳遞。

在一個(gè)布置中，整料催化劑具有縱向延伸通過其中的通道。通常，所述通道將位于整料催化劑的中心軸上。因此，在反應(yīng)器管具有環(huán)形橫截面的情況下，這種布置的整料催化劑將具有環(huán)形橫截面。在這種布置中，使用時(shí)，在向下流動(dòng)的立式反應(yīng)器中，反應(yīng)物向下流經(jīng)反應(yīng)器管并且因此首先接觸容器頂部表面的上表面，并且被導(dǎo)入所述整料的通道中。然后反應(yīng)物進(jìn)入環(huán)形整料催化劑并且朝向催化劑整料的外表面徑向通過催化劑。在通過催化劑整料期間發(fā)生反應(yīng)。未反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物然后穿過其外表面流出整料催化劑。然后載體外壁在載體外壁的內(nèi)表面與整料催化劑的外表面之間向上引導(dǎo)反應(yīng)物和產(chǎn)物，直至其到達(dá)頂部表面。然后通過頂部表面的下側(cè)將它們引導(dǎo)經(jīng)過載體外壁中的孔，并且在載體外壁的外表面與反應(yīng)器管的內(nèi)表面之間向下流動(dòng)，其中發(fā)生熱傳遞。

在其中整料催化劑包括通道的布置中，頂部表面可以在整料催化劑的上方延伸，但保持通道未覆蓋。在另一布置中，頂部表面可跨越所述通道延伸，但將在該區(qū)域中包括孔以允許流體流動(dòng)。

應(yīng)理解，在反應(yīng)器為向上流動(dòng)的反應(yīng)器或例如呈水平方向的情況下，流動(dòng)路徑將不同于以上所述的路徑。然而，通過催化劑載體的路徑的原理將如所述。

通常，多個(gè)催化劑載體將堆疊在反應(yīng)器管內(nèi)。在這種布置中，反應(yīng)物/產(chǎn)物在第一載體的外壁的外表面與反應(yīng)器管的內(nèi)表面之間向下流動(dòng)，直至其接觸第二催化劑載體的頂部表面和密封件，并且向下導(dǎo)入所述第二催化劑載體內(nèi)。然后重復(fù)以上所述的流動(dòng)路徑。

催化劑載體可以由任何適合的材料形成。通常選擇此類材料以耐受反應(yīng)器的操作條件。通常，催化劑載體將由碳鋼、鋁、不銹鋼、其它合金或能夠耐受反應(yīng)條件的任何材料制造。

內(nèi)容器壁和/或外容器壁可以具有任何適合的厚度。適合的厚度將為約0.1mm至約1.0mm的級(jí)別。在一個(gè)布置中，其可以為約0.3mm至約0.5mm的級(jí)別。催化劑載體外壁可以具有高于形成有孔內(nèi)容器壁和有孔外容器壁(若存在)的壁的厚度。因?yàn)橛锌變?nèi)容器壁和/或外容器壁(若存在)在本發(fā)明中不承受負(fù)荷，所以其可由比現(xiàn)有技術(shù)布置中可能的材料更薄的材料制成。這將使得其較容易制造并且因此較便宜。

在其中整料催化劑具有縱向通道的布置中，封閉通道底部的表面和容器的底部可以形成為單一單元或其可以為連接在一起的兩個(gè)單獨(dú)零件。兩個(gè)表面可以是共平面的，但在優(yōu)選布置中，它們處于不同的平面。在一個(gè)布置中，在整料催化劑中封閉通道底部的部分在低于容器其余部分的底部表面的平面中。當(dāng)使用多個(gè)容器時(shí)，這用于幫助一個(gè)催化劑載體定位于布置在其下方的催化劑載體上。應(yīng)理解，在替代布置中，在整料催化劑中封閉通道底部的表面可以在高于容器其余部分的底部表面的平面中。

在這種布置中，盡管底部表面通常是實(shí)心的，但其可以包括一個(gè)或多個(gè)放泄孔。在存在一個(gè)或多個(gè)放泄孔的情況下，其可以由濾網(wǎng)覆蓋。類似地，任選地由濾網(wǎng)覆蓋的放泄孔可以存在于封閉內(nèi)通道底部的表面中。在將催化劑載體用于非垂直方向的情況下，放泄孔(若存在)將位于替代位置中，即使用時(shí)在催化劑載體的最低點(diǎn)的位置。

