PL205555B1 - Urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, reaktor dla reakcji w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym, zastosowanie oraz sposób wytwarzania urządzenia katalitycznego - Google Patents

Urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, reaktor dla reakcji w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym, zastosowanie oraz sposób wytwarzania urządzenia katalitycznego

Info

Publication number
PL205555B1
PL205555B1 PL365139A PL36513901A PL205555B1 PL 205555 B1 PL205555 B1 PL 205555B1 PL 365139 A PL365139 A PL 365139A PL 36513901 A PL36513901 A PL 36513901A PL 205555 B1 PL205555 B1 PL 205555B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
support
catalytic device
reaction
corrugated
hcn
Prior art date
Application number
PL365139A
Other languages
English (en)
Other versions
PL365139A1 (pl
Inventor
Joseph Steffen
Original Assignee
Butachimie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Butachimie filed Critical Butachimie
Publication of PL365139A1 publication Critical patent/PL365139A1/pl
Publication of PL205555B1 publication Critical patent/PL205555B1/pl

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J15/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with non-particulate solids, e.g. sheet material; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J15/005—Chemical processes in general for reacting gaseous media with non-particulate solids, e.g. sheet material; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J12/007—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485—Monolithic reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional [3D] monoliths
    • B01J35/57—Honeycombs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/58—Fabrics or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
    • C01B21/24—Nitric oxide (NO)
    • C01B21/26—Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia
    • C01B21/265—Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia characterised by the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C3/00—Cyanogen; Compounds thereof
    • C01C3/02—Preparation, separation or purification of hydrogen cyanide
    • C01C3/0208—Preparation in gaseous phase
    • C01C3/0212—Preparation in gaseous phase from hydrocarbons and ammonia in the presence of oxygen, e.g. the Andrussow-process
    • C01C3/0216—Preparation in gaseous phase from hydrocarbons and ammonia in the presence of oxygen, e.g. the Andrussow-process characterised by the catalyst used
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2459—Corrugated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2481—Catalysts in granular from between plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2498—Additional structures inserted in the channels, e.g. plates, catalyst holding meshes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, reaktor dla reakcji w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym, zastosowanie oraz sposób wytwarzania urządzenia katalitycznego.
Wynalazek dotyczy reakcji katalitycznych w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, zwłaszcza utleniania amoniaku i syntezy HCN.
Utlenianie amoniaku jest szeroko stosowane przy wytwarzaniu kwasu azotowego. Proces, znany jako proces Ostwalda, obejmuje etap przepuszczania podgrzanej mieszaniny amoniak/powietrze, zwykle zawierającej 5-15%, w szczególności 10-12% objętościowych powietrza, z dużą prędkością liniową (mierzoną w normalnych warunkach temperatury i ciśnienia) przez urządzenie katalityczne rozciągające się na przekroju poprzecznym reaktora.
Synteza kwasu cyjanowodorowego (HCN) w pojedynczej operacji z amoniaku i gazowego węglowodoru, w której to syntezie ciepło potrzebne do reakcji endotermicznej zapewnione jest przez jednoczesne reakcje spalania z tlenem lub gazem zawierającym tlen, takim jak powietrze, w obecności katalizatora, stanowi operację, która jest znana od bardzo wielu lat (opis patentowy US 1,934,838). Znana jest ona jako proces Andrussowa.
Te dwa rodzaje reakcji wykorzystują katalizatory z grupy platyny, zazwyczaj w postaci płaskiej tkanej siatki z drutu. Widoczny przekrój roboczy tych katalizatorów jest ograniczony wymiarami reaktora.
W celu zwiększenia produktywności tych reaktorów możliwe jest zwiększanie liczby siatek katalitycznych. Jednakże powyżej określonej grubości wytworzony w ten sposób spadek ciśnienia przeciwstawia się wzrostowi przepływu substratu reakcji i niweczy skutki lepszej wydajności konwersji. Ponadto wzrost grubości może aktywować reakcje uboczne. Zatem trudności przy zwiększaniu produkcji w obecnym stanie techniki wynikają ze spadków ciśnienia, liczby miejsc aktywnych katalizatora (pole powierzchni zetknięcia), czasu zetknięcia katalizatora z substratami reakcji.
W celu zwię kszenia efektywnoś ci pola powierzchni katalizatora w opisach patentowych US 5,160,722 i US 5,356,603 przewiduje się zastosowanie siatek katalitycznych z drutu mających poprzeczne pofałdowania. Chociaż to pole powierzchni jest w ten sposób zwiększone, pofałdowania te mają niskie amplitudy. Ponadto nie jest możliwe w rzeczywistości zachowanie kształtu dla temperatur mniejszych niż 800°C. Poza tym własności mechaniczne metalu stają się niedostateczne i, od wzrostu spadku ciśnienia, fałdy lub pofałdowania mają tendencję do zmniejszania się. Stąd czas użytkowania takiego urządzenia jest bardzo krótki, a zatem niezgodny z pracą przemysłową.
