IT7353913U1 - Metodo per eseguire reazioni catalitiche di ossidazione ed idrogenazione di materiali carboniosi - Google Patents

Description

[0001] Case N.

[0002] E lll6 53913A/73 S1B 71114 1.000159 "Metodo per eseguire reazioni catalitiche di ossida zione ed idrogenazione di materiali carboniosi".

[0003] ENGELHARD MINERALS CHEMICALS CORPORATION - MURRAY HILL,New Jersey (U.S.A.) La presente invenzione si riferisce ad un metodo -nu opurgetdut etodea sstj ut puotztor ctyneso ted merosi coroi catalitici scttili piu particolaraente: la presente invenzione riguarda un metode di idroge- nazione od ogsidazionc di materiali gassosi susoet- tibili di venire idrogenati od ossidati in presenza di idrogeno libero od gssigeno libero.

[0004] rispettiva- mente, inpiegando nunerosi corpi catalici sottili.

[0005] Mel metodo della presente invenzione, numerosi car talizzatori sottili del tipo a nido d'ape in una re- lazione distanziata vcngono impiegati in una reazio- ne fra reagenti gassosi per bttenere un impieto ef- ficicnte doi catalizzatori con minimo tempo di trattenuta dei resgenti cr tro i catalizzatori lRidu- cendo il tempo(di trattenuta dei reagenti entro i catalizzacori, volumi maggiori di reagenti pos- sono venire fatti reagire cataliticanente per un dato volume di catalizzatore c pud venire ridotto il tempo di risposta dcl sistoma ad un cambiamento provocato nelle condizioni: Questo tempo di risposta ridotto specialmente importante nella ossidazione catalitica di combustibili per la produzione di ener- gia.

[0006] L'impiega di cataIizzatore a nido d'ape per la idrogenazione od ossidaziono in fase vaoore e noto neila tecnica.

[0007] Cataliszatori aventi un corpo sche- letrico solido, unitario O nonolitico con nunerosi canali che passano attraverso caso, generaluente qui citati cone catalizzatori a nido d'ape, possono venire orientati poiche i canali tei trovano in generale in una direzione di flusso di gas Spssso, catalizzatori a nido d ape consistono in un materiale solido, rigi do, soatanzialmente a cataliticameate inattivo, cs- senzialmente chimicamente inerte.

[0008] capace di mantonere una forua e resistenza meccarica a temperature elevate, per e@empio fino a circa l3?l fino a 1649°C oppurs piu, cone struttura scheletrica Questa struttura de- finisce numerose aperture o canali attraverao essa ix una direzione del desiderato flusso di fluido e le pareti che circondano i canali sono relativamente sot tili Vaataggicsanente, la struttura pu venire sago- mata in modc da adattarei alla zona di reazione nella quale deve venire disposta.

[0009] Il supporto scheletrico presenta depositati su esso uto c piu conponenti me- tallici che sono cataliticamentc attivi psr quanto Tiguarda il promuovere la desiderata reazione.

[0010] Il Componente metallo cataliticamente attivo puo cssere inruna forma combinata, quale ai un ossido, oppure allo stato elenentare l componenti metallici ca taliticadente attivi gossono cssere supportati da un supporto meno cataliticanente attivo od anche essen- zialmente cataliticauente inerte che pu essers, ad esempio,di natura ceramica.t Il materiale meno cata liticanente attivo supportato dal supporto sobele- trico che pu servire ad aunentare l area superricia- le del catalizzatore, Vantaggiosamente, un ossido di metallo cataliticanente i attivo a depositato sulla auperficic esteraa del cupporto scheletrico come de- posito sottile continuo o discontinus Catalizzatori a nido d'abe,t a csusa della lororigidita di forma e vantasgibse strutture orientats di flusso attraverso esai,: da hanno srovato applicazioni in nolti proce dimenti catalitici: L'applicazione di quasti cataliz- zatori e stata notevole in reazioni di idrogenazione ed ossidazione e, psrticolarncate, nclla ossidazione di combustibili carboniosi c di combustibili carbo- piosi parzialmente combusti.

[0011] Per esempio, catalizza- tori del tipo a nido d'ape sono stati impiegati per automobili,in gas di scarico di turbinete simili.

[0012] I catalizzatori a nido d ape cffrono, come vantaggio.

[0013] una piu bassa caduta di pressione di quella ossery - ta con un letto di particell cataliticanenta attr- ve, particolarnente quando si inpieghino velocita dei reagenti che pernettano una regolazione delltra sferimento di massa della reazione.