一個(gè)或多個(gè)間隔構(gòu)件可以從容器的底部表面向下延伸。間隔構(gòu)件或各間隔構(gòu)件可以形成為單獨(dú)組件，或其可以通過底部表面中的凹陷形成。在存在這些間隔構(gòu)件的情況下，其有助于在使用時(shí)為反應(yīng)物和產(chǎn)物在第一催化劑載體的底部表面與第二較低催化劑載體的頂部表面之間流動(dòng)提供順暢路徑。間隔件可以為約4mm或約5mm至約6mm至約25mm深的級(jí)別?？蛇x地或另外，間隔構(gòu)件可以存在于頂部表面上或可以從密封件向上延伸。

密封件或頂部表面可在其上表面上包括在使用時(shí)將催化劑載體相對(duì)于堆疊在所述載體上方的催化劑載體進(jìn)行定位的構(gòu)件。將載體進(jìn)行定位的構(gòu)件可以具有任何適合的布置。在一個(gè)布置中，其包含一個(gè)或多個(gè)其中具有孔或間距以允許反應(yīng)物進(jìn)入的直立套環(huán)。所述構(gòu)件可以用作擋板以引導(dǎo)流動(dòng)。

無論哪種布置用于催化劑載體，套環(huán)均可以從頂部表面向上延伸，其在使用時(shí)將相對(duì)于堆疊在其上的催化劑載體的下表面定位。這種套環(huán)通常包括孔以允許在使用時(shí)流經(jīng)其中。在一個(gè)布置中，套環(huán)將與載體外壁共線，因?yàn)檫@將使催化劑載體的強(qiáng)度最大化。

無論哪種配置用于催化劑載體，載體外壁均可以是光滑的或其可以是有形狀的。若其是有形狀的，則可使用任何適合的形狀。適合的形狀包括褶狀、波紋狀等。褶狀、波紋狀等通常沿載體的長度縱向布置。使載體外壁具有形狀將增加載體外壁的表面積，并且有助于將催化劑載體插入反應(yīng)器管中，因?yàn)槠湓试S適應(yīng)反應(yīng)器管的內(nèi)表面上的任何表面粗糙度或反應(yīng)器管中的容差的差異。

載體外壁中的孔可以具有任何配置。然而，選擇其數(shù)目、尺寸、配置和位置以確保不阻礙反應(yīng)物和產(chǎn)物的流動(dòng)，同時(shí)確保載體外壁保留有足夠的材料以提供用于承載的所需強(qiáng)度。在一個(gè)布置中，孔可以是孔洞或長孔。

孔將具有任何適合的尺寸和間距。適合尺寸的選擇將取決于制備催化劑載體的材料的固有強(qiáng)度、所用材料的厚度、待堆疊于反應(yīng)器管中的催化劑載體的重量及數(shù)目、所提及的壓降、反應(yīng)器管的長度等。在一個(gè)布置中，孔的尺寸對(duì)于反應(yīng)器管中的不同催化劑載體可以是不同的。因此在一個(gè)布置中，在使用時(shí)，位于朝向反應(yīng)器管的頂部的催化劑載體可以具有制成多至90％孔的孔位于其中的區(qū)域，然而設(shè)計(jì)為位于朝向反應(yīng)器管的底部的催化劑載體可以具有僅約10％的區(qū)域作為孔。這是因?yàn)槲挥诔蚍磻?yīng)器管的底部的催化劑載體所承受的重量顯著多于位于頂部的催化劑載體所承受的重量。考慮到用于提供必要的結(jié)構(gòu)完整性和支撐所需保留壁的量，技術(shù)人員將易于能夠計(jì)算孔的尺寸和形狀。

在孔位于載體外壁的情況下，可以去除壁材料，或可以保持壁材料與載體外壁部分地附著。在這種配置中，可以選擇材料的位置以誘導(dǎo)流體流動(dòng)的方向。在一個(gè)實(shí)例中，所述孔可以是長孔，并且例如通過向外打孔以形成長孔而將被去除的材料保持附著在長孔的四個(gè)邊緣中的至少一個(gè)上。可以將所述材料向外傾斜，使得當(dāng)流體通過所述長孔流出催化劑載體時(shí)，其發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且在載體外壁的外表面與反應(yīng)器管的內(nèi)表面之間的空間中誘導(dǎo)渦流流型。使流體以此方式渦流將增加氣流速度，并且進(jìn)一步增強(qiáng)當(dāng)流體沿反應(yīng)器管壁向下流動(dòng)時(shí)所實(shí)現(xiàn)的熱傳遞。在一個(gè)替代布置中，可以將去除的材料用于增強(qiáng)其中保留所述材料的載體外壁。例如，可以將去除的材料保持部分地附著并且隨后在附著處周圍彎曲，從而鋪放在剩余的壁上，進(jìn)而變厚并且由此增強(qiáng)壁的所述部分。

