生产颗粒的方法、颗粒、催化剂装料和静态混合器技术

技术编号:22311329 阅读:35 留言:0更新日期:2019-10-16 10:59
本发明专利技术涉及一种生产颗粒的方法,特别是用于催化转化器和/或静态混合器。该方法包括将至少一层金属泡沫材料切除和/或变形为颗粒形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产颗粒的方法、颗粒、催化剂装料和静态混合器
本专利技术涉及一种生产颗粒的方法、颗粒、催化剂装料和具有多个颗粒的静态混合器。
技术介绍
生产陶瓷颗粒的方法通常是已知的。例如,首先通过挤出生产线料,随后将其切割以获得单独的颗粒。这种颗粒可以用作催化剂。还已知整体式催化剂包括陶瓷、金属泡沫、网络或所谓的蜂窝结构。金属泡沫可以例如如WO2016/020053A1中所述的生产。在这方面,聚氨酯泡沫首先用金属镀锌。随后通过热解除去聚氨酯泡沫,从而获得金属泡沫材料。该金属泡沫材料可以通过随后的烧结最终转化为金属泡沫。在烧结之前,还可以将金属粉末施加到金属泡沫材料上,然后可以例如在与金属泡沫材料一起烧结时形成金属泡沫形式的合金。催化剂装料对反应器内的流体动力学具有决定性影响,因此对传热和传质以及压力损失具有决定性影响。因此,例如更致密的催化剂床导致压力损失增加。同时,由于致密填充的催化剂装料产生大量湍流,这伴随着改进的对流传热,因此在更致密的催化剂床中传质可以特别好。传热是决定性的参数,其对于吸热反应和放热反应都必须进行优化,并且显著影响反应器的供热和除热性能。根据化学反应器中的温度范围,通过传导、对流或辐射来限制传热。存在通过辐射的传热的贡献随着温度增加而增加的效果的趋势。受辐射引起的传热所限制的方法的示例是基于极端吸热反应,如蒸汽重整的方法。这些方法的挑战是将足够的热能引入到反应器中以引发化学反应。典型的反应温度高于900℃。在低于800℃的温度下,传热通常受到对流的限制。对流高度依赖于流体动力学,并且在湍流中被促进。反应器中湍流的典型参数是雷诺数。为了参与多孔材料中的化学反应,流体必须移动到多孔材料的催化活性中心。在多孔材料中向这种催化活性中心的传质主要取决于流体渗透到多孔材料中的部分有多大,或者这种流体流过多孔材料而没有渗透到孔中有多少。化学过程成本的最重要参数之一是压力损失。压力损失越高,将流体输送通过反应器所需的努力就越高。因此,反应器的操作成本也随着其压力损失的增加而增加。然而,一定的压力损失对于在反应器中产生所需的湍流是必不可少的。应当理解的是,上述关于流体动力学的考虑因素也相应地适用于静态混合器,例如吸收塔或蒸馏塔中的静态混合器。
技术实现思路
本专利技术的基本目的是提供一种方法,根据该方法可以生产颗粒,通过该颗粒可以以目标方式优化和设定反应器或塔中的流体动力学,从而可以优化反应器或塔中的传热和传质以及压力损失。提供一种具有权利要求1的特征的方法以满足该目的。根据本专利技术的生产颗粒的方法,特别是用于催化剂和/或静态混合器,包括切割以将至少一层金属泡沫材料成形和/或将至少一层金属泡沫材料成形为颗粒形式。根据本专利技术的方法允许经济且可控地生产具有不同形状的颗粒。相对于由该方法所提供的颗粒的几何形状和尺寸的设计自由度允许催化剂床层和/或静态混合器的不同填料具有适应的流体动力学,从而可以优化反应器中的传热和传质以及压力损失。从从属权利要求、说明书和附图中可以看出本专利技术的有利实施例。根据一个实施例,金属泡沫材料被烧结,例如以将包含不同金属的金属泡沫材料转化为金属合金泡沫。烧结可以例如在500℃至1200℃的温度下在氧化或还原气氛中进行。因此,可以获得不同的合金,这些合金可以具有用于计划的颗粒使用目的的优化性能。通过烧结另外增加了颗粒的稳定性,由此可以实现由陶瓷材料构成的颗粒所不可能的颗粒形状。颗粒的高稳定性另外允许催化剂床的非常快速和有效的填料;此外,可以实现更高的填料密度。这同样相应地适用于由单个颗粒设置的静态混合器。根据该方法的变型,通过在烧结前切割以成形和/或成形来进行成形为颗粒。然而,替代地,同样可能仅在烧结后进行切割以成形和/或成形的步骤。这些步骤的最佳顺序最终取决于所需的颗粒形状。金属泡沫优选为开孔金属泡沫。因此,诸如气态反应物的流体可以穿透整个颗粒并参与颗粒内的反应。根据优选实施例,金属泡沫包含催化活性材料,其可以催化非均相反应并且特别适合于转化气态反应物。金属泡沫优选包含元素Ni、Fe、Cr、Al、Nb、Ta、Ti、Mo、Co、B、Zr、Mn、Si、La、W、Cu、Ag、Au、Pd、Pt、Zn、Sn、Bi、Ce和/或Mg中的至少一种。金属泡沫特别优选包含元素Ni、Fe、Cr和/或Al中的至少一种,非常特别优选包含元素Ni和/或Al中的至少一种。多个这些元素可以一起形成作为合金的金属泡沫的组分,或者可以作为颗粒存在于金属泡沫上。金属泡沫优选具有孔,该孔具有以单模态或多模态的方式分布的直径,特别是以双模态方式。