[0014] rz3X uT sds D 0pTa w TI0ABzZIfw2RS YP o8oydmTiT zioni promosse cataliticamcntg r ha incontratolal cune difficolta.

[0015] L attivita catalitica di un cataliz- zetore a nido d'ape una proprieta inportante, spe- cialmente quando usata in seazioni con regolazione del trasferiuento di massa.

[0016] Un problema che si incontra in questi siatemi e tuttaria il fatto che 1l rondimen to del catalizzatore dijende dal rendinento catalitico dei percorsi di flusso singoli del catalizzatore Se ad esemyio l0% dei percorsi di flusso di un particola- re catalizzatore sono inattivi in un sistema in cui ciascuno dei percorai di flusso riceva una quantita es- senzialmente equivalente dci reagenti, l0% dei reagenti non verrebbe sottoposto al contatto con catalizzatore attivo e verrebbe in cffetti deviato dalla zona di reazione catalitica.

[0017] In confronto, se venisso impic- gato un letto di corpi catalitici in particelle c l0% del catalizzatore foese inattivo, cssenzialnente l'intera quantita dei reagenti potreboe ancora poten- zialmente venire in contatto con il catalizzatore at- tivo che rimane La disattivazione di percorsi di attrn- aneato in catalizzatori a nido d age non e insoli ta e puo essere causata, ad esempio,t dall'uso norma- le di veleni di catalizzatora che possono essere as- sociati con i reagenti: Percorsi di attraversanento singoli per catalizzatore a nido d'ape possono anche provocare una piu ragida disattivazione dei metalli cataliticamante attivi che altri canali nel corpo di catalizzatoxe a causa di variazioni nel flusso da ca- nale a canale Inoltre, come risultato di difficolta che entrano in gloco nel depositare uniforuemente i materiali cataliticamsnte attivi sulle pareti dei car nali nel catalizzatore a nido d'ape, alcuni di questi possono contenere meno od lanche niente pronorore ca- taliticc, Quindi essenzialmente poca, se viene mostra ta, attivita catalicica puo essere nostrata da parec- chi dei canali mentre la mazgior parte dei canali pu, su base singola, fornire un conportamento conple tamente soddisfacente.

[0018] A causa di cio, il materi le che passa attraverso i canali aventi meno attivith catalitica s puo non subire la reazione catalitica od almeno non nslla nisura sperimeatata da altre parti d i reagenti? Inoltre, quaudo catalizzatori a nido d'ape Vengono impiegati in reazioni catalitiche isoteraiche, essi sono soggetti : tenperature cccessive spesao superiori a 1371 o 1649°C o piu , che Doasono porta re : a disattivazione dei compaaenti cataliticamente attivi su esei ed anche influire sfavorevolmente sul supparto scheletrico Una soluzione a quecti problemi che e stata pro- posta conaiste nell aunentare la lunghezza dei percorai di attraversanento, oer cui in ciascun percorso di attraversamento pu venire trovata una area superficie uoO lTA142w s3uowOT3ETB1Bo IIlB49u TP 0puer9 nTd cl un'arca superficiale maggiore, la aisattivazione totale di un percorso di attraveraamento a oausa del l'uso, veleni di catalizzatori c simili riohiede un periodo maggiore di tespo Per parziale diaattiva zione.

[0019] la reazione puo venire eseguita fino ad un grado maggiore di completamento siducendo la veloci.

[0020] ta nei rcagenti attraverso il catalizzatore in modo da compensare tale diaattivazione E' chiaro che -Bqw0 @214T44E Ip c4Tpxod orssuoduo5 Tp qpo4ou oqsonb litica nei percorsi di attraversamento e ancora lini tato nell'efficacia in quanto se, ad esenpioy l0% dei percorsi di attraversamonto coupletamente disattiva to e i percorsi rimanenti ferniscono una conversione di l00% dei gas che passano ttraverso cssi, si pud ottenere soltanto una conversione massima di 90%.

[0021] Inoltre, un aumeato nella lunghezza dei percorsi di attraversanento pu essere svantaggioso poiche man mano che la massa del catalizzatore aumenta,si osserva un tempo di rispoata piu lungo del cataliz- zatore ad un cambianento nel sistema.

[0022] Quando, per esenpio, un catalizzatore venga impiegato per bru- ciare combustibile al fine di azionare una turhina usata per far funzionare automobili, e indesiderabi- le un tempo eccessivo di risposta.

