感应加热的催化反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种在升温下连续进行催化化学反应的改进型气相反应器（１０），该反应器包括一反应容器（１１），其中流过反应器的气体反应物与感应加热的固相催化剂介质（１７）接触。采用连接置于反应器内部靠近固相催化剂的感应圈（１４）使催化剂（１７）感应加热，可使温度控制得到改进，使催化剂加热均匀。这种反应器特别适用于连续制备氰化氢。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
感应加热的催化反应器
本专利技术涉及一种在升温、有固体催化剂存在下进行气相反应的新设备。更具体而言，本专利技术涉及连续流气相反应器，其中金属催化剂用反应器中的感应圈进行感应加热。专利技术背景在升温的气相化学反应过程中，利用感应加热使催化剂升温的概念在本
中通常是已知的。例如，美国专利NO.5,110,996公开了一种生产偏氟乙烯的方法，该法使二氯氟甲烷在一含有非金属填料和还可有金属催化剂的感应加热的反应管中与甲烷反应。同样，PCT专利申请WO 95/21126公开了氰化氢的制备方法，该法使氨在感应加热的石英反应管中与气态烃反应。在此专利中，一种铂族金属催化剂在反应管中被成螺旋形缠绕在石英管外壁的感应圈加热。感应圈的能源于供给脉冲能的感应能源。对于该文献中所用的特定吸热反应，建议采用0.5-30MHz范围内的频率将反应温度保持在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。该参考文献同样建议各种形式的金属催化剂，包括金属网、有金属散布在其表面的陶瓷衬底或以金属涂复的陶瓷颗粒，其先决条件是这些金属的电导至少为每米1.0西门子，以便有效地进行感应加热。虽然感应加热的管式反应器在本
是众所周知的，并被证明在通过氨和烃例如甲烷的吸热反应来制备氰化氢中是有用的，现在发现存在某些缺陷，这些缺陷至少部分归因于现存反应器的设计。原则上反应器的尺寸放大时会遇到问题，这些问题对于对温度敏感的反应特别重要，问题可能表现在下述的一种或几种：所需产物的转化降低、不希望的副反应产物增加、和/或低于最佳选择性。此外反应器的结构材料在设计和放大的过程中会遇到明显困难。本专利技术正是针对这些问题。
技术实现思路
针对现有技术的感应加热的气相化学反应器的潜在问题，现在发现，将主感应圈直接置于管式反应器内部，使其基本气流流过的整个反应截面，并利用这个感应圈直接作能源就可改善温度控制，并可使金属-->催化剂得到更均匀的加热。能取得这些改进，部分是由于改进了控制感应能源和被感应加热的金属催化剂之间的空间关系，即反应器内的径向分布更为均匀及其间距离更为减小。这反过来可容许反应器截面放大尽不使转化率和选择性明显减少，甚至在对温度敏感的气相反应用氨和烃制备氰化氢等反应亦是如此。本专利技术提出一种在升温下连续进行催化气相反应的改进型设备，该设备包括：(a)反应容器，该反应器包括至少一气体反应物入口装置和至少一产物出口装置，分别将气体反应物送入和将产物导出该反应容器。(b)至少一固相催化剂介质，该介质在操作上置于反应容器中，以使该介质与从反应物入口装置流到产物出口装置的气体反应物接触，并在操作上被感应加热；(c)至少一感应圈装置，该装置在操作上置于反应容器内，以使固相催化剂介质感应加热，并在操作上置于气体流道上。在本专利技术的一个具体实施方案中，感应圈是一种扁平型圈，该圈主要由扁平金属螺旋线组成，相邻螺旋回路之间的空间适于气体在其间流通。在这个实施方案中，该扁平型圈在反应容器内以靠近固相催化剂介质并基本上横过整个气体流道而设置。在另一个实施方案中，感应圈是一种锥形圈，该圈主要由锥形螺旋金属管组成，相邻螺旋回路之间的空间适于气体流通。附图概述图1是本专利技术的石英反应器剖面图，该反应器特别适于制备氰化氢。图2是本专利技术的不锈钢反应器剖面图，该反应器特别适用于制备氰化氢。图3是图2所示的不锈钢反应器的替代方案的剖面图。本专利技术的实施模式本专利技术的改进型感应加热反应器，其如何使气相化学反应在升温下进行、其如何操作并与现有已知的感应加热反应器有何不同、以及其应用的优点和益处可参照附图加以最好发解释和理解。例如，图1表示一台石英反应器，总体以数字10表示，该反应器特别适于制备氰化氢，其所用之方法通常称为德古莎(Degussa)方法。Degussa方法一般包-->括升温下的氨和烃如甲烷的催化反应，其温度通常高于1200℃，氰化氢的生成按下列吸热反应：图2和3表示不锈钢反应器的不同方案，总体分别用数字20和30表示。