不希望受任何理論的束縛，認(rèn)為載體外壁用于聚集來自容器的有孔外壁或整料催化劑的反應(yīng)物/產(chǎn)物，并且將其導(dǎo)向催化劑載體的頂部，隨著其向上移動(dòng)，收集較多離開容器外壁或整料催化劑的反應(yīng)物/產(chǎn)物。如上所述，然后在反應(yīng)器管壁與載體外壁的外側(cè)之間向下引導(dǎo)反應(yīng)物/產(chǎn)物。通過這種方法，熱傳遞沿載體的全長向下增強(qiáng)，但是當(dāng)熱交換與催化劑分離時(shí)，可以視情況在反應(yīng)器管壁處使用較熱或較冷的熱交換流體而不淬滅反應(yīng)，并且同時(shí)確保適當(dāng)調(diào)節(jié)朝向容器中心的催化劑的溫度。

可以按任何適合的方式形成密封件。然而，其通?？沙浞謮嚎s的，以適應(yīng)反應(yīng)器管的最小直徑。密封件通常是柔韌的滑動(dòng)密封件。在一個(gè)布置中，可以使用o形環(huán)?？梢允褂每蓧嚎s開口環(huán)或具有高膨脹系數(shù)的環(huán)。密封件可以由任何適合的材料形成，條件是其可耐受反應(yīng)條件。在一個(gè)布置中，其可以是從載體外壁或催化劑載體的頂部表面延伸的可變形凸緣?？梢詫⑺鐾咕壴O(shè)置尺寸為大于反應(yīng)器管的內(nèi)徑，使得當(dāng)催化劑載體插入反應(yīng)器管中時(shí)，其發(fā)生變形以配合反應(yīng)器管內(nèi)部并且與反應(yīng)器管相互作用。

由于在本發(fā)明中載體外壁通過與底部和頂部表面連接而在兩端受到限制，因此載體外壁不能扭曲。這確保催化劑載體將以載體外壁與反應(yīng)器管的內(nèi)壁之間的恒定間隙保持居中位于反應(yīng)器管內(nèi)。

應(yīng)理解，盡管載體外壁描述為從底部表面延伸至頂部表面，但載體外壁可繼續(xù)超出密封件。因此可將密封件位于載體的頂部，任選地作為頂部表面的部分，或可以將其位于載體外壁上的適合位置處，條件是其位于載體外壁中的孔上方。密封件可以位于之處具有柔韌性意指，密封件可以比現(xiàn)有布置更厚，并且提供與反應(yīng)器管壁的較大接觸面積，以及由此增加可用的密封量。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為可在本發(fā)明的載體內(nèi)向使用者提供催化劑，其隨后可易于以最少的停機(jī)時(shí)間安裝在反應(yīng)器管內(nèi)。因此可在催化劑制造位置將催化劑裝載入催化劑載體內(nèi)。其可以進(jìn)行預(yù)還原并且穩(wěn)定或封裝，避免現(xiàn)場(chǎng)處理催化劑的需要。一旦催化劑被消耗，可以將載體作為離散單元容易地從反應(yīng)器去除，并且易于輸送以視情況進(jìn)行處理或再生。

可例如使用扁平帶對(duì)載體外壁中的孔進(jìn)行密封以用于輸送。這對(duì)于保持催化劑處于惰性氣氛下或保護(hù)操作人員免受催化劑影響可以是至關(guān)重要的。然后將在使用之前去除這種密封。類似地，可對(duì)載體的頂部進(jìn)行密封。

本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為消除現(xiàn)有技術(shù)布置中所提及的確保對(duì)管式反應(yīng)器的各反應(yīng)器管進(jìn)行同等填充的問題。