[0023] Pertanto, in rea- zioni selettive di idrogenazione od ossidazione quantita eccessire di cacalizzatore danno spesso co- me risultato unaridotta seletrivita.: do per esecuire teazioni promasse cataliticamente impiegando numerosi corpi catalitici sottili a nido d'ape I corpi catalitici sottili a nido d'ape si trovano in un rapporto distanziato che peraette un impiego efficiente del catalizzatore in quanto il volume di catalizzatore richiesto per un dato grado di completanento di reazione puo venire ridotto in confronto alla graudezza della struttura del cataliz- il medesiuo grado di comgletanento della reazione in condizioni altrimenti identiche.

[0024] Inoltre, il mes tode della presente invenzione rendo minini erfetti dovuti ad una deposizione non uniforme di materiale cataliticanente attivo sulle gareti della struttura scheletrica del catalizzatore a nido d ape, nonche versamento del catalizzatore.

[0025] Reazioni con trasferimento di massa regolato so- no quelle reazioni che sono regolate dalla velocita dei reagenti che passano attraverso il cprpo del ca talizzatore e dal tipo di flusso dei reagenti, cice gra do di turbolenza, attraverso il corpo del catalizza tore.

[0026] Queste reazioni avvengono essenzialmente ad un regime catalitico pari al regime di trasferimento di massa di reagenti verso la superficie del catalizzatore principalmente dalla misura di contatto fra reagenti e superficie catalitica.

[0027] Aunentando la velocita dei reagen.

[0028] ti, il periodo di contatto ai un flusso turbolento di fluido con il componente metallo cataliticamente attivo sulle pareti della struttura a nido d ape si riduce, ua il regime di trasterimento di massa s aumenta ! 90i che la distanza per la diffusione dei reagenti nella fase gassosa pervenire in contatto con ilcatalizzatore uinore Quindi il grado di completamento della rea- zione non si riduce in proporzione alla riduzione di tempo catalitico.

[0029] D'altro canto sc la velocita dei gas reagenti attraverso i percorsi di flusso del catalizzatore a tale che il flusso sia di natura la- minare, non vi e compensazione di sfalsanento per la riduzione nel tempo di contatto dovuta ad un aumentq nella velocita poiche la distanza richiesta perche i reagenti si diffondano attraverso la corrente di rea- zenti in fase vaoare evengano in contatto con la super ficie cataliticamente attiva e essenzialmente invaria ta In pratica quando si impieghino velocita di gas che forniscono un flusso laminare.

[0030] .lo.

[0031] schena di flus- so dei gas entranti in corrispondenza della parte ini- ad un flusaa turbolento finche lo schema di flusso dil venta costante.

[0032] Possono anche venire impiegate veloci- -tast ossnlJ m sts esatdwoo orete stotuedeol Iep e? nare ed un flusso turbolento ger eaeupio un flusso di tranaizione Tuttavia a causa della natura zeneral- mente imprevedibile del flusso di transizione e della flusso con piccole variazioni di velocita, velocita in plicazione per forniri di regimi di conversione sta- bili in reazioni con trasferinento di massa resolato coue velocita che fornisconp un flusso laninare o .10 turbolento.

[0033] I catalizzatori a nido d'ape sottili impiegati nel procediuento della presente invenzione hanao un corpo scheletrico solidc, unitario o monclitico con numerosi canali attraverso essi che aono in generale essenzialmente orientati nella medesima direzione del flusso dei reagenti attraverso il catalizzatore ed nanno depositati sulle pareti che definiscono i canali attraverso essiluno o piu com ponenti che sono cataliticanence attivi per quanto riguarda pranuovere la reazione caimica desiderata.

[0034] Lc spessore del catalizzatore nella direzione del 8oITo gxy g se9 Ip ossn7J 0 auoIZeeI IH 01T9nosIm uu 8O s soI10 eIJ sguewlTQII5J0xd mu + C2 ? uu tS'2 e 22,a mm, ancora preferibilmente circa l2,7 c l7,8 um.

[0035] La faccia del catalizzatore a nido d ape, cioe la parte di sezione trasversale dell'entrata del cataliz- zatore, ia quale faccia puo essere esaenzialnente Derpendiaolare alla direzione di flusso dei reagenti, pu essere ampiamente variata nella dimensione della configurazi5ne esterna e prereribilmente e deatinata ad adattarsi alla zona di reazione in maniara che cdaoote ouro44s t4teg3ar se8 Iep 0ssnit tt eostqjut del catalizzatore.

