[發明專利]一種裝填有徑向壁流的結構化催化劑的裝置

有效

• 申請號: 201310294773.0
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN104289159A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 蔣斌波;蔣云濤;廖祖維;黃正梁;王靖岱;陽永榮;陸飛鵬;馮翔;嚴麗霞;季來軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J8/06
• 分類號: B01J8/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及結構化催化劑，尤其涉及一種裝填有徑向壁流的結構化催化劑的裝置。

背景技術

管式固定床反應器結構簡單，返混小，當反應伴有串聯副反應時可得到較高選擇性。管式反應器結構可以是單管，也可以是多管并聯；可以是空管，如管式裂解爐，也可以是管內填充催化劑的填充管，以進行多相催化反應，如列管式固定床反應器。傳統的顆粒填充管式反應器傳質阻力大，流體通過顆粒填充床時產生的壓降大，多溝流，而且無機顆粒傳熱性能較差，易飛溫。

在過去幾十年，大量研究工作者致力于研究結構化催化劑，以克服管式反應器中傳熱、傳質差的問題。結構化催化劑技術是將催化劑按照特定的宏觀幾何構型有序地放置于反應器內而加以利用的催化技術。結構化催化劑主要由活性組分、助催化劑、分散擔體和骨架基體等四部分組成。充當骨架基體的是結構化載體，結構化載體是結構化催化劑的材料基礎。目前，結構化載體主要有纖維編織體、蜂窩和泡沫三大結構類型，其中，蜂窩和泡沫結構化載體是用于分子篩涂層制作的主要載體。相比于蜂窩結構化載體，泡沫結構化載體具有三維連通網絡通道，其形狀可根據反應器的形狀設計，可開孔或開槽，其壓力降與蜂窩結構化載體相近的同時幾何面積大大提高，能夠實現物料與催化劑的充分接觸，徑向傳熱能力強，特別適用于強放熱反應。鎳、銅等金屬以及氧化鋁、堇青石、玻璃等陶瓷材料都可用來制作泡沫結構化載體。

泡沫結構化催化劑在傳質、傳熱方面的巨大優勢體現在一定的尺寸效應之上，也就是說只有當泡沫結構化催化劑的尺寸足夠大，其優良的傳熱性能才能發揮，同時，每個結構單元之間的界面面積因此減小，傳質效率更高。相較于傳統的小球催化劑和擠條催化劑而言，整體結構催化劑過大的尺寸勢必會造成催化劑與反應器內壁之間不能緊密貼合，留下空隙。反應物流便會不穿過催化劑床層直接從這些縫隙中流走，成為溝流。具體而言，當泡沫結構化催化劑應用于管式固定床反應器時，為了能夠將泡沫結構化催化劑裝填于反應管中，泡沫結構化催化劑的外徑必然要小于反應管的內徑，因此在反應管內壁與泡沫結構化催化劑之間就不可避免的會存在空隙，反應物流必將從此處溝流短路，大大降低反應器的傳質效率，造成原料的不完全轉化，提高了后續的產品分離負荷，整體工藝能耗增加。結構催化劑在傳熱、傳質方面的優勢因此不能正常發揮，一旦解決裝填有泡沫結構化催化劑的固定床管式反應器中反應物料的壁面溝流，必將充分發揮結構化催化劑在傳質、傳熱中的巨大優勢，大幅度提高反應器的效率。

丙烯是重要的化工基礎原料，主要用于聚丙烯的生產。在甲醇制丙烯反應中多采用ZSM-5分子篩催化劑，該反應為強放熱反應，傳統的填充床顆粒催化劑在傳熱和傳質方面性能較差，催化劑床層傳熱較差，容易導致局部區域散熱太慢而溫度過高，形成熱點，熱點處催化劑積炭失活及脫鋁失活加速，壽命降低的同時影響產品質量的穩定。因此將泡沫結構化催化劑在強化傳熱、傳質方面的優勢與ZSM-5分子篩在催化甲醇制丙烯上的催化優勢結合起來，同時解決泡沫結構化催化劑壁面溝流問題，對提高反應器效率和丙烯收率，延長催化劑壽命而言意義重大。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種裝填有徑向壁流的結構化催化劑的裝置。

裝填有徑向壁流的結構化催化劑的裝置，多個結構單元裝填在反應管內，結構單元包括反應物流壁流引導面板、負載了催化劑的結構化載體和具有熱脹冷縮效應的膨脹環，負載催化劑的結構化載體頂端設有反應物流壁流引導面板，負載催化劑的結構化載體底端鑲嵌于具有熱脹冷縮效應的膨脹環上，反應物流壁流引導面板與負載催化劑的結構化載體是同軸的實心圓柱體，具有熱脹冷縮效應的膨脹環是與負載了催化劑的結構化載體同軸的中空圓柱體，兩中空部分橫截面重合。

所述的負載了催化劑的結構化載體為同軸中空的圓柱型或者同軸中空的正多面棱柱型，負載了催化劑的結構化載體采用三維孔道的結構化材料，負載了催化劑的結構化載體高為d，長徑比為0.8-10，其中空部分橫截面積占整個結構化載體的橫截面積的5%-85%。

所述的反應物流壁流引導面板為致密的無孔道結構，其材料采用陶瓷或者金屬，反應物流壁流引導面板的高度為負載了催化劑的結構化載體高度d的1%-20%。