根据特别优选的实施例,孔以多模态的方式分布并且空间上布置在颗粒内,使得孔在颗粒的第一区域中存在,该颗粒的第一区域的直径大于在空间上与其分离的颗粒的第二区域的直径。具有不同直径的孔可用于影响颗粒内反应物和产物的停留时间。湍流的形成也可以受到在其尺寸,类型或几何形状方面不同的孔的影响,由此可以影响传热和传质。根据本专利技术方法的特别优选的进一步进展,提供至少两层的不同金属泡沫材料。金属泡沫材料的层尤其也被认为是不同的,其在包含在其中的孔的取向方面不同,该孔包括不同的材料,其在其厚度方面不同和/或具有不同的透气性。特别优选的是,至少两个不同的层在其孔隙率、孔径、材料组成和/或透气性方面不同。颗粒的流体动力学特性可以通过使用不同的层以目标方式设置,因此可以通过具有有多个这种颗粒的催化剂的反应器中或者具有由多个这种颗粒构成的静态混合器的吸收塔或蒸馏塔中的传热和传质以及压力损失来设置。两层金属泡沫材料例如可以通过压制和/或通过焊接膜焊接而彼此连接。压制允许连接层而不使用可能在使用所得颗粒作为催化剂装料和/或作为静态混合器时可能是破坏性的附加材料。焊接膜的使用者使得可以以目标方式将焊料化合物插入到颗粒中,由此可以控制化合物,例如颗粒内的流体动力学。例如,通过激光切割、水射流切割、电火花腐蚀、机械加工,特别是锯切、钻削、车削或研磨、受控破碎、扭转、卷绕、压制、折叠、热处理,特别是用弧焊接、分离焊接、或用焊灯处理、化学处理,特别是浸出或分离,来进行至少一层的金属泡沫材料的切割以成形和/或成形。颗粒的体积优选为0.5mm3至30cm3,特别优选为0.8mm3至15cm3,非常特别优选为2cm3至10cm3。对于体积小于0.5mm3的颗粒,存在它们通过反应物流而从反应器中带出,特别是在用作非均相反应的催化剂时的风险。体积小于0.5mm3的颗粒附加地在反应器中仅产生少量湍流,因此对对流传热和传质几乎没有贡献。相反,使用体积大于30cm3的颗粒的催化剂装料工艺形成空的空间,这对于对流供热和除热是不利的,并且特别地导致不希望的热点并且降低了高度放热反应的工艺稳定性。另一方面,空的空间可以在大于800℃的温度下通过辐射促进供热和除热。因此,通过有针对性的影响空的空间的大小或数量,可以针对所有工艺条件优化供热和除热。金属泡沫材料优选具有直径为10μm至10,000μm,优选为50μm至3000μm,非常特别优选为100μm至1500μm的孔。直径小于10μm的孔会导致传质性能的劣化。使用孔径为10μm或以上的金属泡沫材料可以实现更好的传热性能和传质性能。然而,对于直径大于10,000μm的孔,由于金属泡沫提供的催化活性表面与孔本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种生产颗粒(10)的方法,特别是用于催化剂和/或用于静态混合器,包括以下方法步骤:将金属泡沫材料(14)的至少一层(12)切割以成形和/或成形为颗粒形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.31 EP 17154045.31.一种生产颗粒(10)的方法,特别是用于催化剂和/或用于静态混合器,包括以下方法步骤:将金属泡沫材料(14)的至少一层(12)切割以成形和/或成形为颗粒形状。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述金属泡沫材料(14)被烧结。3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述金属泡沫材料(14)具有孔(26),所述孔(26)具有以单模态或多模态方式分布的直径,特别是以双模态方式分布。4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,提供不同金属泡沫材料(14)的至少两层(12),所述不同金属泡沫材料(14)的至少两层(12)特别是通过压制和/或借助于焊接膜(30)的焊接而彼此连接。5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,所述颗粒(10)的体积为0.5mm3至30cm3。6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,所述金属泡沫材料(14)包括直径为10μm至10000μm的孔(26)。7.一种颗粒(10),所述颗粒(10)特别是能够根据权利要求1至6中至少一项所述的方法获得,包括金属泡沫(24)的至少一层(...

【专利技术属性】
技术研发人员:崔秉权金钟光裴庭奭安德烈亚斯·蒂尔曼拉尔斯·托尔库赫尔迪迪埃·贝东罗宾·科尔芬巴赫
申请(专利权)人:艾蓝腾欧洲有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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