[0036] Aumentando le diuensioni della fac- cia del catalizzatore pur mantenendo un'area trasver- salo per canale, pu venire fornito un numero mag- giore di percorsi di attraversamento e quindi l'a- rea superficiale di catalizzatore attivc disponibi le per il contatto con i reagenti risulta aumentata: I percorsi di attraversamento o canali del ca- talizzatore a nido d ape hanno spesso un area tra- sversale di meno di circa O,l3, preferibilmente tatutoJ onoguea 04tames3eaBj44e r tp Tsxoated 007 0 attraversauento.t L'area trasversale di ciascun per- corso di attraversamento e la lunghezza dei percorsi di attraversamento possono easore in rapporto tale che la lunghezza del percorso di attraveraanento dit visa per la radice quadrata dell area trasversale del percorso di attraversanento sia aeno di circa 20, preferibilmente menc di circa l6.

[0037] Mumerosi fra questi corpi catalizzatori a nido d ape vengono iupiegati in una zona di reazlone in un rapporto di distanzianento.

[0038] La distanza fra questi ampio campo e quando siinpieghino piu di due corpi catalizzatori distanziati in una zona di reazione, la distanza fra i corpi catalizzatori puo variare.

[0039] Vicne fornito uno spazio sufficiente Tra almeno due :: preferibilmente fra ciascun corpo di catalizzatore da permettere il mescolamento dei gas che @scono da un corpo di catalizzatore brina di pasaare attra verao il successivo corpo di aatalizzatore a valle.

[0040] Desiderabilmente, la velocita dei gas attraverso lo spazio fra i corpi di catalizaatore a turbolenta cosi da provocare un mescolamento piu efficace fra gas che hanno reagito e gas che non hanno reagito.

[0041] Lo spazio fra ciascun catalizzatore necessario per attenere il desiderato mescolanento od unione aipen- de da parecchie variabili come area trasversale doi percorsi di attraversanento, velocita dei gas e si- mili.

[0042] Preferibilmente, i coroi catalizzatori sono distanziati di almeno la lunghezza dei percorsi di attraversamento attraverso il catalizzatore a monte immediato.

[0043] Moraalmente, i corpi catalizzatori a nido d'ape sono distanziati di almeno circa 5,08 e.

[0044] sbesso di almeno circa 10,l6 cn.

[0045] Spessd questa distanza puo non superare circa 50,8 g 76 am.

[0046] T corpi di catalizzatore a nido d ape cos- sono essere dispoati in maniera talelche i percorsi di attraversauento di un corpo catalizzatore posso- no trovarsi in o fuori allineamento con quelli del corpo catalizzatore successivo a valle.

[0047] Quande i percorsi di attraversanento di corpi catalizzatori a nido d'ape adiacenti siano allineati, pu essere Vantaggiosa una masgiore distanza fra i corgi cata- lanento dei reagenti e prodotti che hanno reagito cataliticanente che la distanza impiegata fra corpi di catalizzatori i cui percorsi di attraversamento non siano allineati.

[0048] Il grado desiderato di nescolanento di questi/gas nello spazio fra i corgi catalizzatori pud variare entro un ampio canpol Il grado di mescolamento deve tuttavia essere sufficiente ad assicurare che la] couposizione dei gas che sntrano nei percorsi di at- traveraanentol del coroo catalizzatore adiacente suc- cessivo non vari in naniera sostanziale, cioa entrc Io, praferibiimente S% in base a qualsiasi componente.

[0049] In questa maniera, gas che non hanno essenzialnente irea gito che escono da un percorso di attraversanento disat- tivato di un primo corpo catalizzatore,si mescoleranno con gas che hanno : almeno parzialmente reagito Cuoriu- scenti da percorsi di attraversanento adiacenti, ca taliticamente attivi Il mescolanento dei gas for- nisce una composizione oiu o meno uniforme di gas in qualsiasi punto di eatrata al corpo catalizzatore adiacente successivo Concentrazioni eccessivamente nente nel gas che entra nel corpo cataiizzatore adiacente successivo verranno cosi evitate i Tante- nenda una concentrazione sostanzialmente costante di gas che entrano in ciascun corpo catalizzatore possono venire realizzati parecchi vantaggl: Le reazicni possono venire regolate piu esattamente rispetto al grado di completanento, condizioni di reazione, risposta a canbiamento nelle condizioni di reazione e simili Ineltre, il metodo della presen te invenzicne permettei se desideraton che verga ot- tenuto un grado oiu elevato di completamento della reazione catalitica che se veniase inpiegato un cor- po cacalizzatore singolo avente essenzialmente il me desimo volume couplessivo.