Zgłoszenie patentowe EP 931,585 ze swej strony ujawnia zastosowanie siatki katalitycznej z cienkiego drutu w postaci promieniowo pofał dowanych tarcz lub stożków, tak, ż e palnik obrotowy może podążać za pofałdowaniami, gdy obraca się on wokół swej osi. Jednakże wyżej wymienione problemy pozostają.
Zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie urządzenia katalitycznego zawierającego katalizator, który ma większe geometryczne pole powierzchni i który wytrzymuje warunki reakcji bez znaczącego wzrostu spadku ciśnienia lub reakcji ubocznych.
Urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, zwłaszcza syntezy HCN lub utleniania amoniaku, zawierające co najmniej jeden materiał teksturowany, który jest skuteczny jako katalizator dla wspomnianej reakcji, podporę zawierającą co najmniej jedną część ceramiczną, której struktura umożliwia przechodzenie gazów, charakteryzuje się według wynalazku tym, że ceramiczna część podpory ma pofałdowaną powierzchnię czołową tak, że zwiększenie pola powierzchni wytworzonej przez pofałdowania w stosunku do płaskiej powierzchni wynosi pomiędzy 1,1 i 3, oraz materiał teksturowany jest usytuowany tak, że jest on przyciskany do pofałdowanej powierzchni czołowej części podpory i powtarza jej ukształtowanie.
Korzystnie środki umożliwiające przyciskanie materiału do pofałdowanej powierzchni części podpory składają się z drugiej części podpory ceramicznej, której struktura umożliwia przechodzenie gazów, przy czym część ma pofałdowaną powierzchnię czołową, która jest komplementarna i odpowiadająca pofałdowanej powierzchni czołowej części i część jest usytuowana tak, że pofałdowane powierzchnie czołowe i są zwrócone ku sobie, oraz materiał jest umieszczony pomiędzy wymienionymi powierzchniami i powtarza ich ukształtowanie.
Korzystnie podpora ma strukturę plastra miodu.
Korzystnie pofałdowania są pofałdowaniami piłokształtnymi tak, że zwiększenie pola powierzchni β = zwię kszeniu pola powierzchni α .
PL 205 555 B1
Korzystnie zwiększenie pola powierzchni β wynosi w przybliżeniu 1,4.
Korzystnie materiał stanowi siatka z cienkiego drutu.
Reaktor dla reakcji egzotermicznej w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym mający ogólnie kołowy przekrój poprzeczny, odznacza się według wynalazku tym, że zawiera urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, zwłaszcza syntezy HCN lub utleniania amoniaku, zawierające co najmniej jeden materiał teksturowany, który jest skuteczny jako katalizator dla wspomnianej reakcji, podporę zawierającą co najmniej jedną część ceramiczną, której struktura umożliwia przechodzenie gazów, przy czym część ceramiczna podpory ma pofałdowaną powierzchnię czołową tak, że zwiększenie pola powierzchni (β) wytworzonej przez pofałdowania w stosunku do płaskiej powierzchni wynosi pomiędzy 1,1 i 3, oraz materiał teksturowany jest usytuowany tak, że jest on przyciskany do pofałdowanej powierzchni czołowej części podpory i powtarza jej ukształtowanie, przy czym urządzenie katalityczne rozciąga się na przekroju poprzecznym reaktora.
Korzystnie urządzenie jest umieszczone na pustych w środku cegłach stanowiących podstawę reaktora i jest przykryte osłoną ciepłochronną.
Przedmiotem wynalazku jest też zastosowanie urządzenia katalitycznego opisanego powyżej w procesie reakcyjnym w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze.
Korzystnie proces reakcyjny stanowi synteza HCN.
Korzystnie urządzenie katalityczne stosuje się w procesie reakcyjnym zawierającym etap przepuszczania mieszaniny gazu zawierającej węglowodór, korzystnie metan, amoniak i tlen przez urządzenie katalityczne w temperaturze pomiędzy 800 i 1400°C, uzyskując po reakcji strumień gazu zawierający co najmniej 5% objętościowych HCN.
Przedmiotem wynalazku jest też zastosowanie reaktora opisanego powyżej w procesie reakcyjnym w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze.
Korzystnie proces reakcyjny stanowi synteza HCN.
Korzystnie reaktor stosuje się w procesie reakcyjnym zawierającym etap przepuszczania mieszaniny gazu zawierającej węglowodór, korzystnie metan, amoniak i tlen przez urządzenie katalityczne w temperaturze pomiędzy 800 i 1400°C, uzyskując po reakcji strumień gazu zawierający co najmniej 5% objętościowych HCN.
