способ выполнения охлаждающих полостей в катализаторных слоях

Формула изобретения

Способ выполнения охлаждающих полостей в катализаторных слоях, предназначенных для подачи охлаждающего газа во время каталитической реакции, отличающийся тем, что выполнение охлаждающих полостей осуществляют путем подачи требуемого для активации катализатора восстанавливающего газа через слой катализатора, включающий частицы, способные к усадке под воздействием восстанавливающего газа и/или уносу вместе с потоком восстанавливающего газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии охлаждения катализаторных слоев, в частности, к способу выполнения охлаждающих полостей в катализаторных слоях.

Каталитический процесс обычно осуществляют в реакторе, оснащенном одним или несколькими слоями каталитически активных частей. Большое число таких процессов протекает экзотермически с выделением значительного количества тепла. Необходимо отводить выделяющееся во время каталитических реакций тепло по меньшей мере мере из части слоя катализатора с тем, чтобы обеспечить желаемую конверсию и предотвратить разрушение катализатора. Отвод тепла осуществляют стандартными методами, например, путем непосредственного охлаждения в результате введения охлаждающего газа в слой катализатора при помощи распределительных средств. Во многих реакторах катализатор расположен в качестве непрерывного слоя. Согласно уровню техники для осуществления непосредственного охлаждения слоя или cлоев катализатора требуется дорогостоящий реакционный объем с тем, чтобы обеспечить необходимое пространство для распределения охлаждающего газа в самом слое катализатора или же между слоями катализатора.

При непосредственном введении в слой катализатора поток охлаждающего газа часто неравномерно распределяется по слою, в результате чего местами недостает требуемого количества охлаждающего газа, что может отрицательно сказываться на конверсии и сроке службы катализатора.

Целью изобретения является экономия реакционного объема, необходимого для распределения охлаждающего газа по слоям катализатора при одновременном обеспечении оптимальной конверсии и оптимального срока службы катализатора.

Данная цель достигается в способе выполнения охлаждающих полостей в катализаторных слоях, предназначенных для подачи охлаждающего газа во время каталитической реакции, за счет того, что выполнение охлаждающих полостей осуществляют путем подачи требуемого для активации катализатора восстанавливающего газа через слой катализатора, включающий частицы, способные к усадке под воздействием восстанавливающего газа и/или к уносу вместе с потоком восстанавливающего газа.

В результате усадки объема катализатора и/или уноса частиц в слое активированного катализатора образуются полости или каналы, которые можно использовать для подачи охлаждающего газа без расточения дорогостоящего реакционного объема.

Усадка объема катализатора может иметь место, например, в присутствующих среди частиц катализатора оксидах металлов путем контактирования с восстанавливающим газом, который пропускают через реактор во время активации катализатора.

При осуществлении предлагаемого способа поступают, например, следующим образом. В реакторе, например, для каталитического производства метанола из синтез-газа устанавливают одну или несколько тарелок, подключенных к средствам для подачи и распределения газа или же снабженных ими, при этом пространства между тарелками наполняют частицами неактивированного катализатора. После загрузки частиц катализатора через слой или слои катализатора пропускают восстанавливающий газ, например, смесь водорода и азота. При этом присутствующие в катализаторе оксиды металлов восстанавливают до металлической формы, что вызывает усадку объема катализатора.

В частности, изобретение полезно при использовании в подлежащих охлаждению экзотермических процессах, которые катализуют катализаторами вышеуказанного типа, и в особенности в каталитическом синтезе метанола экзотермическим превращением оксидов углерода и водорода на катализаторе на основе оксидов металлов, обычно оксидов цинка, меди, хрома и алюминия. Эти оксиды металлов усаживаются до 20 об. во время активации катализатора в результате их восстановления.

Изобретение может также использоваться в процессах, в которых применяют катализаторы, которые не или же лишь незначительно усаживаются во время процесса активации. К этим катализаторам добавляют каталитически неактивные, то есть инертные частицы, которые усаживаются или же иным образом уносятся из слоя катализатора во время активации.

Пример. В реактор для осуществления синтеза метанола, имеющий внутренний диаметр 3 м, загружают 100 м³ катализатора на основе оксидов цинка и меди марки МК-101 (торговый продукт фирмы Хальдор Топсеэ А/С, DK). Загрузку осуществляют следующим образом. Сначала 70 м³ катализатора загружают в реактор в качестве второго слоя катализатора, имеющего высоту примерно 5 м. Сверху на второй слой катализатора накладывают снабженную каналами для распределения газа решетку, имеющую размеры, соответствующие площади внутреннего поперечного сечения реактора. Решетку закрепляют на внутренней стенке реактора. Затем остаток катализатора в качестве первого слоя высотой примерно 2 м подают на решетку. После загрузки катализатора реактор закрывают и через него пропускают восстанавливающий газ с объемной скоростью 500 ч^-1 при температуре 200^oC в течение 12 ч. Восстанавливающий газ состоит из 0,2-4 об. водорода, остаток метан или азот. При этом оксиды металлов катализатора восстанавливаются до металлической формы, представляющей собой каталитически активную форму катализатора. После завершения восстановления объем свободной металлической формы катализатора на 13 об. меньше первоначального объема соответствующих оксидов. Благодаря уменьшению объема слоя катализатора получается общая полость примерно 9 м³ для подачи охлаждающего газа во время синтеза метанола.