[0050] Almeno 2, preferibilmente 4 o piu corpi catalizza tori a nido d'ape distanziatiivengono impiegati nel netodo della presente invenzione Il numero di corpi catalizzatori impiegati in una particolare csecuzio- ne dipende da varie considerazioni come il grado desiderato : di cougletamento della reazione, velgci- ta dei gas reagenti attraverso la zona di reazionc, spessore di ciascuno dei corpi catalizzatori a nido d ape, distanza fra ciascuno dei corgi satalizzatori, uniformita di deposizione dell sgente catalitico in un corpo catalizzatore, regime di disattivazione del catalizzatore coue conseguenza del verificarsi della reazione oppure dovuto a veleni di catalizzatore che possono essere contenuti nei gas reagenti, c prodotti dalla reazione, particolare componente netallico ca- taliticamente attivo inpiegate e simili Un grado piu elevato di completamento della reazione puo venire ot: tenuto aunentando la distanza fra i coroi di cataliz- zatore cosi da fornire un mescolauento piu a fondo dei gas di reazione da ciascuno dei percorsi di attraver- sanento tale da favorire la ceupensazione di qualsia- si percorso di attraversamento cataliticanonte inat.

[0051] tivo.

[0052] I numerosi corpi catalizzatori aottili a nido d a pe, distanziati, vengono preferibiluente impiegati per eseguire la idrogenazione od ossidazione di ma- teriali carboniosi.

[0053] La condizioni di reazione richie ste per fornire un risultato vantaggioso possono di- pendere in parte dalla particolare reazione che si sta eseguendo e dalla natura dei componenti cataliti- canente attivi contenuti sul catalizzatore.

[0054] In generale, le reazieni 3i idrogenazione vengoao eseguite a tempe- ratura comprese fra circa l0 e 6+9:C, preferibilmente a circa 38 fino a 538"C sotto una pressione fiao a circa 350 Kg/cm2 piu, preferibilaente finoa circa 70 Kg/cu 7.

[0055] Le condizioni scelte assicurano che i rea dei reagenti attraverso il catalizzatore, puo venire reso minino l accumulo di teaperatura dovuta alla natura isoterminca della reazione, e pertanto e oos- sibile evitare indesiderabili reazioni segondarie come idrocracking e simili.

[0056] In naniera simile, reazioni di ossidazione possonc venire eseguite/a temperature desiderabili, ad esempio fra circa l0 e 1649°C o piu, preferibilmente tra :27 e 1371fC.

[0057] Come considerazione pratica,tenperature eccessiva- mente basae, ger esempio fino a circa 27"C possono dare come risultato condensazione di acqua, un pro- dotto della reazione.

[0058] F'l tuttavia possibile cseeuire reazioni di ossidazione secondo questo metodo a tempe- rature al di sotto di guelle aubiente ed anche basse quanto la temperatura dell'azoto liquido L'iupiego di tali basse temperature per la assidazione pu es- sere vantaggioso, quando.

[0059] ad esempio, la reazione di ossidazione venga usata per separare idrogeao da os- sigeno come mezzo per purificare l'ossigeno.

[0060] Lal rea- zione di oasidazione del presente metodo a particolar mente vantaggiosa nel trattare nateriali contenenti azoto poiche la temperatura di reazione comolessiva puo venire mantenuta ad una temperatura sufficiente- mente bassa cosi da evitare la produzione di indebite quantita di ossidi d azoto senza compromettere inde- bitamente l'efficacia della combuatione.

[0061] In reazioni gassose, gas addizionali, che sono essenzialmente inerti al sistena di reazione posso- no essere presenti nei gas reagenti.

[0062] Questi gas ad- dizionali servono ad assorbira calore prodotto dalle reazioni isoteraiche peraettendo cosi il raggiungi mento di una tenperatara isotermica complesaiva pi bassa Inoltre, possono venire usati gas inerti ad- dizionali per fornire una velocita di gas piu elevata attraverso i corpi cataliazatori senza aunen- tare la quantita di reagenti che fluiscono attraverso essi Spesso, la quantita di gas addizionalee da circa 10 a 95, preferibilmente da circa 25 a 90% in volume dei gas totali che passang attraverso il reattore.

[0063] I mcdesimi effetti forniti dai gas addizionali posso co di uno deii reagenti Reazioni di idrogenazione cseguite secondo la pre.

[0064] sente invenzicae possono venire derinite come la combinazicne chimica di idrogeno con un materiale carbonioso Con il termine materiale carboniose, si intende che il materiale contiene carbonio! Preferi.

[0065] bilmente, il materiale carbonioso e un composto or- 13T.

[0066] ganico insaturo, contenente ad esenpio da l a circa 25 atomi di carbonio per molecola, quali idrocarouri aromatici ed clefinici, acetileni, acidi organici ix- saturi, eteri ed esteri e siaili.