Sposób wytwarzania urządzenia katalitycznego zawierającego co najmniej jeden materiał teksturowany skuteczny jako katalizator i podporę zawierającą co najmniej jedną część ceramiczną, odznacza się według wynalazku tym, że materiał teksturowany rozwija się na powierzchni części pofałdowanej podpory powtarzając ukształtowanie powierzchni części pofałdowanej podpory i utrzymuje się go tam za pomocą elementu unieruchamiającego.
Korzystnie stosuje się element mechaniczny unieruchamiający składający się z części podpory, której powierzchnia pokrywa powierzchnię materiału przeciwległą do jego powierzchni, umieszczonej naprzeciw powierzchni części podpory.
Środek umożliwiający dociskanie materiału teksturowanego do pofałdowanej powierzchni czołowej części podpory jest korzystnie złożony z drugiej części ceramicznej podpory, której struktura umożliwia przechodzenie gazów, przy czym druga część ma pofałdowaną powierzchnię czołową, która jest komplementarna i odpowiadająca pofałdowanej powierzchni czołowej pierwszej części podpory i druga część jest usytuowana tak, że pofałdowane powierzchnie czołowe pierwszej i drugiej części są zwrócone ku sobie i tak, że teksturowany materiał jest umieszczony pomiędzy wspomnianymi pofałdowanymi powierzchniami czołowymi i powtarza ich ukształtowanie. Zatem spadek ciśnienia jest korzystnie w zasadzie jednolity w całym tak ukształtowanym urządzeniu katalitycznym.
Mogą być stosowane inne środki konwencjonalne znane fachowcowi w tej dziedzinie dla dociskania teksturowanego materiału do pofałdowanej powierzchni czołowej pierwszej części obudowy.
Określenie „materiał teksturowany” rozumie się jako oznaczające w sensie niniejszego wynalazku, wszelkie zespoły pasków lub drutów, które są liniowe i/lub w postaci spiralnych elementów składowych umożliwiających przechodzenie gazów. Zespół ten stanowi na przykład siatka z cienkiego drutu, tkanina, dzianina lub filc i można go otrzymać różnymi technikami, takimi jak tkanie, dzianie, szycie, haft i tym podobne. Korzystnie jest to cienka siatka.
Określenie „dwie pofałdowane powierzchnie czołowe o w zasadzie odpowiadającej i komplementarnej postaci” rozumie się jako oznaczające w sensie niniejszego wynalazku, dowolną kombinację dwóch powierzchni czołowych wykazujących pofałdowania o podobnej wielkości i postaci, to znaczy
PL 205 555 B1 mających w zasadzie identyczne zwiększenie pola powierzchni P, która jest tak zbudowana, że gdy te dwie powierzchnie czołowe są zwrócone ku sobie, pofałdowania są komplementarne.
Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia okreś lony przykł ad schematyczny urzą dzenia katalitycznego wedł ug wynalazku, fig. 2 przedstawia parametry umożliwiające obliczenie zwiększenia pola powierzchni (a) utworzonego przez piłokształtne pofałdowania.
Podpora 2 według wynalazku wykonana jest z materiału ceramicznego, którego struktura umożliwia przechodzenie gazów. Przykładami takich materiałów ceramicznych są, bez ograniczenia pianki ceramiczne lub kompozyty ceramiczne. Podpora 2 może mieć strukturę plastra miodu. Określenie „materiał ceramiczny” jest korzystnie rozumiane jako oznaczające jakikolwiek materiał ognioodporny zdolny do zniesienia temperatury, do której doprowadza się katalityczną siatkę platynową w środowisku reakcji zawierającym, między innymi parę wodną. W przypadku zastosowania do syntezy HCN zgodnie z procesem Andrussowa, temperatura ta może osiągnąć 1200°C. Materiały odpowiednie są zatem wówczas oparte na tlenku glinowym i mogą one zawierać różne udziały krzemionki (10 do 60% wagowych) i tlenku magnezu, cyrkonu, tytanu i ceru (1 do 20 % wagowych każdego z tych składników). Materiały te mogą zawierać, bez ograniczenia do nich, jeden lub więcej z następujących związków: dwutlenek krzemu (krzemionka SiO2), węglik krzemu SiC, azotek krzemu Si3N4, borek krzemu, boroazotek krzemu, tlenek glinowy (Al2O3), glinokrzemian (3Al2O3-2SiO2), glinoborokrzemian, włókna węglowe, tlenek cyrkonu (ZrO2), tlenek itru (Y2O3), tlenek wapniowy (CaO), tlenek magnezowy (MgO) i kordieryt (MgO-Al2O3-SiO2).