本發(fā)明的催化劑載體允許催化劑用于中度至高度放熱或吸熱反應(yīng)的介質(zhì)中。裝置允許使用大反應(yīng)器管，導(dǎo)致指定容量的反應(yīng)器的重量大并且成本下降，因?yàn)闊醾鬟f有效發(fā)生在反應(yīng)器管壁的微通道區(qū)域中。這產(chǎn)生傳遞至冷卻/加熱介質(zhì)或從冷卻/加熱介質(zhì)傳遞的優(yōu)良的熱傳遞。另外，由于催化劑與冷卻/加熱介質(zhì)分離，因此可以因?yàn)闊峤粨Q作用與反應(yīng)分離而允許較大的溫差。在多個(gè)本發(fā)明的催化劑載體插入反應(yīng)器管中的情況下，這種效果在各反應(yīng)器管中有效地提供多個(gè)串聯(lián)的絕熱反應(yīng)器。

催化劑載體可以用于廣泛的方法中。適合方法的實(shí)例包括用于放熱反應(yīng)的反應(yīng)器，所述放熱反應(yīng)例如產(chǎn)生甲醇的反應(yīng)、產(chǎn)生氨的反應(yīng)、甲烷化反應(yīng)、轉(zhuǎn)移反應(yīng)、氧化反應(yīng)例如順丁烯二酸酐和環(huán)氧乙烷的形成、費(fèi)歇爾-托普希(fischer-tropsch)反應(yīng)等。吸熱反應(yīng)例如預(yù)重組、脫氫等可以在包括本發(fā)明的催化劑載體的反應(yīng)器中進(jìn)行。

本發(fā)明的催化劑載體可以包括在gb1401518.4中描述的溫度量測(cè)布置，其內(nèi)容通過引用并入。

本發(fā)明的催化劑載體可以由任何適合的催化劑填充或部分填充。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供包含多個(gè)本發(fā)明的上述第一方面的催化劑載體的反應(yīng)器管。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供包含一個(gè)或多個(gè)上述第二方面的反應(yīng)器管的反應(yīng)器。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供進(jìn)行反應(yīng)的方法，其中反應(yīng)物進(jìn)入上述第一方面的催化劑載體、上述第二方面的反應(yīng)器管或上述第三方面的反應(yīng)器中。

反應(yīng)物流經(jīng)催化劑床優(yōu)選是徑向的。

現(xiàn)將通過實(shí)例、參照附圖描述本發(fā)明，其中：

圖1為本發(fā)明的催化劑載體的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；

圖2為側(cè)視截面圖；

圖3為載體外壁中的孔的一個(gè)配置的透視圖；

圖4為通過孔的氣流的示意圖；以及

圖5為一個(gè)替代布置的截面圖。

本發(fā)明的催化劑載體1的一個(gè)實(shí)例示例于圖1至圖3中。載體1包含具有有孔內(nèi)容器壁3和有孔外容器壁4的環(huán)形容器2。有孔壁3限定了內(nèi)通道5。頂部表面6在頂部封閉環(huán)形容器。其位于距環(huán)形容器2的內(nèi)容器壁3和外容器壁4的頂部的點(diǎn)處，使得形成唇緣7。底部表面8封閉環(huán)形容器2的底部并且表面9封閉由內(nèi)容器壁3所形成的內(nèi)通道5。表面9位于高于底部表面8的平面中。

密封件10從上表面6延伸，并且提供與內(nèi)通道5同軸的直立套環(huán)11。

帽蓋12封閉內(nèi)通道5的頂部。帽蓋中的孔13允許流體進(jìn)入。

載體外壁14包圍容器2?？?6允許流體從催化劑載體流出。

本發(fā)明的催化劑載體1位于反應(yīng)器管15中。氣體的流動(dòng)由箭頭示意性地示例在圖2中。

如圖3所示，載體外壁材料中的一些可以與載體外壁保持相連。如圖4所示，這種凸緣引起氣體在從催化劑載體離開時(shí)發(fā)生渦流。

在圖5中所示例的布置中，間隔件20可以位于催化劑載體上方，間隔件20的側(cè)壁可以與載體外壁成一體或可以是單獨(dú)物件?？?1位于間隔件壁中以允許流入催化劑載體的頂部表面上方的空間中。

在這種配置中，反應(yīng)物流經(jīng)間隔件20中的孔21并且流入頂部表面6上方的空間。然后流動(dòng)與圖2中所示相同。