与图1的反应器相反，反应器20和30特别适于用Degussa方法或通常称为放热Andrussow(安德努索)方法制备氰化氢。此外还应指出，虽然本专利技术的改进型感应加热反应器是针对高温下气相制备氰化氢为例如以叙述和具体说明，但本专利技术不能视为只限于该反应。改进反应器的许多优点和益处对其它升温气相反应和方法同样能显示出来。有关下列叙述和权利要求的解释不应过份受限。如图1所示，这个具体实施方案中的感应加热反应器10包括一总的圆柱体的石英石英衬里的反应容器11，其一端为圆锥形入口12，反应物氨和甲烷经入口送入。另一端为一类似的圆锥形出口13，产物氰化氢和氢由此流出。在反应容器12内装有扁平螺旋形圈14，具有出入反应器的引管15和15′。扁平圈15由金属管(例如铜管等)制成，致使冷却水或其它热交换介质可以流过其中。而且扁平型圈14还适于与感应能源(未示出)联接作基本感应圈。这个扁平型圈基本上是悬于反应容器11的内部，直接靠近扩散孔板16。扩散板16上的小直径孔的排列方式为偏心排列，约占扩散板表面积的三分之一。通常扩散板用石英或非导电陶瓷制成。另外，此扩散板还可用泡沫陶瓷制成。扩散板亦可作感应圈14和受感应加热的催化剂17之间的电绝缘体，催化剂置于扩散板16的另外一面。这个具体实施方案中的催化剂17是多层铂金属纤维、线或网(例如氧化铝上缠绕Pt-Rh等)。圆柱形石英定位片18和18′及支撑环19在使用期内将扩散板16和悬于反应容器11内的位于扁平型圈14附近的催化剂17压紧。应该指出，亦可采用各种其它类型的结构和支撑部件支撑催化剂和悬于反应容器内的感应圈。图2表示一台不锈钢反应器21，具有反应物入口22和产物出口23。与图1相似，扁平型圈24悬在反应器20内部，基本横过反应容器21内部的整个截面并垂直于气流流道。在这个具体实施方案中，扁平型圈24紧靠在铝硅陶瓷纤维(Fiberfrax)垫25之下，以降低热损失并为流过这里的原料气体提供末级过滤。直接在铝硅陶瓷纤维垫25之下是一层氧化铝泡沫，它作为辐射屏蔽26(即，屏蔽进入反应器的原料气体-->混合物，防止其过早着火)。在辐射屏蔽26之下是金属催化介质27。催化剂27支撑在多孔的陶瓷支撑层28之上，支撑层的孔径小于被支撑的催化剂颗粒。在这种陶瓷支撑层下是具有更大孔的第二陶瓷支撑层29。示于图2的这个具体方案还表明，本专利技术的改进型感应加热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，催化剂不限于金属丝、织物或网，事实上催化剂可以是颗粒，涂复的颗粒或不同类型颗粒的混合物。同时，在感应圈和受热催化剂介质之间采用隔热层和/或辐射屏蔽层使这种反应器有机会用于多种不同的反应，并使通过感应圈的温升减至最小(即在冷却介质流中)。图3表示示于图2的反应器的一个替代实施方案。在这个具体实施方案中，反应器总体以数字30表示，它基本上同图2所示的一样包含隔热层、辐射屏蔽层、催化剂介质和支撑部件，但是，这个实施方案中的感应圈32是一种螺旋形缠绕的螺旋金属管，它在反应器30内直接置于催化剂介质之上。本专利技术的改进型反应器的实际结构包括本专业领域熟知的用作制造感应加热反应器的通用材料。如图所示，反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升温下连续进行催化气相反应的设备，它包括： （ａ）反应容器，该容器包括至少一气体反应物入口装置和至少一产物出口装置，分别将气体反应物送入和将产物导出该反应容器； （ｂ）至少一固相催化剂介质，该介质在操作上置于该反应容器中，以使该介质与从反应物入口装置流到该产物出口装置的气体反应物接触，并在操作上被感应加热； （ｃ）至少一感应圈装置，该装置在操作上置于该反应容器内，以使固相催化剂介质感应加热，并在操作上置于气体流道上。

【技术特征摘要】
US 1997-7-3 60/051,6581.一种升温下连续进行催化气相反应的设备，它包括：(a)反应容器，该容器包括至少一气体反应物入口装置和至少一产物出口装置，分别将气体反应物送入和将产物导出该反应容器；(b)至少一固相催化剂介质，该介质在操作上置于该反应容器中，以使该介质与从反应物入口装置流到该产物出口装置的气体反应物接触，并在操作上被感应加热；(c)至少一感应圈装置，该装置在操作上置于该反应容器内，...

【专利技术属性】
技术研发人员：TA科克，M梅蒂扎德，JW阿斯梅德，BE布拉克维尔，GS基尔拜，SK森古普塔，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]