Korzystnie stosuje się materiał ceramiczny Stetta®G29 od Stettnera, którego własności są następujące:
Porowatość w % Gęstość względna w kg/dm3 Wytrzymałość na zginanie w N/mm2 Współczynnik rozszerzalności liniowej 1/K.10-6 w 20- Współczynnik rozszerzalności liniowej 1/K.10-6 Przewodność cieplna W/(mK) Odporność na wstrząsy cieplne w °C Maksymalna temperatura pracy w °C Rezystancja skrośna w 800°C
> 3 2 45 1,5-3 2-4 1,3-1,7 380 1000 105
Przed ich zastosowaniem, materiały, które stosuje się do uformowania podpory 2 są zazwyczaj kształtowane znanymi technikami formowania, wytłaczania, spiekania i tym podobnymi. Są one następnie kalcynowane w wysokiej temperaturze (> 1300°C), tak, aby uzyskać własności mechaniczne zgodne z przyszłymi warunkami pracy. Te połączone operacje musza nadać im strukturę, która umożliwia przechodzenie gazów, która może na przykład mieć postać komórek połączonych ze sobą w trzech kierunkach (pianki) lub plastrów miodu o przekroju wielobocznym (kwadratowym, prostokątnym, heksagonalnym i tym podobnym).
Materiał teksturowany 1, który jest skuteczny jako katalizator jest w szczególności metalem katalitycznym z grupy platynowców i może być sporządzony z platyny, rodu, irydu, palladu, osmu, rutenu i mieszaniny lub stopu dwóch lub więcej z tych metali. Korzystnie jest to platyna lub stop platyna/rod. Alternatywnie katalizatorem tym może być mieszanina złożona z katalizatora z grupy platynowców jak opisano powyżej i co najmniej jednego innego materiału włączając, ale bez ograniczenia do niego, cer, kobalt, mangan, magnez i materiały ceramiczne.
PL 205 555 B1
Pofałdowania powierzchni czołowych 6 i 7 podpory mogą być dowolnego rodzaju, w szczególności mogą być pofałdowaniami piłokształtnymi.
Pofałdowania piłokształtne określa się wysokością „h” każdego pofałdowania i odległością „d” pomiędzy 2 pofałdowaniami. Zwiększenie pola powierzchni α wytworzone przez pofałdowania tego rodzaju można zatem obliczyć z tych 2 parametrów (fig. 2) w następujący sposób:
a = yl(4hΊ + d ΐ2 / d
Zwiększenie pola powierzchni (β) wytworzone przez jakiegokolwiek rodzaju pofałdowanie według wynalazku jest co najmniej równe (α) i wybiera się je w zakresie od około 1,1 do około 3. Wynika to stąd, że α = 1,1 odpowiada zwiększeniu pola powierzchni równemu 10%. Poniżej tej wartości zalety tego pofałdowania nie są zbyt widoczne. Powyżej β = 3 zastosowanie takiego urządzenia staje się trudne. Pofałdowania piłokształtne według wynalazku mają korzystnie zarys trójkąta równoramiennego o d = 2h, co daje w wyniku stosunek α w przybliżeniu 1,40, a zatem zwiększenie pola powierzchni w przybliżeniu 40%.
Niniejszy wynalazek dotyczy również reaktora dla reakcji egzotermicznej w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym mającego ogólnie kołowy przekrój poprzeczny, odznaczającego się tym, że zawiera urządzenie katalityczne według wynalazku rozciągające się na jego przekroju poprzecznym.
Wynalazek dotyczy również zastosowania urządzenia katalitycznego w procesie reakcyjnym w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, takim jak utlenianie amoniaku lub synteza HCN.
W szczególnych ukształtowaniach wynalazku urządzenie katalityczne stosuje się w procesie reakcyjnym, który zawiera etap przepuszczania mieszaniny gazowej zawierającej węglowodór, korzystnie metan, amoniak i tlen przez urządzenie katalityczne według wynalazku w temperaturze pomiędzy 800 i 1400°C, tak, aby otrzymać po reakcji strumień gazu zawierającego co najmniej 5% objętościowych HCN.
Węglowodór stosowany w procesie syntezy HCN według wynalazku może być podstawiony lub niepodstawiony i może być węglowodorem alifatycznym, cyklicznym lub aromatycznym lub ich mieszaniną. Przykłady takich węglowodorów obejmują, bez ograniczenia do nich, metan, etylen, etan, propylen, propan, butan, metanol i toluen. Węglowodór jest korzystnie metanem.
Niniejszy wynalazek dotyczy również sposobu wytwarzania urządzenia katalitycznego według wynalazku odznaczającego się tym, że materiał teksturowany 1 jest rozwinięty na pofałdowanej powierzchni czołowej 6 części 3 podpory 2 tak, że powtarza on jej ukształtowanie i że jest on tam utrzymywany za pomocą elementu unieruchamiającego.