[0067] L'idrogeno impiesa- to nella reazione di idrogenazions puo essere breferi bilmente nell intorno di circa $ finc a 30% in volume dei gas reagenti: I catalizzatori della presente invenzione possono venire impiegati per promuovere la cssidazione di vari materiali ai alimentazione chimici tranite il con tatto con ossigeno molecolare.

[0068] Le alinentazioni sono costituite da materiali che sono soggetti ad ossidazic- ne, possono contenere idrogeno e oppure contengond carbonid.

[0069] Miteriali che contengano carbonio passoro pertanto venire chianati carboniosi, sia che siano di natura organica che inorganical Per esenpio idcogeao; materiali carboniosi che contengono idrogena coue al- cani.

[0070] alcheni, Gomposti aromatici ecc preferibilnente di l fino a 25 atomi di carbonio; composti contenenti azoto coue anmoniaca, annine contenenti fino a 25 ato mi di carbonio, e simili.

[0071] Il sistena catalizzatore della presente invenzione e pertanto utile ad esempio.

[0072] nel promuovere la ossidazione di idrocarburi, comgo- nenti organici contenenti ossigeno, ossido di carbonio e simili.

[0073] Questi tipi di materiali possono essere pre senti in gas di scarico della conbustione di combu- stibili carboniosi e pertanto i catalizzatori della presente invenzioni sono utili nel prouuovere la ossidazione di tali effluenti Il gas di scarico di metori a combustione interaa funzionanti con combu- stibili idrocarburici, noncha altri gas di scarico, possono venire ossidati dal contatto con il cataliz- zatore con ossigeno molecolare che Du essere presen te nella corrente di gas caue parte dell effluente oppure possono venire aggiunti come ausiliari od in altra forua desiderata avente una concentrazione in ossigeno maggiore o ainore.

[0074] E' desiderabile che sia presente una quantita di casigeno libero nei ges reagenti almeno sufficiente alla combustione aom pleta su una base stechiometrica di idrogeno ad acqua e carbonio in materiali contenenti carbonio ad anidride carbonica Preferibilnente i ia reazione di cssidazione della pesente invenzione quando impiesa- ta per eliminare ossida di carbonio ed idrocarotri da un efrluente parzialmente combusto, viene csegui- ta in condizioni tali che J azoto in materiali con- tenenti azoto oppure aria, se impisgati cone ma- teriale ossidante, non venga iadebitamente corverti- to da esaidi di azoto che sono inquinanti atuosferici.

[0075] I prodotti della oasidazione contengono un rapporto 20 id peso maggiore di ossigeno a carbonio che nel matg riale di alinentazione soggetto ad ossidazions.

[0076] Mol ti di tali sistemi di reazione sono ncti neila tecni- c I corpi catalizzatori a nido d'age impiegati nel la presente invenzione hanno un corpo scheletrico solido, unitario o uonolitico che e cestituita da un .

[0077] materiale solido, rigido.

[0078] sostanzialncnte cata- liticanente inattivo.

[0079] chimicanente inerte capace di uantenere la sua foraa e resistenza meccanica in con- dizioni alle quali il catalizzateTe verra soggetto durante il funzionanento, l'avviansnto o i arresto og- pure durante la rigenerazione.

[0080] la nolti casi, la struttura scheletrica deve conservare le sue proprie- ta a temperature fina a circa l600°c g piu.

[0081] Il aup- porto puo avere un basso cocfficiente termico di espa sione : buona resistenza ad urto ternico e bassa con- duttivita termica Spesso, il supporto scheletrico e poroso pa la sua superficie pu essere relativaman- te non porosa e puo essere desiderabile irruvidire la sua superficie in modo che trattenga meglio il ricopri mento catalizzatore, specialmente se il supporto e relativanente non poroao.

[0082] ll supporto puo essere di na tura metallico o ceramico opoure una combinazione di essi Materiali particolarmente vantageiosi per la coatruzione della struttura scheletrica sono, ad esempio, x-alluuina, nitruro di silicio, cordierite, o altri naterili di tipo ceramico e siaili.

[0083] La strut+ tura scheletrica definisce fra essi i percorsi di attraversamento c canali del tipo su riferito e pre feribilmente questi canali non hanno fino ad un gra- do notevcle comunicazione con canali adiacenti: l catalizzatori hanno in generale uno o piu companenti metallici che sono cataiiticanente attivi nei riguar- di di promuovere le desiderate reazioni di ossidazio- ne a di idrogenazione.

