感应式点火化学反应的方法技术

本发明专利技术涉及一种点火催化气相化学反应的方法，该法包括装备一反应容器（１０），其中气体反应物连续通过反应器与固相金属催化介质（１８）接触，反应器（１０）内部的催化剂的入口面装有感应圈（１４），在感应圈（４）和固相催化剂（１８）之间装有多孔的热、火花和辐射热屏蔽层（１７）。按照改进型点火方法，金属催化剂介质（１８）感应受热，以便点火化学反应，在点大之后中断感应加热，之后依靠化学反应的放热保持反应温度。这种反应器及操作方法特别适用于按照安得鲁索方法制备氰化氢。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
感应式点火化学反应的方法专利
本专利技术涉及一种在固体催化剂存在下点火气相化学反应的新方法。更具体而言，本专利技术涉及但不限于一种连续流动的气相反应，其中在氧和一种铂族金属催化剂的存在下氨与烃反应生成氰化氢，并利用装在反应器内部的感应圈感应加热金属催化剂和点火放热反应。技术背景利用感应加热在升温的气相化学反应过程中加热催化剂的概念在本专业领域内是熟知的。例如，美国专利NO.5,110,996公开了一种生产亚乙烯氟的方法，其中在感应加热的反应管中二氯氟甲烷与甲烷反应，该反应管含有非金属填料及还可有金属催化剂。与此相似，PCT专利申请WO95/21126公开了在感应加热的石英反应管中氨与气态烃反应制备氰化氢。在此公开件中在反应管内部的铂族金属催化剂被呈螺旋形缠绕在石英管外壁的感应圈加热。该圈由一感应能源供能，该源也可提供脉冲能。对于此参考文献中所用之具体的放热反应，曾建议采用的频率范围为0.5-30MHz以便将反应温度维持在600-1200℃之间。缠绕在反应管外壁的感应圈本身是金属管，冷却水通过该管循环。文献建议采用各种形式的金属催化剂，包括金属网、表面有分散金属的陶瓷底板或者涂复金属的陶瓷颗粒，其前提是这些催化剂所具有的电导至少应为1.0西门子，以便能有效地进行感应加热。同样，在本专业领域内公认，氰化氢可由包括氨和烃的催化反应的两种气相反应来制备。这样，氰化氢的最为普通的工业制造是采用安得鲁索(Andrussow)放热过程或者采用德古(Degussa)吸热方法。在德古萨方法中，通常是甲烷和氨在无氧情况下转化为氰化氢和氢。由于反应在升温下(通常超过1200℃)进行，而且反应是吸热的，所以传热是一个重要的实际问题。相反，安得鲁索方法利用氧(即空气)，它引发放热反应并生成副产品水。利用过量的烃物和氧提供了供应必需热能的机会，以保持所需的高温。这样，安得鲁索方法原理上优于德古萨方法，因为它避开了与传热有关的问题，但是其缺点是-->不能得到有潜在价值的共生物。在安得鲁索和德古萨两种方法中，从反应器流出的热产品都应冷却到300℃以下，以防止出现热分解。在安得鲁索方法中，催化反应必须由高温点火引发，点火必须局限在催化剂附近，不容许反方向蔓延到连续进入反应器的可燃原料物流中。为此本专业领域中通常在固体催化剂和气体原料物流之间采用多孔的火花和辐射热屏蔽层，并将耐热丝埋入催化介质之中。但是，这种点火该反应的方法被证明是不完全可靠的，本专利技术正是针对这个问题。专利技术概述鉴于上述的情况，现在发现，将感应圈直接设置在管状反应器内部，让气体流过该圈并直接利用此圈作感应源可改进该方法的点火。催化剂可被感应加热至过程的点火温度，无需直接的电接触。这种改进部分是由于能更好地控制感应圈和被感应加热的金属催化剂之间的空间关系，即在反应器内及其附近区域有更均匀的径向分布。反过来这又能使反应器截面放大而不使转化率和选择性明显减少，甚至对温度敏感的气相反应，例如由氨和烃在有氧存在下制备氰化氢的情况下亦是如此。这样，本专利技术提出了一种点火催化气相反应的改进方法，该法包括下列步骤：(a)提供气相反应器，包括：(i)反应容器包括至少一气相反应物入口装置和至少一产品出   口装置，分别将原料气体引入和将产物导出反应容器，(ii)固相催化剂介质在操作上置于反应容器内部，致使与流   过反应物入口装置至产物出口装置的气体反应物接触，并   在操作上适于感应受热，(iii)感应圈部件有效地置于反应容器内部，致使其适于将固   相催化剂介质感应加热，并在操作上置于气体流道之中，   以及(iv)多孔的热、火花和辐射热屏蔽层有效地置于固相催化剂   介质和气体反应物之间，将化学反应限止在催化剂区并防   止反应反面蔓延到入口。(b)将气体反应物送入反应容器的入口；-->(c)用感应圈部件作感应能源以感应加热固相催化剂介质使反   应物点火，以及(d)中断感应加热，利用反应的放热保持反应温度。本专利技术还提供了点火催化气相反应的方法的另一种实施方案，其中固相催化剂介质在操作上适于被感应加热，还包括至少一电导感受器，以便在反应开始时增加感应效率。