Stosowany element unieruchamiający jest korzystnie mechaniczny i składa się z drugiej części 4 podpory 2, której powierzchnia czołowa 7 pokrywa powierzchnię wspomnianego materiału 1 przeciwległą do tej, umieszczonej naprzeciw pofałdowanej powierzchni czołowej 6 części 3 wspomnianej podpory 2.
Tak utworzone połączenie powoduje niski spadek ciśnienia, który jest w zasadzie jednorodny na przekroju reaktora.
Określone przykładowe ukształtowanie urządzenia według wynalazku (fig. 1) jest złożone z:
- kombinacji pofałdowanych siatek 1,
- pofałdowanej podpory ceramicznej 2 w dwóch częściach 3 i 4, z których każda ma pofałdowaną powierzchnię czołową 6 i 7.
Siatki 1 usytuowane są pomiędzy dwiema powierzchniami czołowymi 6 i 7 części 3 i 4 podpory 2.
Części 3 i 4 podpory 2 wykonane są z materiału ceramicznego mającego strukturę plastra miodu o przekroju kołowym lub wielobocznym (kwadratowym, prostokątnym, heksagonalnym i tym podobnym).
Przykład wykonania urządzenia katalitycznego według wynalazku:
Podporze 2 według wynalazku można nadać postać pofałdowaną albo przed kalcynowaniem (podczas etapu formowania) albo po kalcynowaniu, poprzez złożeniu i przymocowanie do siebie graniastosłupów o przekroju trójkątnym.
Kombinacja platynowych siatek 1 stanowiących wsad katalityczny jest następnie wkładana pomiędzy 2 warstwy 3 i 4 pofałdowanej podpory 2. Tę operację umieszczania przeprowadza się przez rozwijanie na pofałdowanej części 3 podpory 2 kombinacji siatek w formie eliptycznej 1, które nakłada się na pofałdowania części 3 podpory, przy czym podporę ustawia się uprzednio na pustych w środku cegłach 11 stanowiących podstawę reaktora o przekroju kołowym. Szerokość siatek eliptycznych odpowiada wewnętrznej średnicy reaktora. Długość jest równa szerokości pomnożonej przez zdefiniowany
PL 205 555 B1 uprzednio współczynnik 3. Górna warstwa 4 pofałdowanego materiału umożliwia mechaniczne unieruchomienie siatek 1 dając jednocześnie jednolity spadek ciśnienia na kombinacji siatek na całej dostępnej powierzchni. Na tak ukształtowanym urządzeniu katalitycznym osadzana jest następnie osłona ciepłochronna 10. Umożliwia to zamknięcie reakcji i całej energii aktywacji w miejscu najbliższym powierzchni siatek 1. Puste w środku cegły 11 są same umieszczone na rurach 12 kotła reaktora, złożonych z ogniotrwałego cementu 13.
Działanie
Zastosowanie urządzenia katalitycznego według wynalazku umożliwia dla tego samego reaktora zwiększenie pola powierzchni kontaktu pomiędzy katalizatorem i substratami reakcji. Daje to w wyniku, dla tego samego całkowitego przerobu reagentów polepszoną wydajność i minimalny oraz w zasadzie stały spadek ciśnienia, umożliwiając dłuższe kampanie produkcyjne, tym bardziej, że takie urządzenie wytrzymuje warunki reakcji, w szczególności nie jest narażone na odkształcenia mechaniczne.
Tablica poniżej umożliwia porównanie działania reprezentatywnego układu według stanu techniki z urządzeniem katalitycznym według wynalazku.
Stan techniki: układ płaski Wynalazek: Układ pofałdowany
Współczynnik α 1,0 1,4
Wydajność: kg HCN na tonę powietrza i kg katalizatora 2,00 2,16
Wzrost spadku ciśnienia: % na miesiąc początkowego spadku ciśnienia 29 5
Czas trwania badania: godziny wytwarzania 993 3138
Zastrzeżenia patentowe

Claims (16)

1. Urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, zwłaszcza syntezy HCN lub utleniania amoniaku, zawierające co najmniej jeden materiał teksturowany, który jest skuteczny jako katalizator dla wspomnianej reakcji, podporę zawierającą co najmniej jedną część ceramiczną, której struktura umożliwia przechodzenie gazów, znamienne tym, że ceramiczna część (3) podpory (2) ma pofałdowaną powierzchnię czołową (6) tak, że zwiększenie pola powierzchni (β) wytworzonej przez pofałdowania w stosunku do płaskiej powierzchni wynosi pomiędzy 1,1 i 3, oraz materiał teksturowany (1) jest usytuowany tak, że jest on przyciskany do pofałdowanej powierzchni czołowej (6) części (3) podpory (2) i powtarza jej ukształtowanie.