[0084] Quando si impieghino tempera- ture elevate per la reazione desiderata, possono es- sere adatti materiali noraalnente conaiderati rela- tivanente inattivi od insuffidentemente attivi per promuovere adoguatamente le reaziona di osaidazione Clteheu lI osssq ntd eJnaeiduo4 p euotzsus9oapt po catalitico pu essere in una forma coubinata, quale di un ossido, piuttosto di trovarsi allo stato elemeg tare, e preferibilnente il composto di metallo catali- 0ananeot4tl84eo oueu 0atoddns un rp o48gtoddns 0 0ops attivo od anche essenzialaente inerte che pu essere ad eseupio di natura ceramica In questi catalizzato- ri, i componenti metallici pid cataliticanente attivi sono spesso una quantita secondaria del catalizzatore ed il supoorto scheletrico costituisce la parte prin- cipale : I metalli cataliticanente attivi, special- mente per reazione di ossidazione cd idrogenazionc: sono spesso nei gruppi di metalli pesanti del siste- ma periodico degli elementi e pertanto nei gruppi IB, IIB, o III fino ad VIII ogpure nella serie delle terre y.

[0085] rare o lantanidi i Vengono usate le forue cataliticamente attive di questi matalli e gli ossidi di un dato metallo, per esempio alluninio, possono essere piu attivi o meno attivi, a seconda del loro stato fisico del grado di trattazione di altri fatto- ri come a noto nella tecrica Gcneralmente parlando.

[0086] tuttavia, i componenti catalitici dei matalli dei gruppi IIl e IV,l ad esempic silice, allumina, ossido di zirconio e loro miscugli, sono meno attivi dolle forme catalitiche dei metalli del gruppo YllI par- ticolarmente i matalli del gruppo del platino come platinc, palladio e rodio,r oppure mexalli dei gruppi IB, IIB, Y, VI, VII, la sarie del ferro del grubpo VIII ed i metalli delle terre rare, per esempio Cu, Cr, Mi, Co Y, Fe, Ce e siuili.

[0087] In alcune forme pre- ferite, i catalizzatori usati possono essere costitui ti sia da un ccnponenta piu attivo contenente une o piu metalli dei gruppi IB, IIB, e V fino ad VIII che da metalli delle terre rare, insieme con uno o piu componenti meno cataliticanente attivi di metalli 23 dei gruppi III e V i r e queste combinazioni possono essere o possono non essere,na sono preferibilmente, supportate su un supporto ancora meno attivo e per- fino cssenzialmente inerte.

[0088] Per esemgio, un tale c@ -48 emxoj ut out4eid tp %l cJouetuog gnd sxo4ezzite4 tiva e lO% di allumina in foraa attiva supportata su un supporto a nidc d'ape di x-allumina, nitruro di silicio o cordierite oppure il platino pu esse- re sostituito da piccole quantita di ossidi di cro- mc e.cerio Il nateriale neno cataliticamentc attivo aunenta in generale l'area superficiale del cataliz- zatore: Vantacgiosamente un asido di metallo cata- liticanente attivo viene depoaitato sulla superficie esterna del gupporto scheletrico sotto forma di de- posito scttile continuo oppure sotto forma di depo- sito sattile discontinuo f I catalizzatori hanno spes- so un'area superficiale, congresa l'area di pori nella superficie, di almeno circa lO, preferibilmente almena circa 50 m /g.

[0089] Catalizzatori di questo tigo sono riferiti ad esempio, nel brevetto U S A.

[0090] 3.565.830 qui incorporato per riferimento.

[0091] Tatisaso Tauenoduoo oxnddo 14roddns 14uateJJla canente stivi su essi possono venire impiegati per ciascun corpo catalizzatore sottile nel procedimen- to catalitico della presente invenzione.

[0092] In questa maniera, la zona di reattore catalitico pud venire pro- gettata per un'applicazione particolare.

[0093] Per esempio, una reazione catalitica per trattare gas di scarico di motori a combustione interna potrebbe impiegara per i prial parecchi corpi catalizzatori un supporto re- sistente a temperature elevate e che possa servire per eliminare calore dai gas.

[0094] I successivi catalizza- tori sottili possono impiegare supoorti che non ne cessitano di elevata resistenza al calore e che pos- sono impiegare differenti congonenti cataliticanente attivi In maniera simile, l'area trasversale dei per- corsi di scorrimento e oppure la lungbezza dei percorsi di scorrimentg puo variare da un catalizzatore sottile ad un altro nella zona di reazione per ottenere un regime desiderato di conversione in ciascuno atadid di catalizzatore.