附图概述图1是气相化学反应器的一个实施方案的剖面图，该反应器适于实施本专利技术的改进型感应点火方法。图2是气相化学反应器另一实施方案的剖面图，该反应器适于实施本专利技术的改进型感应点火方法。实施本专利技术的模式本专利技术的气相反应感应点火的改进型方法，其如何引入在高温下用于气相化学反应的反应器、如何操作及如何与以前已知的感应加热反应器和点火方法相区别以及其应用的优点和益处可利用附图加以最好的解释和说明。例如，图1表示一个连续的气相反应器，其总体用数字10标识，如果该反应器按本专利技术的方法操作，则特别适于以通常采用的安得鲁索方法制备氰化氢。安得鲁索方法通常包括氨和烃，例如甲烷的催化反应，该反应是在升温(通常高于1100℃)及有氧存在下进行，并按照下列放热反应：应该指出，虽然本专利技术的催化气相反应的改进型感应点火的方法以高温气相反应制备氰化氢为例加以叙述和具体说明，但不应认为本专利技术只局限于上述反应。感应点火改进型方法的很多优点和益处也同样能用于其它升温气相反应和需要点火引发反应的过程中，只要它们同样是放热和自持的。下列的叙述和权利要求的任何解释亦不应过份受限。如图1所示，这个具体的实施方案中，感应点火反应器10包括总体为圆柱形的反应器11，其一端有一圆锥形入口12，通过该入口引入反应物甲烷、氨和氧(或空气)。另一端为出口13，以导出氰化氢产物和水。在反应容器11中有一圆形回路圈14，具有进出反应器的引管15和15’。圈14由金属管或金属杆(例如铜管等)制成，可-->使冷却水或其它换热介质在其中流通。此外，圈14还适于与感应能源联接作初级感应圈。圈的圆形回路横过反应容器11的内区，直接靠近铝硅陶瓷纤维垫16，它使热流失减至最小并为流过的原料气体提供最终过滤。直接在铝硅陶瓷纤维垫16之下是一层氧化铝泡沫体，它作为辐射屏蔽层17(即防止进入反应器的气体反应物混合物过早点火)。在辐射屏蔽层之下是金属催化剂介质18。催化剂18置于多孔陶瓷支撑层19之上，支撑层19的孔径小于被支撑的催化剂颗粒的粒度。在陶瓷支撑层之下是第二陶瓷支撑层20，该层的钻孔较大。图1表示的该具体实施方案试图说明本专利技术的改进型感应点火反应器如何适用于各种不同类型的高温气相催化反应。更具体而言，如图所示，催化剂介质可以是所有能被感应点火(加热)同时能催化所需气相反应的固相颗粒物质。但是，还需指出，固相催化剂介质不受限于其实体形状，包括颗粒物质。一般说来，这种催化剂介质(以及用于图2的另一实施方案中的感受器)亦可呈一层或多层金属织物、网(例如激光打孔的金属箔，编织的或非编织的网等等)、分立的平面金属体(例如金属泡沫体)或多层粒状催化剂颗粒。这类催化剂详细公开并叙述在PCT专利申请WO95/21126以及相关的美国专利申请08/887,549(1997年7月3日提出)之中，在此引作参考。因此，例如在应用安得鲁索方法的具体优选方案中，催化剂18是多层的铂金属织物、丝或纱网(例如在氧化铝上缠绕的Pt-Rh等等)。在任一感应加热系统中，只有进入感应圈的部分电能损耗在目标工件中(此例中目标工件是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于催化气相反应的点火方法，该法包括下列步骤： （ａ）提供气相反应器，包括： （ｉ）一反应容器包括至少一气相反应物入口装置和至少一产品导出口装置，分别将原料气体引入和将产物导出该反应容器， （ｉｉ）固相催化剂介质在操作上置于反应器内部，致使与流过反应物入口装置至产物出口装置的气体反应物接触，并在操作上适于感应受热； （ｉｉｉ）感应圈部件在操作上置于反应容器内部，致使其适于将固相催化剂介质感应加热，并有效地置于气体流道之中，以及 （ｉｖ）多孔的热、火花和辐射热屏蔽层在操作上置于该固相催化剂介质和气相反应物之间，将化学反应限制在该催化剂区，并防止反应反方向蔓延到入口； （ｂ）将气体反应物经该入口送入该反应容器； （ｃ）利用该感应圈部件作感应能源感应加热该固相催化剂介质使反应物点火，以及 （ｄ）中断感应加热，利用反应的放热保持反应温度。

【技术特征摘要】
US 1997-7-3 60/051,6591.一种用于催化气相反应的点火方法，该法包括下列步骤：(a)提供气相反应器，包括：(i)一反应容器包括至少一气相反应物入口装置和至少一产品   导出口装置，分别将原料气体引入和将产物导出该反应容   器，(ii)固相催化剂介质在操作上置于反应器内部，致使与流过   反应物入口装置至产物出口装置的气体反应物接触，并在   操作上适于感应受热；(iii)感应圈部件在操作上置于反应容器内部，致使其适于将   固相催化剂介...

【专利技术属性】
技术研发人员：TA科克，M梅迪扎德，DJ比克，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]