2. Urządzenie katalityczne według zastrz. 1, znamienne tym, że środki umożliwiające przyciskanie materiału (1) do pofałdowanej powierzchni (6) części (3) podpory (2) składają się z drugiej części (4) podpory ceramicznej (2), której struktura umożliwia przechodzenie gazów, przy czym część (4) ma pofałdowaną powierzchnię czołową (7), która jest komplementarna i odpowiadająca pofałdowanej powierzchni czołowej (6) części (3) i część (4) jest usytuowana tak, że pofałdowane powierzchnie czołowe (6) i (7) są zwrócone ku sobie, oraz materiał (1) jest umieszczony pomiędzy wymienionymi powierzchniami (6) i (7) i powtarza ich ukształtowanie.
3. Urządzenie katalityczne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że podpora (2) ma strukturę plastra miodu.
4. Urządzenie katalityczne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że pofałdowania są pofałdowaniami piłokształtnymi tak, że zwiększenie pola powierzchni β = zwiększeniu pola powierzchni α.
5. Urządzenie katalityczne według zastrz. 4, znamienne tym, że zwiększenie pola powierzchni β wynosi w przybliżeniu 1,4.
6. Urządzenie katalityczne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że materiał (1) stanowi siatka z cienkiego drutu.
7. Reaktor dla reakcji egzotermicznej w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym mający ogólnie kołowy przekrój poprzeczny, znamienny tym, że zawiera urządzenie katalityczne do
PL 205 555 B1 przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, zwłaszcza syntezy HCN lub utleniania amoniaku, zawierające co najmniej jeden materiał teksturowany (1), który jest skuteczny jako katalizator dla wspomnianej reakcji, podporę (2) zawierającą co najmniej jedną część ceramiczną (3), której struktura umożliwia przechodzenie gazów, przy czym część ceramiczna (3) podpory (2) ma pofałdowaną powierzchnię czołową (6) tak, że zwiększenie pola powierzchni (β) wytworzonej przez pofałdowania w stosunku do płaskiej powierzchni wynosi pomiędzy 1,1 i 3, oraz materiał teksturowany (1) jest usytuowany tak, że jest on przyciskany do pofałdowanej powierzchni czołowej (6) części (3) podpory (2) i powtarza jej ukształtowanie, przy czym urządzenie katalityczne rozciąga się na przekroju poprzecznym reaktora.
8. Reaktor według zastrz. 7, znamienny tym, że urządzenie jest umieszczone na pustych w środku cegłach (11) stanowiących podstawę reaktora i jest przykryte osłoną ciepłochronną.
9. Zastosowanie urządzenia katalitycznego określonego w zastrz. 1 do 6 w procesie reakcyjnym w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze.
10. Zastosowanie według zastrz. 9, znamienne tym, że proces reakcyjny stanowi synteza HCN.
11. Zastosowanie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że urządzenie katalityczne stosuje się w procesie reakcyjnym zawierającym etap przepuszczania mieszaniny gazu zawierającej węglowodór, korzystnie metan, amoniak i tlen przez urządzenie katalityczne w temperaturze pomiędzy 800 i 1400°C, uzyskując po reakcji strumień gazu zawierający co najmniej 5% objętościowych HCN.
12. Zastosowanie reaktora określonego w zastrz. 7 do 8 w procesie reakcyjnym w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze.
13. Zastosowanie według zastrz.12, znamienne tym, że proces reakcyjny stanowi synteza HCN.
14. Zastosowanie według zastrz. 12 albo 13, znamienne tym, że reaktor stosuje się w procesie reakcyjnym zawierającym etap przepuszczania mieszaniny gazu zawierającej węglowodór, korzystnie metan, amoniak i tlen przez urządzenie katalityczne w temperaturze pomiędzy 800 i 1400°C, uzyskując po reakcji strumień gazu zawierający co najmniej 5% objętościowych HCN.
15. Sposób wytwarzania urządzenia katalitycznego zawierającego co najmniej jeden materiał teksturowany skuteczny jako katalizator i podporę zawierającą co najmniej jedną część ceramiczną, znamienny tym, że materiał teksturowany (1) rozwija się na powierzchni (6) części (3) pofałdowanej podpory (2) powtarzając ukształtowanie powierzchni (6) części (3) pofałdowanej podpory (2) i utrzymuje się go tam za pomocą elementu unieruchamiającego.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że stosuje się element mechaniczny unieruchamiający składający się z części (4) podpory (2), której powierzchnia (7) pokrywa powierzchnię materiału (1) przeciwległą do jego powierzchni, umieszczonej naprzeciw powierzchni (6) części (3) podpory (2).