[0095] A titolo di eseapio, viene preparato un reattore catalitico avente sette corpi di catalizzatore a nido d'ape dello spessore di circa l2,7 mm nella direzione di flusso di gas e ciascuno distanziato di circa l2,7 mm dal corpo a monte successivo.

[0096] Il volume totale di ca- Ciascuno dei corpi di catalizzatore e foraato da un supporto a nido d ape di cordierite contenente l% di pato3 02aos eutumlIe Ip %0l 0 ea141B suroJ uT out4etd 25 attiva funzionante da supporto.

[0097] l'area trasversale di ciancuno dei percorsi di scorrimento dei corpi di catalizzatore a circa 8,38 x 10-3 cm2 con 68% della faccia del corpo di catalizzatore costituito da una sugerficie apcrta.

[0098] Al reattore catalitico, vicne alinentato un miscuglio di cica l5,75 Kg di gropane per ora e circa 6l4 25 Kg di aria ad una temperatura di circa 399°C ed un analisi dei gas uostra che si verifica una conversione di circa 99% del propano.

[0099] Per confronto, se venisse impiegato un corpo di catalizzatgre is nido d'ape singolo per ottenere una conversione di 99% in condizioni altri- menti identiche , sarebbe necessario un volune di c talizzatore di circa 0,013 m3.

[0100] Quest ultina lunghezza e considerevolmente suoeriore a quella necessaria per raggiungere la uedesima conversione secondo la presente invenzione in reazioni con trasferimento di massa regolato,del tipo a fluaso laminare : Se nel- l'esempio della presence invenzione sono state im- piegate sezioni pin sottili dicatalizzatori, deve essexe stato ottenuto un vantaggio ancora maggiore: : .

Claims (7)

1. l.

Metodo per eseguire reazioni promosse catali- ticamente di reagenti in fase vapore comprendente l'operazione di portare in ccntatto i reagenti in fa 26 se vapore,in serie.con numerosi corpi catalizzatori a nido d ape presentanti attrxverso easi tet percorsi per passaggio di gas i detti nunerosi catalizzatori a nido d ape essendo in un rapporto distanziato ta- le che gli effluenti dai percorsi di passaggio di un corpo catalizzatore verranno nescolati priua di vsnire in contatto con km susseaaivo corpo catalizzatore, i numerosi corpi catalizzatori a nido d aoe essendo del- PIleu m t S2 t oVTJ mu nS Z eoJTD TD eXosseds 0T direzine di flusso del ga e la lunghezza di detti percorsi di attraversamento divisa per la radice lqua- drata della loro area trasversale essendo inforiore a 0irca 20.

2.

Metodo secondo la rivendicazione l in cui l intervallo di distanzianento e almeno circa lO,2 mm.

3.Metodo socondo la rivendicazione l: in cui la reazione fra i reagenti in fase vapore c una reazione a flusso laminare con trasferiuento di massa regolato : 4.

Metodo per idrogenare cd ossidare catalitica- mente un materiale capace ai venire idrogenato cata- liticamente od ossidato cataliticamente in presenza di idrogeno libero oppure di ossigeno libero, rispet- tivamente, comprendente l'operazione di portare in con tatto un miscuglio di reazione in fase vapore costitui to da un miscuglio di detta materiale con idrogeno od 27 ossigeng in condizioni xegolate di trasferimento di masaa, con numerosi corpi cataiizzatori a nido d ape aventi attraverso essi percorsi di attraversanento per gas, i humerosi catalizzatori a nido d'ape essen- do in un rapporto distanziato tale che il miscuglio di reazione che fuoriesce dai percorsi di attraversa mento dai detti corpi catalizzatori a nido d'apc si mescoli prima di venire in contatto con un successi vo corpo catalizzatore a nido d'ape, i nuaerosi corpi catalizzatori a nido d'ape essendo dello spessore di circa 2,5 fino a 25,4 mu nella direzione del flus so di gasc costituiti da un supporto scheletrico avente depositato su essa almeno un coupoaente me- tallico Cataliticanente attivo che promuove reazio- ni di idrogenaziona od ossidazione.

5- Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui 1 intervallo di distanziamento e almeno circa lO,2 cm.

6.

Metodo secondo la rivendicazioue 4, in cuil la lunghezza di detti percorsi di attraversanento quan- do divisa per la radice quadrata della loro area tra sveraalo e meno di circa 20.

7 Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui la reazione fra reagenti in fase vapore e una rea zione con trasforimento di massa regolato, a flusso laminare D D ENGELHARD MINERALS CEEMICALS CORPORATION.

SOCIGTA IAL HA EREVETTI Cavattoni, de Eene Ati, Or.odeo-Sala RO .