[发明专利]催化剂容纳单元

说明书

本发明涉及用于容纳催化剂、尤其是用于氨氧化容器中的催化剂的设备、以及使用这种设备的方法。

工业上利用空气实施氨氧化而产生用于制备硝酸的一氧化氮(Ostwald法)，或利用空气和甲烷实施氨氧化而产生氰化氢(Andrussow法)。在两种方法中，将反应物气体进行共混并在高温和高压下通过反应容器，其中放置铂/铑丝网的填料，用于催化所述氧化反应。所述丝网典型地为圆形并支持在框架或篮子上，所述框架或篮子在垂直于气体流过反应器的方向上容纳所述丝网。所述催化剂填料可还包含一个或多个被称作“捕集丝网”的富集钯的丝网，用于捕获挥发的铂。

近年来，期望节省铂在催化剂填料中的用量并已经对合并了贵金属丝网和微粒状金属氧化物催化剂两者的催化剂排列进行了试验。WO 99/64352描述了一种方法，其中在高温下将氨和空气的混合物供应至包含单质细丝形式的至少一种贵金属的一种或多种丝网的催化剂中，并将制得的气体混合物通过放置在丝网下方的含微粒状氧化钴的催化剂层。

另外，由氨氧化法放出的一氧化二氮(N₂O)已经作为潜在的温室气体而处于详细监督之中，且在氨氧化容器中还包括一氧化二氮消除催化剂以作为位于贵金属氨氧化催化剂下面的层。例如，在WO99/07638中已经提出，通过在铂丝网催化剂存在下利用空气对氨进行燃烧并将制得的气体通过氨氧化反应器中的一氧化二氮分解催化剂层，所述一氧化二氮分解催化剂包含布置在丝网下方并在热回收装置上方的掺杂有特种金属或金属氧化物的陶瓷。类似地，WO 00/13789描述了一种类似方法，所述方法在氨氧化反应器中的铂丝网之后立即将选自La、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu的金属氧化物用作一氧化二氮分解催化剂。

在这些情况中的每种情况中存在问题，在贵金属丝网下方的层中放置微粒状催化剂增大了气体流动的阻力。这增大了通过反应容器的压降，由此增大了压缩成本。此外，在高压例如高于7巴表压下运行的方法中，在用于尝试缓解压降问题的薄床中反应物与微粒状催化剂之间的接触时间可能不足。因此，需要提供一种可克服这些问题的催化剂排列。

因此，本发明提供一种适用于氨氧化容器的催化剂容纳单元，其包含：两个同心穿孔构件，所述两个同心穿孔构件限定了环形空间，在所述环形空间中放置微粒状催化剂；和安装在所述穿孔构件末端上的工艺流体不能渗透的末端构件，其中一个末端构件延伸穿过所述单元，从而提供封闭端，另一末端构件将所述环形空间封闭，从而提供开口端，通过所述开口端，气体可进入或离开所述单元；以及连接到一个或两个末端构件上的悬挂装置，通过所述悬挂装置可保证所述单元处于反应器内部。

因此，所述催化剂容纳单元提供了一种使得气体径向通过微粒状催化剂的装置。然而，据我们了解，径向流反应器是已知的，均不包含其中末端构件充当悬挂装置的催化剂容纳单元，通过所述悬挂装置保证所述单元处于反应器内部。此外，据我们了解，至今未将径向流催化剂床结构用于氨氧化容器中。放射状流动排列使得微粒状催化剂体积相同时压降降低或压降相同时催化剂的量增加，由此为操作者提供了更大的操作灵活性和降低的压缩成本。

所述穿孔构件可适当地为具有足以容纳催化剂的结构和强度的圆柱形网、或为具有多个孔口的板。可使用圆柱形钢质网。术语“钢质”是指合适的高温稳定合金，包括非Fe基合金例如Ni基材料。在优选实施方案中，一个或两个穿孔构件包含一个或多个铂催化剂丝网，和/或一个或多个钯捕集丝网。其具有的优势在于，用于制备穿孔构件的贵金属丝网可以为矩形，因此在制造中比相同表面积的圆形贵金属丝网产生更少的浪费。可使用多种催化剂和或捕集器和或钢质丝网，它们可以相同或不同。所述末端构件可适当地由钢板制成并优选以可拆卸的方式安装到穿孔构件上，从而允许装载和卸载催化剂。在穿孔构件为圆柱形的情况中，所述封闭的末端构件可以是直径至少为外部穿孔构件直径的圆，且所述开口末端构件可以为利用中心孔成形的环，所述中心孔的直径至多等于内部穿孔构件的直径。可以将所述悬挂装置连接到一个或两个末端构件上。优选地，通过对形成所述单元的开口端的末端构件进行延伸来提供所述悬挂装置。当在反应器内放置所述单元时，还可以将末端构件倾斜，从而以期望的方式引导气体流过容纳单元。另外，还可在所述单元上提供挡板以引导气体径向流过催化剂。例如，可在封闭的末端构件上放置锥形挡板。

所述气体可向内径向地(即从单元的外围向其中心)、或向外径向地(即从中心区域向外围)的方式流过容纳单元。为了简化设计，优选向外径向流动。在此情况中，期望挡板充当隔热屏并防止离开所述单元的热气体直接与氨氧化容器的内壁直接接触。