PL365139A 2000-07-28 2001-07-27 Urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, reaktor dla reakcji w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym, zastosowanie oraz sposób wytwarzania urządzenia katalitycznego PL205555B1 (pl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0009937A FR2812221B1 (fr) 2000-07-28 2000-07-28 Nouveau dispositif catalytique pour la mise en oeuvre d'une reaction en milieu gazeux a haute temperature
PCT/IB2001/001692 WO2002010067A1 (en) 2000-07-28 2001-07-27 New catalytic device for the implementation of a reaction in a gaseous medium at high temperature

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL365139A1 PL365139A1 (pl) 2004-12-27
PL205555B1 true PL205555B1 (pl) 2010-05-31

Family

ID=8853034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL365139A PL205555B1 (pl) 2000-07-28 2001-07-27 Urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, reaktor dla reakcji w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym, zastosowanie oraz sposób wytwarzania urządzenia katalitycznego

Country Status (19)

Country Link
US (1) US7101525B2 (pl)
EP (1) EP1307401B1 (pl)
JP (1) JP5000065B2 (pl)
KR (1) KR100680848B1 (pl)
CN (1) CN1266042C (pl)
AT (1) ATE336463T1 (pl)
AU (1) AU2001286159A1 (pl)
BR (1) BR0112822B1 (pl)
CA (1) CA2423030C (pl)
CZ (1) CZ304571B6 (pl)
DE (1) DE60122344T2 (pl)
FR (1) FR2812221B1 (pl)
HU (1) HU227856B1 (pl)
MX (1) MXPA03000858A (pl)
PL (1) PL205555B1 (pl)
RU (1) RU2257949C2 (pl)
SK (1) SK285674B6 (pl)
UA (1) UA74202C2 (pl)
WO (1) WO2002010067A1 (pl)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2679425A1 (en) * 2007-03-01 2008-09-04 Eicproc As A process for the production of cyanides
DE102007026712A1 (de) * 2007-06-06 2008-12-11 Uhde Gmbh Vorrichtung und Verfahren für katalytische Gasphasenreaktionen sowie deren Verwendung
DE102007034715A1 (de) 2007-07-23 2009-01-29 Evonik Röhm Gmbh Reaktor zur Herstellung von Cyanwasserstoff nach dem Andrussow-Verfahren
CN103864114A (zh) * 2012-12-18 2014-06-18 英威达科技公司 采用催化剂床层生产氰化氢的方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1934838A (en) 1930-04-14 1933-11-14 Ig Farbenindustrie Ag Production of hydrocyanic acid
SE7800987L (sv) * 1977-02-04 1978-08-05 Johnson Matthey Co Ltd Katalysator
CA1137876A (en) * 1977-06-20 1982-12-21 Michael L. Noakes Catalyst supports
US4289657A (en) * 1978-10-27 1981-09-15 United Kingdom Atomic Energy Authority Fluid treatment devices
US4412859A (en) 1981-08-12 1983-11-01 Engelhard Corporation Method for recovering platinum in a nitric acid plant
DE3574937D1 (de) * 1985-05-14 1990-02-01 Sulzer Ag Reaktor zum durchfuehren von heterogenen, katalysierten chemischen reaktionen.
GB8630728D0 (en) 1986-12-23 1987-02-04 Johnson Matthey Plc Ammonia oxidation catalyst pack
DK156701C (da) * 1987-08-27 1990-01-29 Haldor Topsoe As Fremgangsmaade til gennemfoerelse af heterogene katalytiske kemiske reaktioner
US5051294A (en) * 1989-05-15 1991-09-24 General Motors Corporation Catalytic converter substrate and assembly
DE3923094C2 (de) * 1989-07-13 1993-11-25 Ltg Lufttechnische Gmbh Katalysator-Trägerkörper
US5073236A (en) * 1989-11-13 1991-12-17 Gelbein Abraham P Process and structure for effecting catalytic reactions in distillation structure
DE4029749A1 (de) 1990-09-20 1992-03-26 Schwaebische Huettenwerke Gmbh Filter
US5262145A (en) 1990-10-09 1993-11-16 E. I. Du Pont De Nemours And Company Catalyst for ammonia conversion to HCN
US5160722A (en) 1991-06-17 1992-11-03 Johnson Matthey, Inc. Low pressure drop, high surface area ammonia oxidation catalyst
IL102043A0 (en) * 1991-06-17 1992-12-30 Johnson Matthey Inc Low pressure drop,high surface area ammonia oxidation catalyst and catalyst for production of hydrocyanic acid
US5356603A (en) 1991-06-17 1994-10-18 Johnson Matthey Inc. Method for the production of hydrocyanic acid using a corrugated catalyst
US5122185A (en) 1991-06-17 1992-06-16 Johnson Matthey Inc. Low pressure drop, high surface area platinum recovery system in a nitric acid plant
US5401483A (en) * 1991-10-02 1995-03-28 Engelhard Corporation Catalyst assembly providing high surface area for nitric acid and/or HCN synthesis
FR2694306B1 (fr) 1992-07-31 1994-10-21 Louyot Comptoir Lyon Alemand Fils comprenant un élément hélicoïdal, leurs assemblages et l'utilisation desdits assemblages comme catalyseur et/ou pour récupérer des métaux précieux.
RU2073559C1 (ru) * 1995-01-13 1997-02-20 Юрий Михайлович Родионов Устройство для проведения каталитических процессов
US5795456A (en) * 1996-02-13 1998-08-18 Engelhard Corporation Multi-layer non-identical catalyst on metal substrate by electrophoretic deposition
JP3281287B2 (ja) * 1997-05-13 2002-05-13 田中貴金属工業株式会社 燃焼触媒体及びこれを用いたファンヒータ
US6003591A (en) 1997-12-22 1999-12-21 Saddleback Aerospace Formed laminate heat pipe
GB9801564D0 (en) 1998-01-27 1998-03-25 Ici Plc Catalyst
US6099809A (en) * 1998-08-31 2000-08-08 General Motors Corporation Catalytic converter having a metal foil substrate
US7005404B2 (en) * 2000-12-20 2006-02-28 Honda Motor Co., Ltd. Substrates with small particle size metal oxide and noble metal catalyst coatings and thermal spraying methods for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
BR0112822B1 (pt) 2010-11-03
PL365139A1 (pl) 2004-12-27
SK952003A3 (en) 2004-06-08
AU2001286159A1 (en) 2002-02-13
FR2812221A1 (fr) 2002-02-01
CZ2003174A3 (cs) 2003-10-15
WO2002010067A1 (en) 2002-02-07
CZ304571B6 (cs) 2014-07-16
RU2257949C2 (ru) 2005-08-10
BR0112822A (pt) 2003-07-01
JP5000065B2 (ja) 2012-08-15
KR20030081298A (ko) 2003-10-17
EP1307401A1 (en) 2003-05-07
CN1444542A (zh) 2003-09-24
HUP0301700A2 (en) 2003-08-28
EP1307401B1 (en) 2006-08-16
ATE336463T1 (de) 2006-09-15
US20030175195A1 (en) 2003-09-18
FR2812221B1 (fr) 2003-04-04
JP2004504939A (ja) 2004-02-19
DE60122344T2 (de) 2007-08-09
UA74202C2 (uk) 2005-11-15
HU227856B1 (en) 2012-05-02
KR100680848B1 (ko) 2007-02-08
MXPA03000858A (es) 2004-12-13
DE60122344D1 (de) 2006-09-28
CA2423030A1 (en) 2002-02-07
CA2423030C (en) 2009-01-13
US7101525B2 (en) 2006-09-05
SK285674B6 (sk) 2007-06-07
CN1266042C (zh) 2006-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6294138B1 (en) Reactor for performing endothermic catalytic reactions
JP3499257B2 (ja) 炭化水素の接触部分酸化法
ES2229130T3 (es) Gasas de catalizador tridimensionales tricotadas en dos o mas capas.
CN1154684A (zh) 烃类催化部分氧化方法
WO2017116792A1 (en) High aspect ratio catalytic reactor and catalyst inserts therefor
JPH0596149A (ja) 吸熱反応装置
WO2001032556A1 (en) Process for catalytic partial oxidation using particulate catalysts
US20020004450A1 (en) Thermal shock resistant catalysts for synthesis gas production
CN108602042B (zh) 用于进行非均相催化气相反应的反应器和该反应器的用途
TW402577B (en) Process for the production of hydrocyanic acid
EP2310313B1 (en) Autothermic catalytic reactor with flat temperature profile
PL205555B1 (pl) Urządzenie katalityczne do przeprowadzania reakcji w środowisku gazowym w wysokiej temperaturze, reaktor dla reakcji w wysokiej temperaturze w środowisku gazowym, zastosowanie oraz sposób wytwarzania urządzenia katalitycznego
EA009358B1 (ru) Катализатор и способ получения олефинов
US8747769B2 (en) Catalytic reactor including a cell-like structure and elements optimizing the contact thereof with the inner wall of the reactor
RU2248932C1 (ru) Катализатор (варианты), способ его приготовления (варианты) и способ получения синтез-газа
Sweeting et al. Reticulated ceramics for catalyst support applications
RU2244589C1 (ru) Катализатор, способ его приготовления и способ получения синтез-газа
RU2003105688A (ru) Новое каталитическое устройство для осуществления реакции в газообразной среде при высокой температуре
JP4020428B6 (ja) 炭化水素の接触部分酸化法
Derouane S. Cimino, F. Donsìa, R. Pirone, G. Russob

Legal Events

Date Code Title Description
RECP Rectifications of patent specification